55 عامًا من الدوائر المتكاملة: غيرت الشريحة كل شيء

إنها ليست الذكرى السنوية التي يتم إشعارها في كثير من الأحيان ، ولكن يصادف اليوم مرور 55 عامًا على إنشاء أول دائرة متكاملة بواسطة Jack St. Clair Kilby من Texas Instruments. في ذلك الوقت ، أحدثت الرقاقة ثورة في الإلكترونيات ، حيث تدعم كل من تكنولوجيا المعلومات الحديثة والالكترونيات الاستهلاكية من أجهزة الكمبيوتر إلى التلفزيونات ، من أجهزة الراديو إلى الهواتف الذكية.

بدأ Kilby العمل على مفهوم أن جميع الأجزاء الرئيسية اللازمة للدائرة - الترنزستورات والمقاومات والمكثفات - يمكن تصنيعها من نفس المادة في صيف عام 1958. لقد ابتكر الفكرة أثناء العمل بمفرده في TI المختبر لأنه موظف جديد ولم يكن لديه أي وقت لقضاء عطلة. في مقال لـ IEEE Transaction on Electron Devices ، وصف كيلبي كيف "بدأ يشعر أن الشيء الوحيد الذي يمكن أن يقوم به منزل أشباه الموصلات بطريقة فعالة من حيث التكلفة هو أشباه الموصلات. قادني مزيد من التفكير إلى استنتاج مفاده أن أشباه الموصلات كانت كلها مطلوب حقًا - أن المقاومات والمكثفات ، على وجه الخصوص ، يمكن تصنيعها من نفس المواد مثل الأجهزة النشطة."

وشرح المفهوم لمشرفه عندما عاد من إجازة ثم بنى دائرة باستخدام عناصر السيليكون المنفصلة التي أظهرها في 28 أغسطس. وبعد ذلك حوّل انتباهه نحو إنشاء دائرة متكاملة ، لا سيما مذبذب مرحلة التحول. في 12 سبتمبر 1958 ، تم إنتاج أول مؤشرات التذبذب الثلاثة من هذا النوع ، وبعد أسبوع جاء إنشاء أول "flip-flop" ، وهي دائرة تتغير من 1 إلى 0 أو من 0 إلى 1 عند تطبيق التيار. وبالتالي دخلنا في عصر الدوائر المتكاملة ، والتي تسمى أيضًا IC أو "الرقاقة". (هنا هو حساب TI للخلق.)

كان ذلك أول IC كبير جدا. كانت تحتوي على ترانزيستور واحد وقياس 1/16 - 7/16 بوصة ، ضخم بمقاييس اليوم ، حيث لا يمكنك حتى رؤية الترانزستورات الفردية بالعين المجردة. وتم تصنيعها على بلورة الجرمانيوم. سيأتي السيليكون لاحقا. من المهم أن نلاحظ أن عملية Kilby لصنع الدوائر المتكاملة لم تصبح أبداً هي المعيار. في العام التالي ، قام فريق بقيادة روبرت نويس من شركة فيرتشايلد لأشباه الموصلات بإنشاء ما يُعتبر أول دائرة متكاملة متجانسة عملية ، وذلك باستخدام عملية تجاوز المعادن بأكسيد أعلى ترانزيستورات المستوى ، والتي تم إنشاؤها في وقت سابق بواسطة شركة جان هويرني. (Noyce ، جنبا إلى جنب مع جوردون مور وآخرون من فيرتشايلد سيشكلون إنتل في نهاية المطاف.)

اليوم نفكر في الشريحة على أنها لا غنى عنها ، ولكن في السنوات الأولى ، كان هناك الكثير من النقاد ، الذين اعتقدوا أن الدوائر المتكاملة كانت مكلفة للغاية لإنتاجها واعتقدت أن ترانزيستورات أشباه الموصلات لم تكن بنفس جودة تلك المصنوعة من مواد أخرى. لقد اعتقدوا أن دمج كل هذه الأشياء في جهاز واحد أوجد شيئًا لم يكن أنيقًا جدًا. كما وصفها كيلبي في محاضرته لجائزة نوبل في عام 2000 ، "لم يكن واضحًا أن مقاربة أشباه الموصلات المتجانسة ستنجح… جوردون مور ، نوييس ، وعدد قليل من الآخرين ، وقد وفرت أنا نفسي الترفيه التقني في الاجتماعات المهنية للسنوات الخمس القادمة كما وصفنا وناقشنا مزايا أنظمة التصغير المختلفة."

في النهاية ، أثبتت برامج مثل مهمة Apollo وصاروخ Minuteman أن أجهزة ICs تعمل ، وقد عززت الآلة الحاسبة الفكرة.

قد يجادل TI و Fairchild حول براءات اختراع الدارات المتكاملة لسنوات ، ولكن اليوم يعتبر Kilby و Noyce المخترعين المشاركين للدوائر المتكاملة. توفي نوييس في عام 1990 ؛ توفي كيلبي في عام 2005. منحت مجلة PC PC كلا الرجلين جائزة الإنجاز مدى الحياة في عام 1993. أتيحت لي الفرصة للتحدث مع كيلبي آنذاك وكان كريما ولكنه حازم حول دوره في إنشاء واحدة من أهم التقنيات في العالم الحديث.

اليوم لدينا رقائق بها مليارات من الترانزستورات يتم تصنيعها في عمليات ربما لم يعترف بها جاك كيلبي لكنه أدرك بالتأكيد قوة الدائرة المتكاملة قبل 55 عامًا. ستكون حياتنا اليوم مختلفة للغاية بدونها.