Henrik Pedersen | Halvledaråldern

Den här intervjun genomfördes under juni 2025.

Want to read this article in English? Click here!

Om Henrik Pedersen
Henrik Pedersen, professor i oorganisk kemi vid Linköpings universitet, ligger i forskningsfronten där kemi möter teknik och framtidens elektronik tar form. Med sin expertis inom Chemical Vapor Deposition (CVD) och Atomic Layer Deposition (ALD) utvecklar han metoder för att bygga material atom för atom – en förutsättning för innovativa halvledare. Detta används i tillverkningen av de chip som driver allt från smarta mobiltelefoner till självkörande bilar. Halvledarbaserade chip har blivit så centrala för det moderna samhället att de kan vara avgörande för om det råder fred eller utbryter krig. 2025 släpptes Henrik Pedersens populärvetenskapliga bok Halvledaråldern i vilken han inspirerar fler att förstå den fascinerande värld som ligger gömd på nanonivå.

När man läser din bok kan man få känslan att du anser kemin vara underskattad idag och att du vill slå ett slag för hur viktig den faktiskt är för oss. Är det så du känner?
– Ja, det kan man säga. Jag är kemist och brinner verkligen för ämnet. Sedan har jag genom min forskning också fått fördjupa mig i både materialvetenskap och fysik, men visst ville jag skriva en kemibok och då inom kontexten modern elektronik och halvledare. Så absolut, det är mitt sätt att lyfta fram kemin.

För 15% rabatt vid bokköp från Fri Tanke, ange rabattkoden intellectinterviews

Hur bra tycker du, som professionell kemist, att TV-serien Breaking Bad är?
– Jättebra! Visst, vissa delar är lite överdrivna men många är väldigt bra beskrivna. Jag har träffat den kemist man tog in som vetenskaplig rådgivare till serien, men hon kom in först i säsong två eller tre. Så början av serien var nog lite skakig rent vetenskapligt, men sen blev den väldigt bra. Dock inser jag nu att Breaking Bad börjar bli en gammal referens, det är inte längre alla studenter som vet vad jag menar när jag nämner den. Men när serien var ny var det coolt att som kemist kunna referera till den.

“En modern mobiltelefon har faktiskt fler transistorer än vad det finns människor på jorden.”

Ämnet för din bok är halvledare, vilket alltså är material som leder ström, inte jättebra och inte jättedåligt, utan just halvbra. Kan du förklara varför vad värdet med en sådan egenskap är?
– Det enkla svaret är att man då får bättre kontroll. En bit koppar till exempel leder ström otroligt bra, det är bara full fart framåt. Motsatsen till det är material som inte alls kan leda ström, såsom plast. Båda dessa har förstås många användningsområden, men i lägen där man vill kunna kontrollera och justera hur mycket ström som leds behöver man något annat. Det är då vi behöver halvledare, vars strömledningsförmåga vi kan modifiera. Vi kan få dem att leda ström betydligt bättre eller betydligt sämre, beroende på vad vi önskar. Sådana material kan vi sedan använda för att bygga små, små komponenter som fungerar som smarta strömbrytare. De kallas transistorer och de är avgörande för att alla våra mobiltelefoner och datorer ska fungera. En modern mobiltelefon har faktiskt fler transistorer än vad det finns människor på jorden.

Varför behöver en mobiltelefon en så stor mängd små strömbrytare?
– Det handlar om att omvandla elektrisk ström till digitala signaler. Varje strömbrytare kan antingen vara på eller av. När den är på flödar strömmen genom den och man tolkar det i form av en digital signal med siffran ett. Om strömbrytaren istället är av tolkas det som noll. Genom att skicka en liten, liten ström till strömbrytaren får man den att öppnas och stängas. Ju mer vi vill kunna göra med vår elektronik, desto mer information måste kunna hanteras, alltså fler ettor och nollor. Därav innebär ett ökat antal transistorer ökade möjligheter för vad våra elektroniska hjälpmedel kan göra.

– Man kan jämföra med de tidiga mobiltelefonerna vi hade för 20-30 år sedan. De hade en liten, pixlig skärm och ytterst få funktioner. Det gick i princip bara att ringa, skicka SMS och spela Snake. De hade mycket, mycket färre transistorer och därmed lägre datorkraft än dagens mobiltelefoner. Det är den enorma mängden transistorer som gör att telefonerna och datorerna klarar av högupplöst video och avancerade spel.

I takt med att man ville få plats med fler och fler transistorer krävdes det att de gjordes mindre och mindre. Detta gav upphov till Moores lag. Vad säger den och varför är den så central?
– Gordon Moore var en av de tidiga pionjärerna inom elektronik på 1960-talet. 1965 skulle han hålla ett föredrag på en konferens och började då undersöka hur utvecklingen av transistorer på mikrochip såg ut. Han upptäckte då att antalet transistorer fördubblades varannat år på dessa mikrochip och visade därför på konferensen hur kurvan såg ut om utvecklingen skulle hålla i sig. Åhörarna, framförallt de som arbetade som säljare, började återupprepa det här och efter en tid blev det en utvecklingstakt som ingen ville misslyckas att upprätthålla. 1975, tio år senare, stod Gordon Moore på en annan konferens och tog upp sin gamla bild för att se hur det gått. Takten hade hållit i sig och man var då uppe på ca 10 000 transistorer på ett chip. Fenomenet som fick hans namn har fortsatt i stadig takt sedan dess.

– För att kunna upprätthålla Moores lag har man tvingats bli bättre och bättre på det som kallas “atomslöjd”, det vill säga bygga en transistor av så få atomer som möjligt men också hur man lägger till och tar bort atomer. Det är där kemin kommer in i bilden, eftersom det handlar om att skapa och bryta kemiska bindningar och att bygga upp molekyler. Det är framför allt ökade kunskaper i att hantera kemin som hjälpt Moores lag att upprätthållas, skulle jag säga. Sen har det såklart hjälpt med materialvetare som föreslagit bättre material och elektroingenjörer som föreslagit smartare design, men till syvende och sist har det hängt på kemisterna att forma nya strukturer på atomnivå.

“Det är såklart svårt att greppa hur små storlekar det rör sig om, men som exempel kan man ta en transistor i en modern mobiltelefon vilken är ungefär 10 nanometer. Det motsvarar 50 kiselatomer på rad. Om man jämför med något annat som vi tycker är litet, såsom bredden på ett hårstrå, så är det ungefär 75 000 nanometer. Man skulle alltså få plats med 7 500 transistorer på ett hårstrås bredd.”

Det har varit en ständig fråga om huruvida Moores lag kommer att fortsätta hålla eller inte. Du siar i boken om olika framtidsscenarier, framförallt de två som benämns “More Moore” och “More Than Moore”. Kan du förklara vad de betyder?
– More Moore innebär att man bara fortsätter som man gjort hittills och försöker göra allt mindre och mindre och mindre och samtidigt bättre och bättre och bättre. Naturligtvis finns det ju en gräns när det blir så smått att det är väldigt svårt att få till det. Sen har det påpekats att Moores lag bara handlar om hur många transistorer som får plats på ett chip men den säger inget om att de inte får växa på höjden. Det är en av de moderna trenderna, att titta på hur man kan bygga ett lager transistorer ovanpå de befintliga transistorerna och hur man bygger i tre dimensioner. Just detta har man kommit långt med på området datorminnen. Man kan idag köpa ett USB-minne med flera terabyte på relativt billigt, just tack vare att man lärt sig bygga minnen på höjden. Med fler lager transistorer på ett chip kan man alltså få “More Moore” och de blir inte direkt märkbart tjockare av det heller eftersom en transistor bara är några miljarddelar av en meter.

– “More than Moore” innebär att man istället för att fokusera på att bygga fler och fler transistorer på ett chip börjar man fundera på om dessa chip kan göra någonting mer. Kan man bygga in fler funktioner? Hur gör vi dem ännu smartare? Precis som med lego handlar det då om att bygga ihop ett antal små chip där är några dataminnen, några som kan räkna och så vidare. Större chip som byggs ihop på det här sättet kan ge helt nya funktioner och det blir betydligt enklare att till exempel göra kraftfulla beräkningar. Problemet som alla datorer idag har att de måste skicka information mellan processor och minne. I praktiken blir det en flaskhals. Men om man istället bygger minnet rakt ovanpå processorn så kommer flaskhalsarna att kunna elimineras.

Det är fascinerande att läsa om hur otroligt snabbt utvecklingen har gått sedan mitten på 1900-talet. Kan du beskriva hur stor skillnad det är på komponenterna idag jämfört med när det började?
– I början kunde man se det man behövde med ett mikroskop, vilket är anledningen till att de kallades “mikrochip”. För att se en enstaka transistor idag behövs ett extremt kraftfullt elektronmikroskop. På ca 60 år har man alltså gått från mikronivå, en miljondels meter, till nanonivå, en miljarddels meter. Det är såklart svårt att greppa hur små storlekar det rör sig om, men som exempel kan man ta en transistor i en modern mobiltelefon som är ungefär 10 nanometer. Det motsvarar 50 kiselatomer på rad. Om man jämför med något annat som vi tycker är litet, såsom bredden på ett hårstrå, så är det ungefär 75 000 nanometer. Man skulle alltså få plats med 7 500 transistorer på ett hårstrås bredd. Det kan ju kännas som science fiction!

“Alla vet att om Kina skulle anfalla Taiwan kan de trycka på en knapp och förstöra all sin chipproduktion, vilket skulle slå ut hela världsekonomin och mer eller mindre få hela världen att stanna upp.”

De fabriker som kan tillverka transistorer och processorer på det här sättet är mycket få trots att efterfrågan är så stor. Varför är det så?
– Anledningen är att det kostar tusentals miljarder dollar att bygga en sådan fabrik eftersom det är så extremt komplexa processer. Att lägga till ett lager atomer är en process som man optimerat ner till ett par sekunder, men trots det tar det flera månader för en processor att bli helt klar. Förmodligen håller man nu i juni på att tillverka det som ska säljas på Black Friday i november. De fabriker som finns ligger framförallt i Asien och USA. Det pratas om att man vill bygga någon i Europa för att bryta sitt beroende. Under coronapandemin blev den så kallade halvledarkrisen en stor snackis. Dock var det ingen brist på halvledare, utan det var slut på chip och processorer. I Europa orsakades det framförallt av att fordonsindustrin räknade med minskad försäljning, vilket de meddelade chipfabrikerna och avbokade sina beställningar. Sen gick efterfrågan på skärmar och TV-spelskonsoler upp kraftigt vilket innebar stora ordrar till chipföretagen. Ungefär samtidigt märkte fordonstillverkarna att de visst sålde en massa bilar och lastbilar, så de ville åter lägga ordrar på chip men var nu sist i kön. Det är olika chip i en bil och i en dator men de tillverkas på samma ställe.

– En chipfabrik kräver enorma investeringar i kombination med en mycket högutbildad arbetskraft. Det är framförallt Taiwan som utmärkt sig för att verkligen satsa helhjärtat på detta. För dem är det på ett sätt existentiellt eftersom det blivit en avgörande faktor i geopolitiken. Fastlandskina vill ju ta tillbaka ön Taiwan som utropat sig till en självständig republik. Det är inte många länder som velat erkänna Taiwan av rädsla för att försämra relationerna med Kina. Den kinesiska flottan genomför titt som tätt militärövningar runt Taiwan samtidigt som den amerikanska flottan håller sig i närheten och avskräcker ett kinesiskt anfall. Alla vet att om Kina skulle anfalla Taiwan kan de trycka på en knapp och förstöra all sin chipproduktion, vilket skulle slå ut hela världsekonomin och mer eller mindre få hela världen att stanna upp. Det kallas ibland för Taiwans “kiselsköld“.

– Hur det blir i framtiden får vi se, men det är inte omöjligt att motsvarande industri byggts upp i USA, Japan och Europa om något decennium. Då blir världen allt mindre beroende av Taiwan, vilket blir farligt för taiwaneserna eftersom kiselskölden blir svagare. Samtidigt har man ett extremt försprång och håller oerhört hårt i sina företagshemligheter.

– Samtidigt arbetar Kina för att vidareutveckla och skala upp sin egen tillverkning, vilket USA försöker motarbeta genom diverse exportrestriktioner av viktig utrustning. Ett trumfkort för Kina är de mycket viktiga mineraler och grundämnen man sitter på, vilket är ett starkt kort de kan använda i förhandlingarna. Viktigt att komma ihåg är att dessa chip inte bara sitter i bilar och mobiltelefoner utan också i missiler och annan högteknologisk militär utrustning. Naturligtvis vill inte USA att Kina ska kunna utveckla de allra smartaste och kraftfullaste missilerna.

När det gäller mineraler och grundämnen skriver du i boken att det som kallas “sällsynta jordartsmetaller” egentligen inte alls är sällsynta. Varför heter de i så fall så?
– Dessa metallar finns i god mängd totalt sett över jorden. Många av dem finns det mer av än guld till exempel. Att de heter de sällsynta jordartsmetaller beror på att det är svårt att hitta tillräckligt mycket av dem på en plats för att det ska vara lönsamt att öppna en gruva. Det vanliga när man stöter på dem är att det är så låg koncentration att det helt enkelt inte är värt att gräva upp och bryta malmen. Jordart är egentligen ett gammalt ord för malm, vilket alltså är sten eller bergart som innehåller metall. I gruvan i Kiruna bryter man järnmalm, det vill säga sten med mycket järn i. Där är järnkoncentrationen så pass hög att det gör det lönsamt att bryta den. Det roliga är att man nu börjat analysera slagghögarna som blir till vid en sådan gruva och insett att de innehåller ganska mycket sällsynta jordartsmetaller, så frågan är om man på något smart sätt kan utvinna dem ur gruvavfallet. Då kommer man åt dem utan att behöva öppna någon ny gruva och gräva upp ny malm.

Som du själv sa är det lätt att tycka att allt med halvledare och transistorer låter som ren science fiction. Det är svårt att begripa hur vi människor är kapabla till så pass avancerat arbete som detta. Slås du inte av det paradoxala i att vi med atomslöjd på nanonivå kan välja exakt hur många atomer som ska sitta på en transistor, samtidigt som vi är oförmögna att åstadkomma till synes enklare saker som att få folk att äta hälsosam mat, få skolorna att fungera som vi önskar och hålla bilvägarna fria från potthål?
– Ja, det kan man tycka är konstigt. Men faktum är att bilvägarna, skolan och maten skulle bli bättre om mycket mer pengar lades på dem. En ny mobiltelefon kostar en hel del, men folk är beredda att betala priset. Vi är oerhört beroende av elektronik och om vi hade samma betalningsvilja för skola, vård och infrastruktur skulle kunna vi se andra resultat. Det är inte särskillt svårt att förstå hur en bra skola ska fungera eller hur en bra bilväg ska vara uppbyggd, men om det inte får kosta blir det svårt. En ny smartphone kostar 15 000 kr och då kan den göras riktigt bra. Hade den bara fått kosta några kronor hade utvecklingen sett väldigt annorlunda ut. Det är min analys av det hela i alla fall.

Om du tyckte om den här artikeln rekommenderar vi dig att också läsa följande artiklar: