SSI és MSI
SSI és MSI
Geoffrey Dummer angol tudós már korábban felvetette, hogy kár külön-külön fokozni az egyes tranzisztorokat, hisz egyetlen darabka félvezető kristályon egymás mellett lehetne kialakítani egy áramkör különböző tranzisztorait és egyéb elemeit, majd a teljes áramkört egyesítő kristálylapkát lehetne egyetlen tokba tenni. Szilíciumkristályon ez valóban kivihető; az egyes elemek lezárt átmenetekkel, esetleg vékony oxidréteggel választhatók el és párologtatott fémcsíkokkal köthetők össze. Az adalékolás és az alaprajz megválasztásával különböző értékű ellenállások hozhatók létre.
Mihelyt a planár eljárás túljutott a gyermekbetegségeken, az amerikai Texas Instruments fiatal mérnöke, Jack Kilby, a fenti gondolatmenet alapján megalkotta az első egyszerű integrált áramkört, amelynek laboratóriumi mintái már az 1959. évi londoni Félvezető Kongresszus vitrinjében megjelentek. Néhány hónap múlva ifjú honfitársa, Robert Noyce, a Fairchild Semiconductor első „micrologic” integrált áramköreivel mutatkozott be. Ez volt az 1960. februári Nemzetközi Szilárdtest Áramköri Konferencia (ISSCC) szenzációja, és ettől kezdve ez a konferencia lett a mikroelektronika, tehát az integrált áramkörökkel jellemzett új technológia évenkénti seregszemléje.
De ekkorra már átszakadt a gát. A Texas Instruments a logikai áramkörök 51-es sorozatával lépett piacra. Egy-egy 2 x 2 mm-es szilíciumlapka már 10-20 áramköri elemet is hordozott. 1963-ban már egész sor vállalat versengett egymással: a kapcsoló tranzisztorokat tartalmazó logikai áramkörök mellett már megjelentek az első műveleti erősítők, például a híres nA 702. (A műveleti erősítő többszörösen visszacsatolt, kompenzált és szabályozott erősítő, amely azt az előnyt is kihasználhatja, hogy az egymás szomszédságában, egyformán készült tranzisztorok egyedi jellemzői egymástól nem térnek el, és persze működés közben hőmérsékletük is azonos).
Mozdultak már az európai és a japán gyárak is, de piacot még nehezen találtak. Az első integrált áramkörök ugyanis még drágák voltak. A fő vevő az amerikai hadiipar volt, amelynek mindent megért az, hogy a készülékek súlya és térfogata is egy teljes nagyságrendnyit csökkent, és 10-20-összehuzalozott, összeforrasztott, különböző anyagból készült alkatrészt immár egyetlen szilárd kristálydarabka helyettesített. A 60-as évek közepére már kialakult ez az új technológia. Későbbi neve: kis mértékű integrálás (small scate integration, SSI). Ekkorra már 1-2 dollárra csökkent az 50-100 áramköri elemet tartalmazó SSI áramkör ára. Ezeket csoportosan, nyomtatott huzalozású lapokra szerelve építették a számítógépekbe. De kezdtek feltűnni műszerekben, sőt lassan közfogyasztási cikkekben is.
A kutatás, fejlesztés és a gyártási tapasztalat közben annyit haladt, hogy végre megvalósulhatott az eredeti ”vezérelt ellenállás”-szerű tranzisztorelképzelés, a fém-szigetelő-félvezető (metal-oxid-semiconductor, MOS) változat, sőt hamarosan a vele épített integrált áramkör is. A MOS tranzisztor nagyon kényes a tisztaságra, de szerkezetileg egyszerűbb, és sokkal kevesebb helyet foglal el, mint bipoláris rokona (kapcsolódó működése viszont valamivel lassúbb).
Közben a legnagyobb számítógépgyár, az (amerikai) IBM, saját külön eljárásával lépett a világ elé 1965-ben. Ez volt az SLT (solid logic technology), amelyben az ellenállások, kapacitások szitanyomtatással készültek, a parányi tranzisztorokat pedig tok nélkül ötvözték a kerámialapkára. Óriási automata berendezések ontották az SLT áramköröket, amelyek nagyszerűen be is váltak IBM 360 számítógépeknél. Mégsem ez lett az elektronika fő útja. Az IBM is letért róla. Ez a fajta, ún. hibrid áramkör ma főleg ott használatos, ahol valamilyen különleges, kis darabszámú áramköri megoldásra van szükség, pl. speciális műszerekben.
A 60-as évek második felében megint aktuálissá vált, hogy nem érdemes az SSI áramköröket külön-külön tokba zárni, külön mérni, aztán a tokokat megint csak összehuzalozni. Elősegítette ezt a technológia fejlődése, finomabb lett az áramkörök rajzolata, a legkisebb biztosan tartható elemméret a korábbi 12-15 mm-ről 6-8 nm-ra csökkent. Kisebb lett a szeleten előforduló hibák valószínűsége is, így nagyobbá válhatott az egyes lapkák mérete. Az SSI áramkörök mellett, amelyek rajzolatát még kézi nagyítóval is meg lehetett figyelni, megjelentek az új, egész áramkörcsoportot, több száz elemet tartalmazó MSI áramkörök is (medium scale integration – közepes mértékű integrálás), amelyeket már mikroszkóppal kellett nézni. Egész elektronikus alegységek kerültek egyetlen tokba. Ilyen alegység volt pl. a korábbi mutatós műszerek új stílusú, számjegyes kijelzéséhez is alkalmas, analóg-digitális átalakító vagy maga a számjegykijelzés háttér-elektronikája, a tízes számrendszerű számláló. Ilyenek a számítógépek léptető regiszterei is.
Piacra kerültek a rádió- és tévékészülékek több fokozatot egyesítő MSI áramkörök is. Ebben az időben mondta ki Gordon Moore azt a „törvényt”, hogy az integrált áramkör komplexitása – az egyetlen lapkán egyesített áramköri elemek száma – a csúcstermékekben évente duplázódik. Az árak, különösen a számítógépek piacán, erősen esnek, a kis számítógépek (amelyek az SSI korszak nagy típusaival egyenértékűek) már a kisebb magáncégek számára is beszerezhetők könyvelés, nyilvántartás céljára.
A mikroelektronika rohamos fejlődéséhez az is hozzájárult, hogy az innovációt fontosnak tartó vállalatok sorra a kaliforniai nagy egyetemek közelébe, a híres Szilícium-völgybe költöztek. Hiába volt a szigorú ipari titoktartás, amely még a tudományos konferenciák előadóit is korlátozta, a „völgyben” a fejlesztők élő közössége alakult ki. Sokan és sűrűn váltogatták munkahelyüket, s fejükben vitték magukkal az információkat. Napról napra alakultak az új vállalatok. A Fairchild több mérnöke például INTEL néven alapított új céget. Ugyanígy jött létre a MOSTEK is. Ez a két vállalkozás gyorsan az élvonalba került.
