Ny och original TPA3116D2DADR Integrerad krets IC Chips elektronikkomponenter

I början av halvledarchippet var inte kisel huvudpersonen, det var germanium.Den första transistorn var en germaniumbaserad transistor och den första integrerade kretschippet var ett germaniumchip.
Den första transistorn uppfanns av Bardeen och Bratton, som uppfann den bipolära transistorn (BJT).Den första P/N-kopplingsdioden uppfanns av Shockley och omedelbart blev denna kopplingstyp designad av Shockley standardstrukturen för BJT och är i drift idag.De tre av dem tilldelades också Nobelpriset i fysik det året 1956.
En transistor kan helt enkelt förstås som en miniatyrbrytare.Beroende på halvledarens egenskaper kan en halvledare av N-typ bildas genom dopning av halvledaren med fosfor och en halvledare av P-typ med bor.Kombinationen av halvledare av N-typ och P-typ bildar PN-övergången, en viktig struktur i elektroniska chips;detta gör att specifika logiska operationer kan utföras (som med-grindar, eller-grindar, icke-grindar, etc.)
Germanium har dock några mycket svåra problem, såsom de många gränssnittsdefekterna i halvledaren, den dåliga termiska stabiliteten och avsaknaden av täta oxider.Dessutom är germanium ett sällsynt grundämne, med endast 7 ppm i jordskorpan, och germaniummalmer är också mycket utspridda.Det är för att germanium är mycket sällsynt och inte koncentrerat som kostnaderna för råvaror för germanium förblir höga;saker är sällsynta och de höga kostnaderna för råmaterial gör germaniumtransistorer inte billigare, så det är svårt att tillverka germaniumtransistorer i stor skala.

Forskare hoppade därför upp en nivå och tittade på grundämnet kisel.Man kan säga att alla germaniums inneboende brister är kiselets inneboende fördelar.

Kisel är det näst vanligaste grundämnet efter syre, men du kan i princip inte hitta kiselmonomerer i naturen;dess vanligaste föreningar är kiseldioxid och silikater.Av dessa är kiseldioxid i sin tur en av huvudkomponenterna i sand.Dessutom är föreningar som fältspat, granit och kvarts alla baserade på silika-syreföreningar.

Kisel är termiskt stabilt, har en tät oxid med hög dielektricitetskonstant och kan enkelt framställas med ett gränssnitt mellan kisel och kiseloxid med mycket få gränsytedefekter.

Kiseloxid är olösligt i vatten (germaniumoxid är lösligt i vatten) och olösligt i de flesta syror, vilket helt enkelt är en perfekt matchning för den korrosionstryckteknik som används för kretskort.Produkten av denna kombination är den platta processen för integrerade kretsar som fortsätter till denna dag.
Silikonkristallkolonner

Silicons resa till toppen
En misslyckad satsning: Det sägs att Shockley såg en enorm marknadsmöjlighet vid en tidpunkt då ingen ännu hade lyckats göra en kiseltransistor;det var därför han lämnade Bell Labs 1956 för att starta sitt eget företag i Kalifornien.Tyvärr var Shockley ingen bra entreprenör och hans företagsledning var ett dårjobb jämfört med hans akademiska färdigheter.Så Shockley själv uppfyllde inte ambitionen att ersätta germanium med kisel, och scenen för resten av hans liv var pallen vid Stanford University.Ett år efter grundandet hoppade de åtta begåvade unga män som han hade rekryterat från honom i massor, och det var de "åtta förrädare" som skulle fullfölja ambitionen att ersätta germanium med kisel.

Ökningen av kiseltransistorn

Innan de åtta renegaderna grundade Fairchild Semiconductor var germaniumtransistorer den dominerande marknaden för transistorer, med nästan 30 miljoner transistorer tillverkade i USA 1957, endast en miljon kiseltransistorer och nästan 29 miljoner germaniumtransistorer.Med en marknadsandel på 20 % blev Texas Instruments jätten på transistormarknaden.
Åtta Renegades och Fairchild Semiconductor

Marknadens största kunder, den amerikanska regeringen och militären, vill använda chipsen i stort antal i raketer och missiler, vilket ökar den värdefulla uppskjutningsbelastningen och förbättrar tillförlitligheten hos kontrollterminaler.Men transistorerna kommer också att möta svåra driftsförhållanden orsakade av höga temperaturer och våldsamma vibrationer.

Germanium är först med att förlora när det kommer till temperatur: germaniumtransistorer tål temperaturer på endast 80°C, medan militärens krav är på stabil drift även vid 200°C.Endast kiseltransistorer tål denna temperatur.
Den traditionella kiseltransistorn

Fairchild uppfann processen att tillverka kiseltransistorer, vilket gjorde dem lika enkla och effektiva som tryckta böcker och mycket billigare än germaniumtransistorer när det gäller pris.Fairchilds process för att tillverka kiseltransistorer är grov enligt följande.

Först ritas en layout för hand, ibland så stor att den tar upp en vägg, och sedan fotograferas ritningen och reduceras till ett litet genomskinligt ark, ofta med två banor med tre ark, som var och en representerar ett lager av kretsar.

För det andra appliceras ett lager av ljuskänsligt material på den skivade och polerade släta kiselskivan, och UV/lasern används för att skydda kretsmönstret från genomlysningsarket på kiselskivan.

För det tredje lämnar områden och linjer i den mörka delen av genomlysningsarket oexponerade mönster på kiselskivan;dessa oexponerade mönster rengörs med en sur lösning, och antingen tillsätts halvledarföroreningar (diffusionsteknik) eller metallledare pläteras.

För det fjärde, genom att upprepa de tre stegen ovan för varje genomskinlig wafer, kan ett stort antal transistorer erhållas på kiselwafers, som skärs av kvinnliga arbetare under ett mikroskop och sedan kopplas till ledningar, sedan förpackas, testas och säljs.

Med kiseltransistorerna tillgängliga i stora kvantiteter, var Fairchilds åtta renodlade grundare bland de företag som kunde stå vid sidan av sådana jättar som Texas Instruments.

Den viktiga push - Intel
Det var den efterföljande uppfinningen av den integrerade kretsen som sammanfattade dominansen av germanium.På den tiden fanns det två tekniklinjer, en för integrerade kretsar på germaniumchips från Texas Instruments och en för integrerade kretsar på kiselchips från Fairchild.Till en början hade de två företagen en hård tvist om ägandet av patenten på de integrerade kretsarna, men senare erkände Patentverket ägandet av patenten på de integrerade kretsarna av båda företagen.
Men eftersom Fairchilds process var mer avancerad blev den standarden för integrerade kretsar och fortsätter att användas idag.Senare lämnade Noyce, uppfinnaren av den integrerade kretsen, och Moore, uppfinnaren av Moores lag, Centron Semiconductor, som för övrigt båda var medlemmar av "De åtta förrädare".Tillsammans med Grove skapade de det som nu är världens största halvledarchipföretag, Intel.
De tre grundarna av Intel, från vänster: Grove, Noyce och Moore

I efterföljande utvecklingar drev Intel kiselchips.Det har slagit jättar som Texas Instruments, Motorola och IBM för att bli kungen inom halvledarlagring och CPU-sektorn.

När Intel blev den dominerande aktören i branschen tog kisel också slut på germanium, och det som en gång var Santa Clara Valley döptes om till "Silicon Valley".Sedan dess har kiselchips blivit motsvarigheten till halvledarchips i allmänhetens uppfattning.

Germanium har dock några mycket svåra problem att lösa, såsom de många gränssnittsdefekterna hos halvledare, dålig termisk stabilitet och avsaknaden av täta oxider.Dessutom är germanium ett sällsynt grundämne, med endast 7 ppm i jordskorpan, och germaniummalmer är också mycket utspridda.Det är för att germanium är mycket sällsynt och inte koncentrerat som kostnaderna för råvaror för germanium förblir höga;saker är sällsynta och de höga kostnaderna för råmaterial gör germaniumtransistorer inte billigare, så det är svårt att tillverka germaniumtransistorer i stor skala.

Forskare hoppade därför upp en nivå och tittade på grundämnet kisel.Man kan säga att alla germaniums inneboende svagheter är kiselets inneboende styrkor.

Kisel är det näst vanligaste grundämnet efter syre, men du kan i princip inte hitta kiselmonomerer i naturen;dess vanligaste föreningar är kiseldioxid och silikater.Av dessa är kiseldioxid i sin tur en av huvudkomponenterna i sand.Dessutom är föreningar som fältspat, granit och kvarts alla baserade på silika-syreföreningar.

Kisel är termiskt stabilt, har en tät oxid med hög dielektricitetskonstant och kan enkelt framställas med ett gränssnitt mellan kisel och kiseloxid med mycket få gränsytedefekter.

Kiseloxid är olösligt i vatten (germaniumoxid är lösligt i vatten) och olösligt i de flesta syror, vilket helt enkelt är en perfekt matchning för den korrosionstryckteknik som används för kretskort.Produkten av denna kombination är den integrerade krets plana processen som fortsätter till denna dag.