नए और मूल TPA3116D2DADR एकीकृत सर्किट आईसी चिप्स इलेक्ट्रॉनिक्स घटक

सेमीकंडक्टर चिप के शुरुआती दिनों में, सिलिकॉन मुख्य पात्र नहीं था, जर्मेनियम था।पहला ट्रांजिस्टर एक जर्मेनियम-आधारित ट्रांजिस्टर था और पहला एकीकृत सर्किट चिप एक जर्मेनियम चिप था।
पहले ट्रांजिस्टर का आविष्कार बार्डीन और ब्रैटन ने किया था, जिन्होंने द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर (बीजेटी) का आविष्कार किया था।पहले पी/एन जंक्शन डायोड का आविष्कार शॉक्ले द्वारा किया गया था और, तुरंत, शॉक्ले द्वारा डिज़ाइन किया गया यह जंक्शन प्रकार BJT के लिए मानक संरचना बन गया और आज सेवा में है।उन तीनों को उस वर्ष 1956 में भौतिकी में नोबेल पुरस्कार से भी सम्मानित किया गया था।
एक ट्रांजिस्टर को केवल एक लघु स्विच के रूप में समझा जा सकता है।अर्धचालक के गुणों के आधार पर, अर्धचालक को फॉस्फोरस के साथ मिला कर एक एन-प्रकार अर्धचालक और बोरान के साथ एक पी-प्रकार अर्धचालक बनाया जा सकता है।एन-प्रकार और पी-प्रकार अर्धचालकों का संयोजन पीएन जंक्शन बनाता है, जो इलेक्ट्रॉनिक चिप्स में एक महत्वपूर्ण संरचना है;यह विशिष्ट तर्क परिचालनों को निष्पादित करने की अनुमति देता है (जैसे कि विद-गेट्स, या-गेट्स, नॉन-गेट्स, आदि)
हालाँकि, जर्मेनियम में कुछ बहुत कठिन समस्याएं हैं, जैसे अर्धचालक में कई इंटरफ़ेस दोष, खराब तापीय स्थिरता और घने ऑक्साइड की कमी।इसके अलावा, जर्मेनियम एक दुर्लभ तत्व है, पृथ्वी की पपड़ी में प्रति मिलियन केवल 7 भाग होते हैं, और जर्मेनियम अयस्क भी बहुत बिखरे हुए होते हैं।ऐसा इसलिए है क्योंकि जर्मेनियम बहुत दुर्लभ है और केंद्रित नहीं है, इसलिए जर्मेनियम के लिए कच्चे माल की लागत ऊंची बनी हुई है;चीजें दुर्लभ हैं, और कच्चे माल की उच्च लागत जर्मेनियम ट्रांजिस्टर को सस्ता नहीं बनाती है, इसलिए बड़े पैमाने पर जर्मेनियम ट्रांजिस्टर का उत्पादन करना मुश्किल है।

इसलिए, शोधकर्ताओं ने एक स्तर ऊपर उठाया और सिलिकॉन तत्व को देखा।आप कह सकते हैं कि जर्मेनियम की सभी अंतर्निहित कमियाँ सिलिकॉन के अंतर्निहित लाभ हैं।

ऑक्सीजन के बाद सिलिकॉन दूसरा सबसे प्रचुर तत्व है, लेकिन आप मूल रूप से प्रकृति में सिलिकॉन मोनोमर्स नहीं पा सकते हैं;इसके सबसे आम यौगिक सिलिका और सिलिकेट हैं।इनमें से, सिलिका रेत के मुख्य घटकों में से एक है।इसके अलावा, फेल्डस्पार, ग्रेनाइट और क्वार्ट्ज जैसे यौगिक सभी सिलिका-ऑक्सीजन यौगिकों पर आधारित हैं।

सिलिकॉन ऊष्मीय रूप से स्थिर है, इसमें घना, उच्च ढांकता हुआ स्थिरांक ऑक्साइड है, और इसे बहुत कम इंटरफेशियल दोषों के साथ सिलिकॉन-सिलिकॉन ऑक्साइड इंटरफ़ेस के साथ आसानी से तैयार किया जा सकता है।

सिलिकॉन ऑक्साइड पानी में अघुलनशील है (जर्मेनियम ऑक्साइड पानी में घुलनशील है) और अधिकांश एसिड में अघुलनशील है, जो मुद्रित सर्किट बोर्डों के लिए उपयोग की जाने वाली संक्षारण मुद्रण तकनीक के लिए बिल्कुल उपयुक्त है।इस संयोजन का उत्पाद एकीकृत सर्किट के लिए फ्लैट प्रक्रिया है जो आज भी जारी है।
सिलिकॉन क्रिस्टल कॉलम

शीर्ष पर सिलिकॉन की यात्रा
एक असफल उद्यम: ऐसा कहा जाता है कि शॉक्ले ने उस समय बाजार में एक बड़ा अवसर देखा जब कोई भी सिलिकॉन ट्रांजिस्टर बनाने में सफल नहीं हुआ था;इसीलिए उन्होंने कैलिफोर्निया में अपनी कंपनी शुरू करने के लिए 1956 में बेल लैब्स छोड़ दी।दुर्भाग्य से, शॉक्ले एक अच्छे उद्यमी नहीं थे और उनके शैक्षणिक कौशल की तुलना में उनका व्यवसाय प्रबंधन एक मूर्खतापूर्ण काम था।इसलिए शॉक्ले ने स्वयं जर्मेनियम को सिलिकॉन से बदलने की महत्वाकांक्षा को पूरा नहीं किया, और उनके शेष जीवन का मंच स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय का मंच था।इसकी स्थापना के एक साल बाद, जिन आठ प्रतिभाशाली युवकों को उन्होंने भर्ती किया था, वे सामूहिक रूप से उनसे अलग हो गए, और ये "आठ गद्दार" थे, जिन्हें जर्मेनियम को सिलिकॉन से बदलने की महत्वाकांक्षा को पूरा करना था।

सिलिकॉन ट्रांजिस्टर का उदय

आठ रेनेगेड्स द्वारा फेयरचाइल्ड सेमीकंडक्टर की स्थापना से पहले, जर्मेनियम ट्रांजिस्टर ट्रांजिस्टर के लिए प्रमुख बाजार थे, 1957 में संयुक्त राज्य अमेरिका में लगभग 30 मिलियन ट्रांजिस्टर निर्मित हुए, केवल एक मिलियन सिलिकॉन ट्रांजिस्टर और लगभग 29 मिलियन जर्मेनियम ट्रांजिस्टर।20% बाजार हिस्सेदारी के साथ, टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स ट्रांजिस्टर बाजार में दिग्गज बन गया।
आठ रेनेगेड्स और फेयरचाइल्ड सेमीकंडक्टर

बाज़ार के सबसे बड़े ग्राहक, अमेरिकी सरकार और सेना, रॉकेट और मिसाइलों में बड़ी संख्या में चिप्स का उपयोग करना चाहते हैं, जिससे मूल्यवान लॉन्च लोड में वृद्धि होगी और नियंत्रण टर्मिनलों की विश्वसनीयता में सुधार होगा।लेकिन ट्रांजिस्टर को उच्च तापमान और हिंसक कंपन के कारण कठोर परिचालन स्थितियों का भी सामना करना पड़ेगा।

जब तापमान की बात आती है तो जर्मेनियम सबसे पहले पिछड़ जाता है: जर्मेनियम ट्रांजिस्टर केवल 80 डिग्री सेल्सियस के तापमान का सामना कर सकते हैं, जबकि सेना की आवश्यकताएं 200 डिग्री सेल्सियस पर भी स्थिर संचालन के लिए हैं।केवल सिलिकॉन ट्रांजिस्टर ही इस तापमान का सामना कर सकते हैं।
पारंपरिक सिलिकॉन ट्रांजिस्टर

फेयरचाइल्ड ने सिलिकॉन ट्रांजिस्टर बनाने की प्रक्रिया का आविष्कार किया, जिससे वे मुद्रित किताबों की तरह सरल और कुशल हो गए और कीमत के मामले में जर्मेनियम ट्रांजिस्टर से काफी सस्ते हो गए।फेयरचाइल्ड की सिलिकॉन ट्रांजिस्टर बनाने की प्रक्रिया इस प्रकार कठिन है।

सबसे पहले, एक लेआउट हाथ से खींचा जाता है, कभी-कभी इतना बड़ा कि यह एक दीवार तक ले जाता है, और फिर ड्राइंग की तस्वीर खींची जाती है और एक छोटी पारभासी शीट में बदल दी जाती है, जिसमें अक्सर तीन शीटों की दो लेन होती हैं, जिनमें से प्रत्येक सर्किटरी की एक परत का प्रतिनिधित्व करती है।

दूसरे, प्रकाश-संवेदनशील सामग्री की एक परत कटी हुई और पॉलिश की गई चिकनी सिलिकॉन वेफर पर लगाई जाती है, और सिलिकॉन वेफर पर ट्रांसिल्युमिनेशन शीट से सर्किट पैटर्न की रक्षा के लिए यूवी/लेजर का उपयोग किया जाता है।

तीसरा, ट्रांसिल्युमिनेशन शीट के अंधेरे हिस्से में क्षेत्र और रेखाएं सिलिकॉन वेफर पर बिना उजागर पैटर्न छोड़ती हैं;इन अनएक्सपोज़्ड पैटर्न को एक एसिड समाधान से साफ किया जाता है, और या तो अर्धचालक अशुद्धियाँ जोड़ दी जाती हैं (प्रसार तकनीक) या धातु कंडक्टर चढ़ाए जाते हैं।

चौथा, प्रत्येक पारभासी वेफर के लिए उपरोक्त तीन चरणों को दोहराते हुए, सिलिकॉन वेफर्स पर बड़ी संख्या में ट्रांजिस्टर प्राप्त किए जा सकते हैं, जिन्हें महिला श्रमिकों द्वारा माइक्रोस्कोप के नीचे काटा जाता है और फिर तारों से जोड़ा जाता है, फिर पैक किया जाता है, परीक्षण किया जाता है और बेचा जाता है।

बड़ी मात्रा में उपलब्ध सिलिकॉन ट्रांजिस्टर के साथ, फेयरचाइल्ड के आठ पाखण्डी संस्थापक उन कंपनियों में से थे जो टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स जैसे दिग्गजों के साथ खड़े हो सकते थे।

महत्वपूर्ण धक्का - इंटेल
यह एकीकृत सर्किट का बाद का आविष्कार था जिसने जर्मेनियम के प्रभुत्व को संक्षेप में प्रस्तुत किया।उस समय, दो प्रौद्योगिकी लाइनें थीं, एक टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स से जर्मेनियम चिप्स पर एकीकृत सर्किट के लिए और एक फेयरचाइल्ड से सिलिकॉन चिप्स पर एकीकृत सर्किट के लिए।सबसे पहले, दोनों कंपनियों के बीच एकीकृत सर्किट पर पेटेंट के स्वामित्व को लेकर भयंकर विवाद था, लेकिन बाद में पेटेंट कार्यालय ने दोनों कंपनियों द्वारा एकीकृत सर्किट पर पेटेंट के स्वामित्व को मान्यता दी।
हालाँकि, चूँकि फेयरचाइल्ड की प्रक्रिया अधिक उन्नत थी, यह एकीकृत सर्किट के लिए मानक बन गई और आज भी इसका उपयोग जारी है।बाद में, एकीकृत सर्किट के आविष्कारक नॉयस और मूर के कानून के आविष्कारक मूर ने सेंट्रोन सेमीकंडक्टर छोड़ दिया, जो संयोग से, दोनों "आठ गद्दार" के सदस्य थे।ग्रोव के साथ मिलकर, उन्होंने आज दुनिया की सबसे बड़ी सेमीकंडक्टर चिप कंपनी इंटेल बनाई।
इंटेल के तीन संस्थापक, बाएं से: ग्रोव, नॉयस और मूर

बाद के विकास में, इंटेल ने सिलिकॉन चिप्स को आगे बढ़ाया।इसने टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स, मोटोरोला और आईबीएम जैसे दिग्गजों को हराकर सेमीकंडक्टर स्टोरेज और सीपीयू क्षेत्र का राजा बन गया है।

जैसे ही इंटेल उद्योग में प्रमुख खिलाड़ी बन गया, सिलिकॉन ने भी जर्मेनियम को समाप्त कर दिया, और जो कभी सांता क्लारा वैली थी उसका नाम बदलकर "सिलिकॉन वैली" कर दिया गया।तब से, सिलिकॉन चिप्स सार्वजनिक धारणा में सेमीकंडक्टर चिप्स के बराबर बन गए हैं।

हालाँकि, जर्मेनियम में हल करने के लिए कुछ बहुत कठिन समस्याएं हैं, जैसे अर्धचालक के कई इंटरफ़ेस दोष, खराब थर्मल स्थिरता और घने ऑक्साइड की कमी।इसके अलावा, जर्मेनियम एक दुर्लभ तत्व है, पृथ्वी की पपड़ी में प्रति मिलियन केवल 7 भाग होते हैं, और जर्मेनियम अयस्क भी बहुत बिखरे हुए होते हैं।ऐसा इसलिए है क्योंकि जर्मेनियम बहुत दुर्लभ है और केंद्रित नहीं है, इसलिए जर्मेनियम के लिए कच्चे माल की लागत ऊंची बनी हुई है;चीजें दुर्लभ हैं, और कच्चे माल की उच्च लागत जर्मेनियम ट्रांजिस्टर को सस्ता नहीं बनाती है, इसलिए बड़े पैमाने पर जर्मेनियम ट्रांजिस्टर का उत्पादन करना मुश्किल है।

इसलिए, शोधकर्ताओं ने एक स्तर ऊपर उठाया और सिलिकॉन तत्व को देखा।आप कह सकते हैं कि जर्मेनियम की सभी अंतर्निहित कमजोरियाँ सिलिकॉन की अंतर्निहित ताकतें हैं।

ऑक्सीजन के बाद सिलिकॉन दूसरा सबसे प्रचुर तत्व है, लेकिन आप मूल रूप से प्रकृति में सिलिकॉन मोनोमर्स नहीं पा सकते हैं;इसके सबसे आम यौगिक सिलिका और सिलिकेट हैं।इनमें से, सिलिका रेत के मुख्य घटकों में से एक है।इसके अलावा, फेल्डस्पार, ग्रेनाइट और क्वार्ट्ज जैसे यौगिक सभी सिलिका-ऑक्सीजन यौगिकों पर आधारित हैं।

सिलिकॉन ऊष्मीय रूप से स्थिर है, इसमें घना, उच्च ढांकता हुआ स्थिरांक ऑक्साइड है, और इसे बहुत कम इंटरफेशियल दोषों के साथ सिलिकॉन-सिलिकॉन ऑक्साइड इंटरफ़ेस के साथ आसानी से तैयार किया जा सकता है।

सिलिकॉन ऑक्साइड पानी में अघुलनशील है (जर्मेनियम ऑक्साइड पानी में घुलनशील है) और अधिकांश एसिड में अघुलनशील है, जो मुद्रित सर्किट बोर्डों के लिए उपयोग की जाने वाली संक्षारण मुद्रण तकनीक के लिए बिल्कुल उपयुक्त है।इस संयोजन का उत्पाद एकीकृत सर्किट प्लानर प्रक्रिया है जो आज भी जारी है।