Components electrònics de xips IC de circuit integrat TPA3116D2DADR nous i originals

En els primers dies del xip semiconductor, el silici no era el personatge principal, sinó el germani.El primer transistor va ser un transistor basat en germani i el primer xip de circuit integrat va ser un xip de germani.
El primer transistor va ser inventat per Bardeen i Bratton, que van inventar el transistor bipolar (BJT).El primer díode d'unió P/N va ser inventat per Shockley i, immediatament, aquest tipus d'unió dissenyat per Shockley es va convertir en l'estructura estàndard per al BJT i ​​està en servei avui dia.Els tres també van ser guardonats amb el Premi Nobel de Física aquell any el 1956.
Un transistor es pot entendre simplement com un interruptor en miniatura.Segons les propietats del semiconductor, es pot formar un semiconductor de tipus N dopant el semiconductor amb fòsfor i un semiconductor de tipus P amb bor.La combinació de semiconductors de tipus N i de tipus P forma la unió PN, una estructura important en xips electrònics;això permet realitzar operacions lògiques específiques (com ara amb portes, o portes, no portes, etc.)
El germani, però, té alguns problemes molt difícils, com els molts defectes d'interfície en el semiconductor, la mala estabilitat tèrmica i la manca d'òxids densos.A més, el germani és un element rar, amb només 7 parts per milió a l'escorça terrestre, i els minerals de germani també estan molt dispersos.És perquè el germani és molt rar i no està concentrat que el cost de les matèries primeres per al germani segueix sent elevat;les coses són rares i l'alt cost de les matèries primeres fa que els transistors de germani no siguin més barats, de manera que és difícil produir transistors de germani a gran escala.

Els investigadors, per tant, van pujar un nivell i van mirar l'element silici.Es podria dir que totes les deficiències inherents al germani són avantatges inherents al silici.

El silici és el segon element més abundant després de l'oxigen, però bàsicament no pots trobar monòmers de silici a la natura;els seus compostos més comuns són la sílice i els silicats.D'aquests, la sílice és al seu torn un dels components principals de la sorra.A més, compostos com el feldspat, el granit i el quars es basen en compostos de sílice-oxigen.

El silici és tèrmicament estable, té un òxid constant dielèctric dens i elevat i es pot preparar fàcilment amb una interfície silici-òxid de silici amb molt pocs defectes interfacials.

L'òxid de silici és insoluble en aigua (l'òxid de germani és soluble en aigua) i insoluble en la majoria dels àcids, que és simplement una combinació perfecta per a la tècnica d'impressió per corrosió utilitzada per a plaques de circuits impresos.El producte d'aquesta combinació és el procés pla per a circuits integrats que continua fins avui.
Columnes de cristall de silici

El viatge de Silicon al cim
Una empresa fallida: es diu que Shockley va veure una gran oportunitat de mercat en un moment en què ningú encara havia aconseguit fer un transistor de silici;per això va deixar Bell Labs l'any 1956 per fundar la seva pròpia empresa a Califòrnia.Malauradament, Shockley no era un bon emprenedor i la seva gestió empresarial era una missió tonta en comparació amb les seves habilitats acadèmiques.Així doncs, el mateix Shockley no va complir l'ambició de substituir el germani per silici, i l'escenari per a la resta de la seva vida va ser el podi de la Universitat de Stanford.Un any després de la seva fundació, els vuit joves talentosos que havia reclutat van desertar d'ell en massa, i van ser els "vuit traïdors" els que havien de completar l'ambició de substituir el germani pel silici.

L'ascens del transistor de silici

Abans que els vuit renegats fundessin Fairchild Semiconductor, els transistors de germani eren el mercat dominant dels transistors, amb prop de 30 milions de transistors fabricats als Estats Units el 1957, només un milió de transistors de silici i prop de 29 milions de transistors de germani.Amb una quota de mercat del 20%, Texas Instruments es va convertir en el gegant del mercat de transistors.
Vuit Renegades i Fairchild Semiconductor

Els clients més grans del mercat, el govern i l'exèrcit dels EUA, volen utilitzar els xips en gran nombre en coets i míssils, augmentant la valuosa càrrega de llançament i millorant la fiabilitat dels terminals de control.Però els transistors també s'enfrontaran a condicions de funcionament dures causades per altes temperatures i vibracions violentes.

El germani és el primer a perdre pel que fa a la temperatura: els transistors de germani poden suportar temperatures de només 80 °C, mentre que els requisits militars són un funcionament estable fins i tot a 200 °C.Només els transistors de silici poden suportar aquesta temperatura.
El tradicional transistor de silici

Fairchild va inventar el procés de fabricació de transistors de silici, fent-los tan senzills i eficients com els llibres impresos i molt més barats que els transistors de germani pel que fa al preu.El procés de Fairchild per fabricar transistors de silici és dur de la següent manera.

En primer lloc, es dibuixa a mà un traçat, de vegades tan gran que ocupa una paret, i després es fotografia el dibuix i es redueix a una petita làmina translúcida, sovint amb dos carrils de tres fulls, cadascun representant una capa de circuits.

En segon lloc, s'aplica una capa de material sensible a la llum a l'hòstia de silici llisa tallada i polida, i s'utilitza el làser UV per protegir el patró del circuit de la làmina de transil·luminació a l'hòstia de silici.

En tercer lloc, les àrees i línies a la part fosca de la làmina de transil·luminació deixen patrons no exposats a l'hòstia de silici;aquests patrons no exposats es netegen amb una solució àcida i s'hi afegeixen impureses de semiconductors (tècnica de difusió) o es xapan els conductors metàl·lics.

En quart lloc, repetint els tres passos anteriors per a cada hòstia translúcida, es poden obtenir un gran nombre de transistors en hòsties de silici, que són tallades per dones treballadores sota un microscopi i després connectades a cables, després empaquetades, provades i venudes.

Amb els transistors de silici disponibles en grans quantitats, els vuit fundadors renegats de Fairchild estaven entre les empreses que podien estar al costat de gegants com Texas Instruments.

L'empenta important - Intel
Va ser la invenció posterior del circuit integrat que va resumir el domini del germani.En aquell moment, hi havia dues línies tecnològiques, una per a circuits integrats en xips de germani de Texas Instruments i una per a circuits integrats en xips de silici de Fairchild.Al principi, les dues empreses van tenir una disputa aferrissada sobre la propietat de les patents dels circuits integrats, però més tard l'Oficina de Patents va reconèixer la propietat de les patents dels circuits integrats per ambdues empreses.
Tanmateix, com que el procés de Fairchild era més avançat, es va convertir en l'estàndard per als circuits integrats i es continua utilitzant avui dia.Més tard, Noyce, l'inventor del circuit integrat, i Moore, l'inventor de la Llei de Moore, van deixar Centron Semiconductor, que, per cert, eren tots dos membres dels "Vuit Traïdors".Juntament amb Grove, van crear la que ara és l'empresa de xips de semiconductors més gran del món, Intel.
Els tres fundadors d'Intel, des de l'esquerra: Grove, Noyce i Moore

En desenvolupaments posteriors, Intel va impulsar xips de silici.Ha vençut a gegants com Texas Instruments, Motorola i IBM per convertir-se en el rei del sector de l'emmagatzematge de semiconductors i CPU.

A mesura que Intel es va convertir en el jugador dominant de la indústria, el silici també va acabar amb el germani, i el que abans era Santa Clara Valley va passar a anomenar-se "Silicon Valley".Des d'aleshores, els xips de silici s'han convertit en l'equivalent dels xips de semiconductors en la percepció pública.

El germani, però, té alguns problemes molt difícils de resoldre, com els molts defectes d'interfície dels semiconductors, la mala estabilitat tèrmica i la manca d'òxids densos.A més, el germani és un element rar, amb només 7 parts per milió a l'escorça terrestre, i els minerals de germani també estan molt dispersos.És perquè el germani és molt rar i no està concentrat que el cost de les matèries primeres per al germani segueix sent elevat;les coses són rares i l'alt cost de les matèries primeres fa que els transistors de germani no siguin més barats, de manera que és difícil produir transistors de germani a gran escala.

Els investigadors, per tant, van pujar un nivell i van mirar l'element silici.Es podria dir que totes les debilitats inherents al germani són les fortaleses inherents al silici.

El silici és el segon element més abundant després de l'oxigen, però bàsicament no pots trobar monòmers de silici a la natura;els seus compostos més comuns són la sílice i els silicats.D'aquests, la sílice és al seu torn un dels components principals de la sorra.A més, compostos com el feldspat, el granit i el quars es basen en compostos de sílice-oxigen.

El silici és tèrmicament estable, té un òxid constant dielèctric dens i elevat i es pot preparar fàcilment amb una interfície silici-òxid de silici amb molt pocs defectes interfacials.

L'òxid de silici és insoluble en aigua (l'òxid de germani és soluble en aigua) i insoluble en la majoria dels àcids, que és simplement una combinació perfecta per a la tècnica d'impressió per corrosió utilitzada per a plaques de circuits impresos.El producte d'aquesta combinació és el procés pla del circuit integrat que continua fins avui.