Componente electronice noi și originale TPA3116D2DADR Circuit integrat IC Chips

În primele zile ale cipului semiconductor, siliciul nu era personajul principal, ci germaniul.Primul tranzistor a fost un tranzistor pe bază de germaniu, iar primul cip de circuit integrat a fost un cip de germaniu.
Primul tranzistor a fost inventat de Bardeen și Bratton, care au inventat tranzistorul bipolar (BJT).Prima diodă de joncțiune P/N a fost inventată de Shockley și, imediat, acest tip de joncțiune proiectat de Shockley a devenit structura standard pentru BJT și este în funcțiune astăzi.Cei trei au primit și Premiul Nobel pentru Fizică în acel an, în 1956.
Un tranzistor poate fi înțeles pur și simplu ca un comutator miniatural.În funcție de proprietățile semiconductorului, se poate forma un semiconductor de tip N prin doparea semiconductorului cu fosfor și un semiconductor de tip P cu bor.Combinația de semiconductori de tip N și tip P formează joncțiunea PN, o structură importantă în cipurile electronice;aceasta permite efectuarea unor operații logice specifice (cum ar fi cu porți, sau porți, non-porți etc.)
Cu toate acestea, germaniul are unele probleme foarte dificile, cum ar fi numeroasele defecte de interfață în semiconductor, stabilitatea termică slabă și lipsa oxizilor denși.Mai mult, germaniul este un element rar, cu doar 7 părți la milion în scoarța terestră, iar minereurile de germaniu sunt, de asemenea, foarte împrăștiate.Din cauza că germaniul este foarte rar și nu este concentrat, costul materiilor prime pentru germaniu rămâne ridicat;lucrurile sunt rare, iar costul ridicat al materiilor prime face ca tranzistoarele cu germaniu să nu fie mai ieftine, așa că este dificil să produci tranzistori cu germaniu pe scară largă.

Prin urmare, cercetătorii au sărit un nivel și s-au uitat la elementul siliciu.Ați putea spune că toate deficiențele inerente ale germaniului sunt avantaje inerente ale siliciului.

Siliciul este al doilea element cel mai abundent după oxigen, dar practic nu găsești monomeri de siliciu în natură;cei mai comuni compuși ai săi sunt siliciul și silicații.Dintre acestea, siliciul este, la rândul său, una dintre componentele principale ale nisipului.În plus, compuși precum feldspat, granit și cuarț sunt toți bazați pe compuși de siliciu-oxigen.

Siliciul este stabil termic, are un oxid dens, constant dielectrică ridicată și poate fi preparat cu ușurință cu o interfață siliciu-oxid de siliciu cu foarte puține defecte de interfață.

Oxidul de siliciu este insolubil în apă (oxidul de germaniu este solubil în apă) și insolubil în majoritatea acizilor, ceea ce este pur și simplu o potrivire perfectă pentru tehnica de imprimare prin coroziune folosită pentru plăcile de circuite imprimate.Produsul acestei combinații este procesul plat pentru circuite integrate care continuă până în prezent.
Coloane de cristal de siliciu

Călătoria lui Silicon spre vârf
O întreprindere eșuată: se spune că Shockley a văzut o oportunitate uriașă de piață într-un moment în care nimeni nu reușise încă să facă un tranzistor de siliciu;de aceea a părăsit Bell Labs în 1956 pentru a-și înființa propria companie în California.Din păcate, Shockley nu a fost un antreprenor bun, iar managementul său de afaceri a fost o misiune prostească în comparație cu abilitățile sale academice.Așa că Shockley însuși nu și-a îndeplinit ambiția de a înlocui germaniul cu siliciu, iar scena pentru tot restul vieții a fost podiumul de la Universitatea Stanford.La un an de la înființare, cei opt tineri talentați pe care îi recrutase au dezertat de la el în masă, iar „opt trădători” au fost cei care urmau să ducă la bun sfârșit ambiția de a înlocui germaniul cu siliciu.

Creșterea tranzistorului de siliciu

Înainte ca cei opt renegați să înființeze Fairchild Semiconductor, tranzistoarele cu germaniu erau piața dominantă pentru tranzistori, cu aproape 30 de milioane de tranzistori fabricați în Statele Unite în 1957, doar un milion de tranzistori cu siliciu și aproape 29 de milioane de tranzistori cu germaniu.Cu o cotă de piață de 20%, Texas Instruments a devenit gigantul de pe piața tranzistorilor.
Opt renegați și Fairchild Semiconductor

Cei mai mari clienți ai pieței, guvernul și armata SUA, doresc să folosească cipurile în număr mare în rachete și rachete, crescând sarcina valoroasă de lansare și îmbunătățind fiabilitatea terminalelor de control.Dar tranzistoarele se vor confrunta și cu condiții dure de funcționare cauzate de temperaturi ridicate și vibrații violente.

Germaniul este primul care pierde în privința temperaturii: tranzistoarele cu germaniu pot rezista la temperaturi de numai 80°C, în timp ce cerințele armatei sunt pentru o funcționare stabilă chiar și la 200°C.Doar tranzistoarele de siliciu pot rezista la această temperatură.
Tranzistorul tradițional de siliciu

Fairchild a inventat procesul de fabricare a tranzistoarelor cu siliciu, făcându-le la fel de simple și eficiente precum cărțile tipărite și mult mai ieftine decât tranzistoarele cu germaniu din punct de vedere al prețului.Procesul Fairchild pentru fabricarea tranzistoarelor cu siliciu este dur după cum urmează.

În primul rând, un aspect este desenat manual, uneori atât de mare încât ocupă un perete, iar apoi desenul este fotografiat și redus la o foaie minusculă translucidă, adesea cu două benzi de trei foi, fiecare reprezentând un strat de circuite.

În al doilea rând, un strat de material sensibil la lumină este aplicat pe placa de siliciu netedă feliată și lustruită, iar UV/laserul este utilizat pentru a proteja modelul circuitului de foaia de transiluminare pe placa de siliciu.

În al treilea rând, zonele și liniile din partea întunecată a foii de transiluminare lasă modele neexpuse pe placa de siliciu;aceste modele neexpuse sunt curățate cu o soluție acidă și fie se adaugă impurități semiconductoare (tehnica de difuzie), fie conductoare metalice sunt placate.

În al patrulea rând, repetând cei trei pași de mai sus pentru fiecare placă translucidă, se pot obține un număr mare de tranzistori pe plăci de siliciu, care sunt tăiate de lucrătoare la microscop și apoi conectate la fire, apoi ambalate, testate și vândute.

Cu tranzistoarele de siliciu disponibile în cantități mari, cei opt fondatori renegați ai Fairchild au fost printre companiile care puteau sta alături de giganți precum Texas Instruments.

Impingerea importantă - Intel
Invenția ulterioară a circuitului integrat a rezumat dominația germaniului.La acea vreme, existau două linii de tehnologie, una pentru circuite integrate pe cipuri de germaniu de la Texas Instruments și una pentru circuite integrate pe cipuri de siliciu de la Fairchild.La început, cele două companii au avut o dispută acerbă asupra dreptului de proprietate asupra brevetelor pe circuitele integrate, dar ulterior Oficiul de Brevete a recunoscut de ambele companii dreptul de proprietate asupra brevetelor pe circuitele integrate.
Cu toate acestea, deoarece procesul Fairchild a fost mai avansat, a devenit standardul pentru circuitele integrate și continuă să fie folosit și astăzi.Mai târziu, Noyce, inventatorul circuitului integrat, și Moore, inventatorul Legii lui Moore, au părăsit Centron Semiconductor, care, de altfel, erau ambii membri ai „Opt trădători”.Împreună cu Grove, au creat ceea ce este acum cea mai mare companie de cipuri de semiconductori din lume, Intel.
Cei trei fondatori ai Intel, din stânga: Grove, Noyce și Moore

În evoluțiile ulterioare, Intel a împins cipurile de siliciu.A învins giganți precum Texas Instruments, Motorola și IBM pentru a deveni regele sectorului de stocare a semiconductorilor și CPU.

Pe măsură ce Intel a devenit jucătorul dominant în industrie, siliciul a pus capăt și germaniului, iar ceea ce a fost cândva Santa Clara Valley a fost redenumit „Silicon Valley”.De atunci, cipurile de siliciu au devenit echivalentul cipurilor semiconductoare în percepția publicului.

Cu toate acestea, germaniul are unele probleme foarte dificil de rezolvat, cum ar fi numeroasele defecte de interfață ale semiconductorilor, stabilitatea termică slabă și lipsa oxizilor denși.Mai mult, germaniul este un element rar, cu doar 7 părți la milion în scoarța terestră, iar minereurile de germaniu sunt, de asemenea, foarte împrăștiate.Din cauza că germaniul este foarte rar și nu este concentrat, costul materiilor prime pentru germaniu rămâne ridicat;lucrurile sunt rare, iar costul ridicat al materiilor prime face ca tranzistoarele cu germaniu să nu fie mai ieftine, așa că este dificil să produci tranzistori cu germaniu pe scară largă.

Prin urmare, cercetătorii au sărit un nivel și s-au uitat la elementul siliciu.Ai putea spune că toate punctele slabe inerente ale germaniului sunt punctele forte inerente ale siliciului.

Siliciul este al doilea element cel mai abundent după oxigen, dar practic nu găsești monomeri de siliciu în natură;cei mai comuni compuși ai săi sunt siliciul și silicații.Dintre acestea, siliciul este, la rândul său, una dintre componentele principale ale nisipului.În plus, compuși precum feldspat, granit și cuarț sunt toți bazați pe compuși de siliciu-oxigen.

Siliciul este stabil termic, are un oxid dens, constant dielectrică ridicată și poate fi preparat cu ușurință cu o interfață siliciu-oxid de siliciu cu foarte puține defecte de interfață.

Oxidul de siliciu este insolubil în apă (oxidul de germaniu este solubil în apă) și insolubil în majoritatea acizilor, ceea ce este pur și simplu o potrivire perfectă pentru tehnica de imprimare prin coroziune utilizată pentru plăcile de circuite imprimate.Produsul acestei combinații este procesul planar al circuitului integrat care continuă până în prezent.