Νέα και γνήσια ηλεκτρονικά εξαρτήματα ολοκληρωμένου κυκλώματος TPA3116D2DADR IC Chips

Στις πρώτες μέρες του τσιπ ημιαγωγών, το πυρίτιο δεν ήταν ο κύριος χαρακτήρας, το γερμάνιο ήταν.Το πρώτο τρανζίστορ ήταν ένα τρανζίστορ με βάση το γερμάνιο και το πρώτο τσιπ ολοκληρωμένου κυκλώματος ήταν ένα τσιπ γερμανίου.
Το πρώτο τρανζίστορ εφευρέθηκε από τους Bardeen και Bratton, οι οποίοι επινόησαν το διπολικό τρανζίστορ (BJT).Η πρώτη δίοδος σύνδεσης P/N εφευρέθηκε από τον Shockley και, αμέσως, αυτός ο τύπος διασταύρωσης που σχεδιάστηκε από τον Shockley έγινε η τυπική δομή για το BJT και είναι σε λειτουργία σήμερα.Οι τρεις τους τιμήθηκαν επίσης με το Νόμπελ Φυσικής εκείνη τη χρονιά το 1956.
Ένα τρανζίστορ μπορεί απλά να γίνει κατανοητό ως ένας μικροσκοπικός διακόπτης.Ανάλογα με τις ιδιότητες του ημιαγωγού, ένας ημιαγωγός τύπου Ν μπορεί να σχηματιστεί με ντόπινγκ του ημιαγωγού με φώσφορο και ένας ημιαγωγός τύπου Ρ με βόριο.Ο συνδυασμός ημιαγωγών τύπου N και τύπου P σχηματίζει τη διασταύρωση PN, μια σημαντική δομή στα ηλεκτρονικά τσιπ.Αυτό επιτρέπει την εκτέλεση συγκεκριμένων λογικών λειτουργιών (όπως με πύλες, ορ-πύλες, μη πύλες κ.λπ.)
Το γερμάνιο, ωστόσο, έχει μερικά πολύ δύσκολα προβλήματα, όπως τα πολλά ελαττώματα διεπαφής στον ημιαγωγό, η κακή θερμική σταθερότητα και η έλλειψη πυκνών οξειδίων.Επιπλέον, το γερμάνιο είναι ένα σπάνιο στοιχείο, με μόνο 7 μέρη ανά εκατομμύριο στον φλοιό της γης, και τα μεταλλεύματα γερμανίου είναι επίσης πολύ διάσπαρτα.Επειδή το γερμάνιο είναι πολύ σπάνιο και μη συγκεντρωμένο, το κόστος των πρώτων υλών για το γερμάνιο παραμένει υψηλό.Τα πράγματα είναι σπάνια και το υψηλό κόστος των πρώτων υλών δεν κάνει τα τρανζίστορ γερμανίου φθηνότερα, επομένως είναι δύσκολο να παραχθούν τρανζίστορ γερμανίου σε μεγάλη κλίμακα.

Οι ερευνητές, λοιπόν, ανέβηκαν ένα επίπεδο και εξέτασαν το στοιχείο πυρίτιο.Θα μπορούσατε να πείτε ότι όλες οι εγγενείς ελλείψεις του γερμανίου είναι εγγενή πλεονεκτήματα του πυριτίου.

Το πυρίτιο είναι το δεύτερο πιο άφθονο στοιχείο μετά το οξυγόνο, αλλά βασικά δεν μπορείτε να βρείτε μονομερή πυριτίου στη φύση.Οι πιο κοινές ενώσεις του είναι το πυρίτιο και τα πυριτικά άλατα.Από αυτά, το πυρίτιο είναι με τη σειρά του ένα από τα κύρια συστατικά της άμμου.Επιπλέον, ενώσεις όπως ο άστριος, ο γρανίτης και ο χαλαζίας βασίζονται όλες σε ενώσεις πυριτίου-οξυγόνου.

Το πυρίτιο είναι θερμικά σταθερό, έχει ένα πυκνό, υψηλής διηλεκτρικής σταθεράς οξείδιο και μπορεί εύκολα να παρασκευαστεί με μια διεπαφή πυριτίου-οξειδίου του πυριτίου με πολύ λίγα ελαττώματα της επιφανείας.

Το οξείδιο του πυριτίου είναι αδιάλυτο στο νερό (το οξείδιο του γερμανίου είναι διαλυτό στο νερό) και αδιάλυτο στα περισσότερα οξέα, το οποίο είναι απλώς ένα τέλειο ταίρι για την τεχνική εκτύπωσης με διάβρωση που χρησιμοποιείται για πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων.Το προϊόν αυτού του συνδυασμού είναι η επίπεδη διαδικασία για ολοκληρωμένα κυκλώματα που συνεχίζεται μέχρι σήμερα.
Στήλες από κρύσταλλο πυριτίου

Το ταξίδι του πυριτίου στην κορυφή
Ένα αποτυχημένο εγχείρημα: Λέγεται ότι ο Shockley είδε μια τεράστια ευκαιρία στην αγορά σε μια εποχή που κανείς δεν είχε καταφέρει ακόμη να κατασκευάσει ένα τρανζίστορ πυριτίου.γι' αυτό άφησε τα Bell Labs το 1956 για να ξεκινήσει τη δική του εταιρεία στην Καλιφόρνια.Δυστυχώς, ο Shockley δεν ήταν καλός επιχειρηματίας και η διαχείριση της επιχείρησής του ήταν ανόητη σε σύγκριση με τις ακαδημαϊκές του δεξιότητες.Έτσι, ο ίδιος ο Σόκλεϊ δεν εκπλήρωσε τη φιλοδοξία να αντικαταστήσει το γερμάνιο με πυρίτιο και η σκηνή για το υπόλοιπο της ζωής του ήταν το βάθρο στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ.Ένα χρόνο μετά την ίδρυσή του, οι οκτώ ταλαντούχοι νέοι που είχε στρατολογήσει αποστάτησαν από αυτόν μαζικά και ήταν οι «οκτώ προδότες» που επρόκειτο να ολοκληρώσουν τη φιλοδοξία να αντικαταστήσουν το γερμάνιο με πυρίτιο.

Η άνοδος του τρανζίστορ πυριτίου

Πριν οι Οκτώ Renegades ιδρύσουν την Fairchild Semiconductor, τα τρανζίστορ γερμανίου ήταν η κυρίαρχη αγορά για τρανζίστορ, με σχεδόν 30 εκατομμύρια τρανζίστορ που κατασκευάστηκαν στις Ηνωμένες Πολιτείες το 1957, μόνο ένα εκατομμύριο τρανζίστορ πυριτίου και σχεδόν 29 εκατομμύρια τρανζίστορ γερμανίου.Με μερίδιο αγοράς 20%, η Texas Instruments έγινε ο γίγαντας στην αγορά των τρανζίστορ.
Οκτώ Renegades και Fairchild Semiconductor

Οι μεγαλύτεροι πελάτες της αγοράς, η κυβέρνηση και ο στρατός των ΗΠΑ, θέλουν να χρησιμοποιήσουν τα τσιπ σε μεγάλους αριθμούς σε πυραύλους και πυραύλους, αυξάνοντας το πολύτιμο φορτίο εκτόξευσης και βελτιώνοντας την αξιοπιστία των τερματικών ελέγχου.Αλλά τα τρανζίστορ θα αντιμετωπίσουν επίσης σκληρές συνθήκες λειτουργίας που προκαλούνται από υψηλές θερμοκρασίες και βίαιους κραδασμούς.

Το γερμάνιο είναι το πρώτο που χάνει όταν πρόκειται για θερμοκρασία: τα τρανζίστορ γερμανίου αντέχουν μόνο σε θερμοκρασίες 80°C, ενώ οι απαιτήσεις του στρατού είναι για σταθερή λειτουργία ακόμη και στους 200°C.Μόνο τρανζίστορ πυριτίου μπορούν να αντέξουν αυτή τη θερμοκρασία.
Το παραδοσιακό τρανζίστορ πυριτίου

Ο Fairchild εφηύρε τη διαδικασία κατασκευής τρανζίστορ πυριτίου, καθιστώντας τα τόσο απλά και αποτελεσματικά όσο τα τυπωμένα βιβλία και πολύ φθηνότερα από τα τρανζίστορ γερμανίου όσον αφορά την τιμή.Η διαδικασία του Fairchild για την κατασκευή τρανζίστορ πυριτίου είναι πρόχειρη ως εξής.

Πρώτον, μια διάταξη σχεδιάζεται με το χέρι, μερικές φορές τόσο μεγάλη που καταλαμβάνει έναν τοίχο, και στη συνέχεια το σχέδιο φωτογραφίζεται και μειώνεται σε ένα μικροσκοπικό ημιδιαφανές φύλλο, συχνά με δύο λωρίδες των τριών φύλλων, που το καθένα αντιπροσωπεύει ένα στρώμα κυκλώματος.

Δεύτερον, ένα στρώμα φωτοευαίσθητου υλικού εφαρμόζεται στην κομμένη και γυαλισμένη λεία γκοφρέτα πυριτίου και η υπεριώδης ακτινοβολία/λέιζερ χρησιμοποιείται για την προστασία του μοτίβου του κυκλώματος από το φύλλο μεταφωτισμού πάνω στη γκοφρέτα πυριτίου.

Τρίτον, οι περιοχές και οι γραμμές στο σκοτεινό μέρος του φύλλου μεταφωτισμού αφήνουν μη εκτεθειμένα σχέδια στη γκοφρέτα πυριτίου.Αυτά τα μη εκτεθειμένα σχέδια καθαρίζονται με διάλυμα οξέος και είτε προστίθενται ακαθαρσίες ημιαγωγών (τεχνική διάχυσης) είτε επιστρώνονται μεταλλικοί αγωγοί.

Τέταρτον, επαναλαμβάνοντας τα τρία παραπάνω βήματα για κάθε ημιδιαφανές γκοφρέτα, μπορούν να ληφθούν μεγάλοι αριθμοί τρανζίστορ σε γκοφρέτες πυριτίου, οι οποίες κόβονται από εργάτριες κάτω από μικροσκόπιο και μετά συνδέονται με καλώδια, στη συνέχεια συσκευάζονται, δοκιμάζονται και πωλούνται.

Με τα τρανζίστορ πυριτίου διαθέσιμα σε μεγάλες ποσότητες, οι οκτώ αποστάτες ιδρυτές της Fairchild ήταν μεταξύ των εταιρειών που θα μπορούσαν να σταθούν δίπλα σε τέτοιους γίγαντες όπως η Texas Instruments.

Η σημαντική ώθηση - Intel
Ήταν η επακόλουθη εφεύρεση του ολοκληρωμένου κυκλώματος που συνόψισε την κυριαρχία του γερμανίου.Εκείνη την εποχή, υπήρχαν δύο γραμμές τεχνολογίας, μία για ολοκληρωμένα κυκλώματα σε τσιπ γερμανίου από την Texas Instruments και μία για ολοκληρωμένα κυκλώματα σε τσιπ πυριτίου από την Fairchild.Στην αρχή, οι δύο εταιρείες είχαν μια σφοδρή διαμάχη σχετικά με την ιδιοκτησία των διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας στα ολοκληρωμένα κυκλώματα, αλλά αργότερα το Γραφείο Διπλωμάτων Ευρεσιτεχνίας αναγνώρισε την ιδιοκτησία των διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας στα ολοκληρωμένα κυκλώματα και από τις δύο εταιρείες.
Ωστόσο, καθώς η διαδικασία του Fairchild ήταν πιο προηγμένη, έγινε το πρότυπο για ολοκληρωμένα κυκλώματα και συνεχίζει να χρησιμοποιείται σήμερα.Αργότερα, ο Noyce, ο εφευρέτης του ολοκληρωμένου κυκλώματος, και ο Moore, ο εφευρέτης του νόμου του Moore, εγκατέλειψαν το Centron Semiconductor, οι οποίοι, παρεμπιπτόντως, ήταν και οι δύο μέλη των «Οκτώ Traitors».Μαζί με το Grove, δημιούργησαν τη μεγαλύτερη εταιρεία τσιπ ημιαγωγών στον κόσμο, την Intel.
Οι τρεις ιδρυτές της Intel, από αριστερά: Grove, Noyce και Moore

Στις επόμενες εξελίξεις, η Intel ώθησε τα τσιπ πυριτίου.Έχει νικήσει κολοσσούς όπως η Texas Instruments, η Motorola και η IBM για να γίνει ο βασιλιάς του τομέα αποθήκευσης ημιαγωγών και CPU.

Καθώς η Intel έγινε ο κυρίαρχος παίκτης στον κλάδο, το πυρίτιο επίσης κατέλυσε το γερμάνιο και αυτό που κάποτε ήταν η Santa Clara Valley μετονομάστηκε σε "Silicon Valley".Από τότε, τα τσιπ πυριτίου έχουν γίνει το ισοδύναμο των τσιπ ημιαγωγών στην αντίληψη του κοινού.

Το γερμάνιο, ωστόσο, έχει μερικά πολύ δύσκολα προβλήματα να λύσει, όπως τα πολλά ελαττώματα της διεπαφής των ημιαγωγών, η κακή θερμική σταθερότητα και η έλλειψη πυκνών οξειδίων.Επιπλέον, το γερμάνιο είναι ένα σπάνιο στοιχείο, με μόνο 7 μέρη ανά εκατομμύριο στον φλοιό της γης, και τα μεταλλεύματα γερμανίου είναι επίσης πολύ διάσπαρτα.Επειδή το γερμάνιο είναι πολύ σπάνιο και μη συγκεντρωμένο, το κόστος των πρώτων υλών για το γερμάνιο παραμένει υψηλό.Τα πράγματα είναι σπάνια και το υψηλό κόστος των πρώτων υλών δεν κάνει τα τρανζίστορ γερμανίου φθηνότερα, επομένως είναι δύσκολο να παραχθούν τρανζίστορ γερμανίου σε μεγάλη κλίμακα.

Οι ερευνητές, λοιπόν, ανέβηκαν ένα επίπεδο και εξέτασαν το στοιχείο πυρίτιο.Θα μπορούσατε να πείτε ότι όλες οι εγγενείς αδυναμίες του γερμανίου είναι οι εγγενείς δυνάμεις του πυριτίου.

Το πυρίτιο είναι το δεύτερο πιο άφθονο στοιχείο μετά το οξυγόνο, αλλά βασικά δεν μπορείτε να βρείτε μονομερή πυριτίου στη φύση.Οι πιο κοινές ενώσεις του είναι το πυρίτιο και τα πυριτικά άλατα.Από αυτά, το πυρίτιο είναι με τη σειρά του ένα από τα κύρια συστατικά της άμμου.Επιπλέον, ενώσεις όπως ο άστριος, ο γρανίτης και ο χαλαζίας βασίζονται όλες σε ενώσεις πυριτίου-οξυγόνου.

Το πυρίτιο είναι θερμικά σταθερό, έχει ένα πυκνό, υψηλής διηλεκτρικής σταθεράς οξείδιο και μπορεί εύκολα να παρασκευαστεί με μια διεπαφή πυριτίου-οξειδίου του πυριτίου με πολύ λίγα ελαττώματα της επιφανείας.

Το οξείδιο του πυριτίου είναι αδιάλυτο στο νερό (το οξείδιο του γερμανίου είναι διαλυτό στο νερό) και αδιάλυτο στα περισσότερα οξέα, το οποίο είναι απλώς ένα τέλειο ταίρι για την τεχνική εκτύπωσης με διάβρωση που χρησιμοποιείται για πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων.Το προϊόν αυτού του συνδυασμού είναι η επίπεδη διαδικασία ολοκληρωμένου κυκλώματος που συνεχίζεται μέχρι σήμερα.