Новые и оригинальные электронные компоненты микросхемы TPA3116D2DADR с интегральной схемой

На заре полупроводниковых чипов главным героем был не кремний, а германий.Первым транзистором был транзистор на основе германия, а первым чипом интегральной схемы был германиевый чип.
Первый транзистор был изобретен Бардином и Брэттоном, которые изобрели биполярный транзистор (БЮТ).Первый диод с P/N-переходом был изобретен Шокли, и сразу же этот тип перехода, разработанный Шокли, стал стандартной конструкцией для биполярного транзистора и находится в эксплуатации сегодня.Все трое из них также были удостоены Нобелевской премии по физике в том же 1956 году.
Транзистор можно просто понимать как миниатюрный переключатель.В зависимости от свойств полупроводника полупроводник N-типа может быть образован путем легирования полупроводника фосфором и полупроводника P-типа бором.Комбинация полупроводников N-типа и P-типа образует PN-переход, важную структуру в электронных чипах;это позволяет выполнять определенные логические операции (например, с вентилями, или вентилями, без вентилей и т. д.).
Однако у германия есть несколько очень сложных проблем, таких как множество дефектов интерфейса в полупроводнике, плохая термическая стабильность и отсутствие плотных оксидов.Более того, германий — редкий элемент, его в земной коре всего 7 частей на миллион, а германиевые руды также очень рассеяны.Именно из-за того, что германий очень редок и неконцентрирован, стоимость сырья для германия остается высокой;вещи редкие, а высокая стоимость сырья не делает германиевые транзисторы дешевле, поэтому производить германиевые транзисторы в больших масштабах затруднительно.

Поэтому исследователи поднялись на новый уровень и посмотрели на элемент кремний.Можно сказать, что все присущие германию недостатки являются присущими кремнию преимуществами.

Кремний — второй по распространенности элемент после кислорода, но мономеры кремния практически не встречаются в природе;его наиболее распространенными соединениями являются кремнезем и силикаты.Из них кремнезем, в свою очередь, является одним из основных компонентов песка.Кроме того, такие соединения, как полевой шпат, гранит и кварц, основаны на соединениях кремнезема и кислорода.

Кремний термически стабилен, имеет плотный оксид с высокой диэлектрической постоянной и может быть легко получен с границей раздела кремний-оксид кремния с очень небольшим количеством межфазных дефектов.

Оксид кремния нерастворим в воде (оксид германия растворим в воде) и нерастворим в большинстве кислот, что просто идеально подходит для техники коррозионной печати, используемой для печатных плат.Результатом этой комбинации является плоский процесс создания интегральных схем, который продолжается и по сей день.
Кремниевые кристаллические колонны

Путь кремния к вершине
Неудачное предприятие. Говорят, что Шокли увидел огромные рыночные возможности в то время, когда никому еще не удавалось создать кремниевый транзистор;именно поэтому он покинул Bell Labs в 1956 году, чтобы основать собственную компанию в Калифорнии.К сожалению, Шокли не был хорошим предпринимателем, и его управление бизнесом было пустяком по сравнению с его академическими способностями.Так что сам Шокли не реализовал амбиции по замене германия кремнием, и сценой на всю оставшуюся жизнь стал подиум Стэнфордского университета.Через год после его основания восемь талантливых молодых людей, которых он завербовал, массово дезертировали от него, и именно «восемь предателей» должны были осуществить амбиции по замене германия кремнием.

Расцвет кремниевого транзистора

До того, как «Восемь отступников» основали Fairchild Semiconductor, германиевые транзисторы были доминирующим рынком транзисторов: в 1957 году в Соединенных Штатах было произведено почти 30 миллионов транзисторов, только один миллион кремниевых транзисторов и почти 29 миллионов германиевых транзисторов.Имея долю рынка в 20%, компания Texas Instruments стала гигантом на рынке транзисторов.
Восемь Ренегатов и Fairchild Semiconductor

Крупнейшие клиенты рынка, правительство и военные США, хотят использовать чипы в больших количествах в ракетах и ​​ракетах, увеличивая ценную стартовую нагрузку и повышая надежность терминалов управления.Но транзисторы также столкнутся с суровыми условиями эксплуатации, вызванными высокими температурами и сильными вибрациями.

Первым проигрывает по температуре германий: германиевые транзисторы выдерживают температуру всего 80°С, тогда как военные требуют стабильной работы даже при 200°С.Только кремниевые транзисторы могут выдержать такую ​​температуру.
Традиционный кремниевый транзистор

Фэйрчайлд изобрел процесс изготовления кремниевых транзисторов, сделав их такими же простыми и эффективными, как печатные книги, и намного дешевле, чем германиевые транзисторы с точки зрения цены.Процесс изготовления кремниевых транзисторов Fairchild выглядит следующим образом.

Во-первых, макет рисуется вручную, иногда настолько большой, что занимает стену, а затем рисунок фотографируется и уменьшается до крошечного полупрозрачного листа, часто с двумя полосами по три листа, каждая из которых представляет собой слой схемы.

Во-вторых, на нарезанную и отполированную гладкую кремниевую пластину наносится слой светочувствительного материала, а УФ/лазер используется для защиты рисунка схемы от просвечивания листа на кремниевой пластине.

В-третьих, области и линии в темной части просветленного листа оставляют неэкспонированные узоры на кремниевой пластине;эти неэкспонированные рисунки очищаются раствором кислоты и добавляются либо полупроводниковые примеси (метод диффузии), либо наносятся металлические проводники.

В-четвертых, повторяя три вышеуказанных шага для каждой полупрозрачной пластины, можно получить большое количество транзисторов на кремниевых пластинах, которые работницы разрезают под микроскопом, а затем подключают к проводам, затем упаковывают, тестируют и продают.

Поскольку кремниевые транзисторы были доступны в больших количествах, восемь отступников-основателей Fairchild оказались в числе компаний, которые могли стоять рядом с такими гигантами, как Texas Instruments.

Важный толчок — Intel
Последующее изобретение интегральной схемы подвело итог господству германия.В то время существовало две технологические линии: одна для интегральных схем на германиевых чипах от Texas Instruments и одна для интегральных схем на кремниевых чипах от Fairchild.Сначала между двумя компаниями возник ожесточенный спор по поводу права собственности на патенты на интегральные схемы, но позже Патентное ведомство признало право собственности на патенты на интегральные схемы обеими компаниями.
Однако, поскольку процесс Fairchild был более продвинутым, он стал стандартом для интегральных схем и продолжает использоваться сегодня.Позже из Centron Semiconductor ушли Нойс, изобретатель интегральной схемы, и Мур, изобретатель закона Мура, которые, кстати, оба были членами «Восьми предателей».Вместе с Гроувом они создали компанию Intel, которая сейчас является крупнейшей в мире компанией по производству полупроводниковых чипов.
Трое основателей Intel (слева направо): Гроув, Нойс и Мур.

В последующих разработках Intel продвигала кремниевые чипы.Она обогнала таких гигантов, как Texas Instruments, Motorola и IBM, и стала королем сектора полупроводниковых накопителей и процессоров.

Поскольку Intel стала доминирующим игроком в отрасли, кремний также положил конец германию, и то, что когда-то было долиной Санта-Клары, было переименовано в «Силиконовую долину».С тех пор кремниевые чипы стали в общественном сознании эквивалентом полупроводниковых чипов.

Однако германию предстоит решить несколько очень сложных проблем, таких как многочисленные дефекты интерфейса полупроводников, плохая термическая стабильность и отсутствие плотных оксидов.Более того, германий — редкий элемент, его в земной коре всего 7 частей на миллион, а германиевые руды также очень рассеяны.Именно из-за того, что германий очень редок и неконцентрирован, стоимость сырья для германия остается высокой;вещи редкие, а высокая стоимость сырья не делает германиевые транзисторы дешевле, поэтому производить германиевые транзисторы в больших масштабах затруднительно.

Поэтому исследователи поднялись на новый уровень и посмотрели на элемент кремний.Можно сказать, что все присущие германию недостатки являются присущими кремнию сильными сторонами.

Кремний — второй по распространенности элемент после кислорода, но мономеры кремния практически не встречаются в природе;его наиболее распространенными соединениями являются кремнезем и силикаты.Из них кремнезем, в свою очередь, является одним из основных компонентов песка.Кроме того, такие соединения, как полевой шпат, гранит и кварц, основаны на соединениях кремнезема и кислорода.

Кремний термически стабилен, имеет плотный оксид с высокой диэлектрической постоянной и может быть легко получен с границей раздела кремний-оксид кремния с очень небольшим количеством межфазных дефектов.

Оксид кремния нерастворим в воде (оксид германия растворим в воде) и нерастворим в большинстве кислот, что просто идеально подходит для техники коррозионной печати, используемой для печатных плат.Продуктом этой комбинации является планарный процесс интегральной схемы, который продолжается и по сей день.