De huidige integratieniveaus in computer- en elektronica zijn buitengewoon. We kunnen tegenwoordig spreken van systemen op een chip, vrijwel klaar voor gebruik in vele formaten. Toch heeft deze technologische visie bijna een eeuw op de schouders, en het geïntegreerde circuit is de ultieme uitdrukking ervan. De geschiedenis van het eerste geïntegreerde circuit analyseren is een fascinerend proces, met enkele tegenstrijdige gegevens en verschillende betrokken namen...
Het eerste geïntegreerde circuit: "Ventielen en belastingen"
Het concept van 'alles-in-één' kan een nachtmerrie worden als het slecht wordt ontwikkeld, wat leidt tot middelmatige producten of kwalitatief mindere. Maar de elektronica begreep al snel de potentiële voordelen. In het begin hadden we niet eens PCB's om mee te werken: circuits werden punt-tot-punt gebouwd en zweefden in essentie in een behuizing. De oude radiobuizen zijn uitstekende voorbeelden, en een van de eerste grote gevallen van integratie kwam via hen aan bod, met de Loewe 3NF-buis.
Het bedrijf Loewe-Audion GmbH (dat nog steeds bestaat als Loewe in Duitsland) creëerde deze buis in 1926, waarbij het in totaal drie triodes, twee condensatoren en vier weerstanden combineerde in één pakket. Door passieve componenten toe te voegen, slaagde Loewe erin om het aantal pinnen op de buis terug te brengen tot zes, maar dat verhoogde de complexiteit van het ontwerp. Elk onderdeel moest worden ingekapseld in zijn eigen mini-buis om verontreiniging van het vacuüm te voorkomen.
Er is ook een ander interessant aspect naast het technische: Loewe produceerde de 3NF als een manier om belastingen te ontwijken en hun concurrentievermogen te verbeteren. In die tijd betaalden Duitse radio's belasting op basis van het aantal gebruikte buizen. Loewe begon radio's aan te bieden op basis van de 3NF, maar het hoge integratieniveau creëerde een nieuw probleem: als een gloeidraad faalde, stopte de hele radio met werken. Loewe reageerde met een reparatiedienst om beschadigde gloeidraden te vervangen.
Van theorie naar productie
De Duitse ingenieur Werner Jacobi van Siemens publiceerde in 1949 het patent voor zijn versterker "Halbleiterverstärker".
De Engelse ingenieur Geoffrey Dummer was een van de eersten die het potentieel van deze technologie met het publiek deelde, en iets soortgelijks gebeurde met de ingenieurs Jack Morton van Bell, Sidney Darlington, en Yasuo Tarui met zijn quadrupooltransistor.
Een van de fundamentele bases voor de ontwikkeling van het geïntegreerde circuit werd gelegd door het passiveringsproces van de Egyptische wetenschapper Mohamed M. Atalla, dat siliciumoppervlakken stabiliseert via thermische oxidatie. Hiermee kwam men tot het zogenaamde planaire proces, gecreëerd door Jean Hoerni van Fairchild Semiconductor begin 1959, en tot de isolatie van de p-n-overgang. Het proces werd uitgebreid naar losse transistoren door Kurt Kehovec van Sprague Electric en Robert Noyce van Fairchild in 1959 (beiden afzonderlijk).
Kilby en Noyce
In 1958 voegde ingenieur Jack Kilby zich echter bij de gelederen van Texas Instruments, en het was daar dat hij zijn idee van het geïntegreerde circuit kon uitbreiden, en bovendien het eerste prototype in september van dat jaar creëerde. Kilby diende op 6 februari 1959 een patent in, waarin hij een vel of wafer van halfgeleidermateriaal beschrijft waarin de componenten van het elektronische circuit zijn geïntegreerd.
Parallel aan Kilby bleef Robert Noyce werken aan zijn eigen versie van het geïntegreerde circuit, en in juli 1959 diende hij het patent in voor zijn "Semiconductor Device and Lead Structure", afgeleid van het planaire proces van Hoerni. Het eindresultaat was het eerste monolithische silicium-geïntegreerde circuit, terwijl het circuit van Kilby een hybride configuratie had en op germanium was gebaseerd. Vanuit praktisch oogpunt bleek het ontwerp van Noyce superieur, en vrijwel alle moderne chips gebruiken de monolithische structuur.
Het eerste geïntegreerde circuit: één uitvinding, vele namen
Samengevat is het spreken over het eerste geïntegreerde circuit ingewikkeld vanwege het grote aantal betrokken namen en ontwikkelingen. Als we ons laten leiden door praktische en commerciële parameters, zou iedereen zeggen dat de Loewe-buis de eerste was. Jaren later vochten Fairchild en Texas Instruments jarenlang juridische gevechten over hun patenten met betrekking tot geïntegreerde circuits, maar uiteindelijk wisten ze een speciale overeenkomst tussen beide bedrijven te sluiten.
Kilby en Noyce zijn over het algemeen gelijkelijk erkend als mede-uitvinders: beiden ontvingen de National Medal of Science, en Kilby won de Nobelprijs in het jaar 2000, hoewel velen geloven dat hij die met Noyce had gedeeld als hij nog had geleefd. Noyce kreeg een hartaanval in juni 1990, en Kilby overleed in juni 2005. Echte reuzen die hun sporen hebben achtergelaten en de fundamenten van de moderne elektronica hebben gelegd.
Bronnen: NASA, Computer History Museum (1, 2), Mike's Electric Stuff
