Функциональная электроника
Крупные американские корпорации (Bell Labs, IBM, RCA, General Electric) искали решение проблемы «больших чисел» в проверенной временем функциональной электронике — разработке дискретных компонентов (функциональных приборов) c уникальными физическими свойствами, реализующих заданную функцию при минимальном количестве компонентов обвеса[11]. В ламповую эру этот подход позволял эффективно сократить количество компонентов схемы ценой её быстродействия. Например, ячейка памяти на типовых компонентах 1940-х годов состояла из двух вакуумных триодов и около десятка пассивных компонентов, и работала на тактовых частотах до 200 кГц[прим. 7]. Ячейку на триодах мог заменить единственный активный компонент — маломощный тиратрон — с нагрузочным резистором и входной ёмкостью, однако рабочая частота такой ячейки не превышала нескольких кГц[прим. 8]. Кольцевой декадный счётчик можно было построить на десяти последовательно соединённых тиратронах[прим. 8], а можно было использовать единственную газонаполненную лампу-счётчик — декатрон (скорость счёта порядка десятков кГц[прим. 9]). Запоминающие электронно-лучевые трубки и ртутные линии задержки позволяли хранить тысячи единиц информации[12].
В 1952 году Джуэл Эберс разработал на Bell Labs опытный твердотельный аналог тиратрона — «четырёхслойный транзистор», или тиристор[13]. Уильям Шокли упростил конструкцию тиристора до двухвыводного «четырёхслойного диода» (динистора) и сосредоточился на доводке динистора до промышленного производства[14]. Шокли рассчитывал, что новый прибор сможет заменить поляризованные реле телефонных станций[15], однако начатая в 1956 году работа затянулась до 1960 года[16], надёжность «диодов Шокли» оказалась неприемлемо низкой, а предприятие Шокли пришло в упадок[прим. 10]. Телефонные сети США и всего мира предпочли модернизацию на базе известных с 1936 года герконовых реле.
Одновременно с Шокли над тиристорной темой работали инженеры Bell Labs, IBM и RCA. Иен Росс[en] и Дэвид Д’Азаро (Bell Labs) экспериментировали с ячейками памяти («шаговыми ячейками») на тиристорах[18]. Джо Лог и Рик Дилл (IBM) строили счётчики на однопереходных транзисторах[19]. Торкл Уолмарк и Харвик Джонсон (RCA) работали и с тиристорами, и с полевыми транзисторами[20]. Работы 1955—1958 годов с германиевыми тиристорными структурами не принесли результата. В марте 1958 года RCA преждевременно анонсировала десятибитный регистр сдвига Уолмарка как «новую концепцию в электронной технологии», но реальные схемы на германиевых тиристорах были неработоспособны[20]. Лишь летом 1959 года, после оглашения изобретений Килби, Леговца и Эрни, Д’Азаро представил работоспособный кремниевый регистр сдвига на тиристорах. Один кристалл схемы д’Азаро (четыре тиристора) заменял схему из восьми транзисторов, 26 диодов и 27 резисторов. Площадь каждого тиристора составляла от 0,2 до 0,4 мм2 при толщине около 0,1 мм, элементы схемы изолировались травлением глубоких канавок.
С точки зрения сторонников функциональной электроники, в полупроводниковую эру их подход был особенно выгоден, так как позволял обходить фундаментальные, ещё не решённые проблемы технологии полупроводников[18]. Неудачи Шокли, Росса и Уолмарка доказали ошибочность этого подхода: серийный выпуск функциональных приборов мог начаться только после устранения технологических препятствий[19].