Nieuwe en originele TPA3116D2DADR Geïntegreerde schakeling IC Chips elektronische componenten

In de begindagen van de halfgeleiderchip was silicium niet de hoofdpersoon, maar germanium wel.De eerste transistor was een op germanium gebaseerde transistor en de eerste chip met geïntegreerde schakeling was een germaniumchip.
De eerste transistor werd uitgevonden door Bardeen en Bratton, die de bipolaire transistor (BJT) uitvonden.De eerste P/N-junctiediode werd uitgevonden door Shockley en dit door Shockley ontworpen junctietype werd onmiddellijk de standaardstructuur voor de BJT en is vandaag de dag in gebruik.In dat jaar, in 1956, ontvingen ze alle drie ook de Nobelprijs voor de Natuurkunde.
Een transistor kan eenvoudigweg worden opgevat als een miniatuurschakelaar.Afhankelijk van de eigenschappen van de halfgeleider kan een N-type halfgeleider worden gevormd door de halfgeleider te doteren met fosfor en een P-type halfgeleider met boor.De combinatie van N-type en P-type halfgeleiders vormt de PN-overgang, een belangrijke structuur in elektronische chips;hierdoor kunnen specifieke logische bewerkingen worden uitgevoerd (zoals with-gates, or-gates, non-gates, enz.)
Germanium heeft echter enkele zeer moeilijke problemen, zoals de vele interfacedefecten in de halfgeleider, de slechte thermische stabiliteit en het ontbreken van dichte oxiden.Bovendien is germanium een ​​zeldzaam element, met slechts 7 delen per miljoen in de aardkorst, en zijn germaniumertsen ook zeer verspreid.Omdat germanium zeer zeldzaam en niet geconcentreerd is, blijven de grondstoffenkosten voor germanium hoog;dingen zijn zeldzaam, en de hoge grondstofkosten maken germaniumtransistors niet goedkoper, dus het is moeilijk om germaniumtransistors op grote schaal te produceren.

Onderzoekers sprongen daarom een ​​niveau hoger en keken naar het element silicium.Je zou kunnen zeggen dat alle inherente tekortkomingen van germanium de inherente voordelen van silicium zijn.

Silicium is na zuurstof het meest voorkomende element, maar siliciummonomeren kun je in principe niet in de natuur vinden;de meest voorkomende verbindingen zijn silica en silicaten.Hiervan is silica op zijn beurt een van de belangrijkste componenten van zand.Bovendien zijn verbindingen zoals veldspaat, graniet en kwarts allemaal gebaseerd op silica-zuurstofverbindingen.

Silicium is thermisch stabiel, heeft een dicht oxide met een hoge diëlektrische constante en kan gemakkelijk worden bereid met een silicium-siliciumoxide-grensvlak met zeer weinig grensvlakdefecten.

Siliciumoxide is onoplosbaar in water (germaniumoxide is oplosbaar in water) en onoplosbaar in de meeste zuren, wat simpelweg perfect past bij de corrosieprinttechniek die wordt gebruikt voor printplaten.Het product van deze combinatie is het vlakke proces voor geïntegreerde schakelingen dat tot op de dag van vandaag voortduurt.
Siliciumkristalkolommen

Silicon's reis naar de top
Een mislukte onderneming: Er wordt gezegd dat Shockley een enorme marktkans zag in een tijd waarin niemand er nog in was geslaagd een siliciumtransistor te maken;daarom verliet hij Bell Labs in 1956 om zijn eigen bedrijf in Californië te starten.Helaas was Shockley geen goede ondernemer en was zijn bedrijfsbeheer een dwaasheid vergeleken met zijn academische vaardigheden.Shockley zelf voldeed dus niet aan de ambitie om germanium te vervangen door silicium, en het podium voor de rest van zijn leven was het podium van Stanford University.Een jaar na de oprichting liepen de acht getalenteerde jonge mannen die hij had gerekruteerd massaal van hem over, en het waren de 'acht verraders' die de ambitie zouden verwezenlijken om germanium door silicium te vervangen.

De opkomst van de siliciumtransistor

Voordat de Acht Renegades Fairchild Semiconductor oprichtten, waren germaniumtransistors de dominante markt voor transistors, met bijna 30 miljoen transistors vervaardigd in de Verenigde Staten in 1957, slechts één miljoen siliciumtransistors en bijna 29 miljoen germaniumtransistors.Met een marktaandeel van 20% werd Texas Instruments de reus op de transistormarkt.
Acht Renegades en Fairchild Semiconductor

De grootste klanten van de markt, de Amerikaanse overheid en het leger, willen de chips in grote aantallen gebruiken in raketten en raketten, waardoor de waardevolle lanceerbelasting wordt vergroot en de betrouwbaarheid van controleterminals wordt verbeterd.Maar de transistors zullen ook te maken krijgen met zware bedrijfsomstandigheden, veroorzaakt door hoge temperaturen en hevige trillingen.

Germanium is het eerste dat het onderspit moet delven als het om temperatuur gaat: germaniumtransistoren zijn bestand tegen temperaturen van slechts 80°C, terwijl de eisen van het leger een stabiele werking zelfs bij 200°C zijn.Alleen siliciumtransistors zijn bestand tegen deze temperatuur.
De traditionele siliciumtransistor

Fairchild vond het proces uit voor het maken van siliciumtransistors, waardoor ze net zo eenvoudig en efficiënt werden als gedrukte boeken en qua prijs veel goedkoper dan germaniumtransistors.Fairchild's proces voor het maken van siliciumtransistors is als volgt ruwweg.

Eerst wordt met de hand een lay-out getekend, soms zo groot dat deze een muur in beslag neemt, en vervolgens wordt de tekening gefotografeerd en verkleind tot een klein, doorschijnend vel, vaak met twee banen van drie vellen, die elk een laag schakelingen vertegenwoordigen.

Ten tweede wordt een laag lichtgevoelig materiaal aangebracht op de gesneden en gepolijste gladde siliciumwafel, en wordt de UV/laser gebruikt om het circuitpatroon te beschermen tegen de transilluminatielaag op de siliciumwafel.

Ten derde laten gebieden en lijnen in het donkere deel van het transilluminatievel onbelichte patronen achter op de siliciumwafel;deze onbelichte patronen worden gereinigd met een zure oplossing en er worden halfgeleideronzuiverheden toegevoegd (diffusietechniek) of metalen geleiders worden geplateerd.

Ten vierde kunnen, door de drie bovenstaande stappen voor elke doorschijnende wafel te herhalen, grote aantallen transistors op siliciumwafels worden verkregen, die door vrouwelijke werknemers onder een microscoop worden gesneden en vervolgens met draden worden verbonden, vervolgens verpakt, getest en verkocht.

Omdat de siliciumtransistors in grote hoeveelheden beschikbaar waren, behoorden de acht afvallige oprichters van Fairchild tot de bedrijven die naast giganten als Texas Instruments konden staan.

Het belangrijke duwtje in de rug: Intel
Het was de daaropvolgende uitvinding van de geïntegreerde schakeling die de dominantie van germanium samenvatte.Destijds waren er twee technologielijnen, één voor geïntegreerde schakelingen op germaniumchips van Texas Instruments en één voor geïntegreerde schakelingen op siliciumchips van Fairchild.Aanvankelijk hadden de twee bedrijven een hevig geschil over de eigendom van de patenten op de geïntegreerde schakelingen, maar later erkende het Octrooibureau de eigendom van de patenten op de geïntegreerde schakelingen door beide bedrijven.
Naarmate het proces van Fairchild echter geavanceerder was, werd het de standaard voor geïntegreerde schakelingen en wordt het nog steeds gebruikt.Later verlieten Noyce, de uitvinder van de geïntegreerde schakeling, en Moore, de uitvinder van de wet van Moore, Centron Semiconductor, die overigens beiden lid waren van de "Acht Verraders".Samen met Grove creëerden ze wat nu 's werelds grootste halfgeleiderchipbedrijf is, Intel.
De drie oprichters van Intel, van links naar rechts: Grove, Noyce en Moore

In daaropvolgende ontwikkelingen promootte Intel siliciumchips.Het heeft giganten als Texas Instruments, Motorola en IBM verslagen en is de koning van de halfgeleideropslag- en CPU-sector geworden.

Toen Intel de dominante speler in de industrie werd, maakte silicium ook een einde aan germanium, en wat ooit Santa Clara Valley was, werd omgedoopt tot "Silicon Valley".Sindsdien zijn siliciumchips in de publieke perceptie het equivalent geworden van halfgeleiderchips.

Germanium heeft echter een aantal zeer moeilijke problemen om op te lossen, zoals de vele interfacedefecten van halfgeleiders, slechte thermische stabiliteit en het ontbreken van dichte oxiden.Bovendien is germanium een ​​zeldzaam element, met slechts 7 delen per miljoen in de aardkorst, en zijn germaniumertsen ook zeer verspreid.Omdat germanium zeer zeldzaam en niet geconcentreerd is, blijven de grondstoffenkosten voor germanium hoog;dingen zijn zeldzaam, en de hoge grondstofkosten maken germaniumtransistors niet goedkoper, dus het is moeilijk om germaniumtransistors op grote schaal te produceren.

Onderzoekers sprongen daarom een ​​niveau hoger en keken naar het element silicium.Je zou kunnen zeggen dat alle inherente zwakheden van germanium de inherente sterke punten van silicium zijn.

Silicium is na zuurstof het meest voorkomende element, maar siliciummonomeren kun je in principe niet in de natuur vinden;de meest voorkomende verbindingen zijn silica en silicaten.Hiervan is silica op zijn beurt een van de belangrijkste componenten van zand.Bovendien zijn verbindingen zoals veldspaat, graniet en kwarts allemaal gebaseerd op silica-zuurstofverbindingen.

Silicium is thermisch stabiel, heeft een dicht oxide met een hoge diëlektrische constante en kan gemakkelijk worden bereid met een silicium-siliciumoxide-grensvlak met zeer weinig grensvlakdefecten.

Siliciumoxide is onoplosbaar in water (germaniumoxide is oplosbaar in water) en onoplosbaar in de meeste zuren, wat simpelweg perfect past bij de corrosieprinttechniek die wordt gebruikt voor printplaten.Het product van deze combinatie is het planaire proces met geïntegreerde schakelingen dat tot op de dag van vandaag voortduurt.