Пятьдесят лет назад, в марте 1959 года, компания Texas Instruments представила в Нью-Йорке устройство под названием "цельная схема" (solid circuit), изобретенное сотрудником фирмы Джеком Килби. Так общественность впервые узнала о существовании совершенно нового класса электронных устройств -- интегральных схем.

Впрочем, привычные ныне кремниевые микросхемы тогда существовали еще только в голове Роберта Нойса, сотрудника совсем другой компании. Потому некоторая неопределенность в вопросе о том, какую же дату считать днем рождения микросхемы, неизбежна. Большинство источников предпочитает считать годом рождения этой выдающейся инновации 1959 год, как из-за мартовской презентации TI, так и потому, что в этом году были поданы патентные заявки от обоих изобретателей.

Но на самом деле все началось раньше, летом 1958 года, когда нового сотрудника TI Джека Килби поставили решать проблему надежности электронной начинки ракет. В этой области тогда безраздельно господствовали микромодули: компактные схемы, собранные из обычных элементов и реализующие типовые функции различных узлов аппаратуры. Собирать конечные продукты из таких типовых кирпичиков было очень удобно, но безумно дорого (из-за этого в бытовой аппаратуре микромодули, кажется, так никогда и не стали ведущей технологией). А для военных еще важнее стоимости была низкая надежность, обусловленная большим количеством паек, которые тогда осуществлялись практически вручную.

Килби быстро пришел к тому, что все детали микромодуля можно изготавливать из одного материала -- полупроводника, из которого и так изготавливались транзисторы. Собственно, идея эта, что называется, "висела в воздухе": еще в 1952-м англичанин Джеффри Даммер озвучил ее на конференции в Вашингтоне, но так и не смог реализовать. Были и другие попытки создания единых конструкций из полупроводников, и даже успешные, но, как говорится на сайте компьютерного музея из Маунтин-Вью, они "не представляли системного подхода". И в реализацию идеи еще долго мало кто верил, потому что пассивные элементы -- резисторы и конденсаторы -- тогда изготавливались совсем из других материалов.

12 сентября 1958 года Килби продемонстрировал начальству три действующих генератора импульсов, работавших на частоте 1,3 МГц. Затем он сделал еще и усилитель. Все элементы этих макетов действительно были из полупроводника, но склеивались воском, а соединения осуществлялись золотыми проволочками, которые приваривались к выводам элементов. Настоящую микросхему Килби сделал позднее, и именно ее под названием Type 502 демонстрировали на той самой презентации в марте 1959-го. Это устройство содержало шесть транзисторов, конденсаторы и резисторы и позднее даже выпускалось почти серийно (в лабораторных масштабах) и продавалось по цене 450 долларов.

Но хоть детали Type 502 и формировались в одном процессе на кристалле полупроводника, соединения все равно осуществлялись золотыми проволочками с помощью сварки (что метко прозвали "волосатой технологией"). Это нарушало "чистоту идеи" и совершенно не годилось для тиражирования в производстве. Другим недостатком способа Килби была нерешенная до конца проблема изоляции элементов друг от друга. Наконец, Килби для основы использовал германий, а не кремний, и это, пожалуй, было самым крупным его промахом.

Религиозные войны "германий или кремний?" тогда шумели среди разработчиков полупроводниковых компонентов, пожалуй, ничуть не меньше, чем сегодня на тему Windows vs Linux в рядах компьютерных "гиков". Теперь мы знаем, что кремний победил, но тогда это было совсем неочевидно. И для нашей истории важно, что именно разногласия по этому вопросу стали одной из причин знаменитого ухода из фирмы изобретателя транзистора Уильяма Шокли и восьми сотрудников ("восьмерки предателей", как назвал их Шокли), основавших в 1957 году собственную фирму Fairchild Semiconductor. Название это теперь на слуху, но лишь немногие осведомлены, что Fairchild -- это не "честные дети", а фамилия предпринимателя Шермана Фэйрчайлда, владельца одноименного холдинга, куда входило в разное время еще не менее шести компаний. И некоторые из них, не только Fairchild Semiconductor, существуют и поныне.

Тем не менее, когда речь заходит о Fairchild, то можно быть уверенным, что подразумевается именно Fairchild Semiconductor, а не что-то другое. Об этой фирме и ее роли в развитии электроники и вообще всей современной отрасли высоких технологий можно писать книги (и они написаны). По крайней мере имя одного из ее основателей, Гордона Мура, основавшего через десять лет после описываемых событий вместе с нашим героем Робертом Нойсом фирму Intel, знакомо, наверное, всем хотя бы по "закону Мура". Роберт Нойс, занимавший в Fairchild должность директора по разработкам, был также одним из "восьмерки". Говорят, он прослышал про достижения Килби и потому загорелся идеей микросхемы. Сам Нойс говорил, что ему стало жалко работников, терявших зрение при пайке миниатюрных микромодулей под микроскопом.

К тому времени появился планарный процесс производства транзисторов, разработанный другим сооснователем Fairchild, Джином Хорни. При этом на одной кремниевой пластине сразу делалось много транзисторов. В январе 1959-го Нойс начал обдумывать, как можно приспособить планарный процесс к производству микросхем: зачем резать пластину, если потом все равно транзисторы соединять? Его идея, оформившаяся как раз к марту, была в том, чтобы осуществить изоляцию между элементами с помощью p-n-перехода (способ, придуманный физиком Куртом Леховеком из Sprague Electric), а соединять их дорожками из металла (золота или алюминия) поверх изолирующего слоя двуокиси кремния. Дорожки наносятся напылением по шаблону и через оставленные в окисле отверстия, как выяснил химик Нойс, отлично "прилипают" к контактам кремниевых компонентов без всякой сварки.

Эта технология, как видим, была куда лучше продумана, чем у Килби, и позволяла получать настоящие монолитные "чипы". Кстати, прижившееся название (chip -- щепка, осколок) было не единственным вариантом: сначала Нойс склонялся к слову slice (ломтик, пластинка). Как бы то ни было, но технология Нойса стала доминирующей и используется по сей день. Прорабатывалась она довольно долго: лишь в июле 1959-го Нойс решился подать патентную заявку (Килби сделал это в феврале, еще до презентации), а в августе, пользуясь своим положением начальника, поручил Джею Ласту, также одному из "восьмерки", проработать технологический процесс. И только 26 мая 1960-го был изготовлен первый экспериментальный триггер, а для запуска первой серии микросхем под названием µLogic понадобился еще почти год.

Тем временем Texas Instruments, немного поигравшись с изобретением Килби, также стала выпускать микросхемы по планарному процессу с алюминиевыми соединениями, и этот метод стал общепринятым.

У микросхем сначала было много противников: говорили и о плохом качестве (что правда: даже при производстве простых транзисторов годными оказывались только 15%, остальные шли в брак), и даже поднимался вопрос о неремонтопригодности микросхем: в такую постановку вопроса современный электронщик, привыкший менять целые платы, не то что отдельные модули, может поверить с трудом. Поэтому за первыми микросхемами вовсе не выстраивались очереди. Среди пионеров применения µLogic, что интересно, были разработчики межконтинентальной ракеты "Минитмен".

Дальнейшее известно: Килби и Нойс довольно долго "бодались" по поводу приоритета, но картина была настолько прозрачной, что в результате судебных разбирательств было "постановлено" считать их обоих изобретателями микросхемы. В 2000 году Джек Килби получил Нобелевскую премию, а Нойс к тому времени, увы, скончался.





Подготовлено совместно с iToday.ru