ใหม่และต้นฉบับ TPA3116D2DADR วงจรรวมชิป IC ส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์

ในยุคแรกๆ ของชิปเซมิคอนดักเตอร์ ซิลิคอนไม่ใช่ตัวละครหลัก แต่เป็นเจอร์เมเนียมทรานซิสเตอร์ตัวแรกเป็นทรานซิสเตอร์ที่ใช้เจอร์เมเนียม และชิปวงจรรวมตัวแรกคือชิปเจอร์เมเนียม
ทรานซิสเตอร์ตัวแรกถูกประดิษฐ์โดย Bardeen และ Bratton ซึ่งเป็นผู้คิดค้นทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ (BJT)ไดโอดแยก P/N ตัวแรกถูกคิดค้นโดย Shockley และในทันที ประเภทหัวต่อนี้ออกแบบโดย Shockley ก็กลายเป็นโครงสร้างมาตรฐานสำหรับ BJT และเปิดให้บริการอยู่ในปัจจุบันทั้งสามคนยังได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปีนั้นในปี 1956 อีกด้วย
ทรานซิสเตอร์สามารถเข้าใจได้ง่ายว่าเป็นสวิตช์ขนาดเล็กขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของเซมิคอนดักเตอร์ เซมิคอนดักเตอร์ชนิด N สามารถเกิดขึ้นได้โดยการเติมเซมิคอนดักเตอร์ด้วยฟอสฟอรัสและเซมิคอนดักเตอร์ชนิด P ที่มีโบรอนการรวมกันของเซมิคอนดักเตอร์ชนิด N และชนิด P ก่อให้เกิดจุดเชื่อมต่อ PN ซึ่งเป็นโครงสร้างที่สำคัญในชิปอิเล็กทรอนิกส์สิ่งนี้ทำให้สามารถดำเนินการตรรกะเฉพาะได้ (เช่น มีเกต หรือเกต ไม่ใช่เกต ฯลฯ)
อย่างไรก็ตาม เจอร์เมเนียมมีปัญหาที่ยากมาก เช่น ข้อบกพร่องด้านอินเทอร์เฟซหลายอย่างในเซมิคอนดักเตอร์ ความเสถียรทางความร้อนต่ำ และการขาดออกไซด์หนาแน่นนอกจากนี้ เจอร์เมเนียมยังเป็นองค์ประกอบที่หายาก โดยมีเพียง 7 ส่วนในล้านส่วนในเปลือกโลก และแร่เจอร์เมเนียมก็กระจัดกระจายมากเช่นกันเนื่องจากเจอร์เมเนียมหายากมากและไม่มีความเข้มข้น ต้นทุนวัตถุดิบสำหรับเจอร์เมเนียมจึงยังคงอยู่ในระดับสูงสิ่งต่างๆ เป็นของหายาก และต้นทุนวัตถุดิบที่สูงทำให้ทรานซิสเตอร์เจอร์เมเนียมมีราคาถูกกว่า ดังนั้นจึงเป็นเรื่องยากที่จะผลิตทรานซิสเตอร์เจอร์เมเนียมในขนาดใหญ่

นักวิจัยจึงกระโดดขึ้นไปอีกระดับหนึ่งและตรวจดูธาตุซิลิคอนคุณสามารถพูดได้ว่าข้อบกพร่องโดยธรรมชาติของเจอร์เมเนียมทั้งหมดเป็นข้อดีโดยธรรมชาติของซิลิคอน

ซิลิคอนเป็นธาตุที่มีมากเป็นอันดับสองรองจากออกซิเจน แต่โดยพื้นฐานแล้วคุณไม่สามารถหาซิลิคอนโมโนเมอร์ในธรรมชาติได้สารประกอบที่พบมากที่สุดคือซิลิกาและซิลิเกตในจำนวนนี้ซิลิกาก็เป็นหนึ่งในองค์ประกอบหลักของทรายนอกจากนี้ สารประกอบต่างๆ เช่น เฟลด์สปาร์ หินแกรนิต และควอตซ์ล้วนมีส่วนประกอบของสารประกอบซิลิกา-ออกซิเจน

ซิลิคอนมีความเสถียรทางความร้อน มีออกไซด์คงที่ไดอิเล็กตริกหนาแน่นสูง และสามารถเตรียมได้อย่างง่ายดายด้วยส่วนต่อประสานระหว่างซิลิคอน-ซิลิคอนออกไซด์ซึ่งมีข้อบกพร่องด้านพื้นผิวน้อยมาก

ซิลิคอนออกไซด์ไม่ละลายในน้ำ (เจอร์เมเนียมออกไซด์ละลายในน้ำ) และไม่ละลายในกรดส่วนใหญ่ ซึ่งเหมาะอย่างยิ่งสำหรับเทคนิคการพิมพ์การกัดกร่อนที่ใช้กับแผงวงจรพิมพ์ผลิตภัณฑ์ของการรวมกันนี้เป็นกระบวนการแบบแบนสำหรับวงจรรวมที่ดำเนินมาจนถึงทุกวันนี้
คอลัมน์คริสตัลซิลิคอน

การเดินทางของซิลิคอนสู่จุดสูงสุด
กิจการที่ล้มเหลว: ว่ากันว่า Shockley มองเห็นโอกาสทางการตลาดครั้งใหญ่ในช่วงเวลาที่ยังไม่มีใครประสบความสำเร็จในการผลิตทรานซิสเตอร์ซิลิคอนนั่นคือเหตุผลที่เขาออกจาก Bell Labs ในปี 1956 เพื่อก่อตั้งบริษัทของตัวเองในแคลิฟอร์เนียน่าเสียดายที่ Shockley ไม่ใช่ผู้ประกอบการที่ดีและการจัดการธุรกิจของเขาก็เป็นงานของคนโง่เมื่อเทียบกับทักษะทางวิชาการของเขาดังนั้น Shockley เองไม่ได้เติมเต็มความทะเยอทะยานในการเปลี่ยนเจอร์เมเนียมด้วยซิลิคอนและเวทีตลอดชีวิตของเขาคือการขึ้นโพเดี้ยมที่มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดหนึ่งปีหลังจากการก่อตั้ง ชายหนุ่มผู้มีพรสวรรค์แปดคนที่เขาคัดเลือกมาก็แปรพักตร์ไปจากเขาทั้งหมด และเป็น "ผู้ทรยศแปดคน" ที่ต้องบรรลุความทะเยอทะยานในการแทนที่เจอร์เมเนียมด้วยซิลิคอน

การเพิ่มขึ้นของทรานซิสเตอร์ซิลิคอน

ก่อนที่ Eight Renegades จะก่อตั้ง Fairchild Semiconductor ทรานซิสเตอร์เจอร์เมเนียมเป็นตลาดหลักสำหรับทรานซิสเตอร์ โดยมีทรานซิสเตอร์เกือบ 30 ล้านตัวที่ผลิตในสหรัฐอเมริกาในปี พ.ศ. 2500 มีทรานซิสเตอร์ซิลิคอนเพียงหนึ่งล้านตัวและทรานซิสเตอร์เจอร์เมเนียมเกือบ 29 ล้านตัวด้วยส่วนแบ่งการตลาด 20% ทำให้ Texas Instruments กลายเป็นยักษ์ใหญ่ในตลาดทรานซิสเตอร์
แปดคนทรยศและแฟร์ไชลด์เซมิคอนดักเตอร์

ลูกค้ารายใหญ่ที่สุดในตลาด ได้แก่ รัฐบาลสหรัฐฯ และกองทัพ ต้องการใช้ชิปจำนวนมากในจรวดและขีปนาวุธ เพิ่มภาระการยิงที่มีคุณค่า และปรับปรุงความน่าเชื่อถือของสถานีควบคุมแต่ทรานซิสเตอร์ยังต้องเผชิญกับสภาวะการทำงานที่รุนแรงซึ่งเกิดจากอุณหภูมิสูงและการสั่นสะเทือนที่รุนแรง

เจอร์เมเนียมเป็นชนิดแรกที่สูญเสียไปเมื่อเกี่ยวกับอุณหภูมิ ทรานซิสเตอร์เจอร์เมเนียมสามารถทนต่ออุณหภูมิเพียง 80°C ในขณะที่ข้อกำหนดของกองทัพคือการทำงานที่เสถียรแม้ที่อุณหภูมิ 200°Cมีเพียงทรานซิสเตอร์ซิลิคอนเท่านั้นที่สามารถทนต่ออุณหภูมินี้ได้
ทรานซิสเตอร์ซิลิคอนแบบดั้งเดิม

แฟร์ไชลด์คิดค้นกระบวนการสร้างทรานซิสเตอร์ซิลิคอน ทำให้ง่ายและมีประสิทธิภาพเหมือนกับหนังสือที่พิมพ์ออกมา และมีราคาถูกกว่าทรานซิสเตอร์เจอร์เมเนียมมากในแง่ของราคากระบวนการของแฟร์ไชลด์ในการผลิตทรานซิสเตอร์ซิลิคอนนั้นคร่าวๆดังนี้

ประการแรก เค้าโครงถูกวาดด้วยมือ บางครั้งก็ใหญ่มากจนกินผนัง จากนั้นจึงถ่ายภาพและย่อรูปวาดให้เหลือแผ่นโปร่งแสงเล็กๆ ซึ่งมักจะมีสองเลนจากสามแผ่น แต่ละแผ่นแสดงถึงชั้นของวงจรไฟฟ้า

ประการที่สอง ชั้นของวัสดุที่ไวต่อแสงจะถูกนำไปใช้กับเวเฟอร์ซิลิคอนเรียบที่หั่นและขัดเงา และใช้รังสียูวี/เลเซอร์เพื่อปกป้องรูปแบบวงจรจากแผ่นโปร่งแสงไปยังเวเฟอร์ซิลิคอน

ประการที่สาม พื้นที่และเส้นในส่วนที่มืดของแผ่นทรานส์ลูมิเนชั่นจะทิ้งรูปแบบที่ไม่ถูกเปิดเผยไว้บนแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนรูปแบบที่ไม่ได้รับการเปิดเผยเหล่านี้จะถูกทำความสะอาดด้วยสารละลายกรด และมีการเติมสิ่งเจือปนของเซมิคอนดักเตอร์ (เทคนิคการแพร่กระจาย) หรือชุบตัวนำโลหะ

ประการที่สี่ ทำซ้ำสามขั้นตอนข้างต้นสำหรับเวเฟอร์โปร่งแสงแต่ละแผ่น สามารถรับทรานซิสเตอร์จำนวนมากได้บนเวเฟอร์ซิลิคอน ซึ่งคนงานหญิงตัดด้วยกล้องจุลทรรศน์ แล้วเชื่อมต่อกับสายไฟ จากนั้นจึงบรรจุ ทดสอบ และจำหน่าย

เนื่องจากทรานซิสเตอร์ซิลิคอนมีจำหน่ายในปริมาณมาก ผู้ก่อตั้งทั้ง 8 คนของ Fairchild จึงเป็นหนึ่งในบริษัทที่สามารถยืนหยัดเคียงข้างยักษ์ใหญ่อย่าง Texas Instruments ได้

แรงผลักดันที่สำคัญ – อินเทล
เป็นการประดิษฐ์วงจรรวมในเวลาต่อมาที่สรุปความเด่นของเจอร์เมเนียมในเวลานั้น มีสายเทคโนโลยีสองสาย สายหนึ่งสำหรับวงจรรวมบนชิปเจอร์เมเนียมจาก Texas Instruments และอีกสายหนึ่งสำหรับวงจรรวมบนชิปซิลิคอนจาก Fairchildในตอนแรกทั้งสองบริษัทมีข้อพิพาทที่รุนแรงเกี่ยวกับกรรมสิทธิ์ในสิทธิบัตรในวงจรรวม แต่ต่อมาสำนักงานสิทธิบัตรได้รับทราบถึงกรรมสิทธิ์ในสิทธิบัตรในวงจรรวมของทั้งสองบริษัท
อย่างไรก็ตาม เนื่องจากกระบวนการของ Fairchild มีความก้าวหน้ามากขึ้น จึงกลายเป็นมาตรฐานสำหรับวงจรรวมและยังคงใช้มาจนถึงปัจจุบันต่อมา Noyce ผู้ประดิษฐ์วงจรรวม และ Moore ผู้ประดิษฐ์กฎของมัวร์ ได้ออกจาก Centron Semiconductor ซึ่งบังเอิญทั้งสองเป็นสมาชิกของกลุ่ม "Eight Traitors"พวกเขาร่วมมือกับ Grove เพื่อสร้างบริษัทชิปเซมิคอนดักเตอร์ที่ใหญ่ที่สุดในโลกซึ่งก็คือ Intel
ผู้ก่อตั้งทั้งสามของ Intel จากซ้าย: Grove, Noyce และ Moore

ในการพัฒนาต่อมา Intel ได้ผลักดันชิปซิลิคอนได้เอาชนะบริษัทยักษ์ใหญ่อย่าง Texas Instruments, Motorola และ IBM จนกลายเป็นราชาแห่งภาคการจัดเก็บข้อมูลเซมิคอนดักเตอร์และ CPU

เมื่อ Intel กลายเป็นผู้เล่นที่โดดเด่นในอุตสาหกรรม ซิลิคอนก็เลิกใช้เจอร์เมเนียมด้วย และสิ่งที่ครั้งหนึ่งเคยเป็นหุบเขาซานตาคลาราก็ถูกเปลี่ยนชื่อเป็น "Silicon Valley"ตั้งแต่นั้นมา ชิปซิลิคอนก็กลายมาเทียบเท่ากับชิปเซมิคอนดักเตอร์ในการรับรู้ของสาธารณชน

อย่างไรก็ตาม เจอร์เมเนียมมีปัญหาที่ยากมากในการแก้ไข เช่น ข้อบกพร่องด้านอินเทอร์เฟซหลายอย่างของเซมิคอนดักเตอร์ ความเสถียรทางความร้อนต่ำ และการขาดออกไซด์หนาแน่นนอกจากนี้ เจอร์เมเนียมยังเป็นองค์ประกอบที่หายาก โดยมีเพียง 7 ส่วนในล้านส่วนในเปลือกโลก และแร่เจอร์เมเนียมก็กระจัดกระจายมากเช่นกันเนื่องจากเจอร์เมเนียมหายากมากและไม่มีความเข้มข้น ต้นทุนวัตถุดิบสำหรับเจอร์เมเนียมจึงยังคงอยู่ในระดับสูงสิ่งต่างๆ เป็นของหายาก และต้นทุนวัตถุดิบที่สูงทำให้ทรานซิสเตอร์เจอร์เมเนียมมีราคาถูกกว่า ดังนั้นจึงเป็นเรื่องยากที่จะผลิตทรานซิสเตอร์เจอร์เมเนียมในขนาดใหญ่

นักวิจัยจึงกระโดดขึ้นไปอีกระดับหนึ่งและตรวจดูธาตุซิลิคอนคุณสามารถพูดได้ว่าจุดอ่อนโดยธรรมชาติของเจอร์เมเนียมทั้งหมดคือจุดแข็งโดยธรรมชาติของซิลิคอน

ซิลิคอนเป็นธาตุที่มีมากเป็นอันดับสองรองจากออกซิเจน แต่โดยพื้นฐานแล้วคุณไม่สามารถหาซิลิคอนโมโนเมอร์ในธรรมชาติได้สารประกอบที่พบมากที่สุดคือซิลิกาและซิลิเกตในจำนวนนี้ซิลิกาก็เป็นหนึ่งในองค์ประกอบหลักของทรายนอกจากนี้ สารประกอบต่างๆ เช่น เฟลด์สปาร์ หินแกรนิต และควอตซ์ล้วนมีส่วนประกอบของสารประกอบซิลิกา-ออกซิเจน

ซิลิคอนมีความเสถียรทางความร้อน มีออกไซด์คงที่ไดอิเล็กตริกหนาแน่นสูง และสามารถเตรียมได้อย่างง่ายดายด้วยส่วนต่อประสานระหว่างซิลิคอน-ซิลิคอนออกไซด์ซึ่งมีข้อบกพร่องด้านพื้นผิวน้อยมาก

ซิลิคอนออกไซด์ไม่ละลายในน้ำ (เจอร์เมเนียมออกไซด์ละลายในน้ำ) และไม่ละลายในกรดส่วนใหญ่ ซึ่งเหมาะอย่างยิ่งสำหรับเทคนิคการพิมพ์การกัดกร่อนที่ใช้กับแผงวงจรพิมพ์ผลิตภัณฑ์ของการรวมกันนี้คือกระบวนการระนาบวงจรรวมที่ดำเนินมาจนถึงทุกวันนี้