Жаңа және түпнұсқа TPA3116D2DADR интегралды схема IC чиптерінің электронды компоненттері

Жартылай өткізгіш чиптің алғашқы күндерінде кремний басты кейіпкер емес, германий болды.Бірінші транзистор германий негізіндегі транзистор болды, ал бірінші интегралды схема германий чипі болды.
Бірінші транзисторды Биполярлы транзисторды (BJT) ойлап тапқан Бардин мен Браттон ойлап тапты.Алғашқы P/N қосылыс диодын Шокли ойлап тапты және бірден Шокли жасаған бұл қосылыс түрі BJT үшін стандартты құрылым болды және бүгінде қызмет етеді.Олардың үшеуі де сол жылы 1956 жылы физика бойынша Нобель сыйлығына ие болды.
Транзисторды жай ғана миниатюралық қосқыш ретінде түсінуге болады.Жартылай өткізгіштің қасиеттеріне байланысты жартылай өткізгішті фосформен, ал P типті жартылай өткізгішті бормен қоспалау арқылы N-типті жартылай өткізгіш түзілуі мүмкін.N-типті және P-типті жартылай өткізгіштердің комбинациясы электрондық микросхемалардағы маңызды құрылым болып табылатын PN түйісуін құрайды;бұл нақты логикалық операцияларды орындауға мүмкіндік береді (мысалы, қақпалар, немесе қақпалар, қақпалар емес және т.б.)
Дегенмен, германийде жартылай өткізгіштегі көптеген интерфейс ақаулары, нашар термиялық тұрақтылық және тығыз оксидтердің болмауы сияқты өте күрделі мәселелер бар.Оның үстіне германий сирек кездесетін элемент, жер қыртысында миллионға 7 ғана бөлік бар, германий рудалары да өте шашыраңқы.Бұл германий өте сирек және шоғырланбағандықтан, германий шикізатының құны жоғары болып қалады;заттар сирек кездеседі, ал шикізаттың жоғары құны германий транзисторларын арзандатпайды, сондықтан германий транзисторларын кең ауқымда шығару қиын.

Сондықтан зерттеушілер бір деңгейге көтеріліп, кремний элементіне қарады.Сіз германийге тән кемшіліктердің барлығы кремнийге тән артықшылықтар деп айта аласыз.

Кремний - оттегіден кейінгі екінші ең көп элемент, бірақ сіз негізінен кремний мономерлерін табиғатта таба алмайсыз;оның ең көп тараған қосылыстары кремний тотығы мен силикаттар.Олардың ішінде кремнезем өз кезегінде құмның негізгі компоненттерінің бірі болып табылады.Сонымен қатар, дала шпаты, гранит және кварц сияқты қосылыстар кремний-оттегі қосылыстарына негізделген.

Кремний термиялық тұрақты, тығыз, жоғары диэлектрлік тұрақты оксидке ие және өте аз аралық ақаулары бар кремний-кремний оксиді интерфейсімен оңай дайындалуы мүмкін.

Кремний оксиді суда ерімейді (германий оксиді суда ериді) және қышқылдардың көпшілігінде ерімейді, бұл жай ғана баспа платаларында қолданылатын коррозиядан басып шығару техникасына тамаша сәйкес келеді.Бұл комбинацияның өнімі интегралды микросхемаларға арналған тегіс процесс болып табылады, ол күні бүгінге дейін жалғасуда.
Кремний кристалды бағандар

Силиконның шыңға саяхаты
Сәтсіз кәсіпорын: Шокли әлі ешкім кремний транзисторын жасай алмаған кезде үлкен нарық мүмкіндігін көрді деп айтылады;сондықтан ол 1956 жылы Bell Labs компаниясын тастап, Калифорнияда өз компаниясын ашты.Өкінішке орай, Шокли жақсы кәсіпкер емес еді және оның бизнесін басқару оның академиялық дағдыларымен салыстырғанда ақымақтық болды.Сондықтан Шоклидің өзі германийді кремниймен алмастыру амбициясын орындамады, ал өмірінің соңына дейін сахна Стэнфорд университетіндегі подиум болды.Құрылғаннан кейін бір жыл өткен соң, ол жұмысқа алған сегіз талантты жас одан жаппай шығып кетті және германийді кремниймен алмастыру амбициясын аяқтауға тиіс «сегіз сатқын» болды.

Кремний транзисторының көтерілуі

Сегіз ренегаттар Fairchild Semiconductor компаниясын құрғанға дейін германий транзисторлары транзисторлардың басым нарығы болды, 1957 жылы Құрама Штаттарда 30 миллионға жуық транзисторлар шығарылды, тек бір миллион кремний транзисторлары және 29 миллионға жуық германий транзисторлары шығарылды.20% нарық үлесімен Texas Instruments транзисторлар нарығындағы алпауыт болды.
Сегіз Ренегат және Фэрчайлд жартылай өткізгіш

Нарықтың ең ірі тұтынушылары, АҚШ үкіметі мен әскерилері чиптерді зымырандар мен зымырандарда көптеп пайдаланғысы келеді, құнды ұшыру жүктемесін арттырады және басқару терминалдарының сенімділігін арттырады.Бірақ транзисторлар жоғары температура мен күшті тербелістерден туындаған қатал жұмыс жағдайларына тап болады.

Температураға келгенде германий бірінші болып жоғалады: германий транзисторлары тек 80 ° C температураға төтеп бере алады, ал әскерилердің талаптары 200 ° C температурада тұрақты жұмыс істеуге арналған.Бұл температураға тек кремний транзисторлары төтеп бере алады.
Дәстүрлі кремний транзисторы

Фэрчайлд кремний транзисторларын жасау процесін ойлап тапты, оларды баспа кітаптары сияқты қарапайым және тиімді және бағасы жағынан германий транзисторларына қарағанда әлдеқайда арзан етеді.Фэрчайлдтың кремний транзисторларын жасау процесі келесідей өрескел.

Біріншіден, макет қолмен сызылады, кейде қабырғаны алып жатқандай үлкен болады, содан кейін сызба суретке түсіріліп, кішкентай мөлдір параққа дейін қысқартылады, көбінесе үш парақтың екі жолағы бар, олардың әрқайсысы схема қабатын білдіреді.

Екіншіден, кесілген және жылтыратылған тегіс кремний пластинасына жарыққа сезімтал материал қабаты қолданылады және УК/лазер схема үлгісін трансиллюминация парағынан кремний пластинасына қорғау үшін қолданылады.

Үшіншіден, трансиллюминация парағының қараңғы бөлігіндегі аумақтар мен сызықтар кремний пластинасында ашылмаған үлгілер қалдырады;бұл ашылмаған үлгілер қышқыл ерітіндісімен тазаланады және жартылай өткізгіш қоспалар қосылады (диффузия әдісі) немесе металл өткізгіштер қапталады.

Төртіншіден, әрбір мөлдір вафли үшін жоғарыдағы үш қадамды қайталай отырып, кремний пластинкаларында транзисторлардың үлкен санын алуға болады, оларды жұмысшы әйелдер микроскоп астында кесіп, содан кейін сымдарға жалғап, содан кейін буып-түйіп, сынап, сатады.

Кремний транзисторлары көп мөлшерде қол жетімді болғандықтан, Fairchild компаниясының сегіз негізін қалаушы Техас Инструменттері сияқты алыптармен қатар тұра алатын компаниялардың қатарында болды.

Маңызды күш - Intel
Бұл германийдің үстемдігін қорытындылайтын интегралды схеманың кейінгі өнертабысы болды.Ол кезде екі технологиялық желі болды, біреуі Texas Instruments фирмасының германий чиптеріндегі интегралды схемаларға және екіншісі Fairchild фирмасының кремний чиптеріндегі интегралды схемаларға арналған.Бастапқыда екі компанияның арасында интегралды микросхемаларға патенттерге иелік ету туралы қатты дау болды, бірақ кейін Патенттік ведомство екі компанияның да интегралдық микросхемалардағы патенттерге иелігін мойындады.
Дегенмен, Фэйрчайлд процесі неғұрлым жетілдірілген болғандықтан, ол интегралдық схемалар үшін стандарт болды және бүгінгі күні де қолданылуда.Кейінірек интегралды схеманы ойлап тапқан Нойс пен Мур заңын ойлап тапқан Мур Центрон жартылай өткізгішті тастап кетті, олар, айтпақшы, екеуі де «Сегіз сатқынның» мүшелері болды.Гроувпен бірге олар қазіргі әлемдегі ең ірі жартылай өткізгіш чип Intel компаниясын құрды.
Intel компаниясының үш негізін қалаушы, сол жақтан: Гроув, Нойс және Мур

Кейінгі әзірлемелерде Intel кремний чиптерін итермеледі.Ол Texas Instruments, Motorola және IBM сияқты алып компанияларды басып озып, жартылай өткізгіштерді сақтау және процессор секторының патшасы болды.

Intel индустриядағы басым ойыншыға айналғандықтан, кремний де германийді жойды және бір кездері Санта-Клара аңғары «Кремний алқабы» деп аталды.Содан бері кремний чиптері қоғамдық қабылдауда жартылай өткізгіш микросхемалардың баламасы болды.

Алайда, германийде жартылай өткізгіштердің көптеген интерфейс ақаулары, нашар термиялық тұрақтылық және тығыз оксидтердің болмауы сияқты шешуі қиын мәселелер бар.Оның үстіне германий сирек кездесетін элемент, жер қыртысында миллионға 7 ғана бөлік бар, германий рудалары да өте шашыраңқы.Бұл германий өте сирек және шоғырланбағандықтан, германий шикізатының құны жоғары болып қалады;заттар сирек кездеседі, ал шикізаттың жоғары құны германий транзисторларын арзандатпайды, сондықтан германий транзисторларын кең ауқымда шығару қиын.

Сондықтан зерттеушілер бір деңгейге көтеріліп, кремний элементіне қарады.Сіз германийдің барлық тән әлсіз жақтары кремнийдің күшті жақтары деп айта аласыз.

Кремний - оттегіден кейінгі екінші ең көп элемент, бірақ сіз негізінен кремний мономерлерін табиғатта таба алмайсыз;оның ең көп тараған қосылыстары кремний тотығы мен силикаттар.Олардың ішінде кремнезем өз кезегінде құмның негізгі компоненттерінің бірі болып табылады.Сонымен қатар, дала шпаты, гранит және кварц сияқты қосылыстар кремний-оттегі қосылыстарына негізделген.

Кремний термиялық тұрақты, тығыз, жоғары диэлектрлік тұрақты оксидке ие және өте аз аралық ақаулары бар кремний-кремний оксиді интерфейсімен оңай дайындалуы мүмкін.

Кремний оксиді суда ерімейді (германий оксиді суда ериді) және қышқылдардың көпшілігінде ерімейді, бұл жай ғана баспа платаларында қолданылатын коррозиядан басып шығару техникасына тамаша сәйкес келеді.Бұл комбинацияның өнімі бүгінгі күнге дейін жалғасып келе жатқан интегралдық схеманың жазық процесі болып табылады.