Componentes eletrônicos novos e originais de chips IC de circuito integrado TPA3116D2DADR

Nos primeiros dias do chip semicondutor, o silício não era o personagem principal, mas o germânio.O primeiro transistor foi um transistor baseado em germânio e o primeiro chip de circuito integrado foi um chip de germânio.
O primeiro transistor foi inventado por Bardeen e Bratton, que inventaram o transistor bipolar (BJT).O primeiro diodo de junção P/N foi inventado por Shockley e, imediatamente, esse tipo de junção projetado por Shockley tornou-se a estrutura padrão para o BJT e está em serviço hoje.Os três também receberam o Prêmio Nobel de Física naquele ano, em 1956.
Um transistor pode ser entendido simplesmente como uma chave em miniatura.Dependendo das propriedades do semicondutor, um semicondutor do tipo N pode ser formado dopando o semicondutor com fósforo e um semicondutor do tipo P com boro.A combinação de semicondutores tipo N e tipo P forma a junção PN, uma estrutura importante em chips eletrônicos;isso permite que operações lógicas específicas sejam executadas (como portas com, portas ou, não portas, etc.)
O germânio, entretanto, tem alguns problemas muito difíceis, como os muitos defeitos de interface no semicondutor, a fraca estabilidade térmica e a falta de óxidos densos.Além disso, o germânio é um elemento raro, com apenas 7 partes por milhão na crosta terrestre, e os minérios de germânio também estão muito dispersos.É porque o germânio é muito raro e não concentrado que o custo das matérias-primas para o germânio permanece elevado;as coisas são raras e o alto custo das matérias-primas não torna os transistores de germânio mais baratos, por isso é difícil produzir transistores de germânio em grande escala.

Os pesquisadores, portanto, subiram de nível e observaram o elemento silício.Poderíamos dizer que todas as deficiências inerentes ao germânio são vantagens inerentes ao silício.

O silício é o segundo elemento mais abundante depois do oxigênio, mas basicamente não é possível encontrar monômeros de silício na natureza;seus compostos mais comuns são sílica e silicatos.Destes, a sílica é, por sua vez, um dos principais componentes da areia.Além disso, compostos como feldspato, granito e quartzo são todos baseados em compostos de sílica-oxigênio.

O silício é termicamente estável, possui um óxido denso e de alta constante dielétrica e pode ser facilmente preparado com uma interface silício-óxido de silício com muito poucos defeitos interfaciais.

O óxido de silício é insolúvel em água (o óxido de germânio é solúvel em água) e insolúvel na maioria dos ácidos, o que é simplesmente uma combinação perfeita para a técnica de impressão anticorrosiva usada em placas de circuito impresso.O produto desta combinação é o processo plano para circuitos integrados que continua até hoje.
Colunas de cristal de silício

A jornada do silício até o topo
Um empreendimento fracassado: Diz-se que Shockley viu uma enorme oportunidade de mercado numa época em que ninguém ainda tinha conseguido fabricar um transistor de silício;foi por isso que ele deixou o Bell Labs em 1956 para abrir sua própria empresa na Califórnia.Infelizmente, Shockley não era um bom empresário e sua gestão empresarial era uma tarefa tola em comparação com suas habilidades acadêmicas.Assim, o próprio Shockley não cumpriu a ambição de substituir o germânio pelo silício, e o palco para o resto da sua vida foi o pódio da Universidade de Stanford.Um ano após a sua fundação, os oito jovens talentosos que ele recrutou desertaram em massa, e foram os "oito traidores" que completaram a ambição de substituir o germânio pelo silício.

A ascensão do transistor de silício

Antes dos Oito Renegados fundarem a Fairchild Semiconductor, os transistores de germânio eram o mercado dominante para transistores, com quase 30 milhões de transistores fabricados nos Estados Unidos em 1957, apenas um milhão de transistores de silício e quase 29 milhões de transistores de germânio.Com 20% de participação de mercado, a Texas Instruments tornou-se gigante no mercado de transistores.
Oito Renegados e Fairchild Semiconductor

Os maiores clientes do mercado, o governo e os militares dos EUA, querem utilizar os chips em grande número em foguetes e mísseis, aumentando a valiosa carga de lançamento e melhorando a fiabilidade dos terminais de controlo.Mas os transistores também enfrentarão condições operacionais adversas causadas por altas temperaturas e vibrações violentas.

O germânio é o primeiro a perder quando se trata de temperatura: os transistores de germânio podem suportar temperaturas de apenas 80°C, enquanto os requisitos militares são para operação estável mesmo a 200°C.Somente transistores de silício podem suportar esta temperatura.
O transistor de silício tradicional

Fairchild inventou o processo de fabricação de transistores de silício, tornando-os tão simples e eficientes quanto os livros impressos e muito mais baratos que os transistores de germânio em termos de preço.O processo de Fairchild para fabricar transistores de silício é básico como segue.

Primeiramente, um layout é desenhado à mão, às vezes tão grande que ocupa uma parede, e então o desenho é fotografado e reduzido a uma pequena folha translúcida, muitas vezes com duas faixas de três folhas, cada uma representando uma camada de circuitos.

Em segundo lugar, uma camada de material sensível à luz é aplicada à pastilha de silício lisa fatiada e polida, e o UV/laser é usado para proteger o padrão do circuito da folha de transiluminação na pastilha de silício.

Em terceiro lugar, as áreas e linhas na parte escura da folha de transiluminação deixam padrões não expostos na pastilha de silício;esses padrões não expostos são limpos com uma solução ácida e são adicionadas impurezas semicondutoras (técnica de difusão) ou os condutores metálicos são revestidos.

Em quarto lugar, repetindo os três passos acima para cada wafer translúcido, um grande número de transistores pode ser obtido em wafers de silício, que são cortados por mulheres trabalhadoras sob um microscópio e depois conectados a fios, depois embalados, testados e vendidos.

Com os transistores de silício disponíveis em grandes quantidades, os oito fundadores renegados da Fairchild estavam entre as empresas que poderiam estar ao lado de gigantes como a Texas Instruments.

O impulso importante - Intel
Foi a invenção subsequente do circuito integrado que resumiu o domínio do germânio.Na época, havia duas linhas de tecnologia, uma para circuitos integrados em chips de germânio da Texas Instruments e outra para circuitos integrados em chips de silício da Fairchild.No início, as duas empresas tiveram uma disputa acirrada sobre a titularidade das patentes dos circuitos integrados, mas posteriormente o Escritório de Patentes reconheceu a titularidade das patentes dos circuitos integrados por ambas as empresas.
No entanto, à medida que o processo Fairchild foi mais avançado, tornou-se o padrão para circuitos integrados e continua a ser usado até hoje.Mais tarde, Noyce, o inventor do circuito integrado, e Moore, o inventor da Lei de Moore, deixaram a Centron Semiconductor, que, aliás, eram ambos membros dos "Oito Traidores".Juntamente com Grove, eles criaram o que hoje é a maior empresa de chips semicondutores do mundo, a Intel.
Os três fundadores da Intel, a partir da esquerda: Grove, Noyce e Moore

Nos desenvolvimentos subsequentes, a Intel promoveu os chips de silício.Ela derrotou gigantes como Texas Instruments, Motorola e IBM para se tornar o rei do setor de armazenamento e CPU de semicondutores.

À medida que a Intel se tornou o player dominante na indústria, o silício também acabou com o germânio, e o que antes era o Vale de Santa Clara foi renomeado como "Vale do Silício".Desde então, os chips de silício tornaram-se equivalentes aos chips semicondutores na percepção do público.

O germânio, entretanto, tem alguns problemas muito difíceis de resolver, como os muitos defeitos de interface dos semicondutores, a baixa estabilidade térmica e a falta de óxidos densos.Além disso, o germânio é um elemento raro, com apenas 7 partes por milhão na crosta terrestre, e os minérios de germânio também estão muito dispersos.É porque o germânio é muito raro e não concentrado que o custo das matérias-primas para o germânio permanece elevado;as coisas são raras e o alto custo das matérias-primas não torna os transistores de germânio mais baratos, por isso é difícil produzir transistores de germânio em grande escala.

Os pesquisadores, portanto, subiram de nível e observaram o elemento silício.Você poderia dizer que todos os pontos fracos inerentes ao germânio são pontos fortes inerentes ao silício.

O silício é o segundo elemento mais abundante depois do oxigênio, mas basicamente não é possível encontrar monômeros de silício na natureza;seus compostos mais comuns são sílica e silicatos.Destes, a sílica é, por sua vez, um dos principais componentes da areia.Além disso, compostos como feldspato, granito e quartzo são todos baseados em compostos de sílica-oxigênio.

O silício é termicamente estável, possui um óxido denso e de alta constante dielétrica e pode ser facilmente preparado com uma interface silício-óxido de silício com muito poucos defeitos interfaciais.

O óxido de silício é insolúvel em água (o óxido de germânio é solúvel em água) e insolúvel na maioria dos ácidos, o que é simplesmente uma combinação perfeita para a técnica de impressão contra corrosão usada em placas de circuito impresso.O produto desta combinação é o processo planar de circuito integrado que continua até hoje.