Компания «Texas Instruments» комментирует награждение Нобелевской премией в области физики Джека Килби, бывшего директора отдела технологических разработок «TI». Так отмечен его «вклад в изобретение интегральной схемы» (микросхемы), устройства, обычно называемого «чипом»…

Премия была разделена между Килби (1/2), российским физиком Жоресом Алферовым (1/4) и немецким ученым Гербертом Кроемом (Herbert Kroeme) (1/4). К сожалению, в российской периодике, не упоминалось имени человека, положившего начало современной микроэлектроники.

Это примитивное устройство – один транзистор и несколько пассивных компонентов на кусочке германия – Килби продемонстрировал горстке сотрудников, собравшихся в лаборатории полупроводниковой техники компании «Texas Instruments» почти пол века назад. Никто из присутствующих не предполагал, что «гадкий утенок» размером 11.1х1.6 мм, названный интегральной схемой (ИС) полностью преобразует электронную промышленность.

Жарким летом 1958, в пустующей лаборатории полупроводников компании «TI» Джек Килби пребывал в размышлениях над давней и навязчивой идеей. Стоял июль. Все разъехались на традиционные двухнедельные каникулы. Килби был один.

Что же натолкнуло ученого на решение, которое в конечном итоге привела к созданию микросхемы? Подобно множеству изобретателей, он хотел решить Проблему. Проблему, которую окрестили «тиранией соединений».

Половину века в электронной промышленности безраздельно господствовали лампы. Они были хрупкими, большими, ненадежными, потребляли много энергии и выделяли массу тепла. Но они были, а ничего другого не было.

В 1947 в «Bell Labs» родился транзистор. Проблема была частично решена. Транзисторы выглядели лилипутами по сравнению с ламповыми монстрами. Транзисторы были надежны, долговечны, выделяли меньше тепла, потребляли меньше энергии.

Транзисторы создали предпосылки к разработке сложных электронных схем, содержащих сотни и тысячи дискретных компонентов: транзисторов, диодов, резисторов и конденсаторов. Но усложнение схемотехники породило Проблему.

Для создания законченных изделий электронные компоненты должны соединятся между собой. Ручная пайка тысяч компонентов и отрезков провода обходилась чрезвычайно дорого и отнимало массу времени. Кроме того, повышение количества соединений снижало надежность устройства. Каждое паяное соединение таило в себе повод для дальнейших неприятностей. Был необходим другой, более рентабельный и надежный путь создания электронных компонентов и их соединения.

Одним из решений стало создание микромодульной технологии поддерживаемой военным ведомством США. Идея состояла в том, что все компоненты должны иметь одинаковые размеры и форму и содержать выводные контакты для межэлементных соединений. При создании схем модули объединялись в сложные объемные структуры с меньшим количеством проводных соединений.

«Texas Instruments» активно разрабатывала микромодульную программу до прихода Килби в 1958. Килби был знаком с проблемой «тирании соединений». Он считал, что микромодуль не сможет решить проблему в сложных схемах. Он стал искать альтернативу и пришел к выводу, что основу должен составлять полупроводниковый материал. В 1976 в статье «Изобретение ИС» Килби писал:

Дальнейшие размышления привели меня к заключению, что полупроводники могли быть тем, что требовалось. Резисторы и конденсаторы (пассивные элементы) могли быть сделаны из того же материала, что и активные (транзисторы).

Я понял, что если все компоненты сделаны из одного материала, то они могут сразу же и соединяться между собой, чтобы формировать законченную схему.

Он начал записывать и зарисовывать свои идеи в июле 1958. В сентябре он продемонстрировал рабочую интегральную схему, сформированную в кусочке полупроводникового материала.

12 сентября 1958 представители руководства компании, включая тогдашнего директора «Texas Instruments» Марка Шеферда (Mark Shepherd) увидели наклеенный на стеклянную пластинку кусочек германия с торчащими проводками. Это было грубое изделие. Килби нажал выключатель…

Бесконечная синусоида начала свой волнообразный бег по экрану осциллографа. ОНО работало! Килби решил проблему.

Только военное ведомство США, в частности воздушные силы, проявили определенный интерес к интегральной схемотехнике. Промышленность отреагировала скептически.

Обсуждения достоинств и недостатков интегральных схем, по словам Килби, «стали главным развлечением на технических совещаниях в течение следующих нескольких лет».

Интегральная схема сначала отвоевала место на рынке военных изделий, благодаря программе создания первого компьютера на полупроводниковых кристаллах для Воздушных сил в 1961 и производству ракет «Минитмен» в 1962. Почин был сделан.

Для демонстрации достоинств ИС и ускорения их внедрения, Патрик Хаггерти (Patrick E. Haggerty), тогдашний президент «TI», бросил вызов Килби. Требовался калькулятор по мощности не уступающий настольным моделям, но помещающийся в кармане пальто. Килби построил калькулятор. Началась коммерциализация интегральных схем.

Значение крошечного кристалла Килби имело далеко идущие последствия. Микросхемы фактически создали современную компьютерную индустрию, «уменьшив» вчерашние машины размером с большую комнату до настольных персональных компьютеров. Микросхемы изменили мир коммуникаций, создав предпосылки для внедрения новых, доселе невероятных, методов. Миниатюризация, расширение функциональных возможностей, создание новых классов устройств и т.д.

Во многом благодаря интегральной технологии оборот электронного рынка вырос с $29 млрд. в 1961, до почти $957 млрд. в 2000. 

Микросхемотехника продолжает развиваться. Ожидается появление новых удивительных разработок. Представьте миниатюрный сотовый телефон, на экранчике которого во время разговора вы видите улыбающееся лицо любимого человека. Вообразите, что вы переключили автомобиль на «автопилот» и составляете план мероприятий на следующий день. Придя домой вы хотите посмотреть интересный кинофильм и заказываете его с помощью Интернета. Через несколько секунд, удобно расположившись в кресле возле телевизора, вы погружаетесь в мир искусства. Это только некоторые примеры разработок, ведущихся в исследовательских лабораториях мира.

И везде, во всех без исключения отраслях электроники, незримо присутствует уродливый кристаллик германия, наклеенный на стеклянную пластинку.