Új és eredeti TPA3116D2DADR Integrált áramkör IC Chips elektronikai alkatrészek

A félvezető chip korai időszakában nem a szilícium volt a főszereplő, hanem a germánium.Az első tranzisztor germánium alapú tranzisztor volt, az első integrált áramköri chip pedig germánium chip volt.
Az első tranzisztort Bardeen és Bratton találta fel, akik feltalálták a bipoláris tranzisztort (BJT).Az első P/N csatlakozó diódát Shockley találta fel, és azonnal ez a Shockley által tervezett csatlakozási típus vált a BJT szabványos szerkezetévé, és ma is üzemel.Ugyanebben az évben, 1956-ban mindhárman megkapták a fizikai Nobel-díjat.
A tranzisztor egyszerűen miniatűr kapcsolóként értelmezhető.A félvezető tulajdonságaitól függően a félvezető foszforral adalékolásával N-típusú félvezető, bórral pedig P-típusú félvezető állítható elő.Az N-típusú és P-típusú félvezetők kombinációja alkotja a PN átmenetet, amely az elektronikus chipek fontos szerkezete;Ez lehetővé teszi bizonyos logikai műveletek végrehajtását (például kapukkal, vagy kapukkal, nem kapukkal stb.)
A germániumnak azonban van néhány nagyon nehéz problémája, mint például a sok interfész hiba a félvezetőben, a rossz termikus stabilitás és a sűrű oxidok hiánya.Ráadásul a germánium ritka elem, mindössze 7 milliomodrész található benne a földkéregben, és a germániumércek is nagyon szétszórtak.Mivel a germánium nagyon ritka és nem koncentrált, a germánium nyersanyagára továbbra is magas;ritkák a dolgok, és a magas nyersanyagköltség nem teszi olcsóbbá a germánium tranzisztorokat, ezért nehéz a germánium tranzisztorokat nagy mennyiségben előállítani.

A kutatók ezért egy szinttel feljebb ugrottak, és megnézték a szilícium elemet.Mondhatnánk, hogy a germánium minden benne rejlő hiányossága a szilícium velejárója.

A szilícium az oxigén után a második legnagyobb mennyiségben előforduló elem, de a természetben alapvetően nem található szilíciummonomer;leggyakoribb vegyületei a szilícium-dioxid és a szilikátok.Ezek közül a szilícium-dioxid a homok egyik fő alkotóeleme.Ezenkívül az olyan vegyületek, mint a földpát, a gránit és a kvarc, mind szilícium-dioxid-oxigén vegyületeken alapulnak.

A szilícium termikusan stabil, sűrű, nagy dielektromos állandójú oxiddal rendelkezik, és könnyen előállítható szilícium-szilícium-oxid interfésszel, nagyon kevés határfelületi hibával.

A szilícium-oxid vízben oldhatatlan (a germánium-oxid vízben oldódik), és a legtöbb savban nem oldódik, ami egyszerűen tökéletesen illeszkedik a nyomtatott áramköri lapoknál alkalmazott korróziós nyomtatási technikához.Ennek a kombinációnak a terméke az integrált áramkörök lapos folyamata, amely a mai napig tart.
Szilícium kristály oszlopok

A szilícium útja a csúcsra
Sikertelen vállalkozás: Azt mondják, hogy Shockley hatalmas piaci lehetőséget látott abban az időben, amikor még senkinek nem sikerült szilícium tranzisztort készítenie;ezért 1956-ban otthagyta a Bell Labst, hogy saját céget alapítson Kaliforniában.Sajnos Shockley nem volt jó vállalkozó, és az üzletvezetése bolond feladat volt a tudományos képességeihez képest.Tehát maga Shockley nem teljesítette azt a törekvését, hogy a germániumot szilíciummal cserélje le, és élete hátralévő részében a színpad a Stanford Egyetem pódiuma volt.Egy évvel az alapítás után az általa toborzott nyolc tehetséges fiatalember tömegesen disszidált tőle, és a „nyolc áruló” volt az, aki beteljesítette azt a törekvést, hogy a germániumot szilíciummal helyettesítsék.

A szilícium tranzisztor emelkedése

Mielőtt a Nyolc Renegades megalapította a Fairchild Semiconductor-t, a germánium tranzisztorok voltak a tranzisztorok domináns piaca: 1957-ben közel 30 millió tranzisztort gyártottak az Egyesült Államokban, csak egymillió szilícium tranzisztort és közel 29 millió germánium tranzisztort.20%-os piaci részesedésével a Texas Instruments a tranzisztorok piacának óriásává vált.
Nyolc Renegades és Fairchild Semiconductor

A piac legnagyobb vevői, az Egyesült Államok kormánya és hadserege a chipeket nagy számban szeretnék felhasználni rakétákban és rakétákban, növelve az értékes kilövési terhelést és javítva a vezérlőterminálok megbízhatóságát.De a tranzisztorok kemény működési feltételekkel is szembesülnek majd a magas hőmérséklet és az erős rezgések miatt.

A germánium az első, aki vesztes a hőmérséklet tekintetében: a germánium tranzisztorok mindössze 80 °C-os hőmérsékletet képesek ellenállni, míg a katonaság elvárása a stabil működés 200 °C-on is.Csak a szilícium tranzisztorok bírják ezt a hőmérsékletet.
A hagyományos szilícium tranzisztor

Fairchild feltalálta a szilícium tranzisztorok előállításának folyamatát, így azok olyan egyszerűek és hatékonyak, mint a nyomtatott könyvek, árát tekintve pedig sokkal olcsóbbak, mint a germánium tranzisztorok.Fairchild eljárása a szilícium tranzisztorok előállítására a következő durva.

Először kézzel rajzolnak meg egy elrendezést, néha olyan nagyot, hogy elfoglal egy falat, majd a rajzot lefényképezik, és apró áttetsző lappá redukálják, gyakran két három lapból álló sávval, amelyek mindegyike egy-egy áramköri réteget képvisel.

Másodszor, egy réteg fényérzékeny anyagot visznek fel a szeletelt és polírozott sima szilícium lapkára, és UV/lézerrel védik az áramköri mintát az átvilágító laptól a szilícium lapkára.

Harmadszor, az átvilágító lap sötét részén lévő területek és vonalak exponált mintákat hagynak a szilícium lapkán;ezeket a nem exponált mintákat savas oldattal megtisztítják, és vagy félvezető szennyeződéseket adnak hozzá (diffúziós technika), vagy fémvezetőket vonnak be.

Negyedszer, megismételve a fenti három lépést minden áttetsző lapkánál, nagyszámú tranzisztor nyerhető szilíciumlapkákon, amelyeket női munkások vágnak le mikroszkóp alatt, majd csatlakoztatják a vezetékekhez, majd csomagolják, tesztelik és értékesítik.

A nagy mennyiségben kapható szilícium tranzisztorokkal a Fairchild nyolc renegát alapítója azon vállalatok közé tartozott, amelyek olyan óriások mellett állhattak, mint a Texas Instruments.

A fontos nyomás - Intel
Az integrált áramkör későbbi feltalálása foglalta össze a germánium dominanciáját.Abban az időben két technológiai vonal létezett, az egyik a Texas Instruments germánium chipeken lévő integrált áramkörökhöz, a másik pedig a Fairchild szilícium chipeken lévő integrált áramkörökhöz.A két cég eleinte heves vitát folytatott az integrált áramkörök szabadalmait illetően, de később a Szabadalmi Hivatal elismerte, hogy az integrált áramkörök szabadalmait mindkét cég birtokolja.
Mivel azonban a Fairchild eljárása fejlettebb volt, az integrált áramkörök szabványává vált, és ma is használják.Később Noyce, az integrált áramkör feltalálója és Moore, a Moore-törvény feltalálója elhagyta a Centron Semiconductort, akik egyébként mindketten a „Nyolc áruló” tagjai voltak.A Grove-val közösen létrehozták a világ ma legnagyobb félvezető chipeket gyártó cégét, az Intelt.
Az Intel három alapítója balról: Grove, Noyce és Moore

A későbbi fejlesztések során az Intel szilícium chipeket nyomott be.Olyan óriásokat vert meg, mint a Texas Instruments, a Motorola és az IBM, és a félvezető tároló- és CPU-szektor királyává vált.

Ahogy az Intel az iparág meghatározó szereplőjévé vált, a szilícium a germániumot is megszüntette, és az egykori Santa Clara-völgyet átnevezték "Szilícium-völgyre".Azóta a szilícium chipek a félvezető chipek megfelelőivé váltak a közvéleményben.

A germániumnak azonban van néhány nagyon nehezen megoldható problémája, mint például a félvezetők számos interfészhibája, a rossz termikus stabilitás és a sűrű oxidok hiánya.Ráadásul a germánium ritka elem, mindössze 7 milliomodrész található benne a földkéregben, és a germániumércek is nagyon szétszórtak.Mivel a germánium nagyon ritka és nem koncentrált, a germánium nyersanyagára továbbra is magas;ritka dolgok, és a magas nyersanyagköltség miatt a germánium tranzisztorok nem olcsóbbak, ezért nehéz a germánium tranzisztorokat nagy mennyiségben előállítani.

A kutatók ezért egy szinttel feljebb ugrottak, és megnézték a szilícium elemet.Mondhatnánk, hogy a germánium összes eredendő gyengesége a szilíciumban rejlő erőssége.

A szilícium az oxigén után a második legnagyobb mennyiségben előforduló elem, de a természetben alapvetően nem található szilíciummonomer;leggyakoribb vegyületei a szilícium-dioxid és a szilikátok.Ezek közül a szilícium-dioxid a homok egyik fő alkotóeleme.Ezenkívül az olyan vegyületek, mint a földpát, a gránit és a kvarc, mind szilícium-dioxid-oxigén vegyületeken alapulnak.

A szilícium termikusan stabil, sűrű, nagy dielektromos állandójú oxiddal rendelkezik, és könnyen előállítható szilícium-szilícium-oxid interfésszel, nagyon kevés határfelületi hibával.

A szilícium-oxid vízben oldhatatlan (a germánium-oxid vízben oldódik), és a legtöbb savban nem oldódik, ami egyszerűen tökéletesen illeszkedik a nyomtatott áramköri lapoknál alkalmazott korróziós nyomtatási technikához.Ennek a kombinációnak a terméke az integrált áramköri síkfolyamat, amely a mai napig tart.