Русская Википедия:Изобретение интегральной схемы

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Шаблон:Main

Идею интеграции множества стандартных электронных компонентов в монолитном кристалле полупроводника впервые предложил в 1952 году британский радиотехник Шаблон:Не переведено 5. Год спустя Харвик Джонсон подал первую в истории патентную заявку на прототип интегральной схемы (ИС)Шаблон:Переход. Реализация этих предложений в те годы не могла состояться из-за недостаточного развития технологийШаблон:Переход.

В конце 1958 года и в первой половине 1959 года в полупроводниковой промышленности произошёл прорыв. Три человека, представлявшие три частные американские корпорации, решили три фундаментальные проблемы, препятствовавшие созданию интегральных схемШаблон:Переход. Джек Килби из Texas Instruments запатентовал принцип интеграцииШаблон:Переход, создал первые несовершенные прототипы ИС и довёл их до серийного выпускаШаблон:Переход. Курт Леговец из Sprague Electric Company изобрёл способ электрической изоляции компонентов, сформированных на одном кристалле полупроводникаШаблон:Переход. Роберт Нойс из Fairchild Semiconductor изобрёл способ электрического соединения компонентов ИС (металлизацию алюминием)Шаблон:Переход и предложил усовершенствованный вариант изоляции компонентов на базе новейшей планарной технологии Шаблон:Не переведено 5Шаблон:Переход. 27 сентября 1960 года группа Шаблон:Не переведено 5 создала в компании «Fairchild Semiconductor» первую работоспособную полупроводниковую ИСШаблон:Переход по идеям Нойса и Эрни. Texas Instruments, владевшая патентом на изобретение Килби, развязала против конкурентов патентную войну, завершившуюся в 1966 году мировым соглашением о перекрёстном лицензировании технологийШаблон:Переход.

Не существует единого мнения о том, кто именно является изобретателем ИС. Американская пресса 1960-х годов признавала изобретателями ИС четырёх человек: Килби, Леговца, Нойса и Эрни. В 1970-е годы список изобретателей сократился до двух имён: Килби и Нойс, а в популярной литературе — до одного КилбиШаблон:Переход. Именно Килби был удостоен в 2000 году Нобелевской премии по физике «за личный вклад в изобретение интегральной схемы»[1]. В XXI веке историки отрасли Шаблон:Не переведено 5[прим. 1], Бо Лоек[прим. 2], Арджун Саксена[прим. 3] вернулись к точке зрения, что круг изобретателей ИС был существенно шире, и подвергли ревизии значение вклада КилбиШаблон:Переход.

Предпосылки

Ожидание прорыва

Файл:ENIAC-changing a tube.jpg
Замена ламп в компьютере ENIAC. Уже в 1940-е годы электронные системы достигли потолка, за которым потери от отказов и простоев превосходили любые экономические выгоды.

Во время Второй мировой войны и в первые послевоенные годы в электронике появились признаки явления, которое в США назвали «тиранией чисел» (Шаблон:Lang-en): отдельные образцы бортовой и вычислительной техники достигли потолка сложности, за которым потери от отказов и простоев превосходили любые ожидаемые выгодыШаблон:Sfn. Каждый Boeing B-29 (поставлен на вооружение в 1944 году) возил на себе, по разным источникам, от трёхсот до почти тысячи электронных ламп и десятки тысяч пассивных компонентов[прим. 4]. В стационарных компьютерах счёт ламп шёл на тысячи, в компьютере ENIAC (1946 год) их было более семнадцати тысяч[прим. 5]. Каждый дополнительный резистор, каждая дополнительная пайка ухудшали надёжность и удлиняли время поиска неисправностейШаблон:Sfn.

Традиционная электроника оказалась в тупике: дальнейшее усложнение электронных устройств требовало сокращения числа их компонентов.

Обнародованное летом 1948 года изобретение транзистора породило в обществе развитых стран ожидание новой технической революцииШаблон:Sfn. Фантасты и журналисты предвещали скорое появление «разумных машин» и массовую роботизацию всех сторон жизни — от кухонной плиты до межпланетных полётовШаблон:Sfn. Результаты реальной транзисторизации оказались намного скромнее. Замена электронных ламп на полупроводниковые приборы позволила уменьшить размеры и энергопотребление электронных устройств, но не могла решить проблему надёжности сложных систем. Миниатюризация отчасти усугубила её: плотная упаковка компонентов на платах, необходимая для достижения приемлемого быстродействия, затрудняла поиск неисправностей и ухудшала ремонтопригодностьШаблон:Sfn. Надёжность дискретных компонентов в 1950-е годы довели до теоретического предела, но надёжность соединений между компонентами принципиально не измениласьШаблон:Sfn. Сложнейшие системы начала 1960-х годов содержали до 200 тысяч дискретных компонентовШаблон:Sfn — не намного больше, чем ламповый ENIAC[прим. 5].

Идея интеграции

7 мая 1952 года британский радиотехник Шаблон:Не переведено 5 выступил в Вашингтоне с публичной речью, в которой сформулировал идею интеграции:

Шаблон:Начало цитаты С появлением транзистора и с развитием полупроводников в целом, представляется возможным создание электронных устройств в массиве [полупроводника] без использования монтажных соединений. [Полупроводниковый] блок может состоять из проводящих, изолирующих, выпрямляющих, усиливающих слоёв. Отдельные функциональные компоненты [этих слоёв] соединяются между собой через вырезы в соответствующих слоях. Шаблон:Oq Шаблон:Конец цитаты

Файл:Интегральный генератор Харвика Джонсона 1953.png
Интегральный генератор Джонсона, 1953 (варианты с сосредоточенными и с распределёнными емкостями). Индуктивности L, нагрузочный резистор Rk, источники питания Бк и Бб — внешние.

Даммер, впоследствии ставший знаменитым как «пророк интегральных схем» (но не их изобретатель!), безуспешно пытался найти финансирование на родине. Только в 1956 году он смог изготовить прототип собственной ИС методом выращивания из расплава; опыт оказался неудачнымШаблон:Sfn. В 1957 году министерство обороны Великобритании окончательно признало его работы бесперспективными. Чиновники мотивировали отказ высокой себестоимостью и худшими, чем у дискретных приборов, параметрами ещё не созданных ИС[2]. Развитие электронных технологий сосредоточилось в США.

В октябре 1952 года Бернард Оливер подал патентную заявку на способ изготовления составного транзистора (структуры из трёх электрически связанных плоскостных транзисторов) на общем кристалле полупроводникаШаблон:Sfn[3]. В мае 1953 года Харвик Джонсон подал патентную заявку на способ формирования в кристалле проводника различных электронных компонентов — транзисторов, сопротивлений, сосредоточенных и распределённых емкостей[4]. Джонсон описал три возможных способа производства интегрального однотранзисторного генератора колебаний[4]. Во всех вариантах схема представляла собой узкую планку полупроводника, на одном конце которой формировался сплавной биполярный транзистор[прим. 6]. Тело планки выполняло функцию цепочки электрически связанных сопротивлений[4]. Сосредоточенные ёмкости формировались сплавлением, а распределённые — в виде протяжённых обратно-смещённых p-n-переходов[4]. Неизвестно, сумел ли Джонсон реализовать своё предложение на практике, но спустя шесть лет один из вариантов схемы Джонсона был реализован и запатентован Джеком КилбиШаблон:Sfn.

Функциональная электроника

Крупные американские корпорации (Bell Labs, IBM, RCA, General Electric) искали решение проблемы «больших чисел» в проверенной временем функциональной электронике — разработке дискретных компонентов (функциональных приборов) c уникальными физическими свойствами, реализующих заданную функцию при минимальном количестве компонентов обвесаШаблон:Sfn. В ламповую эру этот подход позволял эффективно сократить количество компонентов схемы ценой её быстродействия. Например, ячейка памяти на типовых компонентах 1940-х годов состояла из двух вакуумных триодов и около десятка пассивных компонентов, и работала на тактовых частотах до 200 кГцШаблон:Sfn. Ячейку на триодах мог заменить единственный активный компонент — маломощный тиратрон — с нагрузочным резистором и входной ёмкостью, однако рабочая частота такой ячейки не превышала нескольких кГц[прим. 7]. Кольцевой декадный счётчик можно было построить на десяти последовательно соединённых тиратронах[прим. 7], а можно было использовать единственную газонаполненную лампу-счётчик — декатрон (скорость счёта порядка десятков кГц[прим. 8]). Запоминающие электронно-лучевые трубки и ртутные линии задержки позволяли хранить тысячи единиц информацииШаблон:Sfn.

В 1952 году Джуэл Эберс разработал на Bell Labs опытный твердотельный аналог тиратрона — «четырёхслойный транзистор», или тиристорШаблон:Sfn. Уильям Шокли упростил конструкцию тиристора до двухвыводного «четырёхслойного диода» (динистора) и сосредоточился на доводке динистора до промышленного производстваШаблон:Sfn. Шокли рассчитывал, что новый прибор сможет заменить поляризованные реле телефонных станцийШаблон:Sfn, однако начатая в 1956 году работа затянулась до 1960 годаШаблон:Sfn, надёжность «диодов Шокли» оказалась неприемлемо низкой, а предприятие Шокли пришло в упадок[прим. 9]. Телефонные сети США и всего мира предпочли модернизацию на базе известных с 1936 года герконовых релеШаблон:SfnШаблон:Sfn.

Одновременно с Шокли над тиристорной темой работали инженеры Bell Labs, IBM и RCA. Шаблон:Не переведено 5 и Дэвид Д’Азаро (Bell Labs) экспериментировали с ячейками памяти («шаговыми ячейками») на тиристорахШаблон:Sfn. Джо Лог и Рик Дилл (IBM) строили счётчики на однопереходных транзисторах[5]. Торкл Уолмарк и Харвик Джонсон (RCA) работали и с тиристорами, и с полевыми транзисторамиШаблон:Sfn. Работы 1955—1958 годов с германиевыми тиристорными структурами не принесли результата. В марте 1958 года RCA преждевременно анонсировала десятибитный регистр сдвига Уолмарка как «новую концепцию в электронной технологии», но реальные схемы на германиевых тиристорах были неработоспособныШаблон:Sfn. Лишь летом 1959 года, после оглашения изобретений Килби, Леговца и Эрни, Д’Азаро представил работоспособный кремниевый регистр сдвига на тиристорах. Один кристалл схемы д’Азаро (четыре тиристора) заменял схему из восьми транзисторов, 26 диодов и 27 резисторов. Площадь каждого тиристора составляла от 0,2 до 0,4 мм2 при толщине около 0,1 мм, элементы схемы изолировались травлением глубоких канавокШаблон:Sfn[6].

С точки зрения сторонников функциональной электроники, в полупроводниковую эру их подход был особенно выгоден, так как позволял обходить фундаментальные, ещё не решённые проблемы технологии полупроводниковШаблон:Sfn. Неудачи Шокли, Росса и Уолмарка доказали ошибочность этого подхода: серийный выпуск функциональных приборов мог начаться только после устранения технологических препятствий[5].

Кремниевые технологии

Файл:Сравнение планарного с меза.PNG
Отличие планарной технологии Эрни (справа) от меза-технологии (слева). Высоты слоёв показаны схематично.

Транзисторы ранних серий строились исключительно из германия. Относительно низкая температура плавления и относительно низкая химическая активность делали германий удобным, технологичным материалом. Неустранимым недостатком германиевых транзисторов был узкий диапазон рабочих температур, поэтому уже в середине 1950-х годов инженеры вернулись к «неудобному», но высокотемпературному, кремнию. Летом 1954 года Шаблон:Не переведено 5 вырастил на Texas Instruments (TI) первую кремниевую транзисторную структуру, а в 1955 кремниевые транзисторы пошли в сериюШаблон:Sfn. Тогда же, в 1954 году, Шаблон:Не переведено 5 и Дитценбергер опубликовали результаты фундаментального исследования процесса диффузии в кремнии, а Шокли предложил использовать диффузию по Фуллеру для формирования p-n-переходов с заданным профилем концентрации примесейШаблон:Sfn.

В начале 1955 года Шаблон:Не переведено 5 из Bell Labs открыл явление мокрого окисления кремния, а в следующие два года Фрош, Шаблон:Не переведено 5, Фуллер и Холоньяк довели его до внедрения в серийное производствоШаблон:SfnШаблон:Sfn. Открытие, состоявшееся благодаря случайной вспышке водорода в диффузионной печи, выявило второе фундаментальное преимущество кремния над германиемШаблон:Sfn. В отличие от оксидов германия, «мокрый» диоксид кремния является физически прочным и химически инертным электрическим изолятором (Роберт Нойс назвал мокрый оксид «одним из лучших изоляторов, известных человеку»Шаблон:Sfn). В 1957 году Фрош предложил использовать оксидный слой как литографскую маску при селективном легировании кремния тяжёлыми легирующими элементами, но пришёл к ошибочному выводу о том, что оксид не препятствует диффузии фосфора. В 1959 году Аттала описал явление пассивации p-n-переходов оксидным слоем. Оксид, выращенный над переходом, надёжно защищает его от внешних воздействий (пассивирует) — как при производстве, так и в эксплуатации. Соединений германия с подобными свойствами просто не существует.

1 декабря 1957 года Шаблон:Не переведено 5 впервые предложил планарную технологию производства биполярных транзисторов. В планарном процессе Эрни все p-n-переходы транзистора выходили на верхнюю поверхность кристалла под защитным слоем оксида, что должно было существенно повысить надёжность. Однако в 1957 году предложение Эрни считалось технически невозможнымШаблон:Sfn. Чтобы создать эмиттер NPN-транзистора, следовало проводить диффузию фосфора — но, согласно работам Фроша, фосфор и оксидная маска были несовместимыШаблон:Sfn. В начале марта 1959 Шаблон:Не переведено 5 (бывший коллега Эрни по работе у Шокли, не участвовавший в «вероломной восьмёрке») указал Эрни и Нойсу на ошибку в выводах ФрошаШаблон:Sfn. Фрош использовал слишком тонкие оксидные слои, и сделал общее заключение из частного случаяШаблон:Sfn. Эксперименты Са на рубеже 1957—1958 годов показали, что достаточно толстый слой оксида способен задерживать и атомы фосфораШаблон:Sfn. Вооружённый этим знанием, к 12 марта 1959 года Эрни изготовил первый опытный планарный транзисторШаблон:Sfn, а 1 мая 1959 года подал патентную заявку на изобретение планарного процессаШаблон:Sfn. В апреле 1960 года Fairchild начала выпуск первых серийных планарных транзисторов (2N1613)[7], а в октябре 1960 года анонсировала полный отказ от меза-транзисторовШаблон:Sfn. К середине 1960-х годов планарный процесс стал основным способом производства транзисторов и единственным способом производства монолитных интегральных схем[8].

Три проблемы микроэлектроники

На пути к созданию интегральной схемы оставались три фундаментальные проблемы. Наиболее чётко их сформулировал в 1958 году сторонник «функциональной электроники» Торкл УолмаркШаблон:Sfn: Шаблон:Начало цитаты

  1. Интеграция. В 1958 году не существовало способа формирования в кристалле полупроводника множества различных электронных компонентов. Сплавной способ плохо подходил для ИС, новейшая меза-технология имела неустранимые проблемы с надёжностью.
  2. Изоляция. Не существовало эффективного способа электрически изолировать компоненты ИС друг от друга (не считая физической резки кристалла на отдельные приборы).
  3. Соединения. Не существовало эффективного способа создания электрических соединений между компонентами ИС (не считая чрезвычайно дорогого и трудоёмкого навесного монтажа золотой проволокой).

Шаблон:Конец цитаты

Решение этих трёх задач способами, пригодными для серийного производства, и запуск такого производства и составляли изобретение интегральной схемы. Совокупность всех трёх решений — интеграции, изоляции и соединений — стала называться полупроводниковой (планарной и монолитной) интегральной схемой:

Шаблон:Начало цитаты Полупроводниковая ИС — ИС, в которой все активные и пассивные элементы (транзисторы, диоды, резисторы и др.) формируются на общей монокристаллической полупроводниковой подложке. Взаимные соединения элементов осуществляются с помощью слоя металлизации, наносимого на изолирующий слой, защищающий поверхность полупроводника. Для исключения взаимосвязи по постоянному току через материал полупроводника все элементы схемы изолируются друг от друга[9]. Шаблон:Конец цитаты

Только владение секретами интеграции, изоляции, соединения компонентов и планарным процессом позволило создать полноценный прототип полупроводниковой ИС. История распорядилась так, что у каждого из трёх решений оказался свой автор, а патенты на их изобретения оказались в руках трёх корпораций. Одна из них (Sprague Electric Company) не решилась развивать интегральную тему, другая (Texas Instruments) сделала ставку на заведомо неполный набор технологий, и только Fairchild Semiconductor, объединив всё необходимое, вплотную подошла к серийному выпуску монолитных ИС.

Изобретатель
Владелец патента		 Дата патентной заявки
Номер патента США		 Предмет и значение изобретения
Джек Килби
Texas Instruments		 6 февраля 1959 года (спорно)
3 138 743		 Способ формирования на кристалле полупроводника множества активных и пассивных компонентов.
Первая практическая реализация принципа интеграции.
Курт Леговец
Sprague Electric Сompany		 22 апреля 1959 года
3 029 366		 Изоляция p-n-переходом.
Первое практическое решение проблемы изоляции компонентов ИС.
Роберт Нойс
Fairchild Semiconductor		 30 июля 1959 года
2 981 877		 Метод соединения компонентов ИС (металлизация алюминием).
Первое практическое решение проблемы соединения компонентов ИС. Основной способ создания соединений во всех планарных ИС.
Роберт Нойс
Fairchild Semiconductor		 11 сентября 1959 года
3 150 299		 Изоляция p-n переходом в планарной ИС.
Решение проблемы изоляции для планарных ИС. Основной способ изоляции компонентов ИС на биполярных транзисторах.

Интеграция по Джеку Килби

Изобретение Килби

В мае 1958 года опытный радиотехник, ветеран Второй Мировой Джек Килби пришёл работать в Texas Instruments (TI)Шаблон:Sfn. В первые месяцы работы на TI Килби не имел конкретных задач — он должен был сам найти себе работу в общем направлении «микроминиатюризации»Шаблон:Sfn. Ему следовало либо предложить что-то радикально новое, либо стать винтиком в многомиллионном и малоуспешном проекте производства военных микромодулей TIШаблон:Sfn. Летом 1958 года, когда большинство персонала его отдела ушло в отпуск, Килби сформулировал три тезиса интеграции:

Шаблон:Начало цитаты

  • Единственное, что может успешно производить полупроводниковая компания — это полупроводники.
  • Все компоненты схемы, в том числе резисторы и конденсаторы, можно выполнить из полупроводника.
  • Все компоненты схемы можно сформировать на одном кристалле полупроводника, добавив лишь соединительные перемычки.

Шаблон:Oq Шаблон:Конец цитаты

Файл:Сравнение ИС Джонсона 1953 и Килби 1958.png
Сравнение структур генератора колебаний по патенту Джонсона (со сплавным транзистором) и по патенту Килби (с меза-транзистором). Размер опытной структуры Килби — 10 мм в длину и 1,6 мм в ширину.

28 августа 1958 года Килби собрал первый макет будущей ИС из дискретных бескорпусных компонентов и получил добро на повторение опыта «в монолите»Шаблон:Sfn. Технологии TI позволяли Килби сформировать в пластине германия (но не кремния) меза-транзисторы, меза-диоды, конденсаторы на p-n-переходах, а функцию резисторов выполняло объёмное сопротивление самой пластиныШаблон:Sfn. Стандартная пластина TI (заготовка на 25 меза-транзисторов) имела размер всего 10 на 10 мм. Килби использовал вырезанные из пластины планки размером 10 на 1,6 мм, соответствовавшие одному ряду из пяти транзисторовШаблон:Sfn (из них Килби использовал не более двух). 12 сентября Килби представил первый прототип ИСШаблон:Sfn — однотранзисторный генератор колебаний с распределённой RC-цепочкой обратной связи, полностью повторявший схему и идею патента Джонсона 1953 годаШаблон:Sfn. 19 сентября Килби изготовил второй прототип — двухтранзисторный триггерШаблон:Sfn. Описание обоих прототипов (включая ссылку на патент Джонсона) вошли в основную патентную заявку Килби (патент США 3138743[10]).

В феврале-мае 1959 года Килби подал целую серию заявок на родственные изобретения, воплотившиеся в патенты США 3 072 832, 3 138 743, 3 138 744, 3 115 581, 3 261 081Шаблон:Sfn. Разницы в порядковых номерах происходят из-за разниц в датах выдачи патентов. Первым, 8 января 1963, был выдан патент 3 072 832, последним — 19 июля 1966 года, патент 3 261 081Шаблон:Sfn. Дата подачи заявки на ключевой патент 3 138 743, по мнению Арджуна Саксены, является спорной. В опубликованном патенте и в воспоминаниях КилбиШаблон:Sfn указана дата 6 февраля 1959 года, однако она не подтверждается архивом заявок в федеральное патентное бюроШаблон:Sfn. Возможно, что первоначальная заявка Килби, впоследствии утраченная, была действительно датирована 6 февраля, однако самая ранняя сохранившаяся заявка была получена патентным бюро 6 мая 1959 года — той же датой, что и заявки, воплотившиеся в патенты 3 072 832 и 3 138 744Шаблон:Sfn. Так или иначе, TI публично представила изобретение Килби 6 марта 1959 годаШаблон:Sfn.

Ни в одной патентной заявке Килби не была решена проблема изоляции и соединения компонентовШаблон:Sfn. Единственным средством изоляции был воздушный зазор — разрез на всю глубину кристаллаШаблон:Sfn. Единственным средством соединения компонентов, реализованным Килби, был навесной монтаж золотой проволокойШаблон:Sfn — это делало схемы Килби гибридными, а не монолитнымиШаблон:Sfn. Значение изобретения Килби было в другом: Килби первым доказал на практике, что в массиве полупроводника можно сформировать все необходимые компоненты схемы: активные приборы, резисторы, конденсаторы и даже небольшие индуктивностиШаблон:Sfn.

Попытка коммерциализации

Осенью 1958 года TI начала продвигать ещё не запатентованную идею Килби военным заказчикамШаблон:Sfn. Предложение Килби противоречило принятым концепциям развития и ВВС, и Армии СШАШаблон:Sfn. Шаблон:Не переведено 5 и ВМФ США отказались от предложения TI, а в ВВС разгорелись споры — укладывается ли «твердотельная схема» (Шаблон:Lang-en) Килби в уже принятую в авиации программу «молекулярной электроники» (Шаблон:Lang-en)Шаблон:Sfn? В итоге в 1959 году TI получила заказ ВВС на разработку прототипов серийных ИС. С подачи Килби эти изделия получили название «функциональных электронных блоков» (Шаблон:Lang-en, сокращённо FEB, жаргонное feebsШаблон:Sfn). Westinghouse дополнила технологию TI эпитаксией и получила военный заказ в январе 1960 годаШаблон:Sfn.

В октябре 1961 года TI построила для ВВС демонстрационный «молекулярный компьютер» на 587 схемах Килби, заменявших, со слов компании, 8 500 дискретных компонентовШаблон:Sfn[11]. Инженер TI Харви Крейгон упаковал компьютер с памятью в 300 бит в объём немногим более 100 см3Шаблон:Sfn. В декабре 1961 года заказчик принял первое аналоговое устройство, созданное в рамках «молекулярной» программы — бортовой радиоприёмникШаблон:Sfn. Использованные ИС содержали не более 10-12 элементов, выход годных был запретительно низок, а высокая себестоимость штучного производства породила в профессиональной среде мнение о том, что аналоговые ИС могут быть оправданы только в аэрокосмической отраслиШаблон:Sfn. Однако именно эта отрасль отказалась ставить «молекулярную электронику» на боевые ракеты из-за низкой Шаблон:Не переведено 5 меза-транзисторовШаблон:Sfn.

Файл:Топология ИС TI 502.svg
Топология двухкристальной ИС мультивибратора TI 502. Нумерация компонентов соответствует принципиальной схеме. Длина каждого кристалла около 5 мм[прим. 10]

В апреле 1960 года TI анонсировала «гражданский» мультивибратор модели 502 — первую в мире интегральную схему, доступную на открытом рынкеШаблон:Sfn. Реклама утверждала, что, в отличие от «бумажных» заявок конкурентов, «мультивибратор 502 — настолько настоящий, что у него есть цена: 450 долларов за штуку при заказе до 100 штук, 300 долларов при заказе бо́льших партий»Шаблон:Sfn Продажи 502 начались только летом 1961 года, а цена оказалась ещё вышеШаблон:Sfn. 502 была «почти» монолитной, но без изоляции транзисторов друг от друга, и без металлизации соединительных проводников. Принципиальная схема (два транзистора, четыре диода, шесть резисторов и два конденсатора) повторяла традиционную дискретную схемотехникуШаблон:Sfn. Внутри металлокерамического корпуса размещались два кристалла — узкие полоски кремния длиной около 5 ммШаблон:Sfn. На одном кристалле были сформированы входные конденсаторы, на втором — диффузионные меза-транзисторы и меза-диодыШаблон:Sfn. Тело второго кристалла выполняло функции шести резисторовШаблон:Sfn. Четыре из этих резисторов были физически обособлены продольными вырезами в теле кристаллаШаблон:Sfn. Ножки корпуса припаивались непосредственно к нижней поверхности кристаллов, остальные электрические соединения (всего десять перемычек) выполнялись золотой проволокойШаблон:Sfn.

Увлечение менеджмента TI «молекулярной электроникой» в итоге привело TI к технологическому отставанию от Fairchild и Sylvania на год-другойШаблон:Sfn. В 1962 году TI, так и не начавшая массовый выпуск схем Килби, перешла на выпуск теперь уже «обычных» планарных монолитных ИС.

Изобретение изоляции p-n-переходом

Решение Курта Леговца

Шаблон:Подробно

В конце 1958 года инженер-физик Sprague Electric Company Курт Леговец посетил семинар в Принстоне, на котором Торкл Уолмарк изложил своё видение фундаментальных проблем микроэлектроники. Возвращаясь домой в Массачусетс, Леговец нашёл простое решение проблемы изоляции компонентов на кристалла — изоляцию p-n-переходомШаблон:Sfn:

Шаблон:Начало цитаты Хорошо известно, что p-n-переходу свойственно высокое сопротивление, в особенности тогда, когда на переход подано запирающее напряжение, или в отсутствие смещения. Поэтому, разместив между двумя полупроводниковыми элементами достаточно большое число последовательных p-n-переходов, можно добиться любой необходимой степени электрической изоляции этих элементов. Для большинства схем будет достаточно от одного до трёх переходов… — Курт Леговец, патент США 3029366[12] Шаблон:Oq Шаблон:Конец цитаты

Файл:US Patent 3029366 fig 1 redrawn.png
Разрез структуры трёхкаскадного усилителя (три транзистора, четыре резистора) по патенту 3 029 366. Синие области — n-типа проводимости, красные — p-типа. Размер опытной структуры — 2,2 мм в длину и 0,1 мм в толщину.

Для проверки своей идеи Леговец воспользовался доступными на Sprague технологиями производства транзисторов на выращенных переходах и сплавных транзисторов. Опытная схема Леговца, так же как и первая схема Килби, представляла собой линейную, одномерную структуру — узкую планку размером 2,2×0,5×0,1 мм, разделенную на изолированные ячейки n-типа (базы будущих транзисторов) узкими «пакетами» изолирующих p-n-переходов[12]. Слои и переходы в пластине формировались методом выращивания из расплава[12]. Тип проводимости слоя (n-тип или p-тип) определялся скоростью вытягивания кристалла: на медленной скорости в кристалле формировался слой p-типа (обогащённый индием), на высокой скорости — слой n-типа (обогащённый мышьяком)[12]. Затем к пластине приваривались индиевые бусины — коллекторы и эмиттеры сплавных транзисторов[12]. Все электрические соединения выполнялись вручную золотой проволокой[12].

Менеджмент Sprague, занятый корпоративными войнами, не заинтересовался изобретением Леговца. Раздосадованный отношением руководства Леговец самостоятельно, за свой счёт составил патентную заявку, 22 апреля 1959 года подал её в патентное бюро, а затем уехал из США на два года. Самоустранение Леговца в решающий момент дало Гордону Муру повод утверждать, что «Леговец является изобретателем интегральной схемы только с точки зрения патентного бюро … Я считаю, что инженерное сообщество не признаёт его изобретателем ИС, ведь кроме заявки на патент он ничего не сделал. У успешного дела всегда много отцов»[13].

Решение Роберта Нойса

В середине января 1959 года на Fairchild Semiconductor произошли два малозаметных события. 14 января Жан Эрни ознакомил Роберта Нойса и патентного поверенного Джона Раллза с последней версией своего планарного процессаШаблон:SfnШаблон:Sfn. Служебная записка Эрни послужила основой патентной заявки на изобретение планарного процесса, поданной в мае 1959 года и воплотившейся в патенты США 3 025 589 (собственно планарный процесс) и 3 064 167 (планарный транзистор)Шаблон:Sfn. 20 января 1959 года руководство Fairchild встретилось с разработчиком бортового компьютера ракеты «Атлас» Эдвардом Кеонджаном (Шаблон:Lang-en), чтобы обсудить совместную разработку гибридных цифровых ИС сумматора для компьютера КеонджанаШаблон:Sfn. Вероятно, именно эти события побудили Роберта Нойса вернуться к идее интеграцииШаблон:Sfn.

23 января 1959 года Нойс изложил на бумаге своё ви́дение планарной интегральной схемы, по существу «изобретя заново» идеи Килби и Леговца на базе планарного процесса ЭрниШаблон:Sfn. Нойс утверждал в 1976 году, что в январе 1959 года он не знал о работах Леговца[14]. По мнению биографа Нойса Лесли Берлин[прим. 1], напротив, Нойс опирался на работы ЛеговцаШаблон:Sfn.

Для примера Нойс описал конструкцию интегрального сумматора на диодной матрице — той самой схемы, которую он обсуждал с КеонджаномШаблон:SfnШаблон:Sfn. Транзисторы, диоды и резисторы этой гипотетической схемы были изолированы друг от друга p-n-переходом, однако решение Нойса принципиально отличалось от решения Леговца. Производство схемы, рассуждал Нойс, должно было начинаться с заготовки тонкой пластины высокоомного собственного (нелегированного) кремния, покрытой защитным оксидным слоем[15]. В ходе первой фотолитографии в этом слое вскрывались окна, соответствующие будущим изолированным приборам, а затем проводилась диффузия примесей для создания низкоомных «колодцев» на всю толщину пластины[15]. Внутри колодцев формировались «обычные» планарные приборы[15]. Подход Нойса принципиально отличался от подхода Леговца тем, что позволял создавать двумерные конструкции с потенциально неограниченным количество приборов на кристалле.

Записав свои идеи, Нойс на несколько месяцев забросил тему интеграции. По словам самого Нойса, в боровшейся за выживание компании было достаточно других, более важных дел, да и планарный процесс Эрни существовал только на бумагеШаблон:Sfn. В марте 1959 года планарный процесс стал реальностью, но одновременно в компании разразился кризис управления: генеральный директор Эд Болдвин с группой технологов ушёл к конкурентам, и на его место был назначен именно НойсШаблон:Sfn. Тем не менее, именно в марте Нойс вернулся к теме интеграции. По одной версией, поводом к этому стала пресс-конференция TI об изобретении Эрни, по другой — рекомендации патентных поверенных Fairchild «придумать новые области применения» для планарного процесса ЭрниШаблон:Sfn. Оформление заявки заняло полгода, и оказалось, что Нойс опоздал: Патентное бюро США отказало ему, так как этому времени уже приняло заявку ЛеговцаШаблон:Sfn. Нойсу пришлось отказаться от прав на ряд положений своей заявки, но в итоге он доказал чиновникам самостоятельную ценность своего предложения, и в 1964 году получил патенты США 3 150 299 на «Полупроводниковую схему со средствами изоляции» и 3 117 260 на «Комплексы полупроводниковых приборов»Шаблон:Sfn[15].

Изобретение металлизации

Другой проблемой, решённой Нойсом в январе и марте 1959 года, стала проблема соединений. Нойс с самого начала ориентировался на создание товарного продуктаШаблон:Sfn, а без решения проблемы соединений серийный выпуск был невозможенШаблон:Sfn. Со слов Нойса, изобретение соединений через слой металлизации родилось

Шаблон:Начало цитаты не из необходимости, но из-за лени … чтобы избежать соединения компонентов вручнуюШаблон:Sfn Шаблон:Конец цитаты

Идея Нойса, с точки зрения его коллег по «вероломной восьмёрке», была самоочевидной: разумеется, пассивирующий оксидный слой является естественным барьером между кристаллом и слоем металлизацииШаблон:Sfn. По свидетельству Тёрнера Хейсти, работавшего и с Килби и с Нойсом, Нойс планировал сделать микроэлектронные патенты Fairchild доступными для широкого круга компаний-лицензиатов — так же, как в 1951—1952 годах Bell Labs открыла всем желающим технологии производства транзисторовШаблон:Sfn.

Заявка на изобретение металлизации была сдана в Патентное бюро 30 июля 1959 года, и (в отличие от заявки на изоляцию p-n-переходом) прошла патентную экспертизу без особых нареканий — патент США 2 981 877 был выдан Нойсу 25 апреля 1961 года. Согласно патенту, существо изобретения Нойса состояло, во-первых, в сохранении оксидного слоя, отделяющего слой металлизации от массива полупроводника (исключая контактные окна, в которых металлизация касалась полупроводника), во-вторых, в нанесении (Шаблон:Lang-en) слоя металлизации поверх оксида таким образом, что металл прочно скрепляется (Шаблон:Lang-en) с оксидом. Способ нанесения металла ещё не был известен. Нойс привёл только примеры возможных, но не проверенных на практике технологий: либо селективное осаждение алюминия из вакуума через трафарет, либо нанесение сплошного слоя с последующей фотолитографией рисунка соединений и травлением лишнего металла. По мнению Арджуна Саксены, патент Нойса, при всех его недостатках, точно отражает основы микроэлектронных технологий: так, или примерно так, и изготавливаются современные ИСШаблон:Sfn.

Вероятно, что об аналогичном решении задумывался и Килби: в его патенте упоминается возможный, но не реализованный способ соединений через слой металлизации. Однако Килби поставил на первое место нанесение толстоплёночных слоёв различных металлов (алюминия, меди, легированного сурьмой золота), а вместо привычного в электронных технологиях диоксида кремния рекомендовал использовать моноксид кремния. Ни та, ни другая идея не прижились на практике и не совместима с современным определением полупроводниковой ИСШаблон:Sfn.

Первые полупроводниковые ИС

Файл:Agc nor2.jpg
Логическая ИС (ячейка ИЛИ-НЕ) бортового компьютера КА «Аполло»

В августе 1959 года Нойс основал на Fairchild рабочую группу по разработке интегральных схемШаблон:Sfn. 26 мая 1960 года эта группа, возглавлявшаяся Шаблон:Не переведено 5, создала первую опытную планарную интегральную схему на четырёх транзисторах[16]. Этот прототип не был, однако, монолитным — две пары его транзисторов изолировались друг от друга физической резкой кристалла[16] по патенту ЛастаШаблон:Sfn. Начальные этапы производства повторяли обычный «транзисторный» планарный процесс Эрни[17]. Затем кристалл толщиной 80 микрон приклеивали лицевой стороной к стеклянной подложке и проводили с тыльной стороны дополнительную фотолитографию рисунка разделительной канавки[17]. Глубокое травление прорезало кристалл на всю его толщину до лицевого оксидного слоя[17]. Тыльная сторона заливалась эпоксидной смолой, а когда она схватывалась — схему отделяли от стеклянной подложки[17].

В августе 1960 года Ласт приступил ко второму прототипу, на этот раз используя предложенную Нойсом изоляцию p-n-переходом[16]. Роберт Норман отладил схему триггера на четырёх транзисторах и пяти резисторах, Изи Хаас и Лайонел Каттнер разработали операцию диффузии бора, формирующую изолирующие переходы[16]. Первый работоспособный образец был закончен и испытан 27 сентября 1960 года — это и была первая полноценная полупроводниковая (планарная и монолитная) интегральная схема[16].

Fairchild Semiconductor не сумела правильно распорядиться достигнутым. Вице-президент компании по маркетингу обвинил Ласта в неэффективном использовании денег компании и потребовал закрыть «интегральный» проектШаблон:Sfn. В январе 1961 года Ласт, Эрни и их товарищи по «вероломной восьмёрке» Кляйнер и Робертс ушли из Fairchild и возглавили AmelcoШаблон:Sfn. Дэвид Аллисон, Лайонел Каттнер и другие технологи ушли, чтобы основать прямого конкурента Fairchild — компанию SigneticsШаблон:Sfn.

Несмотря на уход ведущих физиков и технологов, Fairchild объявила о выпуске первых коммерческих ИС серии Micrologic в марте 1961 года, а затем потратила целый год на создание семейства логических ИС[16] — к этому времени производство сопоставимых ИС освоили и конкуренты. TI, отказавшаяся от интегральных схем Килби, получила контракт на планарные ИС серии 51 для межпланетных спутников, а затем — для баллистических ракет «Минитмен»[11]. ИС бортовых компьютеров космических кораблей «Аполло» были разработаны на Fairchild, но бо́льшая часть госзаказа на их производство досталась Raytheon и Шаблон:Не переведено 5Шаблон:Sfn. Каждый компьютер «Аполло» содержал около 5000 стандартных логических ИСШаблон:Sfn, и за время производства этих компьютеров стоимость ИС с военной приёмкой упала с 1000 до 20-30 долларов за штуку — так НАСА и Пентагон подготовили почву для возникновения гражданского рынка ИСШаблон:Sfn.

Резисторно-транзисторная логика первых серий ИС Fairchild и TI оказалась подвержена электромагнитным помехам, и в 1964 обе компании перешли на диодно-транзисторную логику семейств 53 и 930Шаблон:Sfn. Signetics выпустила диодно-транзисторное семейство Utilogic ещё в 1962 году, но отстала от Fairchild и TI с расширением производстваШаблон:Sfn. Fairchild стала лидером по количеству проданных в 1961—1965 годах ИС, но TI опередила её в денежной сумме выручки (32 % рынка ИС в 1964 году против 18 % у Fairchild)Шаблон:Sfn.

Все логические ИС упомянутых серий строились буквально из стандартных компонентов, размеры и конфигурации которых были заданы технологическим процессом. Схемотехники, проектировавшие логические ИС конкретного семейства, оперировали одними и теми же типовыми диодами и транзисторамиШаблон:Sfn. Новый подход к проектированию — использование в одной ИС различных конфигурации транзисторов в зависимости от их функций в схеме — впервые предложил разработчик Sylvania Том Лонго в 1961—1962 годах. В конце 1962 года Sylvania выпустила в продажу первое семейство разработанной Лонго транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ) — исторически первый тип интегральной логики, сумевший надолго закрепиться на рынкеШаблон:Sfn. В аналоговой схемотехнике прорыв подобного уровня совершил в 1964—1965 годах разработчик операционных усилителей Fairchild Боб ВидларШаблон:Sfn.

Патентная война 1962—1966 годов

В 1959—1961 годах, когда TI и Westinghouse параллельно работали над авиационной «молекулярной электроникой», менеджмент TI относился к конкуренции спокойно. В 1962 году отношение изменилось, и TI стало ревностно преследовать реальных и мнимых нарушителей своих патентов. За корпорацией закрепились прозвища «Далласская адвокатская контора» (Шаблон:Lang-en)Шаблон:Sfn и «полупроводниковые ковбои» (Шаблон:Lang-en)Шаблон:Sfn. Недобросовестные действия TI стали образцом для множества позднейших подражателейШаблон:Sfn. Однако в условиях 1960-х годов иски TI не могли существенно повредить конкурентам — отрасль развивалась, не обращая внимания на патентные спорыШаблон:Sfn.

TI против Westinghouse. В 1962—1963 годах, когда под давлением рынка TI и Westinghouse переходили на планарный процесс, инженер Westinghouse Шаблон:Не переведено 5 изобрёл боковой транзисторШаблон:Sfn. В обычном планарном процессе все транзисторы имеют один тип проводимости (обычно NPN), а решение Лина позволило создавать на том же кристалле и транзисторы PNP-типаШаблон:Sfn. Военные заказы, на которые уже рассчитывала TI, ушли к Westinghouse — и TI подала на бывших партнёров в судШаблон:Sfn. Дело было решено во внесудебном порядкеШаблон:Sfn.

TI против Sprague. 10 апреля 1962 года Курт Леговец получил патент на своё изобретение изоляции p-n-переходом. Сразу после публикации патента TI заявила, что патент Леговца нарушает права Джека Килби и TIШаблон:Sfn. По утверждениям TI, все вопросы изоляции уже были разрешены в патентных заявках Килби 1959 годаШаблон:Sfn. Основатель Sprague Роберт Спраг счёл дело заранее проигранным и собирался отказаться от прав на патент, но Леговец убедил руководство и юристов компании в своей правотеШаблон:Sfn. Четыре года спустя TI организовала в Далласе арбитражное слушание дела с наглядными демонстрациями изобретений Килби и выступлениями экспертовШаблон:Sfn. Леговец сумел убедительно доказать, что в работах Килби не содержалось никаких упоминаний об изоляции компонентов, и в апреле 1966 года патентный арбитраж присудил Леговцу приоритет в изобретенииШаблон:Sfn.

Raytheon против Fairchild. 20 мая 1962 года Жан Эрни (к этом времени уже покинувший Fairchild) получил первый патент на изобретение планарной технологииШаблон:Sfn. Raytheon посчитала, что патент Эрни повторяет основные положения принадлежащего Raytheon патента Жюля Эндрюса, и подала на Fairchild в судШаблон:Sfn. При внешней схожести (фотолитография, диффузия, травление) процесс Эндрюса имел принципиальный недостаток: он предусматривал полное удаление оксидного слоя после каждой диффузии, тогда как в процессе Эрни «грязный» оксид сохранялсяШаблон:Sfn. Вскоре на Raytheon поняли, что выигрыш в суде невозможен. Корпорация отозвала иск и приобрела у Fairchild лицензию на процесс ЭрниШаблон:Sfn.

Hughes против Fairchild. Hughes Aircraft подала на Fairchild в суд, утверждая, что исследователи Hughes пришли к тем же выводам, что и Эрни, и сделали это раньше ЭрниШаблон:Sfn. Позиция Hughes, по мнению юристов Fairchild, не имела шансов в суде, однако судебное разбирательство заняло бы годы, в течение которых Fairchild не смогла бы правомерно продавать лицензии на процесс ЭрниШаблон:Sfn. Fairchild предпочла договориться с Hughes вне судаШаблон:Sfn. Hughes получила права на один из семнадцати пунктов патента Эрни, а затем обменяла его на небольшую долю в будущих лицензионных доходах FairchildШаблон:Sfn.

TI против Fairchild. Основной удар TI пришёлся на крупнейшего и технологически продвинутого конкурента — Fairchild Semiconductor. Иски TI не препятствовали собственному производству Fairchild, но затрудняли продажу лицензий на её технологии. К 1965 году планарная технология Fairchild стала стандартом отрасли, но лицензию на патенты Эрни и Нойса приобрели не более десяти производителейШаблон:Sfn. Рычагов влияния на нелицензированные производства в то время не существовалоШаблон:Sfn. В таком же положении оказалась и сама TI: её важнейший актив — патенты Килби — не приносил доходов. В 1964 году арбитраж присудил TI права на четыре из пяти ключевых положений оспариваемых патентовШаблон:Sfn. Обе компании, действуя из принципа «всё или ничего», оспорили это решениеШаблон:Sfn. Тяжба могла продолжаться ещё долгие годы, если бы не поражение TI в споре со Sprague в апреле 1966 года. Руководство TI поняло, что уже не сможет собрать в своих руках весь пакет микроэлектронных патентов, и потеряло интерес к продолжению конфликтаШаблон:Sfn. Летом 1966 годаШаблон:Sfn TI и Fairchild заключили мировое соглашение о взаимном признании патентных прав и перекрёстном лицензировании ключевых патентов, в 1967 году к ним присоединилась SpragueШаблон:Sfn.

Япония против Fairchild. И Fairchild, и TI пытались основать производства в Японии ещё в начале 1960-х, но наткнулись на жёсткое сопротивление японского Шаблон:Не переведено 5 (MITI)Шаблон:Sfn. В 1962 году MITI запретило Fairchild инвестировать в уже купленную в Японии фабрику, и неопытный Нойс попытался выйти на японский рынок через корпорацию NECШаблон:Sfn. В 1963 году руководство NEC, якобы действуя под давлением MITI, добилось от Fairchild исключительно выгодных для Японии условий лицензирования, впоследствии закрывших Fairchild возможность самостоятельно торговать на японском рынкеШаблон:Sfn. Только после заключения сделки Нойс узнал, что президент NEC по совместительству председательствовал в комитете MITI, который блокировал сделки Fairchild и «давил» на NECШаблон:Sfn.

Япония против TI. TI попыталась основать производство в Японии в 1963 году, уже имея отрицательный опыт переговоров с NEC и SonyШаблон:Sfn. MITI в течение двух лет отказывалось дать определённый ответ на заявку TI, и в 1965 году США нанесли ответный удар, угрожая японцам эмбарго на ввоз электронной техники, нарушавшей патенты TIШаблон:Sfn. В 1966 году под удар попала Sony, в 1967 году SharpШаблон:Sfn. MITI осознала угрозу и начала тайно подыскивать TI «генерального партнёра» из японских корпораций. MITI настояла на разрыве уже намечавшейся сделки между TI и Mitsubishi (владельца Sharp), и убедила Акио Морита заключить сделку с TI «в интересах будущего японской промышленности»Шаблон:Sfn. Несмотря на секретные протоколы, гарантировавшие американцам приобретение доли в Sony, соглашение 1967—1968 годов было крайне невыгодно для TIШаблон:Sfn. В течение почти тридцати лет японские компании выпускали ИС, не платя лицензионных отчислений TI, и лишь в 1989 японский суд признал за TI права на изобретение Килби[18]. Как следствие, в 1990-е годы все японские производители ИС были вынуждены платить TI за патентное решение тридцатилетней давности или заключать соглашения о взаимном лицензировании. В 1993 году TI заработала на лицензионных сборах 520 миллионов долларов, и бо́льшая часть этих денег была собрана именно в Японии[19].

Историография изобретения

Два изобретателя: Килби и Нойс

Файл:1960s TimeLife collage.jpg
Коллаж начала 1960-х годов. Подпись: «1958-1959. Роберт Нойс, Жан Эрни, Джек Килби и Курт Леговец — все они приняли участие в разработке интегральной схемы.»

Во время патентной войны 1960-х годов пресса и профессиональное сообщество США признавало, что круг изобретателей ИС может быть достаточно широким. В книге «Золотой век предпринимательства» (Шаблон:Lang-en), выпущенной Time-Life Books[20], изобретателями были названы четыре человека: Килби, Леговец, Нойс и ЭрниШаблон:Sfn. Шаблон:Не переведено 5 в «Теории и практике микроэлектроники» (1968) писал, что патенты Леговца и Эрни стали высшей точкой полупроводниковых технологий 1950-х годов, и открыли путь к серийному производству ИС[21].

В октябре 1966 года Килби и Нойс были удостоены Баллантайновской медали Института Франклина «за вклад в создание интегральных схем»Шаблон:Sfn. Так начала складываться каноническая «версия двух изобретателей». Выдвижение Килби вызвало возражения современников, не признававших прототипы Килби за «настоящие» (полупроводниковые) ИСШаблон:Sfn. Ещё более спорным казалось выдвижение Нойса: инженерное сообщество прекрасно знало о роли Ласта, Мура, Эрни и других изобретателей, физиков и технологов, стоявших за разработкой первых полупроводниковых ИСШаблон:Sfn. Знало оно и о том, что Нойс, ставший генеральным директором Fairchild в марте 1959 года, не участвовал непосредственно в создании первых ИСШаблон:Sfn. Нойс этого и не скрывал: о своих патентах он говорил, что «я решал производственную задачу. Я не пытался сделать интегральную схему.»Шаблон:Sfn.

По мнению биографа Нойса Лесли Берлин, Нойс стал «отцом интегральной схемы» исключительно благодаря судебным искам TIШаблон:Sfn. Оспорив приоритет Нойса как изобретателя, TI «назначила» его единоличным представителем всего коллектива разработчиков FairchildШаблон:Sfn. Fairchild ответила мобилизацией всех ресурсов на защиту приоритета Нойса, в дело пошла тяжёлая артиллерия корпоративного пиараШаблон:Sfn. Килби лично участвовал в пиар-кампаниях TI, Нойс был менее заметен, но его успешно замещал Гордон МурШаблон:Sfn. К середине 1970-х годов подпитываемая пиаром TI, Fairchild и Intel «версия двух изобретателей» стала восприниматься как единственная истинаШаблон:Sfn. Вспышка полемики между Килби и Леговцом на страницах профессиональных журналов (1976—1978) не изменила положения. Эрни, Ласт, Леговец оказались забытыми — за ними не стояло крупных корпораций, да и сами они не были склонны к публичным спорамШаблон:Sfn.

В научных статьях 1980-х годов «краткий курс истории микроэлектроники» приобрёл вид (пример авторов, рассматривающих тему «глазами Intel»):

Шаблон:Начало цитаты Во время работы на Fairchild Нойс разработал интегральную схему. Несколькими месяцами раньше ту же концепцию изобрёл в Далласе Джек Килби из Texas Instruments. В июле 1959 года Нойс подал патентную заявку на свою концепцию интегральной схемы. Texas Instruments подала на Нойса и Fairchild в суд за нарушение её патентов, тяжба растянулась на несколько лет. Сегодня, как правило, Нойс и Килби признаются соавторами изобретения интегральной схемы, хотя в Зал Славы Изобретателей приняли одного лишь Килби. Чтобы там ни было, заслугой Нойса считается усовершенствование интегральной схемы, позволившее использовать её на практике … Шаблон:Oq Шаблон:Конец цитаты

Файл:T.R.reid book cover 1984.jpg
Обложка книги Рида «Как двое американцев изобрели микрочип» закрепила в материальной форме легенду о двух изобретателях

В 1984 году «версия двух изобретателей» была закреплена в книге Шаблон:Не переведено 5 под названием «Как двое американцев изобрели микрочип» (Шаблон:Lang-en[22]). Книга Рида неоднократно переиздавалась, последний раз — в 2008 году[23]. Роберт Райт из The New York Times раскритиковал Рида за пространные описания второстепенных персонажей, причастных к изобретению[24], однако имена и работы Леговца и Ласта в книге даже не упомянуты. Консультировавший Рида Жан Эрни появляется в книге лишь в качестве теоретика, дававшего советы великому Нойсу[25].

Автор «Современной истории вычислительной техники» (2003) и куратор музея авиации и космонавтики Смитсоновского института Шаблон:Не переведено 5 также повторил «версию двух изобретателей» и сделал оговорку, что «их изобретение … было лишь ещё одним шагом» в направлении, заданном военными программами миниатюризации 1950-х годовШаблон:Sfn. Ссылаясь на «мнение большинства», Черруцци поставил на первое место решение Нойса использовать планарный процесс ЭрниШаблон:Sfn. Эрни, по мнению Черуцци, «проложил дорогу» к серийному производству ИС, но в список изобретателей ИС не включенШаблон:Sfn. Вопросы изобретения изоляции компонентов в книге Черуцци не рассматривались.

В 2000 году Нобелевский комитет присудил Нобелевскую премию по физике: Жоресу Алфёрову и Герберту Крёмеру — «за разработку полупроводниковых гетероструктур, используемых в высокочастотной и оптоэлектронике», и Джеку Килби — «за его вклад в изобретение интегральной схемы»[1]. По уставу Нобелевская премия присуждается только живым, поэтому посмертное награждение Роберта Нойса было невозможно (сам Нойс при жизни отвечал на вопросы о перспективах Нобелевской премии: «За изобретения Нобеля не дают. За настоящую работу тоже.»Шаблон:Sfn). Рассматривал ли Нобелевский комитет иных, доживших до 2000 года, соавторов изобретения — неизвестно, процесс принятия решений Комитетом не подлежит разглашениюШаблон:Sfn. Арджун Саксена[прим. 3] критически утверждал, что вклад Килби (в отличие от вклада Алфёрова и Крёмера) был чисто инженерным, изобретательским, и не относился к сферам фундаментальной науки — следовательно, награждение Килби было произведено с нарушением воли Альфреда НобеляШаблон:Sfn.

«Версия двух изобретателей» продолжает воспроизводиться в американской печати и в 2010-е годы[26]. Встречается и вариант, в котором «главным революционером» признаётся один Килби, а Нойсу отводится роль «другого инженера», усовершенствовавшего изобретение Килби[27]. В популярной книге Шаблон:Не переведено 5 «1959: год, который изменил всё» (2010), в которой изобретению ИС отведено восемь страницШаблон:Sfn, список изобретателей сведён к одной фамилии: Килби. По Каплану, ИС была изобретена «не огромной командой физиков, а единственным человеком, одиночкой, и притом не физиком, но инженером».Шаблон:Sfn Имя Нойса появляется только в примечаниях в конце книги: «следует заметить, что у микрочипа оказался и случайный соавтор — Роберт Нойс, который выдвинул свою версию в январе 1959 года, а затем забросил её — до презентации TI в марте 1959 года…»Шаблон:Sfn Ни Эрни, ни Ласт, ни работавшие с Килби Латроп и Барнс в книге Каплана не упомянутыШаблон:Sfn.

Ревизия канонической версии

В конце 1990-х и 2000-х годах в США вышел ряд книг по истории полупроводниковой промышленности, авторы которых попытались восстановить полную картину изобретения ИС и переосмыслить «версию двух изобретателей». В 1998 году Майкл Риордан и Лилиан Ходдсон выпустили Огонь в кристалле (Шаблон:Lang-en), в которой подробно описали события, предшествовавшие изобретению Килби, и роли участников этих событий в истории. Однако Риордан и Ходдесон закончили свою книгу на изобретении Килби и не дали критического анализа этого изобретенияШаблон:Sfn. Лесли Берлин[прим. 1] в биографии Роберта Нойса (2005) подробно рассмотрела изобретение с точки зрения событий на Fairchild и критически оценила вклад Килби: «Соединения проволокой исключали возможность серийного производства, и Килби не мог не знать этого. Однако его [прототип] всё же представлял собой … нечто похожее на интегральную схему.»Шаблон:Sfn

В 2007 году Бо Лоек[прим. 2] выпустил «Историю полупроводниковой отрасли» (Шаблон:Lang-en), в которой произвёл полную ревизию «версии двух изобретателей»: «Историки приписали изобретение ИС Джеку Килби и Роберту Нойсу. В этой книге я утверждаю, что круг изобретателей был намного шире.»Шаблон:Sfn. Лоек подробно рассмотрел вклад Эрни и Ласта в создание первой полупроводниковой ИС на Fairchild и дал критическую оценку работам Килби: «Идея ИС Килби была настолько непрактичной, что от неё отказалась даже TI. Патент Килби имел ценность только как удобный и выгодный предмет торга. Если бы Килби работал не на TI, а на любую другую компанию, то его идеи вообще не были бы запатентованы.»Шаблон:Sfn

В 2009 году Арджун Саксена[прим. 3] выпустил «Изобретение интегральной схемы: неизвестные факты» (Шаблон:Lang-en), в которой произвёл подробный анализ документальных свидетельств об изобретениях Даммера, Джонсона, Стюарта, Килби, Нойса, Леговца и Эрни. Также, как и Лоек, Саксена утверждал, что «доминирующее в обществе мнение [об исключительной роли Килби и Нойса] — ошибочно, уже в течение четырёх десятилетий … почти все в микроэлектронике (включая физиков, химиков, инженеров и так далее), кажется, приняли это ошибочное мнение за единственную истину — и ничего не сделали для того, чтобы исправить положение.»Шаблон:Sfn

Комментарии

Шаблон:Примечания

Примечания

Шаблон:Примечания

Источники

Литература

Шаблон:Хорошая статья

См. также

Партнерские ресурсы
Криптовалюты
Магазины
Хостинг
Разное

  1. ↑ 1,0 1,1 Шаблон:Lang-en — см. Шаблон:Cite web
  2. ↑ Шаблон:Cite web
  3. ↑ Шаблон:Cite web
  4. ↑ 4,0 4,1 4,2 4,3 Шаблон:Cite web
  5. ↑ 5,0 5,1 Шаблон:Cite web
  6. ↑ Шаблон:Статья Представлено в устной форме на конференции WesCon летом 1959 года
  7. ↑ Шаблон:Citeweb
  8. ↑ Шаблон:Citeweb
  9. ↑ Шаблон:Книга
  10. ↑ Шаблон:Cite web
  11. ↑ 11,0 11,1 Шаблон:Cite web
  12. ↑ 12,0 12,1 12,2 12,3 12,4 12,5 Шаблон:Cite web
  13. ↑ «Wolff: Is Lehovec technically an inventor of the IC? Moore: According to the Patent Office. It’s one of the important things that was needed. I think in the technical community, because all he did was file a paper patent application, he is not recognized as the inventor. Success has many fathers and all that kind of stuff.» — Шаблон:Cite web.
  14. ↑ «Actually the p-n junction isolation was basically an earlier idea of Kurt Lehovec’s. I was unaware of that at the time, but as you search for patent literature he has a patent that reads on that in '58 or earlier.» — см. Шаблон:Cite web
  15. ↑ 15,0 15,1 15,2 15,3 Шаблон:Cite web
  16. ↑ 16,0 16,1 16,2 16,3 16,4 16,5 Шаблон:Cite web
  17. ↑ 17,0 17,1 17,2 17,3 Шаблон:Cite web
  18. ↑ Шаблон:Статья
  19. ↑ Шаблон:Статья: «Last year, the company reaped $520 million in royalty income from patents, up from less than $200 million a year in the late 1980’s, and analysts say much of that money comes from Japanese licensing deals.»
  20. ↑ Эссе «Золотой век предпринимательства» впоследствии перепечатывалось в сборниках, например, в Шаблон:Книга
  21. ↑ Шаблон:Книга, цит. по Saxena 2009, p. 124: «These developments culminated in the invention of the p-n junction isolation technique by Lehovec and the planar process by Hoerni. These patents paved the way for the logical development of a large number of sophisticated reliable microcircuits…»
  22. ↑ Шаблон:Книга
  23. ↑ Шаблон:Книга
  24. ↑ Шаблон:Статья: «Mr. Reid is a bit too inclined to find all the people he encountered during the course of his research fascinating … By jettisoning a few tangential thumbnail profiles, Mr. Reid could have imparted greater momentum to his story, particularly if he had explored the personalities of his central characters more deeply.»
  25. ↑ Шаблон:Книга: «One day in 1958, Jean Hoerni came to Noyce with a theoretical solution…».
  26. ↑ См. например Шаблон:Статья: «1959 when Robert Noyce, Intel’s co-founder, and Jack Kilby of Texas Instruments independently invented the first integrated circuits…»; Шаблон:Статья: «The basic semiconductor was co-invented in 1958 by a Texas Instruments engineer, Jack Kilby, and Dr. Robert N. Noyce, a co-founder of Intel…»
  27. ↑ См. например Шаблон:Статья: «Kilby’s revolutionary idea … Six months later, in California, another engineer, Robert Noyce…»


Ошибка цитирования Для существующих тегов <ref> группы «прим.» не найдено соответствующего тега <references group="прим."/>

Источник — http://wikihandbk.com/ruwiki/index.php?title=Русская_Википедия:Изобретение_интегральной_схемы&oldid=9981280