Uued ja originaalsed TPA3116D2DADR Integraallülituse IC Chipsi elektroonikakomponendid

Pooljuhtkiibi algusaegadel polnud räni peategelane, pigem germaanium.Esimene transistor oli germaaniumipõhine transistor ja esimene integraallülituskiip oli germaaniumikiip.
Esimese transistori leiutasid Bardeen ja Bratton, kes leiutasid bipolaarse transistori (BJT).Esimese P/N-ühenduse dioodi leiutas Shockley ja kohe sai sellest Shockley disainitud ühendustüübist BJT standardkonstruktsioon ja see on kasutusel täna.Neil kolmel pälvis samal aastal 1956. aastal ka Nobeli füüsikaauhind.
Transistori võib lihtsalt mõista kui miniatuurset lülitit.Sõltuvalt pooljuhi omadustest saab pooljuhi fosforiga legeerimisel moodustada N-tüüpi pooljuhi ja booriga P-tüüpi pooljuhi.N-tüüpi ja P-tüüpi pooljuhtide kombinatsioon moodustab PN-siirde, mis on oluline struktuur elektroonilistes kiipides;see võimaldab teostada spetsiifilisi loogikaoperatsioone (nt väravatega, või väravatega, mitteväravatega jne).
Germaaniumil on aga mõned väga keerulised probleemid, nagu paljud pooljuhtide liidesedefektid, halb termiline stabiilsus ja tihedate oksiidide puudumine.Pealegi on germaanium haruldane element, mida maakoores on vaid 7 miljondikosa, ja ka germaaniumimaagid on väga hajutatud.Kuna germaaniumi on väga haruldane ja mitte kontsentreeritud, on germaaniumi tooraine hind endiselt kõrge;asjad on haruldased ja kõrge tooraine hind ei muuda germaaniumist transistore odavamaks, seega on germaaniumitransistoreid raske toota suures mahus.

Seetõttu tõusid teadlased taseme võrra kõrgemale ja vaatasid elementi räni.Võib öelda, et kõik germaaniumile omased puudused on ränile omased eelised.

Räni on hapniku järel külluses teine ​​element, kuid ränimonomeere looduses põhimõtteliselt ei leia;selle levinumad ühendid on ränidioksiid ja silikaadid.Neist ränidioksiid on omakorda üks liiva põhikomponente.Lisaks põhinevad sellised ühendid nagu päevakivi, graniit ja kvarts ränidioksiidi ja hapniku ühenditel.

Räni on termiliselt stabiilne, sellel on tihe, kõrge dielektrilise konstandiga oksiid ja seda saab hõlpsasti valmistada räni-ränioksiidi liidesega, millel on väga vähe liidese defekte.

Ränioksiid ei lahustu vees (germaaniumoksiid lahustub vees) ja ei lahustu enamikus hapetes, mis sobib lihtsalt suurepäraselt trükkplaatidel kasutatava korrosioonitrüki tehnikaga.Selle kombinatsiooni toode on integraallülituste tasane protsess, mis kestab tänapäevani.
Ränikristallkolonnid

Räni teekond tippu
Ebaõnnestunud ettevõtmine: Räägitakse, et Shockley nägi tohutut turuvõimalust ajal, mil ränitransistori valmistamine polnud veel kellelgi õnnestunud;Seetõttu lahkus ta 1956. aastal Bell Labsist, et asutada Californias oma ettevõte.Kahjuks ei olnud Shockley hea ettevõtja ja tema ärijuhtimine oli tema akadeemiliste oskustega võrreldes loll.Nii et Shockley ise ei täitnud ambitsiooni asendada germaanium räniga ja elu lõpuni oli lava Stanfordi ülikooli poodiumil.Aasta pärast selle asutamist põgenesid kaheksa andekat noormeest, kelle ta oli värvanud, tema juurest massiliselt ja just need "kaheksa reeturit" pidid täitma ambitsiooni asendada germaanium räniga.

Ränitransistori tõus

Enne kui Kaheksa Renegadi asutasid Fairchild Semiconductor, olid germaaniumist transistorid domineeriv transistoride turg – 1957. aastal toodeti USA-s ligi 30 miljonit transistorit, ainult üks miljon ränitransistorit ja ligi 29 miljonit germaaniumtransistorit.20% turuosaga Texas Instrumentsist sai transistoride turu hiiglane.
Kaheksa Renegadi ja Fairchild Semiconductor

Turu suurimad kliendid, USA valitsus ja sõjavägi, soovivad kiipe suurel hulgal kasutada rakettides ja rakettides, suurendades väärtuslikku stardikoormust ja parandades juhtimisterminalide töökindlust.Kuid transistorid seisavad silmitsi ka karmide töötingimustega, mis on põhjustatud kõrgetest temperatuuridest ja tugevast vibratsioonist.

Germaanium on esimene, kes kaotab temperatuuri osas: germaaniumtransistorid taluvad ainult 80 °C temperatuuri, samas kui sõjaväe nõuded on stabiilseks tööks isegi 200 °C juures.Seda temperatuuri taluvad ainult ränitransistorid.
Traditsiooniline ränitransistor

Fairchild leiutas ränitransistoride valmistamise protsessi, muutes need sama lihtsaks ja tõhusaks kui trükitud raamatud ning hinna poolest palju odavamaks kui germaaniumtransistorid.Fairchildi protsess ränitransistoride valmistamiseks on konarlik järgmiselt.

Esiteks joonistatakse käsitsi paigutus, mõnikord nii suur, et see võtab enda alla seina, ning seejärel pildistatakse joonis ja taandatakse pisikeseks poolläbipaistvaks leheks, millel on sageli kaks kolmest lehest koosnevat rida, millest igaüks esindab vooluahela kihti.

Teiseks kantakse viilutatud ja poleeritud siledale räniplaadile valgustundliku materjali kiht ning UV/laserit kasutatakse vooluringi mustri kaitsmiseks läbivalgustuslehe eest räniplaadile.

Kolmandaks jätavad läbivalgustuslehe tumedas osas olevad alad ja jooned räniplaadile valgustamata mustreid;need valgustamata mustrid puhastatakse happelahusega ja lisatakse kas pooljuhtide lisandeid (difusioonitehnika) või metalljuhid plaaditakse.

Neljandaks, korrates iga poolläbipaistva vahvli puhul ülaltoodud kolme sammu, saab räniplaatidele saada suure hulga transistore, mille naistöötajad mikroskoobi all lõikavad ja seejärel juhtmetega ühendavad, seejärel pakendavad, testivad ja müüvad.

Kuna ränitransistoreid oli saadaval suurtes kogustes, kuulusid Fairchildi kaheksa renegaatset asutajat ettevõtete hulka, kes suutsid seista kõrvuti selliste hiiglastega nagu Texas Instruments.

Oluline tõuge – Intel
Just järgnev integraallülituse leiutamine võttis kokku germaaniumi domineerimise.Tol ajal oli olemas kaks tehnoloogialiini, üks Texas Instrumentsi germaaniumkiipide integraallülituste jaoks ja teine ​​Fairchildi ränikiipide integraallülituste jaoks.Algul tekkis kahel ettevõttel äge vaidlus integraallülituste patentide kuuluvuse üle, kuid hiljem tunnistas Patendiamet integraallülituste patentide kuuluvust mõlemale ettevõttele.
Kuna Fairchildi protsess oli aga arenenum, sai sellest integraallülituste standard ja seda kasutatakse tänapäevalgi.Hiljem lahkusid Centron Semiconductorist integraallülituse leiutaja Noyce ja Moore'i seaduse leiutaja Moore, kes muide olid mõlemad "Kaheksa reeturi" liikmed.Koos Grove'iga lõid nad praeguse maailma suurima pooljuhtkiipide ettevõtte Inteli.
Kolm Inteli asutajat vasakult: Grove, Noyce ja Moore

Järgnevates arendustes surus Intel ränikiipe.See on võitnud selliseid hiiglasi nagu Texas Instruments, Motorola ja IBM, saades pooljuhtide salvestus- ja protsessorisektori kuningaks.

Kuna Intelist sai tööstuses domineeriv tegija, lõpetas räni ka germaaniumi ja kunagine Santa Clara org nimetati ümber "Silicon Valleyks".Sellest ajast alates on ränikiibidest saanud avalikkuse ettekujutuses pooljuhtkiibide ekvivalent.

Germaaniumil on aga väga raskeid probleeme lahendada, näiteks pooljuhtide liidese defektid, halb termiline stabiilsus ja tihedate oksiidide puudumine.Pealegi on germaanium haruldane element, mida maakoores on vaid 7 miljondikosa, ja ka germaaniumimaagid on väga hajutatud.Kuna germaaniumi on väga haruldane ja mitte kontsentreeritud, on germaaniumi tooraine hind endiselt kõrge;asjad on haruldased ja kõrge tooraine hind ei muuda germaaniumist transistore odavamaks, seega on germaaniumitransistoreid raske toota suures mahus.

Seetõttu hüppasid teadlased taseme võrra kõrgemale ja vaatasid elementi räni.Võib öelda, et kõik germaaniumile omased nõrkused on ränile omased tugevad küljed.

Räni on hapniku järel külluses teine ​​element, kuid ränimonomeere looduses põhimõtteliselt ei leia;selle levinumad ühendid on ränidioksiid ja silikaadid.Neist ränidioksiid on omakorda üks liiva põhikomponente.Lisaks põhinevad sellised ühendid nagu päevakivi, graniit ja kvarts ränidioksiidi ja hapniku ühenditel.

Räni on termiliselt stabiilne, sellel on tihe, kõrge dielektrilise konstandiga oksiid ja seda saab hõlpsasti valmistada räni-ränioksiidi liidesega, millel on väga vähe liidese defekte.

Ränioksiid ei lahustu vees (germaaniumoksiid lahustub vees) ja ei lahustu enamikus hapetes, mis sobib lihtsalt suurepäraselt trükkplaatidel kasutatava korrosioonitrüki tehnikaga.Selle kombinatsiooni toode on integraallülituse tasapinnaline protsess, mis kestab tänapäevani.