Ny og original TPA3116D2DADR Integreret kredsløb IC Chips elektronikkomponenter

I de tidlige dage af halvlederchippen var silicium ikke hovedpersonen, det var germanium.Den første transistor var en germanium-baseret transistor og den første integrerede kredsløbschip var en germaniumchip.
Den første transistor blev opfundet af Bardeen og Bratton, som opfandt den bipolære transistor (BJT).Den første P/N junction diode blev opfundet af Shockley, og straks blev denne junction type designet af Shockley standardstrukturen for BJT og er i drift i dag.De tre af dem blev også tildelt Nobelprisen i fysik det år i 1956.
En transistor kan simpelthen forstås som en miniaturekontakt.Afhængig af halvlederens egenskaber kan der dannes en N-type halvleder ved at dope halvlederen med fosfor og en P-type halvleder med bor.Kombinationen af ​​N-type og P-type halvledere danner PN-forbindelsen, en vigtig struktur i elektroniske chips;dette gør det muligt at udføre specifikke logiske operationer (såsom with-gates, or-gates, non-gates, etc.)
Germanium har dog nogle meget vanskelige problemer, såsom de mange grænsefladedefekter i halvlederen, den dårlige termiske stabilitet og manglen på tætte oxider.Desuden er germanium et sjældent grundstof med kun 7 ppm i jordskorpen, og germaniummalme er også meget spredt.Det er fordi germanium er meget sjældent og ikke koncentreret, at prisen på råmaterialer til germanium forbliver høj;ting er sjældne, og de høje råvarepriser gør germaniumtransistorer ikke billigere, så det er svært at producere germaniumtransistorer i stor skala.

Forskere sprang derfor et niveau op og så på grundstoffet silicium.Man kan sige, at alle germaniums iboende mangler er siliciums iboende fordele.

Silicium er det næstmest udbredte grundstof efter oxygen, men man kan som udgangspunkt ikke finde siliciummonomerer i naturen;dets mest almindelige forbindelser er silica og silikater.Af disse er silica igen en af ​​hovedkomponenterne i sand.Derudover er forbindelser som feldspat, granit og kvarts alle baseret på silica-iltforbindelser.

Silicium er termisk stabilt, har en tæt, høj dielektrisk konstant oxid og kan nemt fremstilles med en silicium-siliciumoxid-grænseflade med meget få grænsefladedefekter.

Siliciumoxid er uopløseligt i vand (germaniumoxid er opløseligt i vand) og uopløseligt i de fleste syrer, hvilket simpelthen passer perfekt til den korrosionstrykteknik, der bruges til printplader.Produktet af denne kombination er den flade proces for integrerede kredsløb, der fortsætter den dag i dag.
Silicium krystal søjler

Siliciums rejse til toppen
En mislykket satsning: Det siges, at Shockley så en kæmpe markedsmulighed på et tidspunkt, hvor ingen endnu havde haft held med at lave en siliciumtransistor;derfor forlod han Bell Labs i 1956 for at starte sit eget firma i Californien.Desværre var Shockley ikke en god iværksætter, og hans virksomhedsledelse var et fjols i forhold til hans akademiske færdigheder.Så Shockley selv opfyldte ikke ambitionen om at erstatte germanium med silicium, og scenen for resten af ​​hans liv var podiet på Stanford University.Et år efter grundlæggelsen hoppede de otte talentfulde unge mænd, han havde rekrutteret, i massevis af fra ham, og det var de "otte forrædere", der skulle fuldføre ambitionen om at erstatte germanium med silicium.

Fremkomsten af ​​siliciumtransistoren

Før de otte renegades grundlagde Fairchild Semiconductor, var germaniumtransistorer det dominerende marked for transistorer, med næsten 30 millioner transistorer fremstillet i USA i 1957, kun en million siliciumtransistorer og næsten 29 millioner germaniumtransistorer.Med en markedsandel på 20 % blev Texas Instruments giganten på transistormarkedet.
Otte Renegades og Fairchild Semiconductor

Markedets største kunder, den amerikanske regering og militæret, ønsker at bruge chipsene i stort antal i raketter og missiler, hvilket øger den værdifulde affyringsbelastning og forbedrer kontrolterminalernes pålidelighed.Men transistorerne vil også stå over for barske driftsforhold forårsaget af høje temperaturer og voldsomme vibrationer.

Germanium er de første, der taber, når det kommer til temperatur: germaniumtransistorer kan modstå temperaturer på kun 80°C, mens militærets krav er stabil drift selv ved 200°C.Kun siliciumtransistorer kan modstå denne temperatur.
Den traditionelle siliciumtransistor

Fairchild opfandt processen med at fremstille siliciumtransistorer, hvilket gjorde dem lige så enkle og effektive som trykte bøger og meget billigere end germaniumtransistorer med hensyn til pris.Fairchilds proces til fremstilling af siliciumtransistorer er grov som følger.

For det første tegnes et layout i hånden, nogle gange så stort, at det fylder en væg, og derefter fotograferes tegningen og reduceres til et lille gennemsigtigt ark, ofte med to baner af tre ark, der hver repræsenterer et lag af kredsløb.

For det andet påføres et lag af lysfølsomt materiale på den skårne og polerede glatte siliciumwafer, og UV/laseren bruges til at beskytte kredsløbsmønsteret fra gennemlysningsarket på siliciumwaferen.

For det tredje efterlader områder og linjer i den mørke del af gennemlysningsarket ueksponerede mønstre på siliciumwaferen;disse ueksponerede mønstre renses med en syreopløsning, og enten tilsættes halvlederurenheder (diffusionsteknik) eller metalledere pletteres.

For det fjerde, ved at gentage de tre trin ovenfor for hver gennemskinnelig wafer, kan et stort antal transistorer opnås på siliciumwafers, som skæres af kvindelige arbejdere under et mikroskop og derefter forbindes til ledninger, hvorefter de pakkes, testes og sælges.

Med siliciumtransistorerne tilgængelige i store mængder, var de otte frafaldne grundlæggere af Fairchild blandt de virksomheder, der kunne stå sammen med sådanne giganter som Texas Instruments.

Det vigtige skub - Intel
Det var den efterfølgende opfindelse af det integrerede kredsløb, der opsummerede germaniums dominans.På det tidspunkt var der to teknologilinjer, en til integrerede kredsløb på germaniumchips fra Texas Instruments og en til integrerede kredsløb på siliciumchips fra Fairchild.Først havde de to virksomheder en voldsom strid om ejerskabet af patenterne på de integrerede kredsløb, men senere anerkendte Patentstyrelsen begge virksomheders ejerskab af patenterne på de integrerede kredsløb.
Men da Fairchilds proces var mere avanceret, blev den standarden for integrerede kredsløb og bliver fortsat brugt i dag.Senere forlod Noyce, opfinderen af ​​det integrerede kredsløb, og Moore, opfinderen af ​​Moores lov, Centron Semiconductor, som i øvrigt begge var medlemmer af "De Otte Forrædere".Sammen med Grove skabte de det, der nu er verdens største halvlederchipfirma, Intel.
De tre grundlæggere af Intel, fra venstre: Grove, Noyce og Moore

I den efterfølgende udvikling skubbede Intel siliciumchips.Det har slået giganter som Texas Instruments, Motorola og IBM for at blive kongen af ​​halvlederlagrings- og CPU-sektoren.

Da Intel blev den dominerende aktør i branchen, sluttede silicium også germanium, og det, der engang var Santa Clara Valley, blev omdøbt til "Silicon Valley".Siden da er siliciumchips blevet ækvivalent med halvlederchips i offentlighedens opfattelse.

Germanium har dog nogle meget vanskelige problemer at løse, såsom de mange grænsefladedefekter i halvledere, dårlig termisk stabilitet og manglen på tætte oxider.Desuden er germanium et sjældent grundstof med kun 7 ppm i jordskorpen, og germaniummalme er også meget spredt.Det er fordi germanium er meget sjældent og ikke koncentreret, at prisen på råmaterialer til germanium forbliver høj;ting er sjældne, og de høje råvarepriser gør germaniumtransistorer ikke billigere, så det er svært at producere germaniumtransistorer i stor skala.

Forskere sprang derfor et niveau op og så på grundstoffet silicium.Man kan sige, at alle germaniums iboende svagheder er siliciums iboende styrker.

Silicium er det næstmest udbredte grundstof efter oxygen, men man kan som udgangspunkt ikke finde siliciummonomerer i naturen;dets mest almindelige forbindelser er silica og silikater.Af disse er silica igen en af ​​hovedkomponenterne i sand.Derudover er forbindelser som feldspat, granit og kvarts alle baseret på silica-iltforbindelser.

Silicium er termisk stabilt, har en tæt, høj dielektrisk konstant oxid og kan nemt fremstilles med en silicium-siliciumoxid-grænseflade med meget få grænsefladedefekter.

Siliciumoxid er uopløseligt i vand (germaniumoxid er opløseligt i vand) og uopløseligt i de fleste syrer, hvilket simpelthen passer perfekt til den korrosionstrykteknik, der bruges til printplader.Produktet af denne kombination er den integrerede kredsløbs plane proces, der fortsætter den dag i dag.