Geïntegreerde Circuit IC Development
May 11, 2017

Met de basis IC nu bestaan, was de volgende fase van het verhaal in de geïntegreerde circuit ontwikkeling.

Het moest ontwikkelen van een experiment voor hoge kosten laboratorium beschikbaar voor een paar nichetoepassingen naar een waar het beschikbaar was tegen lage kosten en voor alle elektronica arena's.

De ontwikkeling van het geïntegreerde circuit naar zijn huidige stand van wijdverbreid gebruik nam jarenlang en veel ontwikkeling.

De kosten daalden echter geleidelijk en het gebruik nam gestaag toe, aangezien er meer producten werden ontwikkeld om gebruik te maken van de IC-technologie.

Vroege ontwikkeling

De vroege vooruitgang bij de ontwikkeling van de IC was niet makkelijk. De hoge kosten gaf een indicatie van de moeilijkheden die werden ondervonden. Opbrengst was een groot probleem. Slechts een beperkte hoeveelheid nauwkeurigheid was beschikbaar met de beschikbare processen op dat moment, en dit betekende dat slechts een klein deel van de chips goed werkte. Hoe complexer de chip, hoe kleiner de kans is dat het werkt. Zelfs schakelingen met een paar tientallen componenten leverden opbrengsten van ongeveer 10%.

Het grootste deel van de IC-ontwikkeling in de jaren zestig was gewijd aan het rendement van de opbrengst. Er werd erkend dat de sleutel tot succes op dit gebied leidde tot het economisch produceren van IC's. Dit kan alleen worden bereikt als het percentage werkcircuits in een wafel aanzienlijk kan worden verhoogd.

De meeste ontwikkelingen en voorschotten werden in de VS gemaakt vanwege het bedrag dat beschikbaar was voor ruimtelijk onderzoek.

Desondanks hebben andere landen een aantal belangrijke vooruitgang geboekt. Europa was goed met het veld. In Groot-Brittannië werd veel voorbereidend werk uitgevoerd door Plessey voor het Royal Radar Establishment. Andere bedrijven, waaronder Ferranti, Standard Telefoons en Kabels (STC) en Mullard (nu onderdeel van Philips, die op hun beurt veranderd zijn in NXP) zijn allemaal lid van de IC club. Andere landen in Europa zagen dezelfde interesse in deze nieuwe apparaten.

Japan, die snel een belangrijke rol in de wereldeconomie werd, zag de betekenis van halfgeleidertechnologie. In de meeste onderzoeksgebieden van de eerste productie transistors naar de IC technologie zelf waren ze slechts ongeveer twee jaar achter de VS. Een van de eerste Japanse bedrijven om IC's te produceren was de Nippon Electric Company, NEC, die in 1965 zijn eerste producten op de markt bracht.

Door de grote hoeveelheden onderzoek te realiseren die nodig zouden zijn om wereldleiderschap te krijgen, waren vijf van de grootste Japanse fabrikanten van IC-IC's in samenwerking met de regering in 1975 samengewerkt. Deze regeling betaalde enorme dividenden waardoor sommige van deze bedrijven recht bovenop de tabellen voor IC-verkoop.

Nieuwe IC technologieën ontwikkeld

Al het vroege werk op de IC-technologie was ondernomen met behulp van bipolaire technologie. Zeer snel bleek dat warmteafvoer de grootste factor was die de ontwikkeling van de omvang en complexiteit van IC's beperkt. Met het aantal componenten op een IC die in een zeer klein gebied wordt verpakt, waren hitteproblemen veel orders van grootte slechter dan wanneer het circuit opgebouwd was met behulp van discrete componenten.

Aanvankelijk was het werk geconcentreerd op het vinden van efficiëntere manieren om de hitte te verwijderen, maar dit leverde slechts een beperkt succes. Het werd spoedig duidelijk dat een meer revolutionaire aanpak nodig was als de integratie niveaus moesten stijgen.

Het antwoord op de weg naar voren voor de ontwikkeling van geïntegreerde schakelingen kwam in de vorm van een nieuwe transistortechnologie. Eerst vervaardigd in 1963 had de veld effect transistor grote voordelen doordat de poort vrijwel geen stroom verbruikt. Ook het kanaal had een relatief lage "on" weerstand en een hoge "off" weerstand. Dit maakte het ideaal voor digitale toepassingen, waarbij het huidige verbruik met veel orders van grootte kon worden verminderd.

Texas Instruments leidden opnieuw de weg en zij waren het eerste bedrijf dat in 1966 een MOS-apparaat op de markt lanceerde. Hun eerste apparaat was een binaire naar decimaalomvormer, maar veel andere volgden kort daarna.

Verdere integratie niveaus

Aangezien MOS-technologie het probleem van warmteafvoer grotendeels had overwonnen, liet de weg open voor de ontwikkeling van veel hogere niveaus van integratie.

De vooruitgang op dit gebied van de ontwikkeling van geïntegreerde schakelingen was zeer snel. Slechts een jaar nadat Texas hun eerste apparaat lanceerde, nam Fairchild de leiding door een apparaat te vervaardigen met meer dan duizend transistors. De chip was 256 bit RAM en het was de eerste grote poging om de dominantie van het magnetische kerngeheugen te veroveren dat op dit moment in computers werd gebruikt.

Hoewel het een milestone was in halfgeleidertechnologie, was het apparaat geen commercieel succes. De chip was ongeveer twee keer zo duur als het traditionele kerngeheugen en het heeft niet verkocht. Het liet echter zien hoe de halfgeleidertechnologie zich zou ontwikkelen. Pas als 1 kbit RAM's werden gelanceerd, begonnen de halfgeleider apparaten een voordeel te tonen.

Naarmate de jaren zeventig was, werd MOS-technologie de dominante formaat voor IC's. Hoewel lineaire IC's in populariteit winnen en chips zoals de beroemde 741 operationele versterker werden geïntroduceerd, was het MOS-technologie die de markt domineerde. De integratieniveaus bleven toenemen en nieuwe ideeën begonnen te ontwikkelen in de gedachten van IC-ontwerpers