Współczesny poziom integracji w informatyce i elektronice jest niezwykły. Dziś możemy mówić o „systemach na chipie”, praktycznie gotowych do użycia w wielu formatach. Jednak ta technologia ma już prawie sto lat, a układ scalony jest jej najpełniejszym wyrazem. Analiza historii pierwszego układu scalonego to fascynujący proces, pełen sprzecznych danych i wielu zaangażowanych nazwisk...
Pierwszy układ scalony: „Lampy i podatki”
Koncepcja „wszystko w jednym” może stać się koszmarem, jeśli jest źle opracowana, prowadząc do miernych produktów o niższej jakości. Ale elektronika szybko zrozumiała jej potencjalne korzyści. Na początku nie mieliśmy nawet płytek PCB: obwody budowano „punktowo” i zasadniczo „pływały” w obudowie. Stare radia lampowe są doskonałymi przykładami, a jeden z pierwszych większych przypadków integracji przyszedł przez nie, wraz z lampą Loewe 3NF.
Firma Loewe-Audion GmbH (która nadal istnieje jako Loewe w Niemczech) stworzyła tę lampę w 1926, łącząc w jednym „pakiecie” trzy triody, dwa kondensatory i cztery rezystory. Dodając elementy pasywne, Loewe zmniejszyła liczbę pinów lampy do sześciu, ale zwiększyło to złożoność projektu. Każdy element musiał być zamknięty we własnej „minilampie”, aby uniknąć zanieczyszczenia próżni.
Jest jeszcze inny ciekawy aspekt, oprócz technicznego: Loewe wyprodukowała 3NF jako sposób na unikanie podatków i poprawę konkurencyjności. W tamtych czasach niemieckie radia płaciły podatki w zależności od liczby lamp. Loewe zaczęła oferować radia oparte na 3NF, ale wysoki poziom integracji stworzył nowy problem: Jeśli jeden żarnik uległ awarii, całe radio przestawało działać. Loewe odpowiedziała serwisem naprawczym wymieniającym uszkodzone żarniki.
Od teorii do produkcji
W kolejnych dekadach wielu ekspertów badało ideę „układu scalonego”. Niemiecki inżynier Werner Jacobi z Siemensa opublikował w 1949 patent na swój wzmacniacz „Halbleiterverstärker”. Angielski inżynier Geoffrey Dummer był jednym z pierwszych, którzy podzielili się z publicznością potencjałem tej technologii, a podobnie było z inżynierami Jackiem Mortonem z Bella, Sidneyem Darlingtoniem i Yasuo Tarui z jego tranzystorem czterozłączowym.
Jedną z elementarnych podstaw rozwoju układu scalonego ustanowił proces pasywacji egipskiego naukowca Mohameda M. Atalli, który stabilizuje powierzchnie krzemu poprzez utlenianie termiczne. Doprowadziło to do tzw. procesu planarnego, stworzonego przez Jeana Hoerniego z Fairchild Semiconductor na początku 1959, oraz do „izolacji złącza p-n”. Proces został rozszerzony na niezależne tranzystory przez Kurta Kehoveca ze Sprague Electric i Roberta Noyce’a z Fairchild w 1959 (obaj osobno).
Kilby i Noyce
Jednak w 1958 inżynier Jack Kilby dołączył do Texas Instruments i to tam rozwinął swoją ideę układu scalonego, tworząc pierwszy prototyp we wrześniu tego roku. Kilby złożył wniosek patentowy 6 lutego 1959 opisujący płytkę lub waflową płytkę z materiału półprzewodnikowego, w której zintegrowano elementy obwodu elektronicznego.
Równolegle z Kilbym Robert Noyce kontynuował pracę nad własną wersją układu scalonego i w lipcu 1959 złożył patent na „Semiconductor Device and Lead Structure”, wywodzący się z procesu planarnego Hoerniego. Efektem był pierwszy monolityczny krzemowy układ scalony, podczas gdy układ Kilby’ego miał konfigurację hybrydową i był oparty na germanie. Z praktycznego punktu widzenia projekt Noyce’a okazał się lepszy i prawie wszystkie nowoczesne chipy używają struktury monolitycznej.
Pierwszy układ scalony: jeden wynalazek, wiele nazwisk
Podsumowując, mówienie o pierwszym układzie scalonym jest skomplikowane ze względu na wiele nazwisk i osiągnięć. Jeśli kierować się parametrami praktycznymi i komercyjnymi, można powiedzieć, że pierwsza była lampa Loewe. Lata później Fairchild i Texas Instruments spierały się o patenty na układy scalone przez lata, ale w końcu zawarły specjalne porozumienie.
Kilby i Noyce są (w ogólnych zarysach) równie uznawani za współwynalazców: obaj otrzymali National Medal of Science, a Kilby zdobył Nagrodę Nobla w 2000 roku, choć wielu uważa, że podzieliłby się nią z Noyce’em, gdyby ten żył. Noyce doznał zawału serca w czerwcu 1990, a Kilby odszedł w czerwcu 2005. Prawdziwi giganci, którzy odcisnęli piętno i stworzyli podstawy nowoczesnej elektroniki.
Źródła: NASA, Computer History Museum (1, 2), Mike’s Electric Stuff.
