Nove in originalne elektronske komponente IC čipov z integriranim vezjem TPA3116D2DADR

V zgodnjih dneh polprevodniškega čipa silicij ni bil glavni lik, temveč germanij.Prvi tranzistor je bil tranzistor na osnovi germanija in prvi čip integriranega vezja je bil germanijev čip.
Prvi tranzistor sta izumila Bardeen in Bratton, ki sta izumila bipolarni tranzistor (BJT).Prvo spojno diodo P/N je izumil Shockley in takoj je ta tip spoja, ki ga je oblikoval Shockley, postal standardna struktura za BJT in je v uporabi še danes.Ti trije so tistega leta 1956 prejeli tudi Nobelovo nagrado za fiziko.
Tranzistor lahko preprosto razumemo kot miniaturno stikalo.Odvisno od lastnosti polprevodnika lahko polprevodnik tipa N nastane z dopiranjem polprevodnika s fosforjem, polprevodnik tipa P pa z borom.Kombinacija polprevodnikov tipa N in tipa P tvori PN spoj, pomembno strukturo v elektronskih čipih;to omogoča izvajanje posebnih logičnih operacij (kot so z vrati, ali-vrati, brez vrat itd.)
Vendar pa ima germanij nekaj zelo težavnih težav, kot so številne napake na vmesniku v polprevodniku, slaba toplotna stabilnost in pomanjkanje gostih oksidov.Poleg tega je germanij redek element, saj ga je v zemeljski skorji le 7 delcev na milijon, poleg tega pa so germanijeve rude zelo razpršene.Ker je germanij zelo redek in ni koncentriran, stroški surovin za germanij ostajajo visoki;stvari so redke, zaradi visokih stroškov surovin pa germanijevi tranzistorji niso nič cenejši, zato je težko proizvajati germanijeve tranzistorje v velikem obsegu.

Raziskovalci so zato skočili stopničko višje in preučili element silicij.Lahko bi rekli, da so vse inherentne pomanjkljivosti germanija silicijeve inherentne prednosti.

Silicij je drugi najpogostejši element za kisikom, vendar silicijevih monomerov v naravi pravzaprav ne morete najti;njegove najpogostejše spojine so kremen in silikati.Od teh je kremen ena glavnih sestavin peska.Poleg tega vse spojine, kot so glinenec, granit in kremen, temeljijo na spojinah silicijev dioksid in kisik.

Silicij je toplotno stabilen, ima gost oksid z visoko dielektrično konstanto in ga je mogoče zlahka pripraviti z vmesnikom silicij-silicijev oksid z zelo malo napakami na površini.

Silicijev oksid je netopen v vodi (germanijev oksid je topen v vodi) in netopen v večini kislin, kar se preprosto odlično ujema s korozijsko tehniko tiskanja, ki se uporablja za tiskana vezja.Produkt te kombinacije je ploščati postopek za integrirana vezja, ki se nadaljuje do danes.
Silicijevi kristalni stebri

Silicijeva pot do vrha
Neuspeli podvig: pravijo, da je Shockley videl veliko tržno priložnost v času, ko še nikomur ni uspelo izdelati silicijevega tranzistorja;zato je leta 1956 zapustil Bell Labs in ustanovil svoje podjetje v Kaliforniji.Na žalost Shockley ni bil dober podjetnik in njegovo vodenje podjetij je bilo v primerjavi z njegovimi akademskimi veščinami neumnost.Sam Shockley torej ni uresničil ambicije zamenjave germanija s silicijem in oder do konca življenja je bil podij na univerzi Stanford.Leto po ustanovitvi je osem nadarjenih mladeničev, ki jih je rekrutiral, množično pobegnilo od njega in »osem izdajalcev« je bilo tistih, ki naj bi dokončali ambicijo zamenjave germanija s silicijem.

Vzpon silicijevega tranzistorja

Preden je osem odpadnikov ustanovilo Fairchild Semiconductor, so bili germanijevi tranzistorji prevladujoč trg za tranzistorje, s skoraj 30 milijoni tranzistorjev, proizvedenih v Združenih državah leta 1957, le enim milijonom silicijevih tranzistorjev in skoraj 29 milijoni germanijevih tranzistorjev.Z 20-odstotnim tržnim deležem je Texas Instruments postal velikan na trgu tranzistorjev.
Eight Renegades in Fairchild Semiconductor

Največje stranke na trgu, ameriška vlada in vojska, želijo čipe uporabiti v velikem številu v raketah in izstrelkih, s čimer bi povečali dragoceno izstrelitveno obremenitev in izboljšali zanesljivost kontrolnih terminalov.Toda tranzistorji se bodo soočili tudi s težkimi pogoji delovanja, ki jih povzročajo visoke temperature in močne vibracije.

Pri temperaturi prvi izgublja germanij: germanijevi tranzistorji prenesejo le 80°C, zahteve vojske pa so stabilno delovanje tudi pri 200°C.Samo silicijevi tranzistorji lahko prenesejo to temperaturo.
Tradicionalni silicijev tranzistor

Fairchild je izumil postopek izdelave silicijevih tranzistorjev, s čimer so bili tako preprosti in učinkoviti kot tiskane knjige ter cenovno veliko cenejši od germanijevih tranzistorjev.Fairchildov postopek za izdelavo silicijevih tranzistorjev je grob, kot sledi.

Najprej se ročno nariše postavitev, včasih tako velika, da zavzame steno, nato pa se risba fotografira in zmanjša na majhen prosojen list, pogosto z dvema pasovoma po tri liste, od katerih vsak predstavlja plast vezja.

Drugič, na narezano in polirano gladko silicijevo rezino se nanese plast svetlobno občutljivega materiala, UV/laser pa se uporabi za zaščito vzorca vezja s presvetlitvenega lista na silicijevo rezino.

Tretjič, območja in črte v temnem delu presvetlitvenega lista puščajo neosvetljene vzorce na silicijevi rezini;ti neizpostavljeni vzorci se očistijo z raztopino kisline in bodisi dodajo polprevodniške nečistoče (difuzijska tehnika) ali pa se kovinski vodniki prekrijejo.

Četrtič, s ponavljanjem zgornjih treh korakov za vsako prosojno rezino je mogoče dobiti veliko število tranzistorjev na silicijevih rezinah, ki jih delavke izrežejo pod mikroskopom in nato povežejo z žicami, nato pa zapakirajo, testirajo in prodajo.

S silicijevimi tranzistorji, ki so bili na voljo v velikih količinah, je bilo osem odpadniških ustanoviteljev Fairchilda med podjetji, ki bi se lahko postavila ob bok takim velikanom, kot je Texas Instruments.

Pomemben zagon - Intel
Poznejši izum integriranega vezja je povzel prevlado germanija.Takrat sta obstajali dve tehnološki liniji, ena za integrirana vezja na germanijevih čipih podjetja Texas Instruments in ena za integrirana vezja na silicijevih čipih podjetja Fairchild.Sprva sta se podjetji hudo sporekali glede lastništva patentov na integriranih vezjih, kasneje pa je patentni urad obema podjetjema priznal lastništvo patentov na integriranih vezjih.
Ker pa je bil Fairchildov postopek naprednejši, je postal standard za integrirana vezja in se uporablja še danes.Kasneje sta Noyce, izumitelj integriranega vezja, in Moore, izumitelj Moorovega zakona, zapustila Centron Semiconductor, ki sta bila mimogrede oba člana "Osmih izdajalcev".Skupaj z Grovom sta ustvarila zdaj največje podjetje za polprevodniške čipe na svetu, Intel.
Trije ustanovitelji Intela z leve: Grove, Noyce in Moore

V nadaljnjem razvoju je Intel potisnil silicijeve čipe.Premagal je velikane, kot so Texas Instruments, Motorola in IBM, ter postal kralj sektorja polprevodniških pomnilnikov in procesorjev.

Ko je Intel postal prevladujoči igralec v industriji, je silicij končal tudi z germanijem in nekoč dolina Santa Clara se je preimenovala v "Silicijevo dolino".Od takrat so silicijevi čipi v javnem mnenju postali enakovredni polprevodniškim čipom.

Vendar pa ima germanij nekaj zelo težkih težav, ki jih je treba rešiti, kot so številne napake na vmesniku polprevodnikov, slaba toplotna stabilnost in pomanjkanje gostih oksidov.Poleg tega je germanij redek element, saj ga je v zemeljski skorji le 7 delcev na milijon, poleg tega pa so germanijeve rude zelo razpršene.Ker je germanij zelo redek in ni koncentriran, stroški surovin za germanij ostajajo visoki;stvari so redke, zaradi visokih stroškov surovin pa germanijevi tranzistorji niso nič cenejši, zato je težko proizvajati germanijeve tranzistorje v velikem obsegu.

Raziskovalci so zato skočili stopničko višje in preučili element silicij.Lahko bi rekli, da so vse inherentne slabosti germanija silicijeve inherentne prednosti.

Silicij je drugi najpogostejši element za kisikom, vendar silicijevih monomerov v naravi pravzaprav ne morete najti;njegove najpogostejše spojine so kremen in silikati.Od teh je kremen ena glavnih sestavin peska.Poleg tega vse spojine, kot so glinenec, granit in kremen, temeljijo na spojinah silicijev dioksid in kisik.

Silicij je toplotno stabilen, ima gost oksid z visoko dielektrično konstanto in ga je mogoče zlahka pripraviti z vmesnikom silicij-silicijev oksid z zelo malo napakami na površini.

Silicijev oksid je netopen v vodi (germanijev oksid je topen v vodi) in netopen v večini kislin, kar se preprosto odlično ujema s korozijsko tehniko tiskanja, ki se uporablja za tiskana vezja.Produkt te kombinacije je ravninski proces integriranega vezja, ki traja še danes.