Новая веха в развитии техники – интегральная микросхема

Полвека назад была создана первая интегральная микросхема. Сегодня у нас есть возможность узнать подробности ее создания из первоисточников – изобретатели поделились пережитым опытом с прессой.

6 февраля 1959 года компания Texas Instruments получила от Патентного бюро США документ, предоставивший ученым легальное право изобрести интегральную микросхему. Это официальное разрешение проводить научные разработки положило начало новому изобретению, ставшему впоследствии основой большинства электрических приборов, без которых трудно представить повседневную жизнь современного человека.

На рубеже 60-х годов XX века умы ученых были захвачены идеей создать интегральную микросхему, которая стала бы новым витком в развитии электрических приборов. Интегральной микросхеме предшествовал транзистор, уже было положено начало стремительному развитию радио- и телевизионной схематической технике, в том числе и компьютерной, однако для этих наработок были нужны портативные размеры. Вместе с этим, рынок потребительских товаров требовал снижения цен на аппаратуру.

Оптимальным выходом минимизировать размеры было бы исключение из схемы, в основе которой лежали диод и полупроводниковый транзистор, всех лишних деталей: проводов, монтажных панелей, корпусов и изоляторов для того, чтобы аккумулировать в одном «кирпиче» основную суть NP-переходов.

И вот, после нескольких лет поисков, идея по воплощению этого решения в жизнь, пришла в голову сразу нескольким инженерам. Несмотря на то, что алгоритм создания и работы интегральной микросхемы принадлежит нескольким талантливым специалистам, ее «отцом» считают сотрудника компании Texas Instruments Джека Килби. В 2000 году он был удостоен Нобелевской премии в области физики за изобретение интегральной микросхемы.

В дневнике инженера идея создания нового прибора датирована 24 июля 1958 года. 12 сентября он предал огласке образец микросхемы в действии, а также написал заявку на получение патента, а 6 февраля 1959 года получил официальное подтверждение авторского права.

Однако изобретение Килби оказалось непригодным для промышленности. Тогда инженер Роберт Нойс изобрел интегральную микросхему на планарной, кремниевой основе.

 

Роберт Нойс, один из основателей компании Fairchald Semiconductor, независимо от Джека Килби работал над созданием интегральной микросхемы и после ее получения, запатентовал результат, тем самым ввергнув Texas Instruments и Fairchald Semiconductor в патентовый конфликт.

Разногласия на почве обладания патентом на идею интегральной микросхемы завершились только через 10 лет. 6 ноября 1969 года решением апелляционного суда Америки по делам патентов и таможенных сборов, право владеть идеей создания микросхемы было предоставлено Роберту Нойсу, что также подтвердил и Верховный Суд США.

Но еще до вердикта суда компании основных разработчиков в 1966 году договорились о тождественных правах на интегральную микросхему, а оба изобретателя — и Нойс, и Килби — получили идентичные высшие награды от инженерного и научного сообществ Соединенных Штатов — National Medal of Technology и National Medal of Science.

Вообще, вокруг права интеллектуальной собственности на идею интегральной схемы немало интриг. Кроме Нойса и Килби были и другие не менее талантливые инженеры-изобретатели, заявлявшие о себе, как об авторах интегральной микросхемы.

Так, немецкий инженер Якоби Вернер еще в 1949 году получил патент для зарисованных им конструкций микросхем из пяти транзисторов, соединенной общей подложкой.

В 1952 году Джеффри Даммер, радиоинженер из Англии, описал алгоритм действия интеграции всех составляющих схемы в своей речи, произнесенной в рамках симпозиума на тему электронных компонентов в Вашингтоне. Кстати, на этом симпозиуме в числе приглашенных был и Джек Колби, официальный «отец» интегральной микросхемы. В 1957 году все тот же Джеффри Даммер презентовал действующую интегральную микросхему-триггер на четыре транзистора. Специалисты из английского военного ведомства изобретение не оценили, в связи с чем проект был закрыт. Годами позже имя Джеффри Даммера стало нарицательным. «Даммерами» называли пророков интегральной микросхемы. В дальнейшем Джеффри стали приглашать к участию в международных, а также национальных проектах, направленных на развитие электронных технологий.

В октябре 1957 года другой изобретатель Бернар Оливер также изъявил желание подать заявку на получение патента, в котором есть описание способов создания монолитных блоков. В состав блока входили три пленарных транзистора.

Четырьмя годами ранее, 21 мая 1953 года, инженер-разработчик Харвик Джонсон также подавал прошение с целью получить официальное разрешение формировать разнообразные электронные компоненты схем с базированием на одном кристалле. И здесь судьба вновь сыграла злую шутку: только шесть лет спустя на эту его идею получил патент Джек Килби.

Джек Килби:

«После появления транзистора, основанного на трех пленарных блоках, у потребительской аудитории возник и максимально увеличился интерес к процессу, который несколько лет назад получил название «преуменьшение», иными словами ученые вновь стали работать над изменением размеров схем в электрических приборах. Так называемое «преуменьшение» для львиной доли потребительской аудитории стало максимально удобным способом для компактного размещения множества компонентов на одной плоскости. Также свою роль сыграл и Военно-морской флот, который положил начало проекту, основанному на взрывах без контакта. Специалистам Военно-морского флота необходимо было устройство, которое аккумулировало бы в себе различные компоненты на одной пластине, площадь которой не превышала бы и одного дюйма.

Для достижения этой цели было выделено мощное финансирование, которое, увы, не дало результата. И только благодаря изобретенному транзистору удалось найти оптимальное решение. И в прошлом, и в будущем появившаяся у вас идея может стать объектом повышенного внимания военных, и это рационально, что на реализацию данного продукта средства выделил Военно-морской флот. Законы финансирования работали раньше, работают и сейчас и, по-моему, это справедливо!»

«Основным мотивом работы в создании интегральной схемы была минимизация издержек по производству аппаратуры. В тот момент, признаться честно, я не представлял масштабов потенциального снижения цены, а также того, каким образом уменьшение стоимости повлечет за собой широкое применение электрических приборов в различных сферах. В 1958 году стоимость одного кремниевого транзистора составляла около 10 долларов, наверное поэтому, реализация данного прибора оставляла желать лучшего. В настоящее время на эту сумму можно приобрести более миллиона транзисторов. Такого прогноза не ожидал ни я, ни другие специалисты из моего окружения».

«За разработку первого микрокалькулятора, такого как на фото, мы взялись для того, чтобы создать многообразие микросхем на рынке, поскольку для подобного вида продукции очень важен массовый сбыт. За калькуляторы, которые стали первопроходцами в вычислительной технике подобного характера, в то время просили полсотни долларов. Сегодня они продаются за 4-5 долларов, кроме этого они стали относиться к продукту недолговременного пользования».

Когда у Килби спросили, можно ли считать создание интегральных микросхем главным достижением в его жизни, он ответил: «Без сомнения!»

Роберт Нойс:

«Инженерный проект, который у военных получил название «молекулярной инженерии», мы стали реализовывать на базе Fairchild. За финансовые потоки для этого проекта отвечали ВВС. Изначально мы должны были разработать такую структуру, концепция которой была бы основана на принципе слияния молекул. В идеале подобная структура должна была выполнять функциональное предназначение электронного прибора. Это не было нашим профилем, так как основная задача электронной промышленности заключалась в синтезе простейших элементов, поэтому у нас не было намерения придумывать сложный в реализации инструмент. В итоге были созданы простейшие элементы электрических схем: диоды, резисторы, конденсаторы, усилительные элементы и прочее, благодаря взаимодействию которых можно было бы получить необходимую функцию. Словом, «молекулярная инженерия» дала сбой».

«Вы спросите, было ли занятие интегральными схемами маркетинговым решением? Нет, это не так. Я считаю, что большинство маркетологов и аналитиков, которые строили гипотезы относительно планов развития, не могли предугадать настоящий результат. Скорее всего, вывод был сделан исходя из итогов прогресса техники. Минувший период можно было описать так: «Если мы можем делать подобные вещи, почему бы не попробовать поставить их на линию реализации?». Сегодняшние маркетологи говорят по-другому: «Если бы у нас было это и это, то мы, возможно, продали бы этот продукт». А это уже большая разница. Но с интегральной микросхемой вышел особый случай, поскольку она была нужна всем без исключения — и военным, и гражданским».