قطعات الکترونیکی IC تراشه های مدار مجتمع TPA3116D2DADR جدید و اصلی

در روزهای اولیه تراشه نیمه هادی، سیلیکون شخصیت اصلی نبود، ژرمانیوم بود.اولین ترانزیستور یک ترانزیستور مبتنی بر ژرمانیوم و اولین تراشه مدار مجتمع یک تراشه ژرمانیومی بود.
اولین ترانزیستور توسط باردین و براتون اختراع شد که ترانزیستور دوقطبی (BJT) را اختراع کردند.اولین دیود اتصال P/N توسط شاکلی اختراع شد و بلافاصله، این نوع اتصال طراحی شده توسط شاکلی به ساختار استاندارد BJT تبدیل شد و امروزه در خدمت است.این سه نفر نیز در آن سال در سال 1956 جایزه نوبل فیزیک را دریافت کردند.
ترانزیستور را می توان به سادگی به عنوان یک سوئیچ مینیاتوری درک کرد.بسته به ویژگی های نیمه هادی، می توان یک نیمه هادی نوع N با دوپ کردن نیمه هادی با فسفر و یک نیمه هادی نوع P با بور تشکیل داد.ترکیبی از نیمه هادی های نوع N و نوع P، اتصال PN را تشکیل می دهد که یک ساختار مهم در تراشه های الکترونیکی است.این اجازه می دهد تا عملیات منطقی خاصی انجام شود (مانند با دروازه، یا دروازه، غیر دروازه و غیره)
با این حال، ژرمانیوم مشکلات بسیار دشواری دارد، مانند عیوب زیاد رابط در نیمه هادی، پایداری حرارتی ضعیف، و عدم وجود اکسیدهای متراکم.علاوه بر این، ژرمانیوم یک عنصر کمیاب است که تنها 7 قسمت در میلیون در پوسته زمین دارد و سنگ معدن ژرمانیوم نیز بسیار پراکنده است.به دلیل اینکه ژرمانیوم بسیار کمیاب و غلیظ است، هزینه مواد خام ژرمانیوم همچنان بالاست.چیزها نادر هستند و هزینه بالای مواد خام باعث می شود ترانزیستورهای ژرمانیوم ارزانتر نباشند، بنابراین تولید ترانزیستورهای ژرمانیومی در مقیاس بزرگ دشوار است.

بنابراین، محققان از یک سطح بالا پریدند و به عنصر سیلیکون نگاه کردند.می توان گفت که تمام کمبودهای ذاتی ژرمانیوم از مزایای ذاتی سیلیکون است.

سیلیکون دومین عنصر فراوان بعد از اکسیژن است، اما اساساً نمی‌توانید مونومرهای سیلیکون را در طبیعت پیدا کنید.رایج ترین ترکیبات آن سیلیس و سیلیکات است.از این میان، سیلیس به نوبه خود یکی از اجزای اصلی ماسه است.علاوه بر این، ترکیباتی مانند فلدسپات، گرانیت و کوارتز همگی بر پایه ترکیبات سیلیکا-اکسیژن هستند.

سیلیکون از نظر حرارتی پایدار است، دارای اکسید ثابت دی الکتریک متراکم و بالا است و به راحتی می توان با یک رابط اکسید سیلیکون-سیلیکون با نقص های سطحی بسیار کمی تهیه کرد.

اکسید سیلیکون در آب نامحلول است (اکسید ژرمانیوم در آب محلول است) و در اکثر اسیدها نامحلول است که به سادگی با روش چاپ خوردگی مورد استفاده برای بردهای مدار چاپی مطابقت کامل دارد.محصول این ترکیب فرآیند مسطح برای مدارهای مجتمع است که تا به امروز ادامه دارد.
ستون کریستال سیلیکون

سفر سیلیکون به قله
یک سرمایه گذاری شکست خورده: گفته می شود که شاکلی در زمانی که هنوز هیچ کس موفق به ساخت ترانزیستور سیلیکونی نشده بود، فرصت بزرگی در بازار دید.به همین دلیل بود که در سال 1956 آزمایشگاه های بل را ترک کرد تا شرکت خود را در کالیفرنیا راه اندازی کند.متأسفانه، شاکلی کارآفرین خوبی نبود و مدیریت کسب‌وکار او در مقایسه با مهارت‌های آکادمیک او یک کار احمقانه بود.بنابراین خود شاکلی جاه‌طلبی جایگزینی ژرمانیوم با سیلیکون را برآورده نکرد و صحنه برای بقیه عمرش تریبون دانشگاه استنفورد بود.یک سال پس از تأسیس آن، هشت مرد جوان با استعدادی که او به خدمت گرفته بود، به طور دسته جمعی از او جدا شدند و این «هشت خائن» بودند که جاه طلبی جایگزینی ژرمانیوم با سیلیکون را تکمیل کردند.

ظهور ترانزیستور سیلیکونی

قبل از اینکه Eight Renegades Fairchild Semiconductor را تأسیس کند، ترانزیستورهای ژرمانیومی بازار غالب ترانزیستورها بودند، با نزدیک به 30 میلیون ترانزیستور در ایالات متحده در سال 1957، تنها یک میلیون ترانزیستور سیلیکونی و نزدیک به 29 میلیون ترانزیستور ژرمانیومی.تگزاس اینسترومنتز با 20 درصد سهم بازار به غول بازار ترانزیستور تبدیل شد.
Eight Renegades و Fairchild Semiconductor

بزرگترین مشتریان بازار، دولت و ارتش ایالات متحده، مایلند از این تراشه ها به تعداد زیاد در راکت ها و موشک ها استفاده کنند و بار پرتاب ارزشمند را افزایش دهند و قابلیت اطمینان پایانه های کنترلی را بهبود بخشند.اما ترانزیستورها همچنین با شرایط کاری سخت ناشی از دماهای بالا و ارتعاشات شدید مواجه خواهند شد.

ژرمانیوم اولین کسی است که در مورد دما از دست می دهد: ترانزیستورهای ژرمانیومی می توانند دمای تنها 80 درجه سانتیگراد را تحمل کنند، در حالی که الزامات ارتش برای عملکرد پایدار حتی در دمای 200 درجه سانتیگراد است.فقط ترانزیستورهای سیلیکونی می توانند این دما را تحمل کنند.
ترانزیستور سیلیکونی سنتی

فرچایلد فرآیند ساخت ترانزیستورهای سیلیکونی را اختراع کرد و آنها را به سادگی و کارآمدی کتاب های چاپی و از نظر قیمت بسیار ارزان تر از ترانزیستورهای ژرمانیومی ساخت.فرآیند Fairchild برای ساخت ترانزیستورهای سیلیکونی به شرح زیر است.

ابتدا، یک طرح با دست ترسیم می شود، گاهی آنقدر بزرگ که یک دیوار را می گیرد، و سپس از طرح عکس گرفته می شود و به یک ورق نیمه شفاف کوچک می شود، اغلب با دو خط سه ورق، که هر یک نشان دهنده یک لایه مدار است.

در مرحله دوم، یک لایه از مواد حساس به نور بر روی ویفر سیلیکونی صاف برش خورده و صیقلی اعمال می‌شود و از UV/لیزر برای محافظت از الگوی مدار از ورق transillumination روی ویفر سیلیکونی استفاده می‌شود.

ثالثاً، نواحی و خطوط در قسمت تاریک ورق transillumination الگوهای ناپیدا را روی ویفر سیلیکونی باقی می‌گذارند.این الگوهای آشکار نشده با محلول اسید تمیز می شوند و یا ناخالصی های نیمه هادی اضافه می شوند (تکنیک انتشار) یا هادی های فلزی آبکاری می شوند.

چهارم، با تکرار سه مرحله بالا برای هر ویفر نیمه شفاف، می توان تعداد زیادی ترانزیستور را روی ویفرهای سیلیکونی به دست آورد که توسط زنان کارگر زیر میکروسکوپ بریده شده و سپس به سیم ها متصل شده، سپس بسته بندی، آزمایش و فروخته می شود.

با وجود ترانزیستورهای سیلیکونی در مقادیر زیاد، هشت بنیانگذار مرتد Fairchild از جمله شرکت هایی بودند که می توانستند در کنار غول هایی مانند Texas Instruments بایستند.

فشار مهم - اینتل
این اختراع بعدی مدار مجتمع بود که تسلط ژرمانیوم را خلاصه کرد.در آن زمان، دو خط فناوری وجود داشت، یکی برای مدارهای مجتمع بر روی تراشه‌های ژرمانیوم از Texas Instruments و دیگری برای مدارهای مجتمع بر روی تراشه‌های سیلیکونی از Fairchild.در ابتدا، دو شرکت بر سر مالکیت پتنت های مدارهای مجتمع با هم اختلاف داشتند، اما بعداً اداره ثبت اختراعات، مالکیت پتنت های مدارهای مجتمع را توسط هر دو شرکت به رسمیت شناخت.
با این حال، از آنجایی که فرآیند Fairchild پیشرفته‌تر بود، به استانداردی برای مدارهای مجتمع تبدیل شد و امروزه همچنان مورد استفاده قرار می‌گیرد.بعدها، نویس، مخترع مدار مجتمع، و مور، مخترع قانون مور، Centron Semiconductor را ترک کردند که اتفاقاً هر دو از اعضای "هشت خیانتکار" بودند.آنها همراه با Grove، چیزی را ایجاد کردند که در حال حاضر بزرگترین شرکت تولید تراشه های نیمه هادی جهان، اینتل است.
سه بنیانگذار اینتل، از چپ: گرو، نویس و مور

در تحولات بعدی، اینتل تراشه های سیلیکونی را تحت فشار قرار داد.این شرکت غول هایی مانند تگزاس اینسترومنتز، موتورولا و IBM را شکست داده و به پادشاه بخش ذخیره سازی نیمه هادی و CPU تبدیل شده است.

با تبدیل شدن اینتل به بازیگر غالب در صنعت، سیلیکون نیز به ژرمانیوم پایان داد و جایی که زمانی دره سانتا کلارا بود به «سیلیکون ولی» تغییر نام داد.از آن زمان، تراشه‌های سیلیکونی معادل تراشه‌های نیمه‌رسانا در درک عمومی شده‌اند.

ژرمانیوم، با این حال، مشکلات بسیار دشواری برای حل دارد، مانند عیوب زیاد رابط نیمه هادی ها، پایداری حرارتی ضعیف، و عدم وجود اکسیدهای متراکم.علاوه بر این، ژرمانیوم یک عنصر کمیاب است که تنها 7 قسمت در میلیون در پوسته زمین دارد و سنگ معدن ژرمانیوم نیز بسیار پراکنده است.به دلیل اینکه ژرمانیوم بسیار کمیاب و غلیظ است، هزینه مواد خام ژرمانیوم همچنان بالاست.چیزها نادر هستند و هزینه بالای مواد خام باعث می شود ترانزیستورهای ژرمانیوم ارزانتر نباشند، بنابراین تولید ترانزیستورهای ژرمانیومی در مقیاس بزرگ دشوار است.

بنابراین، محققان از یک سطح بالا پریدند و به عنصر سیلیکون نگاه کردند.می توان گفت که تمام نقاط ضعف ذاتی ژرمانیوم، نقاط قوت ذاتی سیلیکون است.

سیلیکون دومین عنصر فراوان بعد از اکسیژن است، اما اساساً نمی‌توانید مونومرهای سیلیکون را در طبیعت پیدا کنید.رایج ترین ترکیبات آن سیلیس و سیلیکات است.از این میان، سیلیس به نوبه خود یکی از اجزای اصلی ماسه است.علاوه بر این، ترکیباتی مانند فلدسپات، گرانیت و کوارتز همگی بر پایه ترکیبات سیلیکا-اکسیژن هستند.

سیلیکون از نظر حرارتی پایدار است، دارای اکسید ثابت دی الکتریک متراکم و بالا است و به راحتی می توان با یک رابط اکسید سیلیکون-سیلیکون با نقص های سطحی بسیار کمی تهیه کرد.

اکسید سیلیکون در آب نامحلول است (اکسید ژرمانیوم در آب محلول است) و در اکثر اسیدها نامحلول است که به سادگی با روش چاپ خوردگی مورد استفاده برای بردهای مدار چاپی مطابقت کامل دارد.محصول این ترکیب، فرآیند مسطح مدار مجتمع است که تا به امروز ادامه دارد.