새롭고 독창적인 TPA3116D2DADR 집적 회로 IC 칩 전자 부품

반도체 칩 초기에는 실리콘이 아니라 게르마늄이 주인공이었다.첫 번째 트랜지스터는 게르마늄 기반 트랜지스터였고 첫 번째 집적 회로 칩은 게르마늄 칩이었습니다.
최초의 트랜지스터는 바이폴라 트랜지스터(BJT)를 발명한 Bardeen과 Bratton에 의해 발명되었습니다.최초의 P/N 접합 다이오드는 Shockley에 의해 발명되었으며, 즉시 Shockley가 설계한 이 접합 유형은 BJT의 표준 구조가 되었으며 현재 사용되고 있습니다.이들 세 사람은 1956년 그 해에 노벨 물리학상을 수상하기도 했습니다.
트랜지스터는 간단히 말해서 소형 스위치로 이해될 수 있습니다.반도체의 특성에 따라 인을 도핑하여 N형 반도체를 형성할 수도 있고, 붕소를 도핑하여 P형 반도체를 형성할 수도 있습니다.N형 반도체와 P형 반도체의 결합으로 전자 칩의 중요한 구조인 PN 접합이 형성됩니다.이를 통해 특정 논리 연산(예: with-gates, or-gates, non-gates 등)을 수행할 수 있습니다.
그러나 게르마늄은 반도체의 계면 결함이 많고, 열적 안정성이 낮으며, 치밀한 산화물이 부족하다는 등 매우 어려운 문제를 안고 있습니다.더욱이 게르마늄은 지각에 7ppm만 함유되어 있는 희귀원소이며, 게르마늄 광석도 매우 산재해 있습니다.게르마늄의 원자재 가격이 여전히 높은 이유는 게르마늄이 매우 희귀하고 농축되지 않았기 때문입니다.희귀하고 원자재 가격이 높기 때문에 게르마늄 트랜지스터의 가격이 저렴하지 않아 게르마늄 트랜지스터를 대규모로 생산하기가 어렵습니다.

따라서 연구자들은 한 단계 더 뛰어올라 실리콘 원소를 살펴보았습니다.게르마늄의 본질적인 결함은 모두 실리콘의 고유한 장점이라고 말할 수 있습니다.

실리콘은 산소 다음으로 풍부한 원소이지만 기본적으로 자연에서는 실리콘 모노머를 찾을 수 없습니다.가장 흔한 화합물은 실리카와 규산염입니다.이 중에서 실리카는 모래의 주요 성분 중 하나입니다.또한 장석, 화강암, 석영과 같은 화합물은 모두 실리카-산소 화합물을 기반으로 합니다.

실리콘은 열적으로 안정적이고 밀도가 높고 유전 상수가 높은 산화물을 갖고 있으며 계면 결함이 거의 없는 실리콘-산화규소 계면으로 쉽게 제조할 수 있습니다.

산화규소는 물에 녹지 않으며(산화게르마늄은 물에 녹습니다) 대부분의 산에 녹지 않습니다. 이는 인쇄 회로 기판에 사용되는 부식 인쇄 기술과 완벽하게 일치합니다.이 조합의 산물은 오늘날까지 계속되는 집적 회로의 플랫 프로세스입니다.
실리콘 크리스탈 컬럼

실리콘의 정상을 향한 여정
실패한 벤처: Shockley는 아직 실리콘 트랜지스터를 만드는 데 성공한 사람이 아무도 없던 시기에 엄청난 시장 기회를 보았다고 합니다.이것이 바로 그가 1956년 벨 연구소를 떠나 캘리포니아에서 자신의 회사를 시작한 이유입니다.불행히도 Shockley는 좋은 기업가가 아니었고 그의 사업 관리는 그의 학업 능력에 비해 바보 같은 심부름이었습니다.그래서 쇼클리 자신도 게르마늄을 실리콘으로 대체하려는 야망을 이루지 못했고, 남은 생애의 무대는 스탠포드 대학의 연단이었다.창립 1년 만에 그가 영입한 8명의 재능 있는 청년들이 한꺼번에 그에게서 탈북했고, 게르마늄을 실리콘으로 대체하려는 야망을 완성한 것은 '8인의 반역자'였다.

실리콘 트랜지스터의 등장

Eight Renegades가 Fairchild Semiconductor를 설립하기 전에는 게르마늄 트랜지스터가 트랜지스터의 지배적인 시장이었습니다. 1957년 미국에서 제조된 트랜지스터는 거의 3천만 개에 달했지만 실리콘 트랜지스터는 100만 개, 게르마늄 트랜지스터는 거의 2천9백만 개에 불과했습니다.텍사스 인스트루먼트는 20%의 시장 점유율로 트랜지스터 시장의 거대 기업이 됐다.
8인의 배신자와 페어차일드 반도체

시장의 가장 큰 고객인 미국 정부와 군대는 로켓과 미사일에 이 칩을 대량으로 사용하여 귀중한 발사 부하를 늘리고 제어 단말기의 신뢰성을 향상시키기를 원합니다.그러나 트랜지스터는 고온과 격렬한 진동으로 인한 가혹한 작동 조건에도 직면하게 됩니다.

게르마늄은 온도 측면에서 가장 먼저 뒤처집니다. 게르마늄 트랜지스터는 80°C의 온도만 견딜 수 있는 반면, 군에서는 200°C에서도 안정적인 작동을 요구합니다.실리콘 트랜지스터만이 이 온도를 견딜 수 있습니다.
전통적인 실리콘 트랜지스터

페어차일드는 실리콘 트랜지스터를 만드는 공정을 발명하여 인쇄된 책만큼 간단하고 효율적이며 가격 측면에서 게르마늄 트랜지스터보다 훨씬 저렴하게 만들었습니다.페어차일드의 실리콘 트랜지스터 제조 공정은 대략 다음과 같습니다.

먼저 레이아웃을 손으로 그린다. 때로는 벽을 차지할 만큼 큰 경우도 있다. 그런 다음 도면을 사진으로 찍어 작은 반투명 시트로 축소한다. 보통 3개 시트로 구성된 2개 레인이 각각 회로 레이어를 나타내는 경우가 많다.

둘째, 감광성 재료 층을 얇게 자르고 연마한 매끄러운 실리콘 웨이퍼에 적용하고, UV/레이저를 사용하여 반투명 시트에서 실리콘 웨이퍼 위의 회로 패턴을 보호합니다.

셋째, 투광조명 시트의 어두운 부분에 있는 영역과 선은 실리콘 웨이퍼에 노출되지 않은 패턴을 남깁니다.이러한 노출되지 않은 패턴은 산성 용액으로 세척되고 반도체 불순물이 추가되거나(확산 기술) 금속 도체가 도금됩니다.

넷째, 각 반투명 웨이퍼에 대해 위의 세 단계를 반복하면 실리콘 웨이퍼에 수많은 트랜지스터를 얻을 수 있으며, 이를 여성 작업자가 현미경으로 절단한 후 전선에 연결한 후 포장하고 테스트하여 판매할 수 있습니다.

실리콘 트랜지스터가 대량으로 공급되면서 Fairchild의 8명의 배신자 창업자들은 Texas Instruments와 같은 거대 기업과 나란히 설 수 있는 회사 중 하나였습니다.

중요한 추진 - 인텔
게르마늄의 지배력을 요약한 것은 바로 집적회로의 후속 발명이었습니다.당시에는 두 가지 기술 라인이 있었습니다. 하나는 Texas Instruments의 게르마늄 칩 집적 회로용이고 다른 하나는 Fairchild의 실리콘 칩 집적 회로용이었습니다.처음에는 집적회로에 대한 특허 소유권을 두고 두 회사가 치열한 논쟁을 벌였으나, 이후 특허청은 집적회로에 대한 특허 소유권을 양사 모두 인정했다.
그러나 페어차일드의 프로세스가 더욱 발전함에 따라 이는 집적 회로의 표준이 되었으며 오늘날에도 계속 사용되고 있습니다.그 후, 집적회로의 발명가인 노이스와 무어의 법칙의 발명자인 무어는 센트론 세미컨덕터를 떠났는데, 공교롭게도 두 사람 모두 "8인의 반역자"의 일원이었습니다.Grove와 함께 그들은 현재 세계 최대의 반도체 칩 회사인 Intel을 설립했습니다.
인텔의 창업자 3인(왼쪽부터 그로브, 노이스, 무어)

후속 개발에서 인텔은 실리콘 칩을 추진했습니다.텍사스인스트루먼트, 모토로라, IBM 등 거대 기업들을 제치고 반도체 스토리지와 CPU 부문의 제왕이 됐다.

인텔이 업계의 지배적인 플레이어가 되면서 실리콘도 게르마늄을 끝냈고 한때 산타클라라 밸리였던 곳은 "실리콘 밸리"로 이름이 바뀌었습니다.그 이후로 실리콘 칩은 대중의 인식에서 반도체 칩과 동등한 존재가 되었습니다.

그러나 게르마늄은 반도체의 계면결함, 열안정성 불량, 치밀한 산화물 부족 등 해결하기 매우 어려운 문제를 안고 있다.더욱이 게르마늄은 지각에 7ppm만 함유되어 있는 희귀원소이며, 게르마늄 광석도 매우 산재해 있습니다.게르마늄의 원자재 가격이 여전히 높은 이유는 게르마늄이 매우 희귀하고 농축되지 않았기 때문입니다.희귀하고 원자재 가격이 높기 때문에 게르마늄 트랜지스터의 가격이 저렴하지 않아 게르마늄 트랜지스터를 대규모로 생산하기가 어렵습니다.

따라서 연구자들은 한 단계 더 뛰어올라 실리콘 원소를 살펴보았습니다.게르마늄의 고유한 약점은 모두 실리콘의 고유한 장점이라고 할 수 있습니다.

실리콘은 산소 다음으로 풍부한 원소이지만 기본적으로 자연에서는 실리콘 모노머를 찾을 수 없습니다.가장 흔한 화합물은 실리카와 규산염입니다.이 중에서 실리카는 모래의 주요 성분 중 하나입니다.또한 장석, 화강암, 석영과 같은 화합물은 모두 실리카-산소 화합물을 기반으로 합니다.

실리콘은 열적으로 안정적이고 밀도가 높고 유전 상수가 높은 산화물을 갖고 있으며 계면 결함이 거의 없는 실리콘-산화규소 계면으로 쉽게 제조할 수 있습니다.

산화규소는 물에 녹지 않으며(산화게르마늄은 물에 녹습니다) 대부분의 산에 녹지 않습니다. 이는 인쇄 회로 기판에 사용되는 부식 인쇄 기술과 완벽하게 일치합니다.이 조합의 산물은 오늘날까지 지속되는 집적 회로 평면 공정입니다.