Uudet ja alkuperäiset TPA3116D2DADR Integroitu piiri IC Chips -elektroniikkakomponentit

Puolijohdesirun alkuaikoina pii ei ollut päähenkilö, vaan germanium oli.Ensimmäinen transistori oli germaniumpohjainen transistori ja ensimmäinen integroitu piiri oli germanium-siru.
Ensimmäisen transistorin keksivät Bardeen ja Bratton, jotka keksivät bipolaaritransistorin (BJT).Ensimmäisen P/N-liitosdiodin keksi Shockley, ja tästä Shockleyn suunnittelemasta liitostyypistä tuli välittömästi BJT:n vakiorakenne ja se on käytössä tänään.Heille kolmelle myönnettiin myös fysiikan Nobel-palkinto samana vuonna 1956.
Transistori voidaan yksinkertaisesti ymmärtää minikytkimeksi.Puolijohteen ominaisuuksista riippuen voidaan muodostaa N-tyyppinen puolijohde seostamalla puolijohde fosforilla ja P-tyyppinen puolijohde boorilla.N-tyypin ja P-tyypin puolijohteiden yhdistelmä muodostaa PN-liitoksen, tärkeän rakenteen elektronisissa siruissa;tämä mahdollistaa tiettyjen logiikkatoimintojen suorittamisen (kuten porttien kanssa, tai porttien, ei-porttien jne.)
Germaniumilla on kuitenkin joitain erittäin vaikeita ongelmia, kuten monet rajapintavirheet puolijohteessa, huono lämpöstabiilisuus ja tiheiden oksidien puute.Lisäksi germanium on harvinainen alkuaine, sillä sitä on maankuoressa vain 7 miljoonasosaa, ja germaniummalmit ovat myös hyvin hajallaan.Koska germanium on erittäin harvinainen eikä tiivistetty, germaniumin raaka-ainekustannukset pysyvät korkeina;asiat ovat harvinaisia, ja korkeat raaka-ainekustannukset eivät tee germaniumtransistoreista halvempia, joten germaniumtransistoreiden valmistaminen suuressa mittakaavassa on vaikeaa.

Siksi tutkijat hyppäsivät tason ylöspäin ja tarkastelivat elementtiä piitä.Voisi sanoa, että kaikki germaniumin luontaiset puutteet ovat piin luontaisia ​​etuja.

Pii on hapen jälkeen toiseksi yleisin alkuaine, mutta luonnosta ei periaatteessa löydy piimonomeerejä;sen yleisimmät yhdisteet ovat piidioksidi ja silikaatit.Näistä piidioksidi on puolestaan ​​yksi hiekan pääkomponenteista.Lisäksi yhdisteet, kuten maasälpä, graniitti ja kvartsi, perustuvat kaikki piidioksidi-happiyhdisteisiin.

Pii on lämpöstabiili, sillä on tiheä, korkea dielektrisyysvakio oksidi, ja se voidaan helposti valmistaa pii-piioksidi-rajapinnalla, jossa on hyvin vähän rajapintavirheitä.

Piioksidi on veteen liukenematon (germaniumoksidi liukenee veteen) ja liukenematon useimpiin happoihin, mikä sopii yksinkertaisesti täydellisesti piirilevyjen korroosiopainotekniikkaan.Tämän yhdistelmän tuote on integroitujen piirien litteä prosessi, joka jatkuu tähän päivään asti.
Piikidekolonnit

Piin matka huipulle
Epäonnistunut yritys: Sanotaan, että Shockley näki valtavan markkinamahdollisuuden aikana, jolloin kukaan ei ollut vielä onnistunut valmistamaan piitransistoria;Siksi hän jätti Bell Labsin vuonna 1956 perustaakseen oman yrityksen Kaliforniaan.Valitettavasti Shockley ei ollut hyvä yrittäjä ja hänen liiketoiminnan johtaminen oli typerää hänen akateemisiin taitoihinsa verrattuna.Joten Shockley itse ei täyttänyt tavoitetta korvata germanium piillä, ja hänen loppuelämänsä näyttämö oli Stanfordin yliopiston koroke.Vuotta sen perustamisen jälkeen hänen värväämänsä kahdeksan lahjakasta nuorta miestä loikkasivat hänestä joukoittain, ja juuri näiden "kahdeksan petturin" oli tarkoitus saada päätökseen pyrkimys korvata germanium piillä.

Piitransistorin nousu

Ennen kuin Eight Renegades perusti Fairchild Semiconductorin, germaniumtransistorit olivat hallitseva transistorin markkina, jossa Yhdysvalloissa valmistettiin lähes 30 miljoonaa transistoria vuonna 1957, vain miljoona piitransistoria ja lähes 29 miljoonaa germaniumtransistoria.Texas Instrumentsista tuli 20 prosentin markkinaosuudellaan jättiläinen transistorimarkkinoilla.
Kahdeksan Renegadia ja Fairchild Semiconductor

Markkinoiden suurimmat asiakkaat, Yhdysvaltain hallitus ja armeija, haluavat käyttää siruja suuria määriä raketteissa ja ohjuksissa, mikä lisää arvokasta laukaisukuormaa ja parantaa ohjauspäätteiden luotettavuutta.Mutta transistorit kohtaavat myös ankarat käyttöolosuhteet, jotka johtuvat korkeista lämpötiloista ja voimakkaasta tärinästä.

Germanium on ensimmäinen, joka häviää lämpötilan suhteen: germaniumtransistorit kestävät vain 80 °C:n lämpötiloja, kun taas armeijan vaatimukset ovat vakaata toimintaa jopa 200 °C:ssa.Vain piitransistorit kestävät tämän lämpötilan.
Perinteinen piitransistori

Fairchild keksi prosessin valmistaa piitransistoreita, tehden niistä yhtä yksinkertaisia ​​ja tehokkaita kuin painetut kirjat ja paljon halvempia kuin germaniumtransistorit hinnan suhteen.Fairchildin prosessi piitransistorien valmistamiseksi on karkea seuraavasti.

Ensin piirretään käsin asettelu, joskus niin suuri, että se peittää seinän, ja sitten piirustus valokuvataan ja pienennetään pieneksi läpikuultavaksi levyksi, jossa on usein kaksi kolmen arkin kaistaa, joista kukin edustaa piirikerrosta.

Toiseksi viipaloidulle ja kiillotetulle sileälle piikiekolle levitetään kerros valoherkkää materiaalia, ja UV/laseria käytetään suojaamaan piirikuviota piikiekon läpivalaisulevyltä.

Kolmanneksi läpivalaisulevyn pimeässä osassa olevat alueet ja viivat jättävät piikiekkoon valottamattomia kuvioita;nämä valottamattomat kuviot puhdistetaan happoliuoksella ja lisätään joko puolijohdeepäpuhtauksia (diffuusiotekniikka) tai metallijohtimet pinnoitetaan.

Neljänneksi, toistamalla edellä mainitut kolme vaihetta jokaiselle läpikuultavalle kiekolle, suuri määrä transistoreita voidaan hankkia piikiekoihin, jotka naistyöntekijät leikkaavat mikroskoopilla ja kytkevät sen sitten johtoihin, sitten pakataan, testataan ja myydään.

Koska piitransistoreja oli saatavilla suuria määriä, Fairchildin kahdeksan luopiota perustajaa kuuluivat niihin yrityksiin, jotka pystyivät seisomaan Texas Instrumentsin kaltaisten jättiläisten rinnalla.

Tärkeä työntö - Intel
Se oli myöhempi integroidun piirin keksintö, joka tiivisti germaniumin hallitsevan aseman.Tuolloin oli olemassa kaksi teknologialinjaa, yksi Texas Instrumentsin germanium-sirujen integroiduille piireille ja toinen Fairchildin piisirujen integroiduille piireille.Aluksi yhtiöillä oli kiivas kiista integroitujen piirien patenttien omistajuudesta, mutta myöhemmin Patenttivirasto tunnusti integroitujen piirien patenttien omistuksen molemmille yhtiöille.
Fairchildin prosessin kehittyessä siitä tuli kuitenkin integroitujen piirien standardi, ja sitä käytetään edelleen.Myöhemmin Noyce, integroidun piirin keksijä, ja Moore, Mooren lain keksijä, jättivät Centron Semiconductorin, jotka muuten olivat molemmat "Kahdeksan petturin" jäseniä.Yhdessä Groven kanssa he loivat nykyisen maailman suurimman puolijohdesiruyhtiön Intelin.
Intelin kolme perustajaa vasemmalta: Grove, Noyce ja Moore

Myöhemmässä kehityksessä Intel työnsi piisiruja.Se on voittanut jättiläiset kuten Texas Instruments, Motorola ja IBM tullakseen puolijohdetallennus- ja prosessorisektorin kuninkaaksi.

Intelin tullessa hallitsevaksi toimijaksi alalla, pii lopetti myös germaniumin, ja entinen Santa Claran laakso nimettiin uudelleen "Piilaaksoksi".Siitä lähtien piisiruista on tullut yleisön käsitys puolijohdesirujen vastineeksi.

Germaniumilla on kuitenkin joitakin erittäin vaikeita ratkaistavia ongelmia, kuten puolijohteiden monet rajapintavirheet, huono lämpöstabiilisuus ja tiheiden oksidien puute.Lisäksi germanium on harvinainen alkuaine, sillä sitä on vain 7 miljoonasosaa maankuoressa, ja myös germaniummalmit ovat hyvin hajallaan.Koska germanium on erittäin harvinainen eikä tiivistetty, germaniumin raaka-aineiden kustannukset pysyvät korkeina;asiat ovat harvinaisia, ja korkeat raaka-aineet eivät tee germaniumtransistoreista halvempia, joten germaniumtransistoreiden valmistaminen suuressa mittakaavassa on vaikeaa.

Siksi tutkijat hyppäsivät tason ylöspäin ja tarkastelivat elementtiä piitä.Voisi sanoa, että kaikki germaniumin luontaiset heikkoudet ovat piin luontaisia ​​vahvuuksia.

Pii on hapen jälkeen toiseksi yleisin alkuaine, mutta luonnosta ei periaatteessa löydy piimonomeerejä;sen yleisimmät yhdisteet ovat piidioksidi ja silikaatit.Näistä piidioksidi on puolestaan ​​yksi hiekan pääkomponenteista.Lisäksi yhdisteet, kuten maasälpä, graniitti ja kvartsi, perustuvat kaikki piidioksidi-happiyhdisteisiin.

Pii on lämpöstabiili, sillä on tiheä, korkea dielektrisyysvakio oksidi, ja se voidaan helposti valmistaa pii-piioksidi-rajapinnalla, jossa on hyvin vähän rajapintavirheitä.

Piioksidi on veteen liukenematon (germaniumoksidi liukenee veteen) ja liukenematon useimpiin happoihin, mikä yksinkertaisesti sopii täydellisesti piirilevyjen korroosiopainotekniikkaan.Tämän yhdistelmän tuote on integroidun piirin tasoprosessi, joka jatkuu tähän päivään asti.