Nowe i oryginalne komponenty elektroniczne układów scalonych IC Chips TPA3116D2DADR

W początkach chipów półprzewodnikowych głównym bohaterem nie był krzem, lecz german.Pierwszym tranzystorem był tranzystor na bazie germanu, a pierwszym układem scalonym był chip germanowy.
Pierwszy tranzystor został wynaleziony przez Bardeena i Brattona, którzy wynaleźli tranzystor bipolarny (BJT).Pierwsza dioda złącza P/N została wynaleziona przez Shockleya i natychmiast ten typ złącza zaprojektowany przez Shockleya stał się standardową konstrukcją dla BJT i ​​jest w użyciu do dziś.W tym samym roku, w 1956 roku, cała trójka otrzymała także Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki.
Tranzystor można po prostu rozumieć jako miniaturowy przełącznik.W zależności od właściwości półprzewodnika, półprzewodnik typu N można wytworzyć przez domieszkowanie półprzewodnika fosforem, a półprzewodnika typu P borem.Połączenie półprzewodników typu N i P tworzy złącze PN, ważną strukturę w układach elektronicznych;umożliwia to wykonanie określonych operacji logicznych (takich jak z bramkami, or-bramkami, bez bramek itp.)
German ma jednak kilka bardzo trudnych problemów, takich jak liczne defekty na granicy faz w półprzewodniku, słaba stabilność termiczna i brak gęstych tlenków.Co więcej, german jest pierwiastkiem rzadkim, występującym w skorupie ziemskiej zaledwie 7 części na milion, a rudy germanu są również bardzo rozproszone.Koszt surowców do produkcji germanu pozostaje wysoki, ponieważ german jest bardzo rzadki i nie jest skoncentrowany;rzeczy są rzadkie, a wysokie koszty surowców sprawiają, że tranzystory germanowe nie są tańsze, więc produkcja tranzystorów germanowych na dużą skalę jest trudna.

Dlatego badacze przeszli o poziom wyżej i przyjrzeli się pierwiastkowi krzemu.Można powiedzieć, że wszystkie nieodłączne braki germanu są nieodłącznymi zaletami krzemu.

Krzem jest drugim po tlenie najpowszechniej występującym pierwiastkiem, ale w przyrodzie zasadniczo nie można znaleźć monomerów krzemu;jego najpowszechniejszymi związkami są krzemionka i krzemiany.Spośród nich krzemionka jest z kolei jednym z głównych składników piasku.Ponadto związki takie jak skaleń, granit i kwarc są oparte na związkach krzemionkowo-tlenowych.

Krzem jest stabilny termicznie, ma gęsty tlenek o wysokiej stałej dielektrycznej i można go łatwo przygotować z interfejsem krzem-tlenek krzemu z bardzo małą liczbą defektów międzyfazowych.

Tlenek krzemu jest nierozpuszczalny w wodzie (tlenek germanu jest rozpuszczalny w wodzie) i nierozpuszczalny w większości kwasów, co po prostu idealnie pasuje do techniki druku korozyjnego stosowanej na płytkach drukowanych.Produktem tej kombinacji jest płaski proces tworzenia układów scalonych, który trwa do dziś.
Kolumny z kryształu krzemu

Silikonowa podróż na szczyt
Nieudane przedsięwzięcie: Mówi się, że Shockley dostrzegł ogromną szansę rynkową w czasie, gdy nikomu nie udało się jeszcze wyprodukować tranzystora krzemowego;dlatego w 1956 roku opuścił Bell Labs i założył własną firmę w Kalifornii.Niestety Shockley nie był dobrym przedsiębiorcą, a jego zarządzanie biznesem było głupstwem w porównaniu z jego umiejętnościami akademickimi.Sam Shockley nie spełnił więc ambicji zastąpienia germanu krzemem i sceną do końca jego życia było podium Uniwersytetu Stanforda.Rok po jego założeniu ośmiu utalentowanych młodych mężczyzn, których zrekrutował, masowo uciekło od niego i to właśnie „ośmiu zdrajców” miało zrealizować ambicję zastąpienia germanu krzemem.

Powstanie tranzystora krzemowego

Zanim grupa Eight Renegades założyła firmę Fairchild Semiconductor, dominującym rynkiem tranzystorów były tranzystory germanowe – w 1957 roku w Stanach Zjednoczonych wyprodukowano prawie 30 milionów tranzystorów, tylko jeden milion tranzystorów krzemowych i prawie 29 milionów tranzystorów germanowych.Z 20% udziałem w rynku Texas Instruments stała się gigantem na rynku tranzystorów.
Ośmiu renegatów i Fairchild Semiconductor

Najwięksi klienci na rynku, rząd Stanów Zjednoczonych i wojsko, chcą masowo wykorzystywać chipy w rakietach i pociskach rakietowych, zwiększając cenny ładunek startowy i poprawiając niezawodność terminali kontrolnych.Tranzystory będą jednak również narażone na trudne warunki pracy spowodowane wysokimi temperaturami i gwałtownymi wibracjami.

German jako pierwszy traci, jeśli chodzi o temperaturę: tranzystory germanowe wytrzymują temperatury zaledwie 80°C, podczas gdy wymagania wojskowe przewidują stabilną pracę nawet w temperaturze 200°C.Tę temperaturę wytrzymują tylko tranzystory krzemowe.
Tradycyjny tranzystor krzemowy

Fairchild wynalazł proces wytwarzania tranzystorów krzemowych, czyniąc je tak prostymi i wydajnymi jak drukowane książki, a także znacznie tańszymi pod względem ceny od tranzystorów germanowych.Proces Fairchilda wytwarzania tranzystorów krzemowych jest następujący.

Najpierw rysowany jest ręcznie układ, czasami tak duży, że zajmuje ścianę, a następnie rysunek jest fotografowany i redukowany do maleńkiego półprzezroczystego arkusza, często składającego się z dwóch pasów po trzy arkusze, z których każdy reprezentuje warstwę obwodów elektrycznych.

Po drugie, na pokrojoną w plasterki i wypolerowaną gładką płytkę krzemową nakłada się warstwę materiału światłoczułego, a promieniowanie UV/laser służy do ochrony wzoru obwodu przed arkuszem transiluminacyjnym na płytce krzemowej.

Po trzecie, obszary i linie w ciemnej części arkusza transiluminacyjnego pozostawiają nienaświetlone wzory na płytce krzemowej;te nienaświetlone wzory czyści się roztworem kwasu i dodaje się zanieczyszczenia półprzewodnikowe (technika dyfuzyjna) lub plateruje się przewodniki metalowe.

Po czwarte, powtarzając powyższe trzy kroki dla każdej półprzezroczystej płytki, można uzyskać dużą liczbę tranzystorów na płytkach krzemowych, które pracownice wycinają pod mikroskopem, a następnie podłączają do przewodów, a następnie pakują, testują i sprzedają.

Dzięki dostępności tranzystorów krzemowych w dużych ilościach ośmiu zbuntowanych założycieli Fairchild znalazło się wśród firm, które mogły stanąć u boku takich gigantów jak Texas Instruments.

Ważny impuls – Intel
Dopiero późniejszy wynalazek układu scalonego podsumował dominację germanu.W tamtym czasie istniały dwie linie technologiczne, jedna dla układów scalonych na chipach germanowych firmy Texas Instruments i druga dla układów scalonych na chipach krzemowych firmy Fairchild.Początkowo obie firmy toczyły ostry spór o własność patentów na układy scalone, ale później Urząd Patentowy uznał własność patentów na układy scalone obu firm.
Jednakże, ponieważ proces Fairchilda był bardziej zaawansowany, stał się standardem dla układów scalonych i jest nadal stosowany.Później Noyce, wynalazca układu scalonego, i Moore, wynalazca prawa Moore'a, opuścili Centron Semiconductor, którzy, nawiasem mówiąc, obaj byli członkami „Ośmiu Zdrajców”.Razem z Grove stworzyli największą na świecie firmę produkującą chipy półprzewodnikowe, firmę Intel.
Trzej założyciele Intela, od lewej: Grove, Noyce i Moore

W kolejnych opracowaniach Intel wypuścił chipy krzemowe.Pokonał takich gigantów jak Texas Instruments, Motorola i IBM, stając się królem sektora półprzewodnikowych pamięci masowych i procesorów.

Gdy Intel stał się dominującym graczem w branży, krzem zakończył także german, a dawna Dolina Santa Clara została przemianowana na „Dolinę Krzemową”.Od tego czasu chipy krzemowe stały się w powszechnym odbiorze odpowiednikiem chipów półprzewodnikowych.

German ma jednak kilka bardzo trudnych problemów do rozwiązania, takich jak liczne defekty na granicy faz półprzewodników, słaba stabilność termiczna i brak gęstych tlenków.Co więcej, german jest pierwiastkiem rzadkim, występującym w skorupie ziemskiej zaledwie 7 części na milion, a rudy germanu są również bardzo rozproszone.Koszt surowców do produkcji germanu pozostaje wysoki, ponieważ german jest bardzo rzadki i nie jest skoncentrowany;rzeczy są rzadkie, a wysokie koszty surowców sprawiają, że tranzystory germanowe nie są tańsze, więc produkcja tranzystorów germanowych na dużą skalę jest trudna.

Dlatego badacze przeszli o poziom wyżej i przyjrzeli się pierwiastkowi krzemu.Można powiedzieć, że wszystkie wrodzone słabości germanu są wrodzonymi zaletami krzemu.

Krzem jest drugim po tlenie najpowszechniej występującym pierwiastkiem, ale w przyrodzie zasadniczo nie można znaleźć monomerów krzemu;jego najpowszechniejszymi związkami są krzemionka i krzemiany.Spośród nich krzemionka jest z kolei jednym z głównych składników piasku.Ponadto związki takie jak skaleń, granit i kwarc są oparte na związkach krzemionkowo-tlenowych.

Krzem jest stabilny termicznie, ma gęsty tlenek o wysokiej stałej dielektrycznej i można go łatwo przygotować z interfejsem krzem-tlenek krzemu z bardzo małą liczbą defektów międzyfazowych.

Tlenek krzemu jest nierozpuszczalny w wodzie (tlenek germanu jest rozpuszczalny w wodzie) i nierozpuszczalny w większości kwasów, co po prostu idealnie pasuje do techniki druku korozyjnego stosowanej na płytkach drukowanych.Produktem tej kombinacji jest proces planarny układu scalonego, który trwa do dziś.