4130649460

Narodziny mikroelektroniki.

zywano go Wesołym Johnem, bo lubił organizować przyjęcia). Stwierdził on, że na poziomie komputera można planować tylko podstawowe działania- dodawanie, odejmowanie, mnożenie, natomiast porządek ich wykonywania - to kwestia oprogramowania - softwaru, realizowanego za pomocą impulsów elektrycznych. To von Neuman jest ojcem współczesnej Computer science albo, inaczej mówiąc, informatyki. Von Neuman wraz z zespołem zbudował swój lampowy komputer i razem z Edwardem Tellerem - węgierskim fizykiem oraz Stanisławem Ulamem - polskim matematykiem pracowali nad bombą wodorową.

Uczeni - nie tylko informatycy, ale również matematycy i fizycy - zdali sobie sprawę z tego, że komputer umożliwia nie tylko obliczenia numeryczne, a również symulowanie procesów fizycznych w nieznany dotychczas sposób. Tymczasem technologia lampowa stawiała nieprzekraczalne bariery.

Rozwiązanie tego problemu przyszło niespodziewanie w dzień wigilijny 1947 r., kiedy dwóch młodych angielskich fizyków, John Bardeen i Walter Brattain, pracujących w laboratoriach Bella w USA, badając tzw. stany powierzchniowe na monokrystalicz-nej płytce germanu, do której przytknęli 3 metalowe ostrza, zaobserwowali zjawisko wzmocnienia prądu elektronów: tak powstał pierwszy tranzystor.

Mimo że tranzystor byl 10 razy mniejszy od lampy elektronowej i zużywał trzy razy mniej energii, proces jego praktycznego wprowadzania do użytku - ze względu na koszty produkcji - przebiegał dość wolno.

Do rozwoju nowej technologii przyczyni! się amerykański przemysł zbrojeniowy i zimna wojna. Technika rakietowa potrzebowała bardziej złożonych i niezawodnych układów elektronicznych, wymagających malej energii zasilania. Cena wyrobów przemysłu półprzewodnikowego nie odgrywała istotnej roli. W 1958 r. Jack Kilby z Texas Instruments zbudował pierwszy układ scalony, składający się z jednego tranzystora, trzech rezystorów i jednego kondensatora. Tak zaczęła się era mikroelektroniki. Te idee, podchwycone przez wojskowych, zapoczątkowały tzw. pierwszą rewolucję krzemową. Za te pierwsze, nieskomplikowane układy scalone armia płaciła powyżej 100.000 dolarów.

Podstawowym materiałem półprzewodnikowym, z którego wytwarza się układy scalone, jest monokryształ krzemu. Krzem w przyrodzie nie występuje w czystej postaci, a w związkach z tlenem: występuje np. na piaszczystych plażach. Jest to najpospolitszy, po tlenie, pierwiastek: stanowi 27% skorupy ziemskiej.

Monokryształy krzemu wyciąga się z gorącego tygla metodą opracowaną w latach 20. ubiegłego wieku w Niemczech przez Polaka - Jana Czochralskiego, profesora Politechniki Warszawskiej w latach 1929-1939.

Rozwój mikroelektroniki stal się szybszy, kiedy w 1960 r. opracowano krzemowy tranzystor MOSFET - triodę półprzewodnikową. By la to już - i jest do tej pory - idealna cegiełka do budowy dwustanowych układów logicznych.

W 1972 r. rewolucja krzemowa - druga rewolucja krzemowa - nabrała znowu impetu, kiedy firma INTEL Corporation wytworzyła pierwszy mikroprocesor 4004, w którym było już 20.000 tranzystorów na jednym podłożu krzemowym.

Porównujemy, co osiągnięto w ciągu 40 lat.

ENIAC (1945r.) pprocesor4004 (1972 r.)

18.000 lamp 20.000 tranzystorów

90 m³ objętości 25 cm³ objętości

150 kW    10W

Rok 1972 zapisał się w historii techniki tym, że właśnie wtedy zaczęto względnie tanio wytwarzać mikrokomputeiy dziś powszechnie zwane pecetami (personal com-puters).

Możliwości dalszego podwyższania stopnia integracji uzyskano dzięki udoskonaleniu litografii. A najważniejsze w tym było zmniejszenie odległości między źródłem a drenem (skrócenie bramki) w tranzystorze MOSFET i pocienienie izolacji tlenkowej bramki. Zwiększyło to również znacząco szybkość działania. Dzięki temu - od 1972 r. liczba tranzystorów w mikroprocesorze podwajała się co dwa lata - zgodnie z prawem Moora.

Kiedy po zainwestowaniu prawie miliarda dolarów Intel wprowadził w 2000 r. na rynek mikroprocesor Pentium IV - na płytce o powierzchni 42 cm² umieszczono już 40 milionów tranzystorów, w których odległość między źródłem i drenem wynosiła 130 nm, a szybkość obliczeń wzrosła do 2,2 GHz. W ten sposób wkroczyliśmy w erę na-notechnologii krzemowej.

Jak bardzo skarlały rozmiary, uświadommy to sobie na przekroju włosa ludzkiego, na którym mieści się 3.500 tranzystorów.

W rozwoju technologii XX w. nie można pominąć wynalazku lasera, czego dokonali w 1956 r. Shawlow i Townes. Laser to urządzenie generujące i wzmacniające spójne promieniowanie elektromagnetyczne w zakresie widmowym, zawartym między daleką podczerwienią i nadfioletem.

Dla współczesnej elektroniki najważniejszy jest miniaturowy laser półprzewodnikowy.

Niestety krzem nie nadaje się do wytwarzania laserów, dlatego korzysta się z du-

Ludzki włos

^^3.500

danzyKoiów

50 |im