Новыя і арыгінальныя электронныя кампаненты мікрасхем інтэгральнай схемы TPA3116D2DADR

У першыя дні паўправадніковых чыпаў крэмній не быў галоўным героем, а германій.Першым транзістарам быў германіевы транзістар, а першай інтэгральнай схемай быў германіевы чып.
Першы транзістар быў вынайдзены Бардзінам і Братанам, якія вынайшлі біпалярны транзістар (BJT).Першы P/N дыёд быў вынайдзены Шоклі, і адразу гэты тып пераходу, распрацаваны Шоклі, стаў стандартнай структурай для BJT і выкарыстоўваецца сёння.У 1956 годзе яны трое таксама атрымалі Нобелеўскую прэмію па фізіцы.
Транзістар можна разумець проста як мініятурны перамыкач.У залежнасці ад уласцівасцей паўправадніка, паўправаднік N-тыпу можа быць утвораны шляхам легіравання паўправадніка фосфарам, а паўправаднік P-тыпу - борам.Спалучэнне паўправаднікоў N-тыпу і P-тыпу ўтварае PN-пераход, важную структуру ў электронных мікрасхемах;гэта дазваляе выконваць пэўныя лагічныя аперацыі (напрыклад, з варотамі, або-варотамі, без варот і г.д.)
Германій, аднак, мае некалькі вельмі складаных праблем, такіх як мноства дэфектаў інтэрфейсу ў паўправадніку, дрэнная тэрмічная стабільнасць і адсутнасць шчыльных аксідаў.Акрамя таго, германій з'яўляецца рэдкім элементам, яго ў зямной кары ўсяго 7 частак на мільён, і германіевыя руды таксама вельмі раскіданыя.Менавіта таму, што германій вельмі рэдкі і не канцэнтраваны, кошт сыравіны для германію застаецца высокім;рэчы рэдкія, а высокі кошт сыравіны робіць германіевыя транзістары не таннейшымі, таму цяжка вырабляць германіевыя транзістары ў вялікіх маштабах.

Такім чынам, даследчыкі падскочылі на ўзровень вышэй і паглядзелі на элемент крэмній.Можна сказаць, што ўсе ўласцівыя недахопы германію з'яўляюцца ўласцівымі перавагамі крэмнію.

Крэмній з'яўляецца другім па распаўсюджанасці элементам пасля кіслароду, але ў прыродзе вы практычна не можаце знайсці манамеры крэмнія;яго найбольш распаўсюджанымі злучэннямі з'яўляюцца дыяксід крэмнія і сілікаты.З іх кремнезем, у сваю чаргу, з'яўляецца адным з асноўных кампанентаў пяску.Акрамя таго, такія злучэнні, як палявы шпат, граніт і кварц, заснаваны на злучэннях дыяксіду крэмнія і кіслароду.

Крэмній тэрмічнаму ўстойлівы, мае шчыльны аксід з высокай дыэлектрычнай пранікальнасцю і можа быць лёгка атрыманы з інтэрфейсам крэмній-аксід крэмнію з вельмі невялікай колькасцю дэфектаў на паверхні паверхні.

Аксід крэмнію нерастваральны ў вадзе (аксід германію раствараецца ў вадзе) і нерастваральны ў большасці кіслот, што проста ідэальна падыходзіць для тэхнікі каразійнага друку, якая выкарыстоўваецца для друкаваных поплаткаў.Прадуктам гэтай камбінацыі з'яўляецца плоскі працэс для інтэгральных схем, які працягваецца па гэты дзень.
Крамянёвыя крыштальныя калоны

Падарожжа Silicon да вяршыні
Няўдалае прадпрыемства: кажуць, што Шоклі ўбачыў велізарныя магчымасці на рынку ў той час, калі яшчэ нікому не ўдалося зрабіць крамянёвы транзістар;таму ён пакінуў Bell Labs у 1956 годзе, каб заснаваць уласную кампанію ў Каліфорніі.На жаль, Шоклі не быў добрым прадпрымальнікам, і яго кіраванне бізнесам было дурной справай у параўнанні з яго акадэмічнымі здольнасцямі.Такім чынам, сам Шоклі не ажыццявіў амбіцыі замяніць германій крэмніем, і сцэнай на ўсё астатняе жыццё стаў трыбуна Стэнфардскага універсітэта.Праз год пасля яго заснавання восем таленавітых маладых людзей, якіх ён завербаваў, масава адышлі ад яго, і менавіта «восем здраднікаў» павінны былі завяршыць амбіцыі замены германію крэмніем.

Рост крамянёвага транзістара

Да таго, як восем рэнегатаў заснавалі Fairchild Semiconductor, германіевыя транзістары былі дамінуючым рынкам для транзістараў, з амаль 30 мільёнамі транзістараў, вырабленых у Злучаных Штатах у 1957 годзе, толькі адным мільёнам крамянёвых транзістараў і амаль 29 мільёнамі германіевых транзістараў.Кампанія Texas Instruments з доляй рынку ў 20% стала гігантам на рынку транзістараў.
Eight Renegades і Fairchild Semiconductor

Найбуйнейшыя кліенты на рынку, урад ЗША і ваенныя, хочуць выкарыстоўваць чыпы ў вялікай колькасці ў ракетах і ракетах, павялічваючы каштоўную стартавую нагрузку і паляпшаючы надзейнасць тэрміналаў кіравання.Але транзістары таксама сутыкнуцца з жорсткімі ўмовамі працы, выкліканымі высокімі тэмпературамі і моцнай вібрацыяй.

Першым па тэмпературы прайграе германій: германіевыя транзістары вытрымліваюць тэмпературу ўсяго 80°C, у той час як ваенныя патрабаванні — стабільная праца нават пры 200°C.Такую тэмпературу вытрымліваюць толькі крамянёвыя транзістары.
Традыцыйны крамянёвы транзістар

Фэрчайлд вынайшаў працэс вытворчасці крамянёвых транзістараў, зрабіўшы іх такімі ж простымі і эфектыўнымі, як друкаваныя кнігі, і значна таннейшымі, чым германіевыя транзістары з пункту гледжання цаны.Працэс Fairchild для вырабу крамянёвых транзістараў выглядае наступным чынам.

Спачатку макет малюецца ўручную, часам настолькі вялікі, што займае сцяну, а затым малюнак фатаграфуецца і зводзіцца да малюсенькага напаўпразрыстага аркуша, часта з дзвюма палосамі па тры аркушы, кожны з якіх уяўляе сабой пласт схемы.

Па-другое, пласт святлоадчувальнага матэрыялу наносіцца на нарэзаную і паліраваную гладкую крэмніевую пласціну, а УФ/лазер выкарыстоўваецца для абароны ўзору схемы ад прасвечвання ліста на крамянёвай пласціне.

Па-трэцяе, вобласці і лініі ў цёмнай частцы ліста трансілюмінацыі пакідаюць неэкспанаваныя ўзоры на крамянёвай пласціне;гэтыя неэкспанаваныя ўзоры ачышчаюцца растворам кіслаты, і альбо дадаюцца паўправадніковыя прымешкі (тэхніка дыфузіі), альбо металічныя праваднікі пакрываюцца.

Па-чацвёртае, паўтарыўшы тры крокі вышэй для кожнай напаўпразрыстай пласціны, можна атрымаць вялікую колькасць транзістараў на крамянёвых пласцінах, якія разразаюцца жанчынамі пад мікраскопам, а потым злучаюцца з правадамі, а затым пакуюць, выпрабоўваюць і прадаюць.

З крамянёвымі транзістарамі, даступнымі ў вялікай колькасці, восем адшчапенцаў-заснавальнікаў Fairchild былі аднымі з кампаній, якія маглі стаяць побач з такімі гігантамі, як Texas Instruments.

Важны штуршок - Intel
Гэта было наступнае вынаходніцтва інтэгральнай схемы, якое падсумавала панаванне германію.У той час было дзве тэхналагічныя лініі: адна для інтэгральных схем на германіевых чыпах ад Texas Instruments і адна для інтэгральных схем на крэмніевых чыпах ад Fairchild.Спачатку паміж дзвюма кампаніямі была жорсткая спрэчка наконт права ўласнасці на патэнты на інтэгральныя схемы, але пазней патэнтнае ведамства прызнала права ўласнасці на патэнты на інтэгральныя схемы абедзвюх кампаній.
Аднак паколькі працэс Фэрчайлда быў больш прасунутым, ён стаў стандартам для інтэгральных схем і працягвае выкарыстоўвацца сёння.Пазней Centron Semiconductor пакінулі Нойс, вынаходнік інтэгральнай схемы, і Мур, вынаходнік закона Мура, якія, дарэчы, абодва ўваходзілі ў «васьмёрку здраднікаў».Разам з Grove яны стварылі найбуйнейшую ў свеце кампанію па вытворчасці паўправадніковых чыпаў Intel.
Тры заснавальнікі Intel, злева: Гроўв, Нойс і Мур

У наступных распрацоўках Intel прасунула крамянёвыя чыпы.Ён абышоў такіх гігантаў, як Texas Instruments, Motorola і IBM, каб стаць каралём сектара паўправадніковых назапашвальнікаў і працэсараў.

Калі Intel стала дамінуючым гульцом у індустрыі, крэмній таксама скончыўся германіем, і тое, што калісьці было далінай Санта-Клара, было перайменавана ў «Сіліконавую даліну».З тых часоў крамянёвыя чыпы сталі эквівалентам паўправадніковых чыпаў у грамадскім успрыманні.

Германій, аднак, мае некаторыя вельмі складаныя праблемы, якія трэба вырашыць, такія як мноства дэфектаў падзелу паўправаднікоў, дрэнная тэрмічная стабільнасць і адсутнасць шчыльных аксідаў.Акрамя таго, германій з'яўляецца рэдкім элементам, яго ў зямной кары ўсяго 7 частак на мільён, і германіевыя руды таксама вельмі раскіданыя.Менавіта таму, што германій вельмі рэдкі і не канцэнтраваны, кошт сыравіны для германію застаецца высокім;рэчы рэдкія, а высокі кошт сыравіны робіць германіевыя транзістары не таннейшымі, таму цяжка вырабляць германіевыя транзістары ў вялікіх маштабах.

Такім чынам, даследчыкі падскочылі на ўзровень вышэй і паглядзелі на элемент крэмній.Можна сказаць, што ўсе ўласцівыя слабасці германію з'яўляюцца ўласцівымі моцнымі бакамі крэмнія.

Крэмній з'яўляецца другім па распаўсюджанасці элементам пасля кіслароду, але ў прыродзе вы практычна не можаце знайсці манамеры крэмнія;яго найбольш распаўсюджанымі злучэннямі з'яўляюцца дыяксід крэмнія і сілікаты.З іх кремнезем, у сваю чаргу, з'яўляецца адным з асноўных кампанентаў пяску.Акрамя таго, такія злучэнні, як палявы шпат, граніт і кварц, заснаваны на злучэннях дыяксіду крэмнія і кіслароду.

Крэмній тэрмічнаму ўстойлівы, мае шчыльны аксід з высокай дыэлектрычнай пранікальнасцю і можа быць лёгка атрыманы з інтэрфейсам крэмній-аксід крэмнію з вельмі невялікай колькасцю дэфектаў на паверхні паверхні.

Аксід крэмнію нерастваральны ў вадзе (аксід германію раствараецца ў вадзе) і нерастваральны ў большасці кіслот, што проста ідэальна падыходзіць для тэхнікі каразійнага друку, якая выкарыстоўваецца для друкаваных поплаткаў.Прадуктам гэтай камбінацыі з'яўляецца плоскасны працэс інтэгральнай схемы, які працягваецца па гэты дзень.