Nové a originální elektronické součástky TPA3116D2DADR Integrovaný obvod IC Chips

V počátcích polovodičového čipu nebyl hlavní postavou křemík, ale germanium.První tranzistor byl tranzistor na bázi germania a první čip integrovaného obvodu byl germaniový čip.
První tranzistor vynalezli Bardeen a Bratton, kteří vynalezli bipolární tranzistor (BJT).První P/N přechodová dioda byla vynalezena Shockleyem a tento typ přechodu navržený Shockleyem se okamžitě stal standardní strukturou pro BJT a je v provozu dodnes.Všichni tři byli také oceněni Nobelovou cenou za fyziku v roce 1956.
Tranzistor lze zjednodušeně chápat jako miniaturní spínač.V závislosti na vlastnostech polovodiče lze vytvořit polovodič typu N dotováním polovodiče fosforem a polovodič typu P borem.Kombinace polovodičů typu N a P tvoří PN přechod, důležitou strukturu elektronických čipů;to umožňuje provádění specifických logických operací (například s hradly, s hradly, bez hradla atd.)
Germanium má však některé velmi obtížné problémy, jako je mnoho defektů rozhraní v polovodiči, špatná tepelná stabilita a nedostatek hustých oxidů.Germanium je navíc vzácný prvek, jehož v zemské kůře je pouze 7 dílů na milion a germaniové rudy jsou také velmi rozptýlené.Je to proto, že germanium je velmi vzácné a není koncentrované, že náklady na suroviny pro germanium zůstávají vysoké;věci jsou vzácné a vysoká cena surovin nezlevňuje germaniové tranzistory, takže je obtížné vyrábět germaniové tranzistory ve velkém měřítku.

Výzkumníci proto vyskočili o úroveň výše a podívali se na prvek křemík.Dalo by se říci, že všechny inherentní nedostatky germania jsou inherentními výhodami křemíku.

Křemík je po kyslíku druhým nejrozšířenějším prvkem, ale monomery křemíku v přírodě v podstatě nenajdete;jeho nejběžnějšími sloučeninami jsou oxid křemičitý a silikáty.Z nich je oxid křemičitý zase jednou z hlavních složek písku.Kromě toho jsou všechny sloučeniny, jako je živec, žula a křemen, založeny na sloučeninách oxidu křemičitého a kyslíku.

Křemík je tepelně stabilní, má hustý oxid s vysokou dielektrickou konstantou a lze jej snadno připravit s rozhraním křemík-oxid křemíku s velmi malým počtem defektů na rozhraní.

Oxid křemíku je nerozpustný ve vodě (oxid germanitý je rozpustný ve vodě) a nerozpustný ve většině kyselin, což se prostě dokonale hodí pro techniku ​​korozního tisku používanou pro desky plošných spojů.Produktem této kombinace je plochý proces pro integrované obvody, který pokračuje dodnes.
Sloupce z křemíkových krystalů

Siliconova cesta na vrchol
Neúspěšný podnik: Říká se, že Shockley viděl obrovskou příležitost na trhu v době, kdy se ještě nikomu nepodařilo vyrobit křemíkový tranzistor;proto v roce 1956 opustil Bell Labs a založil vlastní společnost v Kalifornii.Bohužel, Shockley nebyl dobrý podnikatel a jeho obchodní vedení bylo ve srovnání s jeho akademickými schopnostmi hloupé.Sám Shockley tedy nenaplnil ambice nahradit germanium křemíkem a jevištěm pro zbytek jeho života bylo pódium na Stanfordské univerzitě.Rok po jejím založení od něj hromadně přeběhlo osm talentovaných mladíků, které naverboval, a právě „osm zrádců“ mělo dokončit ambici nahradit germanium křemíkem.

Vzestup křemíkového tranzistoru

Před založením společnosti Eight Renegades Fairchild Semiconductor byly germaniové tranzistory dominantním trhem pro tranzistory, s téměř 30 miliony tranzistorů vyrobených ve Spojených státech v roce 1957, pouze s jedním milionem křemíkových tranzistorů a téměř 29 miliony germaniových tranzistorů.S 20% podílem na trhu se Texas Instruments stal gigantem na trhu tranzistorů.
Osm odpadlíků a Fairchild Semiconductor

Největší zákazníci na trhu, americká vláda a armáda, chtějí čipy používat ve velkém množství v raketách a střelách, čímž zvyšují cenné startovací zatížení a zlepšují spolehlivost řídicích terminálů.Tranzistory však budou také čelit drsným provozním podmínkám způsobeným vysokými teplotami a prudkými vibracemi.

Germanium je první, kdo ztrácí, pokud jde o teplotu: germaniové tranzistory snesou teploty pouze 80 °C, přičemž požadavky armády jsou na stabilní provoz i při 200 °C.Tuto teplotu snesou pouze křemíkové tranzistory.
Tradiční křemíkový tranzistor

Fairchild vynalezl proces výroby křemíkových tranzistorů, díky čemuž byly stejně jednoduché a efektivní jako tištěné knihy a mnohem levnější než germaniové tranzistory, pokud jde o cenu.Fairchildův postup výroby křemíkových tranzistorů je hrubý následovně.

Nejprve se ručně nakreslí rozvržení, někdy tak velké, že zabere zeď, a pak se výkres vyfotografuje a zmenší na malý průsvitný list, často se dvěma pruhy po třech listech, z nichž každý představuje vrstvu obvodů.

Za druhé se na nakrájenou a vyleštěnou hladkou křemíkovou destičku nanese vrstva světlocitlivého materiálu a UV/laser se použije k ochraně vzoru obvodu před prosvětlovací fólií na křemíkové destičce.

Za třetí, oblasti a čáry v tmavé části prosvětlovací fólie zanechávají na křemíkovém plátku neexponované vzory;tyto neexponované vzory se vyčistí kyselým roztokem a buď se přidají polovodičové nečistoty (difuzní technika), nebo se pokovují kovové vodiče.

Za čtvrté, opakováním tří výše uvedených kroků pro každý průsvitný plátek lze získat velké množství tranzistorů na křemíkových plátcích, které dělnice řežou pod mikroskopem a poté připojují k drátům, poté balí, testují a prodávají.

S křemíkovými tranzistory dostupnými ve velkém množství patřilo osm odpadlých zakladatelů Fairchildu mezi společnosti, které mohly stát po boku takových gigantů, jako je Texas Instruments.

Důležitý tlak - Intel
Byl to následný vynález integrovaného obvodu, který shrnul dominanci germania.V té době existovaly dvě technologické řady, jedna pro integrované obvody na germaniových čipech od Texas Instruments a jedna pro integrované obvody na křemíkových čipech od Fairchild.Zpočátku vedly obě společnosti ostrý spor o vlastnictví patentů na integrované obvody, ale později patentový úřad uznal vlastnictví patentů na integrované obvody oběma společnostmi.
Protože však byl Fairchildův proces pokročilejší, stal se standardem pro integrované obvody a používá se dodnes.Později Noyce, vynálezce integrovaného obvodu, a Moore, vynálezce Mooreova zákona, opustili Centron Semiconductor, kteří byli mimochodem oba členy „Osmi zrádců“.Společně s Grove vytvořili to, co je nyní největší světovou společností vyrábějící polovodičové čipy, Intel.
Tři zakladatelé Intelu zleva: Grove, Noyce a Moore

V dalším vývoji Intel prosadil křemíkové čipy.Porazil takové giganty jako Texas Instruments, Motorola a IBM a stal se králem v sektoru polovodičových úložišť a CPU.

Jak se Intel stal dominantním hráčem v oboru, křemík také ukončil germanium a to, co bylo kdysi Santa Clara Valley, bylo přejmenováno na „Silicon Valley“.Od té doby se křemíkové čipy staly ve vnímání veřejnosti ekvivalentem polovodičových čipů.

Germanium má však některé velmi obtížné problémy k řešení, jako je mnoho defektů rozhraní polovodičů, špatná tepelná stabilita a nedostatek hustých oxidů.Germanium je navíc vzácný prvek, jehož v zemské kůře je pouze 7 dílů na milion a germaniové rudy jsou také velmi rozptýlené.Je to proto, že germanium je velmi vzácné a není koncentrované, že náklady na suroviny pro germanium zůstávají vysoké;věci jsou vzácné a vysoká cena surovin nezlevňuje germaniové tranzistory, takže je obtížné vyrábět germaniové tranzistory ve velkém měřítku.

Výzkumníci proto vyskočili o úroveň výše a podívali se na prvek křemík.Dalo by se říci, že všechny inherentní slabiny germania jsou inherentní silné stránky křemíku.

Křemík je po kyslíku druhým nejrozšířenějším prvkem, ale monomery křemíku v přírodě v podstatě nenajdete;jeho nejběžnějšími sloučeninami jsou oxid křemičitý a silikáty.Z nich je oxid křemičitý zase jednou z hlavních složek písku.Kromě toho jsou všechny sloučeniny, jako je živec, žula a křemen, založeny na sloučeninách oxidu křemičitého a kyslíku.

Křemík je tepelně stabilní, má hustý oxid s vysokou dielektrickou konstantou a lze jej snadno připravit s rozhraním křemík-oxid křemíku s velmi malým počtem defektů na rozhraní.

Oxid křemíku je nerozpustný ve vodě (oxid germanitý je rozpustný ve vodě) a nerozpustný ve většině kyselin, což se prostě dokonale hodí pro techniku ​​korozního tisku používanou pro desky plošných spojů.Produktem této kombinace je planární proces integrovaného obvodu, který pokračuje dodnes.