Mới và nguyên bản TPA3116D2DADR Mạch tích hợp IC Chip linh kiện điện tử

Trong những ngày đầu của chip bán dẫn, silicon không phải là thành phần chính mà là germanium.Bóng bán dẫn đầu tiên là bóng bán dẫn dựa trên germanium và chip mạch tích hợp đầu tiên là chip germanium.
Bóng bán dẫn đầu tiên được phát minh bởi Bardeen và Bratton, người đã phát minh ra bóng bán dẫn lưỡng cực (BJT).Diode tiếp giáp P/N đầu tiên được phát minh bởi Shockley và ngay lập tức, loại tiếp giáp này do Shockley thiết kế đã trở thành cấu trúc tiêu chuẩn cho BJT và được sử dụng cho đến ngày nay.Ba người trong số họ cũng được trao giải Nobel Vật lý năm 1956.
Transistor có thể hiểu đơn giản là một công tắc thu nhỏ.Tùy thuộc vào tính chất của chất bán dẫn, chất bán dẫn loại N có thể được hình thành bằng cách pha tạp chất bán dẫn với phốt pho và chất bán dẫn loại P với boron.Sự kết hợp giữa chất bán dẫn loại N và loại P tạo thành điểm nối PN, một cấu trúc quan trọng trong chip điện tử;điều này cho phép thực hiện các hoạt động logic cụ thể (chẳng hạn như có cổng, hoặc cổng, không có cổng, v.v.)
Tuy nhiên, Germanium có một số vấn đề rất khó khăn, chẳng hạn như nhiều khiếm khuyết bề mặt trong chất bán dẫn, độ ổn định nhiệt kém và thiếu oxit đậm đặc.Hơn nữa, germanium là một nguyên tố hiếm, chỉ có 7 phần triệu trong vỏ trái đất và quặng germanium cũng rất rải rác.Chính vì germanium rất hiếm và không tập trung nên giá thành nguyên liệu germanium vẫn cao;thứ rất hiếm, giá nguyên liệu thô cao khiến bóng bán dẫn germanium không hề rẻ hơn nên rất khó sản xuất bóng bán dẫn germanium trên quy mô lớn.

Do đó, các nhà nghiên cứu đã nâng lên một tầm cao mới và xem xét nguyên tố silicon.Bạn có thể nói rằng tất cả những khuyết điểm cố hữu của germanium đều là những ưu điểm vốn có của silicon.

Silicon là nguyên tố phổ biến thứ hai sau oxy, nhưng về cơ bản bạn không thể tìm thấy các monome silicon trong tự nhiên;hợp chất phổ biến nhất của nó là silica và silicat.Trong số này, silica lại là một trong những thành phần chính của cát.Ngoài ra, các hợp chất như fenspat, đá granit và thạch anh đều dựa trên hợp chất silica-oxy.

Silicon ổn định nhiệt, có oxit hằng số điện môi cao, đậm đặc và có thể dễ dàng điều chế bằng bề mặt tiếp xúc silicon-silicon oxit với rất ít khuyết tật bề mặt.

Oxit silicon không hòa tan trong nước (oxit germanium hòa tan trong nước) và không hòa tan trong hầu hết các axit, đơn giản là sự kết hợp hoàn hảo cho kỹ thuật in chống ăn mòn được sử dụng cho bảng mạch in.Sản phẩm của sự kết hợp này là quy trình phẳng cho các mạch tích hợp vẫn tiếp tục cho đến ngày nay.
Cột tinh thể silicon

Hành trình vươn tới đỉnh cao của Silicon
Một dự án kinh doanh thất bại: Người ta nói rằng Shockley đã nhìn thấy một cơ hội thị trường to lớn vào thời điểm mà chưa có ai thành công trong việc chế tạo bóng bán dẫn silicon;đó là lý do tại sao ông rời Bell Labs vào năm 1956 để thành lập công ty riêng của mình ở California.Thật không may, Shockley không phải là một doanh nhân giỏi và việc quản lý kinh doanh của anh ấy là một công việc ngu ngốc so với kỹ năng học tập của anh ấy.Vì thế bản thân Shockley đã không thực hiện được tham vọng thay thế germanium bằng silicon, và sân khấu cho đến cuối đời ông chính là bục giảng tại Đại học Stanford.Một năm sau khi thành lập, tám chàng trai trẻ tài năng mà ông tuyển dụng đã đồng loạt đào tẩu khỏi ông, và chính “tám kẻ phản bội” ​​sẽ hoàn thành tham vọng thay thế germanium bằng silicon.

Sự trỗi dậy của bóng bán dẫn silicon

Trước khi Eight Renegades thành lập Fairchild Semiconductor, bóng bán dẫn germanium là thị trường bóng bán dẫn thống trị, với gần 30 triệu bóng bán dẫn được sản xuất tại Hoa Kỳ vào năm 1957, chỉ có một triệu bóng bán dẫn silicon và gần 29 triệu bóng bán dẫn germanium.Với 20% thị phần, Texas Instruments trở thành gã khổng lồ trên thị trường bóng bán dẫn.
Tám kẻ nổi loạn và chất bán dẫn Fairchild

Khách hàng lớn nhất của thị trường, chính phủ và quân đội Hoa Kỳ, muốn sử dụng chip với số lượng lớn trong tên lửa và tên lửa, tăng tải trọng phóng có giá trị và cải thiện độ tin cậy của thiết bị đầu cuối điều khiển.Nhưng các bóng bán dẫn cũng sẽ phải đối mặt với điều kiện hoạt động khắc nghiệt do nhiệt độ cao và rung động mạnh.

Germanium là chất bị thua thiệt đầu tiên về mặt nhiệt độ: bóng bán dẫn germanium có thể chịu được nhiệt độ chỉ 80°C, trong khi yêu cầu của quân đội là phải hoạt động ổn định ngay cả ở 200°C.Chỉ có bóng bán dẫn silicon mới có thể chịu được nhiệt độ này.
Transistor silicon truyền thống

Fairchild đã phát minh ra quy trình chế tạo bóng bán dẫn silicon, làm cho chúng đơn giản và hiệu quả như sách in và rẻ hơn nhiều so với bóng bán dẫn germanium về mặt giá cả.Quy trình chế tạo bóng bán dẫn silicon của Fairchild sơ bộ như sau.

Đầu tiên, bố cục được vẽ bằng tay, đôi khi lớn đến mức chiếm cả một bức tường, sau đó bản vẽ được chụp ảnh và thu nhỏ thành một tấm mờ nhỏ, thường có hai làn gồm ba tấm, mỗi tấm tượng trưng cho một lớp mạch điện.

Thứ hai, một lớp vật liệu nhạy sáng được áp dụng cho tấm wafer silicon mịn được cắt và đánh bóng, đồng thời tia UV/laser được sử dụng để bảo vệ mẫu mạch khỏi tấm chiếu sáng lên tấm wafer silicon.

Thứ ba, các vùng và đường trong phần tối của tấm chiếu sáng để lại các hoa văn không được phơi sáng trên tấm bán dẫn silicon;những mẫu không được phơi sáng này được làm sạch bằng dung dịch axit và tạp chất bán dẫn được thêm vào (kỹ thuật khuếch tán) hoặc dây dẫn kim loại được mạ.

Thứ tư, lặp lại ba bước trên cho mỗi tấm bán dẫn trong mờ, có thể thu được một số lượng lớn bóng bán dẫn trên các tấm bán dẫn silicon, được các công nhân nữ cắt dưới kính hiển vi rồi nối với dây, sau đó đóng gói, thử nghiệm và bán ra.

Với số lượng lớn bóng bán dẫn silicon sẵn có, tám nhà sáng lập nổi loạn của Fairchild nằm trong số những công ty có thể sánh ngang với những gã khổng lồ như Texas Instruments.

Cú hích quan trọng - Intel
Chính phát minh tiếp theo về mạch tích hợp đã tóm tắt sự thống trị của germanium.Vào thời điểm đó, có hai dây chuyền công nghệ, một dây chuyền sản xuất mạch tích hợp trên chip germanium của Texas Instruments và một dây chuyền sản xuất mạch tích hợp trên chip silicon của Fairchild.Lúc đầu, hai công ty xảy ra tranh chấp gay gắt về quyền sở hữu bằng sáng chế về mạch tích hợp, nhưng sau đó Văn phòng Sáng chế đã công nhận quyền sở hữu bằng sáng chế về mạch tích hợp của cả hai công ty.
Tuy nhiên, vì quy trình của Fairchild tiến bộ hơn nên nó trở thành tiêu chuẩn cho các mạch tích hợp và tiếp tục được sử dụng cho đến ngày nay.Sau đó, Noyce, người phát minh ra mạch tích hợp, và Moore, người phát minh ra Định luật Moore, đã rời bỏ Centron Semiconductor, người tình cờ đều là thành viên của "Tám kẻ phản bội".Cùng với Grove, họ đã tạo ra công ty chip bán dẫn lớn nhất thế giới hiện nay, Intel.
Ba nhà sáng lập Intel, từ trái sang: Grove, Noyce và Moore

Trong những phát triển tiếp theo, Intel đã đẩy mạnh chip silicon.Nó đã đánh bại những gã khổng lồ như Texas Instruments, Motorola và IBM để trở thành ông vua trong lĩnh vực CPU và lưu trữ bán dẫn.

Khi Intel trở thành công ty thống trị trong ngành, silicon cũng chấm dứt germanium và nơi từng là Thung lũng Santa Clara được đổi tên thành "Thung lũng Silicon".Kể từ đó, chip silicon đã trở thành tương đương với chip bán dẫn trong nhận thức của công chúng.

Tuy nhiên, Germanium có một số vấn đề rất khó giải quyết, chẳng hạn như nhiều khuyết tật bề mặt của chất bán dẫn, độ ổn định nhiệt kém và thiếu oxit đậm đặc.Hơn nữa, germanium là một nguyên tố hiếm, chỉ có 7 phần triệu trong vỏ trái đất và quặng germanium cũng rất rải rác.Chính vì germanium rất hiếm và không tập trung nên giá thành nguyên liệu germanium vẫn cao;thứ rất hiếm, giá nguyên liệu thô cao khiến bóng bán dẫn germanium không hề rẻ hơn nên rất khó sản xuất bóng bán dẫn germanium trên quy mô lớn.

Do đó, các nhà nghiên cứu đã nâng lên một tầm cao mới và xem xét nguyên tố silicon.Bạn có thể nói rằng tất cả những điểm yếu cố hữu của germanium đều là những điểm mạnh cố hữu của silicon.

Silicon là nguyên tố phổ biến thứ hai sau oxy, nhưng về cơ bản bạn không thể tìm thấy các monome silicon trong tự nhiên;hợp chất phổ biến nhất của nó là silica và silicat.Trong số này, silica lại là một trong những thành phần chính của cát.Ngoài ra, các hợp chất như fenspat, đá granit và thạch anh đều dựa trên hợp chất silica-oxy.

Silicon ổn định nhiệt, có oxit hằng số điện môi cao, đậm đặc và có thể dễ dàng điều chế bằng bề mặt tiếp xúc silicon-silicon oxit với rất ít khuyết tật bề mặt.

Oxit silicon không hòa tan trong nước (oxit germanium hòa tan trong nước) và không hòa tan trong hầu hết các axit, đơn giản là sự kết hợp hoàn hảo cho kỹ thuật in chống ăn mòn được sử dụng cho bảng mạch in.Sản phẩm của sự kết hợp này là quy trình mạch tích hợp phẳng vẫn tiếp tục cho đến ngày nay.