Изобретение Килби
В мае 1958 года опытный радиотехник, ветеран Второй Мировой Джек Килби пришёл работать в Texas Instruments (TI)[. В первые месяцы работы на TI Килби не имел конкретных задач — он должен был сам найти себе работу в общем направлении «микроминиатюризации»[35]. Ему следовало либо предложить что-то радикально новое, либо стать винтиком в многомиллионном и малоуспешном проекте производства военных микромодулей TI[36]. Летом 1958 года, когда большинство персонала его отдела ушло в отпуск, Килби сформулировал три тезиса интеграции:
· Единственное, что может успешно производить полупроводниковая компания — это полупроводники.
· Все компоненты схемы, в том числе резисторы и конденсаторы, можно выполнить из полупроводника.
· Все компоненты схемы можно сформировать на одном кристалле полупроводника, добавив лишь соединительные перемычки.
... The only thing a semiconductor house could make in a cost-effective way is a semiconductor ... Semiconductors were all that were required - that resistors and capacitors, in particular, could be made from the same material as the active devices ... Since all the components could be made of the same materials, they could also be made in situ interconnected to form a complete circuit[37].
Сравнение структур генератора колебаний по патенту Джонсона (со сплавным транзистором) и по патенту Килби (с меза-транзистором). Размер опытной структуры Килби — 10 мм в длину и 1.6 мм в ширину.
28 августа 1958 года Килби собрал первый макет будущей ИС из дискретных бескорпусных компонентов и получил добро на повторение опыта «в монолите»[36]. Технологии TI позволяли Килби сформировать в пластине германия (но не кремния) меза-транзисторы, меза-диоды, конденсаторы на p-n-переходах, а функцию резисторов выполняло объёмное сопротивление самой пластины[36]. Стандартная пластина TI (заготовка на 25 меза-транзисторов) имела размер всего 10 на 10 мм. Килби использовал вырезанные из пластины планки размером 10 на 1,6 мм, соответствовавшие одному ряду из пяти транзисторов[38] (из них Килби использовал не более двух). 12 сентября Килби представил первый прототип ИС[36] — однотранзисторный генератор колебаний с распределённой RC-цепочкой обратной связи, полностью повторявший схему и идею патента Джонсона 1953 года[39]. 19 сентября Килби изготовил второй прототип — двухтранзисторный триггер[40]. Описание обоих прототипов (включая ссылку на патент Джонсона) вошли в основную патентную заявку Килби (патент США 3138743[41]).
В феврале-мае 1959 года Килби подал целую серию заявок на родственные изобретения, воплотившиеся в патенты США 3 072 832, 3 138 743, 3 138 744, 3 115 581, 3 261 081[42]. Разницы в порядковых номерах происходят из-за разниц в датах выдачи патентов. Первым, 8 января 1963, был выдан патент 3 072 832, последним — 19 июля 1966 года, патент 3 261 081[42]. Дата подачи заявки на ключевой патент 3 138 743, по мнению Арджуна Саксены, является спорной. В опубликованном патенте и в воспоминаниях Килби[43] указана дата 6 февраля 1959 года, однако она не подтверждается архивом заявок в федеральное патентное бюро[44]. Возможно, что первоначальная заявка Килби, впоследствии утраченная, была действительно датирована 6 февраля, однако самая ранняя сохранившаяся заявка была получена патентным бюро 6 мая 1959 года — той же датой, что и заявки, воплотившиеся в патенты 3 072 832 и 3 138 744[44]. Так или иначе, TI публично представила изобретение Килби 6 марта 1959 года[45].
Ни в одной патентной заявке Килби не была решена проблема изоляции и соединения компонентов[46]. Единственным средством изоляции был воздушный зазор — разрез на всю глубину кристалла[46]. Единственным средством соединения компонентов, реализованным Килби, был навесной монтаж золотой проволокой[46] — это делало схемы Килби гибридными, а не монолитными[47]. Значение изобретения Килби было в другом: Килби первым доказал на практике, что в массиве полупроводника можно сформировать все необходимые компоненты схемы: активные приборы, резисторы, конденсаторы и даже небольшие индуктивности[46].