El primer chip de circuito integrado (CI) monolítico plano se demostró en 1960. La idea de integrar circuitos electrónicos en un solo dispositivo nació cuando el físico e ingeniero alemán Werner Jacobi desarrolló y patentó el primer amplificador de transistores integrado conocido en 1949 y la radio británica El ingeniero Geoffrey Dummer propuso integrar una variedad de componentes electrónicos estándar en un cristal semiconductor monolítico en 1952. Un año después, Harwick Johnson presentó una patente para un prototipo de circuito integrado. Entre 1953 y 1957, Sidney Darlington y Yasuo Tarui ( Laboratorio Electrotécnico ) propusieron diseños de chips similares donde varios transistores podían compartir un área activa común, pero no había aislamiento eléctrico que los separara entre sí.
Estas ideas no pudieron ser implementadas por la industria hasta que se produjo un gran avance a finales de 1958. Tres personas de tres empresas estadounidenses resolvieron tres problemas fundamentales que obstaculizaban la producción de circuitos integrados. Jack Kilby de Texas Instruments patentó el principio de integración, creó los primeros prototipos de circuitos integrados y los comercializó. La invención de Kilby fue un circuito integrado híbrido (CI híbrido), en lugar de un chip de circuito integrado monolítico (CI monolítico). [1] Entre finales de 1958 y principios de 1959, Kurt Lehovec de Sprague Electric Company desarrolló una forma de aislar eléctricamente componentes en un cristal semiconductor, utilizando aislamiento de unión p-n .
El primer chip IC monolítico fue inventado por Robert Noyce de Fairchild Semiconductor . [2] [3] Inventó una forma de conectar los componentes del circuito integrado (metalización de aluminio) y propuso una versión mejorada de aislamiento basada en la tecnología de proceso plano desarrollada por Jean Hoerni . El 27 de septiembre de 1960, utilizando las ideas de Noyce y Hoerni, un grupo de Jay Last en Fairchild Semiconductor creó el primer circuito integrado semiconductor operativo. Texas Instruments, que poseía la patente del invento de Kilby, inició una guerra de patentes que se resolvió en 1966 mediante un acuerdo de licencia cruzada.
No hay consenso sobre quién inventó el CI. La prensa estadounidense de los años 60 nombró a cuatro personas: Kilby, Lehovec, Noyce y Hoerni; en la década de 1970 la lista se redujo a Kilby y Noyce. Kilby recibió el Premio Nobel de Física de 2000 "por su participación en la invención del circuito integrado". [4] En la década de 2000, los historiadores Leslie Berlin , [a] Bo Lojek [b] y Arjun Saxena [c] restablecieron la idea de múltiples inventores de circuitos integrados y revisaron la contribución de Kilby. Los chips CI modernos se basan en el CI monolítico de Noyce, [2] [3] en lugar del CI híbrido de Kilby. [1]
Durante e inmediatamente después de la Segunda Guerra Mundial se observó un fenómeno denominado "la tiranía de los números", es decir, algunos dispositivos computacionales alcanzaron un nivel de complejidad en el que las pérdidas por fallas y tiempos de inactividad excedían los beneficios esperados. [7] Cada Boeing B-29 (puesto en servicio en 1944) llevaba entre 300 y 1000 tubos de vacío y decenas de miles de componentes pasivos. [d] El número de tubos de vacío llegó a miles en las computadoras avanzadas y a más de 17.000 en la ENIAC (1946). [e] Cada componente adicional redujo la confiabilidad de un dispositivo y alargó el tiempo de resolución de problemas. [7] La electrónica tradicional llegó a un punto muerto y un mayor desarrollo de los dispositivos electrónicos requirió reducir el número de sus componentes.
La invención del primer transistor en 1947 generó la expectativa de una nueva revolución tecnológica. Los escritores de ficción y los periodistas anunciaron la inminente aparición de "máquinas inteligentes" y la robotización de todos los aspectos de la vida. [12] Aunque los transistores redujeron el tamaño y el consumo de energía, no pudieron resolver el problema de confiabilidad de dispositivos electrónicos complejos. Por el contrario, el denso embalaje de los componentes en los dispositivos pequeños dificultaba su reparación. [7] Si bien la confiabilidad de los componentes discretos llegó al límite teórico en la década de 1950, no hubo mejoras en las conexiones entre los componentes. [13]
Los primeros desarrollos del circuito integrado se remontan a 1949, cuando el ingeniero alemán Werner Jacobi ( Siemens AG ) [14] presentó una patente para un dispositivo amplificador semiconductor similar a un circuito integrado [15] que mostraba cinco transistores sobre un sustrato común en un 3 -disposición de amplificador de etapa con dos transistores trabajando "al revés" como convertidor de impedancia. Jacobi describió audífonos pequeños y baratos como aplicaciones industriales típicas de su patente. No se ha informado de un uso comercial inmediato de su patente.
El 7 de mayo de 1952, el ingeniero de radio británico Geoffrey Dummer formuló la idea de integración en un discurso público en Washington:
Con la llegada del transistor y el trabajo en semiconductores en general, ahora parece posible imaginar equipos electrónicos en un bloque sólido sin cables de conexión. El bloque puede estar formado por capas de materiales aislantes, conductores, rectificadores y amplificadores, estando conectadas las funciones eléctricas recortando áreas de las distintas capas. [16] [17]
Más tarde, Dummer se hizo famoso como "el profeta de los circuitos integrados", pero no como su inventor. En 1956 produjo un prototipo de CI mediante crecimiento a partir de fusión, [16] pero el Ministerio de Defensa del Reino Unido consideró que su trabajo no era práctico debido al alto costo y los parámetros inferiores del CI en comparación con los dispositivos discretos. [18]
En mayo de 1952, Sidney Darlington presentó una solicitud de patente en Estados Unidos para una estructura con dos o tres transistores integrados en un único chip en varias configuraciones; En octubre de 1952, Bernard Oliver presentó una solicitud de patente para un método de fabricación de tres transistores planos conectados eléctricamente en un cristal semiconductor. [19] [20]
El 21 de mayo de 1953, Harwick Johnson presentó una solicitud de patente para un método de formar varios componentes electrónicos (transistores, resistencias, capacitancias agrupadas y distribuidas) en un solo chip. Johnson describió tres formas de producir un oscilador integrado de un transistor. Todos ellos utilizaban una tira estrecha de semiconductor con un transistor bipolar en un extremo y diferían en los métodos de producción del transistor. La tira actuaba como una serie de resistencias; los condensadores agrupados se formaron por fusión, mientras que las uniones pn polarizadas inversamente actuaron como condensadores distribuidos. [21] Johnson no ofreció ningún procedimiento tecnológico y no se sabe si produjo un dispositivo real. En 1959, Jack Kilby implementó y patentó una variante de su propuesta. [19]
En 1957, Yasuo Tarui, en el Laboratorio Electrotécnico del MITI cerca de Tokio, fabricó un transistor " cuadripolar ", una forma de transistor unipolar ( transistor de efecto de campo ) y de unión bipolar en el mismo chip. Estos primeros dispositivos presentaban diseños en los que varios transistores podían compartir un área activa común, pero no había aislamiento eléctrico que los separara entre sí. [22]
Las principales empresas electrónicas estadounidenses ( Bell Labs , IBM , RCA y General Electric ) buscaron solución a "la tiranía de los números" en el desarrollo de componentes discretos que implementaran una función determinada con un número mínimo de elementos pasivos adjuntos. [23] Durante la era de los tubos de vacío, este enfoque permitió reducir el costo de un circuito a expensas de su frecuencia de operación. Por ejemplo, una celda de memoria de la década de 1940 constaba de dos triodos y una docena de componentes pasivos y funcionaba a frecuencias de hasta 200 kHz. Se podría lograr una respuesta en MHz con dos pentodos y seis diodos por celda. Esta celda podría ser reemplazada por un tiratrón con una resistencia de carga y un capacitor de entrada, pero la frecuencia de operación de dicho circuito no excedía unos pocos kHz. [24]
En 1952, Jewell James Ebers de Bell Labs desarrolló un prototipo de análogo de estado sólido del tiratrón: un transistor de cuatro capas o tiristor . [25] William Shockley simplificó su diseño a un "diodo de cuatro capas" de dos terminales ( diodo Shockley ) e intentó su producción industrial. [26] Shockley esperaba que el nuevo dispositivo reemplazara el relé polarizado en las centrales telefónicas ; [27] sin embargo, la confiabilidad de los diodos Shockley era inaceptablemente baja y su empresa entró en declive.
Al mismo tiempo, se llevaron a cabo trabajos en circuitos de tiristores en Bell Labs, IBM y RCA. Ian Munro Ross y L. Arthur D'Asaro (Bell Labs) experimentaron con células de memoria basadas en tiristores. [28] Joe Logue y Rick Dill (IBM) estaban construyendo contadores utilizando transistores monounión. [29] J. Torkel Wallmark y Harwick Johnson (RCA) utilizaron tanto tiristores como transistores de efecto de campo . Los trabajos de 1955-1958 que utilizaron tiristores de germanio fueron infructuosos. [30] Sólo en el verano de 1959, después de que los inventos de Kilby, Lehovec y Hoerni se conocieran públicamente, D'Asaro informó sobre un registro de desplazamiento operativo basado en tiristores de silicio. En este registro, un cristal que contenía cuatro tiristores reemplazó a ocho transistores, 26 diodos y 27 resistencias. El área de cada tiristor oscilaba entre 0,2 y 0,4 mm2 , con un espesor de aproximadamente 0,1 mm. Los elementos del circuito se aislaron grabando surcos profundos. [28] [31]
Desde el punto de vista de los defensores de la electrónica funcional, en la era de los semiconductores, su enfoque permitió sortear los problemas fundamentales de la tecnología de semiconductores. [28] Los fracasos de Shockley, Ross y Wallmark demostraron la falacia de este enfoque: la producción en masa de dispositivos funcionales se vio obstaculizada por barreras tecnológicas. [29]
Los primeros transistores estaban hechos de germanio . A mediados de la década de 1950 fue reemplazado por silicio , que podía funcionar a temperaturas más altas. En 1954, Gordon Kidd Teal de Texas Instruments produjo el primer transistor de silicio, que se comercializó en 1955. [32] También en 1954, Fuller y Dittsenberger publicaron un estudio fundamental de la difusión en el silicio, y Shockley sugirió utilizar esta tecnología para formar uniones pn. con un perfil dado de concentración de impurezas. [33]
A principios de 1955, Carl Frosch de Bell Labs desarrolló la oxidación húmeda del silicio y, en los dos años siguientes, Frosch, Moll, Fuller y Holonyak investigaron más al respecto. [34] [35] Más tarde, en 1958, Frosch y Lincoln Derick propusieron que las capas de óxido de silicio podrían proteger las superficies de silicio durante los procesos de difusión y podrían usarse para enmascarar la difusión. [36] [37] Este descubrimiento accidental reveló la segunda ventaja fundamental del silicio sobre el germanio: a diferencia de los óxidos de germanio, el sílice "húmedo" es un aislante eléctrico físicamente fuerte y químicamente inerte.
La pasivación de superficies , el proceso mediante el cual una superficie semiconductora se vuelve inerte y no cambia las propiedades del semiconductor como resultado de la interacción con el aire u otros materiales en contacto con la superficie o el borde del cristal, fue desarrollada por primera vez por Mohamed Atalla en Bell Labs. , [38] [39] en 1957. [40] [41] [42] Atalla descubrió que la formación de un dióxido de silicio cultivado térmicamente ( SiO
2) la capa redujo en gran medida la concentración de estados electrónicos en la superficie del silicio , [39] y descubrió la importante cualidad del SiO
2 películas para preservar las características eléctricas de las uniones p-n y evitar que estas características eléctricas se deterioren por el ambiente gaseoso. [43] Descubrió que las capas de óxido de silicio podrían usarse para estabilizar eléctricamente las superficies de silicio. [36] Desarrolló el proceso de pasivación de superficie, un nuevo método de fabricación de dispositivos semiconductores que implica recubrir una oblea de silicio con una capa aislante de óxido de silicio para que la electricidad pueda penetrar de manera confiable hasta el silicio conductor que se encuentra debajo. Al hacer crecer una capa de dióxido de silicio sobre una oblea de silicio, Atalla pudo superar los estados superficiales que impedían que la electricidad llegara a la capa semiconductora. [38] [44]
En una reunión de la Sociedad Electroquímica de 1958 , Atalla presentó un artículo sobre la pasivación superficial de uniones pn mediante oxidación térmica , basado en sus memorandos de 1957, [40] y demostró el efecto pasivante del dióxido de silicio sobre una superficie de silicio. [42] Esta fue la primera demostración que demostró que las películas aislantes de dióxido de silicio de alta calidad podían crecer térmicamente sobre la superficie del silicio para proteger los diodos y transistores de unión pn de silicio subyacentes. [45] A mediados de la década de 1960, el proceso de Atalla para superficies de silicio oxidadas se utilizaba para fabricar prácticamente todos los circuitos integrados y dispositivos de silicio. [46]
Jean Hoerni asistió a la misma reunión de la Sociedad Electroquímica de 1958 y quedó intrigado por la presentación de Mohamed Atalla del proceso de pasivación de superficies. A Hoerni se le ocurrió la "idea plana" una mañana mientras pensaba en el dispositivo de Atalla. [40] Aprovechando el efecto pasivador del dióxido de silicio sobre la superficie del silicio, Hoerni propuso fabricar transistores protegidos por una capa de dióxido de silicio. [40] Esto condujo a la primera implementación exitosa de un producto de la técnica de pasivación de transistores de silicio de Atalla-Tannenbaum-Scheibner mediante óxido térmico. [47]
Jean Hoerni propuso por primera vez una tecnología plana de transistores bipolares. En este proceso, todas las uniones pn se cubrieron con una capa protectora, lo que debería mejorar significativamente la confiabilidad. Sin embargo, en aquel momento esta propuesta se consideró técnicamente imposible. La formación del emisor de un transistor npn requirió la difusión de fósforo, y el trabajo de Frosch sugirió que el SiO 2 no bloquea dicha difusión. [48] En marzo de 1959, Chih-Tang Sah , un antiguo colega de Hoerni, señaló a Hoerni y Noyce un error en las conclusiones de Frosch. Frosch utilizó una fina capa de óxido, mientras que los experimentos de 1957-1958 demostraron que una capa gruesa de óxido puede detener la difusión del fósforo. [49]
Armado con el conocimiento anterior, el 12 de marzo de 1959, Hoerni fabricó el primer prototipo de un transistor plano , [50] y el 1 de mayo de 1959 presentó una solicitud de patente para la invención del proceso plano. [48] En abril de 1960, Fairchild lanzó el transistor plano 2N1613, [51] y en octubre de 1960 abandonó por completo la tecnología del transistor de mesa. [52] A mediados de la década de 1960, el proceso planar se había convertido en la principal tecnología para producir transistores y circuitos integrados monolíticos. [53]
La creación del circuito integrado se vio obstaculizada por tres problemas fundamentales, que fueron formulados por Wallmark en 1958: [54]
Sucedió que tres empresas diferentes poseían las patentes clave para cada uno de estos problemas. Sprague Electric Company decidió no desarrollar circuitos integrados, Texas Instruments se limitó a un conjunto incompleto de tecnologías y sólo Fairchild Semiconductor combinó todas las técnicas necesarias para una producción comercial de circuitos integrados monolíticos.
En mayo de 1958, Jack Kilby, un experimentado ingeniero de radio y veterano de la Segunda Guerra Mundial, comenzó a trabajar en Texas Instruments. [55] [56] [57] Al principio no tenía tareas específicas y tenía que buscar un tema adecuado en la dirección general de la "miniaturización". [56] Tenía la oportunidad de encontrar una dirección de investigación radicalmente nueva o integrarse en un proyecto multimillonario sobre la producción de circuitos militares. [55] En el verano de 1958, Kilby formuló tres características de la integración:
El 28 de agosto de 1958, Kilby ensambló el primer prototipo de circuito integrado utilizando componentes discretos y recibió la aprobación para implementarlo en un chip. Tenía acceso a tecnologías que podían formar transistores de mesa, diodos de mesa y condensadores basados en uniones pn en un chip de germanio (pero no de silicio), y el material grueso del chip podía usarse para resistencias. [55] El chip estándar de Texas Instruments para la producción de 25 (5×5) transistores mesa tenía un tamaño de 10×10 mm. Kilby lo cortó en tiras de cinco transistores de 10 × 1,6 mm, pero luego no usó más de dos. [58] [59] El 12 de septiembre, presentó el primer prototipo de circuito integrado, [55] que era un oscilador de un solo transistor con retroalimentación RC distribuida, repitiendo la idea y el circuito de la patente de 1953 de Johnson. [17] El 19 de septiembre, fabricó el segundo prototipo, un disparador de dos transistores. [60] Describió estos circuitos integrados, haciendo referencia a la patente de Johnson, en su patente estadounidense 3.138.743 .
Entre febrero y mayo de 1959 Kilby presentó una serie de solicitudes: patente estadounidense 3.072.832 , patente estadounidense 3.138.743 , patente estadounidense 3.138.744 , patente estadounidense 3.115.581 y patente estadounidense 3.261.081 . [61] Según Arjun Saxena, la fecha de solicitud de la patente clave 3.138.743 es incierta: mientras que la patente y el libro de Kilby la fijaron para el 6 de febrero de 1959, [62] no pudo ser confirmada por los archivos de solicitudes del gobierno federal. oficina de Patentes. Sugirió que la solicitud inicial se presentó el 6 de febrero y se perdió, y que la oficina de patentes recibió la nueva presentación (conservada) el 6 de mayo de 1959, la misma fecha que las solicitudes de las patentes 3.072.832 y 3.138.744. [63] Texas Instruments presentó los inventos de Kilby al público el 6 de marzo de 1959. [64]
Ninguna de estas patentes resolvió el problema del aislamiento y la interconexión: los componentes se separaron cortando ranuras en el chip y se conectaron mediante cables de oro. [58] Por lo tanto, estos circuitos integrados eran de tipo híbrido en lugar de monolítico. [65] Sin embargo, Kilby demostró que en un chip se pueden formar varios elementos de circuito: componentes activos, resistencias, condensadores e incluso pequeñas inductancias. [58]
En otoño de 1958, Texas Instruments presentó la idea de Kilby, aún no patentada, a sus clientes militares. [55] Si bien la mayoría de las divisiones la rechazaron por considerarla no adecuada a los conceptos existentes, la Fuerza Aérea de EE. UU. decidió que esta tecnología cumplía con su programa de electrónica molecular, [55] [67] y ordenó la producción de prototipos de circuitos integrados, que Kilby denominó "bloques electrónicos funcionales". ". [68] Westinghouse añadió epitaxia a la tecnología de Texas Instruments y recibió una orden separada del ejército estadounidense en enero de 1960. [69]
En abril de 1960, Texas Instruments anunció el multivibrador n.º 502 como el primer circuito integrado del mundo disponible en el mercado. La empresa aseguró que a diferencia de los competidores ellos realmente venden su producto, a un precio de US$ 450 por unidad o US$ 300 para cantidades superiores a 100 unidades. [68] Sin embargo, las ventas comenzaron sólo en el verano de 1961 y el precio fue más alto de lo anunciado. [70] El esquema #502 contenía dos transistores, cuatro diodos, seis resistencias y dos condensadores, y repetía el circuito discreto tradicional. [71] El dispositivo contenía dos tiras de Si de 5 mm de longitud dentro de una carcasa de metal-cerámica. [71] Una tira contenía condensadores de entrada; el otro albergaba transistores y diodos de mesa, y su cuerpo ranurado se utilizaba como seis resistencias. Los cables de oro actuaron como interconexiones. [72]
En octubre de 1961, Texas Instruments construyó para la Fuerza Aérea una "computadora molecular" de demostración con una memoria de 300 bits. [73] [74] El colega de Kilby, Harvey Cragon, empaquetó esta computadora en un volumen de poco más de 100 cm 3 , utilizando 587 circuitos integrados para reemplazar alrededor de 8.500 transistores y otros componentes que serían necesarios para realizar la función equivalente. [73] En diciembre de 1961, la Fuerza Aérea aceptó el primer dispositivo analógico creado dentro del programa de electrónica molecular: un receptor de radio. [69] Utiliza circuitos integrados costosos, que tenían menos de 10 a 12 componentes y un alto porcentaje de dispositivos fallidos. Esto generó la opinión de que los circuitos integrados sólo pueden justificarse para aplicaciones aeroespaciales. [75] Sin embargo, la industria aeroespacial rechazó esos circuitos integrados por la baja dureza de radiación de sus transistores de mesa. [68]
A finales de 1958, Kurt Lehovec, un científico que trabajaba en la Sprague Electric Company, asistió a un seminario en Princeton donde Wallmark esbozó su visión de los problemas fundamentales de la microelectrónica. En su camino de regreso a Massachusetts, Lehovec encontró una solución simple al problema de aislamiento que utilizaba la unión pn: [76]
Es bien sabido que una unión pn tiene una alta impedancia a la corriente eléctrica, particularmente si está polarizada en la llamada dirección de bloqueo, o sin ninguna polarización aplicada. Por lo tanto, cualquier grado deseado de aislamiento eléctrico entre dos componentes ensamblados en la misma rebanada se puede lograr teniendo un número suficientemente grande de uniones pn en serie entre dos regiones semiconductoras en las que se ensamblan dichos componentes. Para la mayoría de los circuitos, de uno a tres cruces serán suficientes...
Lehovec probó su idea utilizando las tecnologías de fabricación de transistores disponibles en Sprague. Su dispositivo era una estructura lineal de 2,2×0,5×0,1 mm de tamaño, que estaba dividida en celdas aisladas de tipo n (bases de los futuros transistores) mediante uniones pn. Las capas y transiciones se formaron por el crecimiento de la masa fundida. El tipo de conductividad se determinó mediante la velocidad de tracción del cristal: una capa de tipo p rica en indio se formó a baja velocidad, mientras que una capa de tipo n rica en arsénico se produjo a alta velocidad. Los colectores y emisores de los transistores se crearon soldando perlas de indio. Todas las conexiones eléctricas se realizaron a mano, utilizando hilos de oro. [77]
La dirección de Sprague no mostró ningún interés por el invento de Lehovec. Sin embargo, el 22 de abril de 1959 presentó una solicitud de patente por su propia cuenta y luego abandonó los Estados Unidos por dos años. Debido a esta desvinculación, Gordon Moore concluyó que Lehovec no debería ser considerado un inventor del circuito integrado. [78]
El 14 de enero de 1959, Jean Hoerni presentó su última versión del proceso planar a Robert Noyce y al abogado de patentes John Rallza de Fairchild Semiconductor. [79] [80] Un memorando de este evento de Hoerni fue la base de una solicitud de patente para la invención de un proceso plano , presentada en mayo de 1959 e implementada en la patente estadounidense 3.025.589 (el proceso plano) y la patente estadounidense 3.064.167 (el transistor plano). [81] El 20 de enero de 1959, los directivos de Fairchild se reunieron con Edward Keonjian, el desarrollador de la computadora de a bordo del cohete "Atlas", para discutir el desarrollo conjunto de circuitos integrados digitales híbridos para su computadora. [82] Estos acontecimientos probablemente llevaron a Robert Noyce a volver a la idea de integración. [83]
El 23 de enero de 1959, Noyce documentó su visión del circuito integrado plano, esencialmente reinventando las ideas de Kilby y Lehovec sobre la base del proceso plano de Hoerni. [84] Noyce afirmó en 1976 que en enero de 1959 no conocía el trabajo de Lehovec. [85]
Como ejemplo, Noyce describió un integrador del que habló con Keonjian. [84] [86] Los transistores, diodos y resistencias de ese hipotético dispositivo estaban aislados entre sí mediante uniones pn, pero de una manera diferente a la solución de Lehovec. Noyce consideró el proceso de fabricación de circuitos integrados de la siguiente manera. Se debe comenzar con un chip de silicio intrínseco (sin dopar) altamente resistivo pasivado con una capa de óxido. El primer paso de la fotolitografía tiene como objetivo abrir ventanas correspondientes a los dispositivos planificados y difundir las impurezas para crear "pozos" de baja resistencia en todo el espesor del chip. Luego se forman dispositivos planos tradicionales dentro de esos pozos. [87] Contrariamente a la solución de Lehovec, este enfoque creó estructuras bidimensionales y colocó un número potencialmente ilimitado de dispositivos en un chip.
Después de formular su idea, Noyce la archivó durante varios meses debido a asuntos urgentes de la empresa y no volvió a ella hasta marzo de 1959. [88] Le llevó seis meses preparar una solicitud de patente, que luego fue rechazada por la Oficina de Patentes de Estados Unidos porque Ya recibieron la solicitud de Lehovec. [89] Noyce revisó su solicitud y en 1964 recibió la patente estadounidense 3.150.299 y la patente estadounidense 3.117.260 . [90] [87]
A principios de 1959, Noyce resolvió otro problema importante: el problema de las interconexiones que obstaculizaban la producción en masa de circuitos integrados. [91] Según los compañeros de los ocho traidores, su idea era evidente: por supuesto, la capa de óxido pasivante forma una barrera natural entre la viruta y la capa de metalización. [92] Según Turner Hasty, que trabajó con Kilby y Noyce, Noyce planeaba hacer que las patentes microelectrónicas de Fairchild fueran accesibles a una amplia gama de empresas, similar a Bell Labs, que en 1951-1952 lanzó sus tecnologías de transistores. [93]
Noyce presentó su solicitud el 30 de julio de 1959 y el 25 de abril de 1961 recibió la patente estadounidense 2.981.877 . Según la patente, la invención consistía en conservar la capa de óxido, que separaba la capa de metalización del chip (excepto las zonas de la ventana de contacto), y en depositar la capa metálica de forma que quede firmemente adherida al óxido. El método de deposición aún no se conocía y las propuestas de Noyce incluían la deposición al vacío de aluminio a través de una máscara y la deposición de una capa continua, seguida de fotolitografía y eliminación del exceso de metal. Según Saxena, la patente de Noyce, con todos sus inconvenientes, refleja fielmente los fundamentos de las tecnologías modernas de circuitos integrados. [94]
En su patente, Kilby también menciona el uso de una capa de metalización. Sin embargo, Kilby prefirió capas gruesas de diferentes metales (aluminio, cobre u oro dopado con antimonio) y monóxido de silicio en lugar de dióxido. Estas ideas no se adoptaron en la producción de circuitos integrados. [95]
En agosto de 1959, Noyce formó en Fairchild un grupo para desarrollar circuitos integrados. [96] El 26 de mayo de 1960, este grupo, dirigido por Jay Last, produjo el primer circuito integrado plano. Este prototipo no era monolítico: dos pares de sus transistores se aislaron cortando una ranura en el chip, [97] según la patente de Last. [98] Las etapas iniciales de producción repitieron el proceso plano de Hoerni. Luego se pegó el cristal de 80 micrones de espesor, boca abajo, al sustrato de vidrio y se realizó fotolitografía adicional en la superficie posterior. El grabado profundo creó un surco hasta la superficie frontal. Luego se cubrió la superficie posterior con resina epoxi y se separó el chip del sustrato de vidrio. [99]
En agosto de 1960, Last empezó a trabajar en el segundo prototipo, utilizando el aislamiento por unión pn propuesto por Noyce. Robert Norman desarrolló un circuito disparador con cuatro transistores y cinco resistencias, mientras que Isy Haas y Lionel Kattner desarrollaron el proceso de difusión de boro para formar las regiones aislantes. El primer dispositivo operativo se probó el 27 de septiembre de 1960: fue el primer circuito integrado plano y monolítico. [97]
Fairchild Semiconductor no se dio cuenta de la importancia de este trabajo. El vicepresidente de marketing consideró que Last estaba desperdiciando los recursos de la empresa y que el proyecto debía cancelarse. [100] En enero de 1961, Last, Hoerni y sus colegas de los "ocho traidores" Kleiner y Roberts abandonaron Fairchild y dirigieron Amelco. David Allison, Lionel Kattner y algunos otros tecnólogos abandonaron Fairchild para establecer un competidor directo, la empresa Signetics . [101]
La primera orden de compra de circuitos integrados fue de 64 elementos lógicos a 1000 dólares cada uno, con muestras del empaque propuesto entregadas al MIT en 1960 y los 64 circuitos integrados de Texas Instruments en 1962. [102]
A pesar de la partida de sus principales científicos e ingenieros, en marzo de 1961 Fairchild anunció su primera serie de circuitos integrados comerciales, llamada "Micrologic", y luego dedicó un año a crear una familia de circuitos integrados lógicos. [97] En ese momento, sus competidores ya producían circuitos integrados. Texas Instruments abandonó los diseños de circuitos integrados de Kilby y recibió un contrato para una serie de circuitos integrados planos para satélites espaciales y luego para los misiles balísticos LGM-30 Minuteman . [74]
El Programa Apolo de la NASA fue el mayor consumidor de circuitos integrados entre 1961 y 1965. [102]
Mientras que los circuitos integrados para los ordenadores de a bordo de la nave espacial Apollo fueron diseñados por Fairchild, la mayoría de ellos fueron producidos por Raytheon y Philco Ford . [103] [74] Cada una de estas computadoras contenía alrededor de 5000 circuitos integrados lógicos estándar, [103] y durante su fabricación, el precio de un circuito integrado bajó de 1000 dólares estadounidenses a 20-30 dólares estadounidenses. De esta manera, la NASA y el Pentágono prepararon el terreno para el mercado de circuitos integrados no militares. [104] Los primeros circuitos integrados monolíticos, incluidos todos los circuitos integrados lógicos de la computadora de orientación Apollo , eran puertas NOR lógicas de resistor-transistor de 3 entradas .
La lógica resistor-transistor de los primeros circuitos integrados de Fairchild y Texas Instruments era vulnerable a las interferencias electromagnéticas y, por lo tanto, en 1964 ambas compañías la reemplazaron por la lógica diodo-transistor [91]. Signetics lanzó la familia de diodos y transistores Utilogic en 1962, pero se quedó atrás de Fairchild y Texas Instruments con la expansión de la producción. Fairchild fue líder en el número de circuitos integrados vendidos entre 1961 y 1965, pero Texas Instruments estaba a la cabeza en ingresos: el 32% del mercado de circuitos integrados en 1964, en comparación con el 18% de Fairchild. [105]
Los circuitos integrados lógicos anteriores se construyeron a partir de componentes estándar, con tamaños y configuraciones definidos por el proceso tecnológico, y todos los diodos y transistores de un circuito integrado eran del mismo tipo. [106] El uso de diferentes tipos de transistores fue propuesto por primera vez por Tom Long en Sylvania durante 1961-1962.
En 1961, James L. Buie inventó la lógica transistor-transistor (TTL) . [107] A finales de 1962, Sylvania lanzó la primera familia de circuitos integrados de lógica transistor-transistor (TTL), que se convirtió en un éxito comercial. [108] Bob Widlar de Fairchild hizo un avance similar en 1964-1965 en circuitos integrados analógicos (amplificadores operacionales). [109] TTL se convirtió en la tecnología IC dominante durante la década de 1970 y principios de la de 1980. [107]
El MOSFET (transistor de efecto de campo de óxido de metal y silicio), también conocido como transistor MOS, fue inventado por Mohamed Atalla y Dawon Kahng en Bell Labs en 1959. [110] El MOSFET hizo posible construir circuitos integrados de alta densidad . [111] Casi todos los circuitos integrados modernos son circuitos integrados semiconductores de óxido metálico (MOS), construidos a partir de MOSFET (transistores de efecto de campo de óxido metálico y silicio). [112] El primer MOS IC experimental que se fabricó fue un chip de 16 transistores construido por Fred Heiman y Steven Hofstein en RCA en 1962. [113]
General Microelectronics introdujo más tarde el primer circuito integrado MOS comercial en 1964, [114] un registro de desplazamiento de 120 transistores desarrollado por Robert Norman. [113] Desde entonces, el MOSFET se ha convertido en el componente de dispositivo más crítico en los circuitos integrados modernos. [112]
En los años 1959-1961, cuando Texas Instruments y Westinghouse trabajaban en paralelo en la "electrónica molecular" de la aviación, su competencia tenía un carácter amistoso. La situación cambió en 1962, cuando Texas Instruments comenzó a perseguir celosamente a los infractores reales e imaginarios de sus patentes y recibió el sobrenombre de "La firma legal de Dallas" [115] y "vaqueros de semiconductores". [116] Este ejemplo fue seguido por algunas otras empresas. [115] Sin embargo, la industria de circuitos integrados continuó desarrollándose a pesar de las disputas sobre patentes. [117] A principios de la década de 1960, el Tribunal de Apelaciones de Estados Unidos dictaminó que Noyce era el inventor del chip de circuito integrado monolítico basado en tecnologías de óxido adherente y aislamiento de uniones . [118]
Durante las guerras de patentes de la década de 1960, la prensa y la comunidad profesional de Estados Unidos reconocieron que el número de inventores de circuitos integrados podía ser bastante grande. El libro "La edad de oro del espíritu empresarial" nombra a cuatro personas: Kilby, Lehovec, Noyce y Hoerni. [134] Sorab Ghandhi en "Teoría y práctica de la microelectrónica" (1968) escribió que las patentes de Lehovec y Hoerni fueron el punto culminante de la tecnología de semiconductores de la década de 1950 y abrieron el camino para la producción en masa de circuitos integrados. [135]
En octubre de 1966, Kilby y Noyce recibieron la Medalla Ballantine del Instituto Franklin "por su importante y esencial contribución al desarrollo de los circuitos integrados". [123] Este evento inició la idea de dos inventores. El nombramiento de Kilby fue criticado por sus contemporáneos, que no reconocían sus prototipos como circuitos integrados semiconductores "reales". Aún más controvertido fue el nombramiento de Noyce: la comunidad de ingenieros era muy consciente del papel de Moore, Hoerni y otros inventores clave, mientras que Noyce en el momento de su invención era director ejecutivo de Fairchild y no participó directamente en la creación del primer CI. [123] El propio Noyce admitió: "Estaba tratando de resolver un problema de producción. No estaba tratando de hacer un circuito integrado". [136]
Según Leslie Berlin, Noyce se convirtió en el "padre del circuito integrado" debido a las guerras de patentes. Texas Instruments eligió su nombre porque figuraba en la patente que impugnaron y, por lo tanto, lo "nombró" como único representante de todo el trabajo de desarrollo en Fairchild. [137] A su vez, Fairchild movilizó todos sus recursos para proteger a la empresa y, por tanto, la prioridad de Noyce. [138] Si bien Kilby participó personalmente en las campañas de relaciones públicas de Texas Instruments, Noyce se mantuvo alejado de la publicidad y fue sustituido por Gordon Moore. [139]
A mediados de la década de 1970, la versión de los dos inventores fue ampliamente aceptada y los debates entre Kilby y Lehovec en revistas profesionales en 1976-1978 no cambiaron la situación. Hoerni, Last y Lehovec eran considerados jugadores menores; no representaban a grandes corporaciones y no estaban interesados en los debates públicos sobre prioridades. [140]
En los artículos científicos de la década de 1980, la historia de la invención de los circuitos integrados se presentaba a menudo de la siguiente manera
Mientras estuvo en Fairchild, Noyce desarrolló el circuito integrado. El mismo concepto fue inventado por Jack Kilby en Texas Instruments en Dallas unos meses antes. En julio de 1959, Noyce presentó una patente por su concepción del circuito integrado. Texas Instruments presentó una demanda por interferencia de patentes contra Noyce y Fairchild, y el caso se prolongó durante algunos años. Hoy en día, a Noyce y Kilby se les suele considerar co-inventores del circuito integrado, aunque Kilby fue incluido en el Salón de la Fama de los Inventores como inventor. En cualquier caso, a Noyce se le atribuye la mejora del circuito integrado para sus numerosas aplicaciones en el campo de la microelectrónica. [141]
En 1984, Thomas Reid apoyó aún más la versión de dos inventores en "El chip: cómo dos estadounidenses inventaron el microchip y lanzaron una revolución". [142] Robert Wright de The New York Times criticó a Reid por una descripción extensa de los personajes secundarios involucrados en la invención, [143] sin embargo, las contribuciones de Lehovec y Last no fueron mencionadas, y Jean Hoerni aparece en el libro solo como teórico. quien consultó a Noyce. [142]
Paul Ceruzzi en "A History of Modern Computing" (2003) también repitió la historia de los dos inventores y estipuló que "Su invención, denominada al principio Micrologic, luego Circuito Integrado por Fairchild, fue simplemente un paso más en este camino" (de miniaturización). exigidos por los programas militares de los años cincuenta). [144] Refiriéndose a la opinión predominante en la literatura, propuso la decisión de Noyce de utilizar el proceso plano de Hoerni, quien allanó el camino para la producción en masa de circuitos integrados, pero no fue incluido en la lista de inventores de circuitos integrados. [145] Ceruzzi no cubrió la invención del aislamiento de componentes de circuitos integrados.
En 2000, el Comité Nobel concedió el Premio Nobel de Física a Kilby "por su participación en la invención del circuito integrado". [4] Noyce murió en 1990 y por lo tanto no pudo ser nominado; Cuando se le preguntó durante su vida sobre las perspectivas del Premio Nobel, respondió: "No dan premios Nobel por ingeniería o por trabajos reales". [146] Debido a la confidencialidad del procedimiento de nominación al Nobel, no se sabe si se habían considerado a otros inventores de circuitos integrados. Saxena argumentó que la contribución de Kilby fue pura ingeniería más que ciencia básica y, por tanto, su nominación violaba la voluntad de Alfred Nobel. [147]
La versión de dos inventores persistió hasta la década de 2010. [148] Su variación pone a Kilby al frente y considera a Noyce como un ingeniero que mejoró el invento de Kilby. [149] Fred Kaplan en su popular libro "1959: The Year Everything Changed" (2010) dedica ocho páginas a la invención del circuito integrado y se la asigna a Kilby, [150] menciona a Noyce solo en una nota a pie de página [151] y descuida a Hoerni y Last. .
A finales de los años 1990 y 2000, una serie de libros presentaron la invención del CI más allá de la historia simplificada de dos personas. En 1998, Michael Riordan y Lillian Hoddson detallaron los acontecimientos que condujeron a la invención de Kilby en "Crystal Fire: El nacimiento de la era de la información". Sin embargo, se detuvieron en ese invento. [152] En su biografía de Robert Noyce de 2005, Leslie Berlin incluyó los acontecimientos que se desarrollaron en Fairchild y evaluó críticamente la contribución de Kilby. Según Berlin, los cables de conexión "impedían que el dispositivo fuera fabricado en cualquier cantidad" de lo que "Kilby era muy consciente". [153] [91]
En 2007, Bo Lojek se opuso a la versión de dos inventores; [154] describió las contribuciones de Hoerni y Last, y criticó a Kilby. [155] En 2009, Saxena describió el trabajo de Lehovec y Hoerni. También minimizó el papel de Kilby y Noyce. [156]
Wolff: ¿Es Lehovec técnicamente un inventor del CI? Moore: Según la Oficina de Patentes. Es una de las cosas importantes que se necesitaba. Creo que en la comunidad técnica, como todo lo que hizo fue presentar una solicitud de patente en papel, no se le reconoce como inventor. El éxito tiene muchos padres y todo ese tipo de cosas.
El año pasado, la compañía obtuvo 520 millones de dólares en ingresos por regalías de patentes, frente a menos de 200 millones de dólares al año a fines de la década de 1980, y los analistas dicen que gran parte de ese dinero proviene de acuerdos de licencia japoneses.
Un día de 1958, Jean Hoerni llegó a Noyce con una solución teórica...
El Sr. Reid tiende demasiado a encontrar fascinantes a todas las personas que encontró durante el curso de su investigación... Al descartar algunos perfiles en miniatura tangenciales, el Sr. Reid podría haber dado mayor impulso a su historia, particularmente si hubiera explorado las personalidades. de sus personajes centrales más profundamente.
1959 cuando Robert Noyce, cofundador de Intel, y Jack Kilby de Texas Instruments inventaron de forma independiente los primeros circuitos integrados...
El semiconductor básico fue inventado conjuntamente en 1958 por un ingeniero de Texas Instruments, Jack Kilby, y el Dr. Robert N. Noyce, cofundador de Intel...
La idea revolucionaria de Kilby... Seis meses después, en California, otro ingeniero, Robert Noyce...
