Нові та оригінальні електронні компоненти мікросхем інтегральної схеми TPA3116D2DADR

У перші дні напівпровідникових чіпів кремній був не головним героєм, а германій.Перший транзистор був на основі германію, а перша мікросхема інтегральної схеми була германієвою.
Перший транзистор був винайдений Бардіном і Браттоном, які винайшли біполярний транзистор (BJT).Перший P/N-діод був винайдений Шоклі, і відразу цей тип переходу, розроблений Шоклі, став стандартною структурою для BJT і використовується сьогодні.У 1956 році вони також отримали Нобелівську премію з фізики.
Транзистор можна просто розуміти як мініатюрний перемикач.Залежно від властивостей напівпровідника можна сформувати напівпровідник N-типу шляхом легування напівпровідника фосфором, а напівпровідника P-типу – бором.Поєднання напівпровідників N-типу та P-типу утворює PN-перехід, важливу структуру в електронних мікросхемах;це дозволяє виконувати певні логічні операції (наприклад, із воротами, або-воротами, без воріт тощо)
Германій, однак, має деякі дуже складні проблеми, такі як багато дефектів інтерфейсу в напівпровіднику, погана термічна стабільність і відсутність щільних оксидів.Крім того, германій є рідкісним елементом, у земній корі його міститься лише 7 частин на мільйон, а германієві руди також дуже розкидані.Саме тому, що германій є дуже рідкісним і неконцентрованим, вартість сировини для германію залишається високою;речі рідкісні, а висока вартість сировини робить германієві транзистори не дешевшими, тому важко виробляти германієві транзистори у великих масштабах.

Тому дослідники підскочили на рівень вище і розглянули елемент кремній.Можна сказати, що всі властиві недоліки германію є властивими перевагами кремнію.

Силіцій є другим за поширеністю елементом після кисню, але мономерів кремнію в природі практично неможливо знайти;його найпоширенішими сполуками є кремнезем і силікати.З них кремнезем, у свою чергу, є одним із основних компонентів піску.Крім того, такі сполуки, як польовий шпат, граніт і кварц, базуються на кремнеземно-кисневих сполуках.

Кремній є термічно стабільним, має щільний оксид із високою діелектричною проникністю, і його можна легко одержати за допомогою межі розділу кремній-оксид кремнію з дуже малою кількістю дефектів на поверхні.

Оксид кремнію нерозчинний у воді (оксид германію розчинний у воді) і нерозчинний у більшості кислот, що просто ідеально підходить для технології корозійного друку, яка використовується для друкованих плат.Результатом цієї комбінації є плоский процес для інтегральних схем, який триває досі.
Кремнієві кристалічні колони

Подорож Silicon до вершини
Невдале підприємство: Кажуть, що Шоклі побачив величезну ринкову можливість у той час, коли ще нікому не вдалося створити кремнієвий транзистор;тому він залишив Bell Labs у 1956 році, щоб заснувати власну компанію в Каліфорнії.На жаль, Шоклі не був хорошим підприємцем, і його управління бізнесом було дурною справою порівняно з його академічними здібностями.Тож сам Шоклі не здійснив амбіції замінити германій кремнієм, і сценою до кінця його життя був подіум Стенфордського університету.Через рік після його заснування вісім талановитих молодих людей, яких він завербував, масово втекли від нього, і саме «вісім зрадників» мали завершити прагнення замінити германій кремнієм.

Розвиток кремнієвого транзистора

До того, як вісім ренегатів заснували компанію Fairchild Semiconductor, германієві транзистори були домінуючим ринком транзисторів: у 1957 році в США було виготовлено майже 30 мільйонів транзисторів, лише один мільйон кремнієвих транзисторів і майже 29 мільйонів германієвих транзисторів.З 20% часткою ринку Texas Instruments стала гігантом на ринку транзисторів.
Eight Renegades і Fairchild Semiconductor

Найбільші замовники на ринку, уряд і військові США, хочуть використовувати чіпи у великій кількості в ракетах і ракетах, збільшуючи цінне стартове навантаження та підвищуючи надійність терміналів керування.Але транзистори також працюватимуть у важких умовах, спричинених високими температурами та сильною вібрацією.

У температурному режимі першим програє германій: германієві транзистори витримують лише 80°C, тоді як вимоги військових — стабільна робота навіть при 200°C.Таку температуру можуть витримати тільки кремнієві транзистори.
Традиційний кремнієвий транзистор

Ферчайлд винайшов процес виготовлення кремнієвих транзисторів, зробивши їх такими ж простими та ефективними, як друковані книги, і набагато дешевшими за германієві транзистори з точки зору ціни.Процес Fairchild для виготовлення кремнієвих транзисторів грубий таким чином.

Спочатку макет малюється вручну, іноді такий великий, що займає стіну, а потім малюнок фотографується та зменшується до крихітного напівпрозорого аркуша, часто з двох смуг по три аркуші, кожна з яких представляє шар схеми.

По-друге, шар світлочутливого матеріалу наноситься на нарізану та відполіровану гладку кремнієву пластину, а УФ/лазер використовується для захисту малюнка схеми від просвічення листа на кремнієву пластину.

По-третє, ділянки та лінії в темній частині листа транслюмінації залишають неекспоновані візерунки на кремнієвій пластині;ці неекспоновані візерунки очищаються розчином кислоти, і або додаються напівпровідникові домішки (техніка дифузії), або металеві провідники покриваються.

По-четверте, повторивши три вищезазначені кроки для кожної напівпрозорої пластини, можна отримати велику кількість транзисторів на кремнієвих пластинах, які робітниці вирізають під мікроскопом, а потім підключають до проводів, а потім пакують, перевіряють і продають.

З кремнієвими транзисторами, доступними у великій кількості, вісім засновників-ренегатів Fairchild були серед компаній, які могли стояти поруч із такими гігантами, як Texas Instruments.

Важливий поштовх - Intel
Це був наступний винахід інтегральної схеми, який підсумував домінування германію.У той час існувало дві технологічні лінії: одна для інтегральних схем на германієвих мікросхемах від Texas Instruments і інша для інтегральних схем на кремнієвих мікросхемах від Fairchild.Спочатку між двома компаніями виникла запекла суперечка щодо права власності на патенти на інтегральні схеми, але пізніше Патентне відомство визнало право власності на патенти на інтегральні схеми обох компаній.
Однак, оскільки процес Ферчайлда був більш прогресивним, він став стандартом для інтегральних схем і продовжує використовуватися сьогодні.Пізніше компанію Centron Semiconductor покинули Нойс, винахідник інтегральної схеми, і Мур, винахідник закону Мура, які, до речі, були членами «Вісімки зрадників».Разом з Гроувом вони створили найбільшу в світі компанію з виробництва напівпровідникових мікросхем Intel.
Три засновники Intel, зліва: Гроув, Нойс і Мур

У подальших розробках Intel просувала кремнієві мікросхеми.Він обійшов таких гігантів, як Texas Instruments, Motorola та IBM, і став королем сектору напівпровідникових накопичувачів і ЦП.

Коли Intel стала домінуючим гравцем у галузі, кремній також покінчив з германієм, і те, що колись було долиною Санта-Клара, було перейменовано на «Силіконову долину».Відтоді кремнієві чіпи стали еквівалентом напівпровідникових чіпів у суспільному сприйнятті.

Германій, однак, має деякі дуже складні проблеми, які потрібно вирішити, такі як багато дефектів інтерфейсу напівпровідників, погана термічна стабільність і відсутність щільних оксидів.Крім того, германій є рідкісним елементом, у земній корі його міститься лише 7 частин на мільйон, а германієві руди також дуже розкидані.Саме тому, що германій є дуже рідкісним і неконцентрованим, вартість сировини для германію залишається високою;речі рідкісні, а висока вартість сировини робить германієві транзистори не дешевшими, тому важко виробляти германієві транзистори у великих масштабах.

Тому дослідники підскочили на рівень вище і розглянули елемент кремній.Можна сказати, що всі притаманні слабкості германію є властивими сильними сторонами кремнію.

Силіцій є другим за поширеністю елементом після кисню, але мономерів кремнію в природі практично неможливо знайти;його найпоширенішими сполуками є кремнезем і силікати.З них кремнезем, у свою чергу, є одним із основних компонентів піску.Крім того, такі сполуки, як польовий шпат, граніт і кварц, базуються на кремнеземно-кисневих сполуках.

Кремній є термічно стабільним, має щільний оксид із високою діелектричною проникністю, і його можна легко одержати за допомогою межі розділу кремній-оксид кремнію з дуже малою кількістю дефектів на поверхні.

Оксид кремнію нерозчинний у воді (оксид германію розчинний у воді) і нерозчинний у більшості кислот, що просто ідеально підходить для технології корозійного друку, яка використовується для друкованих плат.Результатом цієї комбінації є планарний процес інтегральної схеми, який триває донині.