Интегральная система 1959 автор: Первые интегральные схемы

Во время патентной войны 1960-х годов пресса и профессиональное сообщество США признавало, что круг изобретателей ИС может быть достаточно широким. В книге «Золотой век предпринимательства» англ. Golden Age of Entrepreneurship, выпущенной Time-Life Books, изобретателями были названы четыре человека: Килби, Леговец, Нойс и Эрни. Сораб Ганди в «Теории и практике микроэлектроники» 1968 писал, что патенты Леговца и Эрни стали высшей точкой полупроводниковых технологий 1950-х годов, и открыли путь к серийному производству ИС.

В октябре 1966 года Килби и Нойс были удостоены Баллантайновской медали Института Франклина «за вклад в создание интегральных схем». Так начала складываться каноническая «версия двух изобретателей». Выдвижение Килби вызвало возражения современников, не признававших прототипы Килби за «настоящие» полупроводниковые ИС. Ещё более спорным казалось выдвижение Нойса: инженерное сообщество прекрасно знало о роли Ласта, Мура, Эрни и других изобретателей, физиков и технологов, стоявших за разработкой первых полупроводниковых ИС. Знало оно и о том, что Нойс, ставший генеральным директором Fairchild в марте 1959 года, не участвовал непосредственно в создании первых ИС. Нойс этого и не скрывал: о своих патентах он говорил, что «я решал производственную задачу. Я не пытался сделать интегральную схему.».

По мнению биографа Нойса Лесли Берлин, Нойс стал «отцом интегральной схемы» исключительно благодаря судебным искам TI. Оспорив приоритет Нойса как изобретателя, TI «назначила» его единоличным представителем всего коллектива разработчиков Fairchild. Fairchild ответила мобилизацией всех ресурсов на защиту приоритета Нойса, в дело пошла тяжёлая артиллерия корпоративного пиара. Килби лично участвовал в пиар-кампаниях TI, Нойс был менее заметен, но его успешно замещал Гордон Мур. К середине 1970-х годов подпитываемая пиаром TI, Fairchild и Intel «версия двух изобретателей» стала восприниматься как единственная истина. Вспышка полемики между Килби и Леговцом на страницах профессиональных журналов 1976 — 1978 не изменила положения. Эрни, Ласт, Леговец оказались забытыми — за ними не стояло крупных корпораций, да и сами они не были склонны к публичным спорам.

В научных статьях 1980-х годов «краткий курс истории микроэлектроники» приобрёл вид пример авторов, рассматривающих тему «глазами Intel»:

Во время работы на Fairchild Нойс разработал интегральную схему. Несколькими месяцами раньше ту же концепцию изобрёл в Далласе Джек Килби из Texas Instruments. В июле 1959 года Нойс подал патентную заявку на свою концепцию интегральной схемы. Texas Instruments подала на Нойса и Fairchild в суд за нарушение её патентов, тяжба растянулась на несколько лет. Сегодня, как правило, Нойс и Килби признаются соавторами изобретения интегральной схемы, хотя в Зал Славы Изобретателей приняли одного лишь Килби. Чтобы там ни было, заслугой Нойса считается усовершенствование интегральной схемы, позволившее использовать её на практике …

В 1984 году «версия двух изобретателей» была закреплена в книге Томаса Рида под названием «Как двое американцев изобрели микрочип» англ. The Chip: How Two Americans Invented the Microchip and Launched a Revolution. Книга Рида неоднократно переиздавалась, последний раз — в 2008 году. Роберт Райт из The New York Times раскритиковал Рида за пространные описания второстепенных персонажей, причастных к изобретению, однако имена и работы Леговца и Ласта в книге даже не упомянуты. Консультировавший Рида Жан Эрни появляется в книге лишь в качестве теоретика, дававшего советы великому Нойсу.

Автор «Современной истории вычислительной техники» 2003 и куратор музея авиации и космонавтики Смитсоновского института Пол Черуцци также повторил «версию двух изобретателей» и сделал оговорку, что «их изобретение … было лишь ещё одним шагом» в направлении, заданном военными программами миниатюризации 1950-х годов. Ссылаясь на «мнение большинства», Черруцци поставил на первое место решение Нойса использовать планарный процесс Эрни. Эрни, по мнению Черуцци, «проложил дорогу» к серийному производству ИС, но в список изобретателей ИС не включен. Вопросы изобретения изоляции компонентов в книге Черуцци не рассматривались.

В 2000 году Нобелевский комитет присудил Нобелевскую премию по физике: Жоресу Алфёрову и Герберту Крёмеру — «за разработку полупроводниковых гетероструктур, используемых в высокочастотной и оптоэлектронике», и Джеку Килби — «за его вклад в изобретение интегральной схемы». По уставу Нобелевская премия присуждается только живым, поэтому посмертное награждение Роберта Нойса было невозможно сам Нойс при жизни отвечал на вопросы о перспективах Нобелевской премии: «За изобретения Нобеля не дают. За настоящую работу тоже.». Рассматривал ли Нобелевский комитет иных, доживших до 2000 года, соавторов изобретения — неизвестно, процесс принятия решений Комитетом не подлежит разглашению. Арджун Саксена критически утверждал, что вклад Килби в отличие от вклада Алфёрова и Крёмера был чисто инженерным, изобретательским, и не относился к сферам фундаментальной науки — следовательно, награждение Килби было произведено с нарушением воли Альфреда Нобеля.

«Версия двух изобретателей» продолжает воспроизводиться в американской печати и в 2010-е годы. Встречается и вариант, в котором «главным революционером» признаётся один Килби, а Нойсу отводится роль «другого инженера», усовершенствовавшего изобретение Килби. В популярной книге Фреда Каплана «1959: год, который изменил всё» 2010, в которой изобретению ИС отведено восемь страниц, список изобретателей сведён к одной фамилии: Килби. По Каплану, ИС была изобретена «не огромной командой физиков, а единственным человеком, одиночкой, и притом не физиком, но инженером». Имя Нойса появляется только в примечаниях в конце книги: «следует заметить, что у микрочипа оказался и случайный соавтор — Роберт Нойс, который выдвинул свою версию в январе 1959 года, а затем забросил её — до презентации TI в марте 1959 года…» Ни Эрни, ни Ласт, ни работавшие с Килби Латроп и Барнс в книге Каплана не упомянуты.

Электроника НТБ — научно-технический журнал — Электроника НТБ

У Дж.Килби были более или менее удачливые предшественники. Впервые идею многоэлементной интегральной схемы (ИС) в 1952 году публично огласил на ежегодной конференции по электронным компонентам в Вашингтоне сотрудник Британского королевского радиолокационного управления в Малверне Джеффри Даммер. В 1956 году он пытался реализовать свою идею, но потерпел неудачу. В 1953 году Харвик Джонсон из копании RCA получил патент на однокристальный генератор, а в 1958 году совместно с Торкелом Валлмарком анонсировал концепцию «полупроводникового интегрального устройства». В 1957 году японец Ясуро Тару получил патент на соединение различных транзисторов в одном кристалле. В 1956 году сотрудник фирмы Bell Laboratories Росс изготовил схему двоичного счётчика на основе n-p-n-p-структур в едином монокристалле. Но все эти и другие им подобные разработки имели частный характер и не стали основой для развития интегральной электроники. Развитие в промышленном производстве получили только три проекта – Дж.Килби и Р.Нойса в США и Ю.Осокина в СССР.

Первой действительно интегральной схемой Килби, выполненной на одном кусочке монолитного германия, стала ИС триггера Type 502. В ней были использованы и объемное сопротивление германия, и емкость p-n-перехода (рис.2). Презентация ИС состоялась в марте 1959 года. Такие ИС в малых объемах выпускались в лабораторных условиях и продавались в узком кругу за 450 долл.
ИС содержала шесть элементов – четыре так называемых меза-транзистора и два резистора. Меза-транзисторы в виде микроскопических «активных» столбиков возвышались над остальной, «пассивной» частью кристалла. Соединялись они в ИС развариванием тонких золотых проволочек – ненавистная всем «волосатая технология». Особых перспектив у данного подхода не было – проволочные межсоединения сильно ограничивают число элементов ИС, да и германий уже не рассматривался как перспективный материал.
К этому времени (в 1957 году) восемь бывших сотрудников У. Шокли – специалистов компании Shockley Semiconductor (называемые им «восьмерка предателей») основали компанию Fairchild Semiconductor, чтобы разработать технологию массового производства кремниевых транзисторов на основе методов диффузии и химического травления. Именно в этой компании вскоре была создана планарная кремниевая технология (Д.Хоэрни, Jean Hoerni). А работавший в Sprague Electric К.Леховек разработал технологию электрической изоляции компонентов на кристалле посредством обратно включенного p-n-перехода. В 1959 году Роберт Нойс, президент Fairchild и один из будущих основателей Intel, узнав о макете Килби, решил создать интегральную схему, комбинируя процессы, предложенные Хоэрни и Леховеком. Для соединения элементов использовались токопроводящие дорожки из металла, напыленного поверх изолированных двуокисью кремния полупроводниковых структур, и отверстия в изолирующем слое (омические контакты). В итоге после двух макетирований 27 сентября 1960 года изготовили полностью планарный вариант триггера (рис. 3).
Для создания серийнопригодных ИС Fairchild пришлось пригласить схемотехника Роберта Нормана, который и заложил основы серии ИС Micrologic, нашедшей первое применение в аппаратуре ракеты «Минитмен». В марте 1961 года Fairchild анонсировала первую опытную ИС этой серии. Примечательно, что ее фото опубликовал журнал Life (рис.4). Еще пять ИС были представлены в октябре. А с начала 1962 года Fairchild развернула серийное производство ИС и поставки в интересах Минобороны США и НАСА.
Компания TI не желала упускать пальму первенства и занялась развитием идеи Килби, но на основе планарной кремниевой технологии. В октябре 1961 года фирма анонсировала серию ИС типа SN-51, а с 1962 года начала их серийное производство и поставки в интересах МО США и НАСА.
Килби и Нойсу пришлось выслушать немало критических замечаний по поводу своих новаций. Считалось, что практический выход годных интегральных схем будет очень низким – ниже, чем у транзисторов (у которых он тогда не превышал 15%). Многие полагали, что в ИС используются неподходящие материалы, поскольку резисторы и конденсаторы делались тогда отнюдь не из полупроводников. С трудом воспринималась мысль о неремонтопригодности ИС – казалось кощунственным выбрасывать изделие, в котором вышел из строя только один из многих элементов. Тем не менее, в 1963 году в США было произведено 500 тыс. ИС, но все они ушли на военные нужды, а на общедоступном рынке появились позже.
Предпосылки появления ИС в СССР

К концу 1950-х годов отечественная промышленность нуждалась в полупроводниковых диодах и транзисторах настолько, что потребовались радикальные меры. В 1959 году были основаны заводы полупроводниковых приборов в Александрове, Брянске, Воронеже, Риге и др. В январе 1961 года ЦК КПСС и СМ СССР приняли очередное Постановление «О развитии полупроводниковой промышленности», в котором предусматривалось строительство заводов и НИИ в Киеве, Минске, Ереване, Нальчике и других городах.
Нас будет интересовать один из новых заводов – Рижский завод полупроводниковых приборов (РЗПП, он несколько раз менял свои названия, но для простоты мы используем наиболее известное, действующее и ныне). В качестве стартовой площадки новому заводу выделили строящееся здание кооперативного техникума площадью 5300 м2, одновременно началось строительство специального здания. К февралю 1960 года на заводе было уже создано 32 службы, 11 лабораторий и опытное производство, приступившее в апреле к подготовке производства первых приборов. На заводе уже работало 350 человек, 260 из которых в течение года направлялись на учебу в московский НИИ-35 (позже НИИ «Пульсар») и на ленинградский завод «Светлана». А к концу 1960 года численность работающих достигла 1900 человек. Первоначально технологические линии размещались в перестроенном спортивном зале корпуса кооперативного техникума, а лаборатории ОКБ – в бывших учебных аудиториях. Первые приборы (сплавно-диффузионные и конверсионные германиевые транзисторы П-401, П-403, П-601 и П-602 разработки НИИ-35) завод выпустил через 9 месяцев после подписания приказа о его создании, в марте 1960 года. А к концу июля изготовил первую тысячу транзисторов П-401. Затем освоил в производстве многие другие транзисторы и диоды. В июне 1961 года завершилось строительство специального корпуса, в котором началось массовое производство полупроводниковых приборов.
С 1961 года завод приступил к самостоятельным технологическим и опытно-конструкторским работам, в том числе – по механизации и автоматизации производства транзисторов на основе фотолитографии. Для этого был разработан первый отечественный фотоповторитель (фотоштамп) – установка совмещения и контактной фотопечати (разработчик А.С.Готман). Большую помощь в финансировании и изготовлении уникального оборудования оказывали предприятия Минрадиопрома, в том числе КБ-1 (позже НПО «Алмаз», Москва) и НИИРЭ (позже НПО «Ленинец», Ленинград). Тогда наиболее активные разработчики малогабаритной радиоаппаратуры, не имея своей технологической полупроводниковой базы, искали пути творческого взаимодействия с недавно созданными полупроводниковыми заводами.
На РЗПП проводились активные работы по автоматизации производства германиевых транзисторов типа П401 и П403 на основе создаваемой заводом технологической линии «Аусма». Ее главный конструктор (ГК) А.С.Готман предложил делать на поверхности германия токоведущие дорожки от электродов транзистора к периферии кристалла, чтобы проще разваривать выводы транзистора в корпусе. Но главное, эти дорожки можно было использовать в качестве внешних выводов транзистора при бескорпусной их сборке на платы (содержащие соединительные и пассивные элементы), припаивая их непосредственно к соответствующим контактным площадкам. Предлагаемый метод, при котором токоведущие дорожки кристалла как бы целуются с контактными площадками платы, получил оригинальное название – «поцелуйная технология». Но из-за ряда оказавшихся тогда неразрешимыми технологических проблем, в основном связанных с проблемами точности получения контактов на печатной плате, практически реализовать «поцелуйную технологию» не удалось. Через несколько лет подобная идея была реализована в США и СССР и нашла широкое применение в так называемых «шариковых выводах» и в технологии «чип-на-плату».
Тем не менее, аппаратурные предприятия, сотрудничающие с РЗПП, в том числе НИИРЭ, надеялись на «поцелуйную технологию» и планировали ее применение. Весной 1962 года, когда стало понятно, что ее реализация откладывается на неопределенный срок, главный инженер НИИРЭ В.И.Смирнов попросил директора РЗПП С.А.Бергмана найти другой путь реализации многоэлементной схемы типа 2НЕ‑ИЛИ, универсальной для построения цифровых устройств.
Твердая схема Р12-2 (ИС серий 102 и 116)

Директор РЗПП поручил эту задачу молодому инженеру Юрию Валентиновичу Осокину (см. врезку). Организовали отдел в составе технологической лаборатории, лаборатории разработки и изготовления фотошаблонов, измерительной лаборатории и опытно-производственной линейки. В то время в РЗПП была поставлена технология изготовления германиевых диодов и транзисторов, ее и взяли за основу новой разработки. И уже осенью 1962 года были получены первые опытные образцы германиевой твердой схемы 2НЕ-ИЛИ (поскольку термина ИС тогда не существовало, из уважения к делам тех дней сохраним название «твердая схема» – ТС), получившей заводское обозначение Р12-2. Она содержала два германиевых p-n-p-транзистора (модифицированные транзисторы типа П401 и П403) с общей нагрузкой в виде распределенного германиевого резистора р-типа (рис. 5).
Перед рижанами стояли принципиально новые задачи: реализовать на одном кристалле два транзистора и два резистора, исключив их паразитное взаимное влияние. В СССР никто ничего подобного не делал, а о работах Дж.Килби и Р.Нойса никакой информации в РЗПП не было. Но специалисты РЗПП успешно преодолели эти проблемы, причем совершенно не так, как это сделали американцы.
Прежде всего, рижане работали с германием и не пошли по пути планарной технологии. Но в отличие от Texas Instruments, они сумели создать вполне технологичные ИС. При их формировании использовалось три фотолитографии. В ходе первой на пластине р-германия с сформированным n-слоем под базовую область (методом диффузии Sb) создавалась маска под эмиттер. Через нее гальванически осаждали и вплавляли эмиттерный сплав PbInSb (т.е. в теле базы n-типа формировали p-область эмиттера). Затем одновременно с удалением использованного фоторезиста удалялись и излишки эмиттерного сплава так, что образовывалась плоская поверхность германиевой пластины, что упрощает последующие фотолитографии. При второй фотолитографии формировали маску под мезу транзисторных структур (так решался вопрос изоляции транзисторов). В ходе третьей фотолитографии создавали маску, определяющую форму всей ТС. В результате получали сложную в плане конфигурацию кристалла в виде лопатки (рис.6), где p-германий «черенка» служил резистором R1, острие «штыка» лопатки – резистором R2, а сам «штык» лопатки являлся коллекторной областью транзисторов. По третьей маске осуществлялось глубокое, почти сквозное травление германиевой пластины по контурам кристаллов ТС, почти до их разделения. Окончательно пластина разделялась на кристаллы ТС при шлифовке ее тыльной стороны до толщины около 100 мкм, ТС структуры при этом распадались на отдельные кристаллы сложной формы. Именно так была реализована групповая технология изготовления ТС.
Термокомпрессионные контакты формировались только между германиевыми областями структуры ТС и золотом выводных проводников. Это обеспечивало устойчивость к внешним воздействиям в условиях тропиков и морского тумана, что особенно важно для работы в военно-морских квазиэлектронных АТС, выпускаемых рижским заводом ВЭФ, также заинтересовавшимся этой разработкой.
Конструктивно ТС Р12-2 (и последующая за ней Р12-5) были выполнены в виде «таблетки» (рис.7) из круглой металлической чашечки диаметром 3 мм и высотой 0,8 мм. В ней размещался кристалл ТС и заливался полимерным компаундом, из которого выходили короткие внешние концы выводов из мягкой золотой проволоки диаметром 50 мкм, приваренные к кристаллу. Масса Р12-2 не превышала 25 мг. В таком исполнении ТС были устойчивы к воздействию относительной влажности 80% при температуре окружающей среды 40°С и к циклическим изменениям температуры от -60° до 60°С.
К концу 1962 года опытное производство РЗПП выпустило около 5 тыс. ТС Р12-2, а в 1963 году их было сделано несколько десятков тысяч. Таким образом, 1962 год стал годом рождения микроэлектронной промышленности в США и СССР. При изготовлении работоспособные приборы рассортировывали по группам параметров (это делают и поныне), установив восемь типономиналов ТС Р12-2 (табл.1 и 2).
Выпуск ТС Р12-2 начался одновременно с проведением ОКР «Твердость», завершившейся в 1964 году (ГК Ю. В. Осокин). В рамках этой работы была разработана усовершенствованная групповая технология серийного производства германиевых ТС на основе фотолитографии и гальванического осаждения сплавов через фотомаску. Ее основные технические решения зарегистрированы как изобретение Осокина Ю.В. и Михаловича Д.Л. (А.С. №36845). В издававшемся с грифом «секретно» журнале «Спецрадиоэлектроника» вышло несколько статей Ю.В.Осокина в соавторстве со специалистами КБ-1 И.В.Ничего, Г.Г.Смолко и Ю.Е.Наумовым с описанием конструкции и характеристик ТС Р12-2 (и последовавшей за ней ТС Р12-5).
Конструкция Р12-2 была всем хороша, кроме одного – потребители не умели применять такие маленькие изделия с тончайшими выводами. Ни технологии, ни оборудования для этого у аппаратурных фирм, как правило, не было. За все время выпуска Р12-2 и Р12-5 их применение освоили НИИРЭ, Жигулевский радиозавод, ВЭФ, НИИП (с 1978 года НПО «Радиоприбор») и немногие другие предприятия. Понимая проблему, разработчики ТС совместно с НИИРЭ сразу же продумали второй уровень конструкции, который одновременно увеличил плотность компоновки аппаратуры.
В НИИРЭ в рамках ОКР «Квант» (ГК А.Н.Пелипенко, при участии Е.М.Ляховича) была разработана конструкция модуля, в котором объединялось четыре ТС Р12-2 (рис.8). На микроплату из тонкого стеклотекстолита размещали от двух до четырех ТС Р12-2 (в корпусе), реализующих определенный функциональный узел. На плату впрессовывали до 17 выводов (число менялось для конкретного модуля) длиной 4 мм. Микроплату помещали в металлическую штампованную чашечку 21,6×6,6 мм и глубиной 3,1 мм и заливали полимерным компаундом. В результате получилась гибридная интегральная схема (ГИС) с двойной герметизацией элементов. Это была первая в мире ГИС с двухуровневой интеграцией, в которой в качестве активных элементов использовались не дискретные транзисторы и диоды, а полупроводниковые ИС. Возможно, это была вообще первая ГИС, так как четкой, общепризнанной даты создания первой ГИС, по-видимому, не существует. (ГИС компании IBM, используемые в ЭВМ IBM System 360, увидели свет в 1964 году, похоже, они в зарубежных странах были первыми. ) Было разработано восемь типов модулей с общим названием «Квант», выполнявших различные логические функции. В составе таких модулей ТС Р12-2 сохраняли работоспособность при воздействии постоянных ускорений до 150g и вибрационных нагрузок в диапазоне частот 5–2000 Гц с ускорением до 15g.
Модули «Квант» сначала выпускало опытное производство НИИРЭ, а затем их передали на Жигулевский радиозавод, поставлявший их различным потребителям, в том числе заводу ВЭФ.
ТС Р12-2 и модули «Квант» на их основе хорошо зарекомендовали себя и широко применялись. В 1968 году вышел стандарт, устанавливающий единую в стране систему обозначений интегральных схем, а в 1969 году – Общие технические условия на полупроводниковые (НП0.073.004ТУ) и гибридные (НП0.073.003ТУ) ИС с единой системой требований. В соответствии с этими требованиями в Центральном бюро по применению интегральных схем (ЦБПИМС, позже ЦКБ «Дейтон», Зеленоград) 6 февраля 1969 года на ТС были утверждены новые технические условия ЩТ3.369. 001-1ТУ. При этом в обозначении изделия впервые появился термин «интегральная схема» серии 102. ТС Р12-2 стали называться ИС: 1ЛБ021В, 1ЛБ021Г, 1ЛБ021Ж, 1ЛБ021И. Фактически это была одна ИС, рассортированная на четыре группы по выходному напряжению и нагрузочной способности.
А 19 сентября 1970 года в ЦБПИМС были утверждены технические условия АВ0.308.014ТУ на модули «Квант», получившие обозначение ИС серии 116 (рис.9). В состав серии входило девять ИС: 1ХЛ161, 1ХЛ162 и 1ХЛ163 – многофункциональные цифровые схемы; 1ЛЕ161 и 1ЛЕ162 – два и четыре логических элемента 2НЕ-ИЛИ; 1ТР161 и 1ТР1162 – один и два триггера; 1УП161 – усилитель мощности, а также 1ЛП161 – логический элемент «запрет» на 4 входа и 4 выхода. Каждая из этих ИС имела от четырех до семи вариантов исполнения, отличающихся напряжением выходных сигналов и нагрузочной способностью, всего было 58 типономиналов ИС. Исполнения маркировались буквой после цифровой части обозначения ИС, например 1ХЛ161Ж. В дальнейшем номенклатура модулей расширялась. ИС серии 116 фактически были гибридными, но по просьбе РЗПП были маркированы как полупроводниковые (первая цифра в обозначении – «1», у гибридных должно быть «2»).
В 1972 году совместным решением Минэлектронпрома и Минрадиопрома производство модулей было передано из Жигулевска на РЗПП. Это исключило транспортировку ИС серии 102 на дальние расстояния, поэтому от герметизации кристалла каждой ИС отказались. В результате упростилась конструкция ИС и 102-й, и 116-й серий: отпала необходимость корпусировать ИС серии 102 в металлическую чашечку с заливкой компаундом. Бескорпусные ИС серии 102 в технологической таре поступали в соседний цех на сборку ИС серии 116, монтировались непосредственно на их микроплату и герметизировались в корпусе модуля.
В середине 1970-х годов вышел новый стандарт на систему обозначений ИС. После этого, например, ИС 1ЛБ021В получила обозначение 102ЛБ1В.
Твердая схема Р12-5 (ИС серий 103 и 117)

К началу 1963 года в результате серьезных работ по разработке высокочастотных n-p-n-транзисторов коллектив Ю.В.Осокина накопил большой опыт работы с p-слоями на исходной n-германиевой пластине. Это и наличие всех необходимых технологических компонентов позволило Осокину в 1963 году приступить к разработке новой технологии и конструкции более быстродействующего варианта ТС. В 1964 году по заказу НИИРЭ была завершена разработка ТС Р12-5 и модулей на ее основе. По ее результатам в 1965 году была открыта ОКР «Паланга» (ГК Ю.В.Осокин, его заместитель – Д.Л.Михалович, завершена в 1966 году). Разрабатывались модули на основе Р12-5 в рамках той же ОКР «Квант», что и модули на Р12-2. Одновременно с техническими условиями на серии 102 и 116 были утверждены технические условия ЩТ3.369.002-2ТУ на ИС серии 103 (Р12-5) и АВ0.308.016ТУ на ИС серии 117 (модули на основе ИС серии 103). Номенклатура типов и типономиналов ТС Р12-2, модулей на них и серий ИС 102 и 116 была идентична номенклатуре ТС Р12-5 и ИС серий 103 и 117, соответственно. Различались они только быстродействием и технологией изготовления кристалла ИС. Типовое время задержки распространения сигнала серии 117 составило 55 нс против 200 нс в серии 116.
Конструктивно ТС Р12-5 представляла собой четырехслойную полупроводниковую структуру (рис.10), где подложка n-типа и эммитеры p+-типа подсоединялись к общей шине «земли». Основные технические решения построения ТС Р12-5 зарегистрированы как изобретение Осокина Ю.В., Михаловича Д.Л. Кайдалова Ж.А и Акменса Я.П. (А.С. №248847). При изготовлении четырехслойной структуры ТС Р12-5 важным ноу-хау было формирование в исходной германиевой пластине n-типа p-слоя. Это достигалось диффузией цинка в кварцевой отпаянной ампуле, где пластины располагаются при температуре около 900°С, а цинк – в другом конце ампулы при температуре около 500°С. Дальнейшее формирование структуры ТС в созданном p-слое аналогично ТС Р12-2. Новая технология позволила уйти от сложной формы кристалла ТС. Пластины с Р12-5 также шлифовались с тыльной стороны до толщины около 150 мкм с сохранением части исходной пластины, далее они скрайбировались на отдельные прямоугольные кристаллы ИС.
После первых положительных результатов изготовления опытных ТС Р12-5, по заказу КБ-1 была открыта НИР «Мезон-2», направленная на создание ТС с четырьмя Р12-5. В 1965 году получены действующие образцы в плоском металлокерамическом корпусе. Но Р12-5 оказалась сложной в производстве, главным образом – из-за трудности формирования легированного цинком p-слоя на исходной n-Ge пластине. Кристалл оказался трудоемким в изготовлении, процент выхода годных низкий, стоимость ТС высокая. По этим причинам ТС Р12-5 выпускалась в небольших объемах и вытеснить более медленную, но технологичную Р12-2 она не смогла. А НИР «Мезон-2» вообще не получила продолжения, в том числе – из-за проблем межсоединений.
К этому времени уже широким фронтом велись работы по развитию планарной кремниевой технологии, обладающей рядом преимуществ перед германиевой, главные из которых – более высокий диапазон рабочих температур (150°С у кремния и 70°С у германия) и наличие у кремния естественной защитной пленки SiO2. Поэтому специалисты РЗПП посчитали развитие германиевой технологии для производства ИС нецелесообразным. Однако при производстве транзисторов и диодов германий еще какое-то время не сдавал своих позиций. В отделе Ю.В.Осокина уже после 1966 года были разработаны и производились РЗПП германиевые планарные малошумящие СВЧ-транзисторы ГТ329, ГТ341, ГТ 383 и др. Их создание было отмечено Государственной премией Латвийской ССР.
Применение

Заказчиками и первыми потребителями ТС Р12-2 и модулей были создатели конкретных систем: ЭВМ «Гном» (рис.11) для бортовой самолетной системы «Купол» (НИИРЭ, ГК Е.М.Ляхович) и военно-морских и гражданских АТС (завод ВЭФ, ГК Л.Я.Мисуловин). Активно участвовало на всех стадиях создания ТС Р12-2, Р12-5 и модулей на их основе и КБ-1, главным куратором этого сотрудничества от КБ-1 был Н.А. Барканов. Помогали финансированием, изготовлением оборудования, исследованиями ТС и модулей в различных режимах и условиях эксплуатации.
ТС Р12-2 и модули «Квант» на ее основе были первыми микросхемами в стране. Да и в мире они были среди первых – только в США начинали выпускать свои первые ИС фирмы Texas Instruments и Fairchild Semiconductor (полупроводниковые ИС), а также IBM (толстопленочные гибридные ИС), в других странах об ИС еще и не задумывались. Поэтому эффективность применения ИС была впечатляющей. В сохранившемся буклете на ТС Р12-2 от 1965 года (на основе уже реальных применений) сказано: «Применение твердых схем Р12-2 в бортовых вычислительных устройствах позволяет в 10–20 раз сократить вес и габариты этих устройств, уменьшить потребляемую мощность и увеличить надежность работы … Применение твердых схем Р12-2 в системах управления и коммутации трактов передачи информации АТС позволяет сократить объем управляющих устройств примерно в 300 раз, а также значительно снизить потребление электроэнергии (в 30–50 раз)». Это иллюстрирует фотография выпускаемых тогда заводом ВЭФ стойки АТС на основе реле в сравнении с маленьким блочком на ладони девушки (рис.12). Были и другие многочисленные применения первых рижских ИС.
Производство

Сейчас трудно восстановить полную картину объемов производства ИС серий 102 и 103 по годам (сегодня РЗПП из крупного завода превратился в небольшое производство, и многие архивы утеряны). Но по воспоминаниям Ю.В.Осокина, во второй половине 1960-х годов производство исчислялось многими сотнями тысяч в год, в 1970-х годах – миллионами. По его личным записям, в 1985 году было выпущено ИС серии 102 – 4 100 000 шт., модулей серии 116 – 1 025 000 шт., ИС серии 103 – 700 000 шт., модулей серии 117 – 175 000 шт.
В конце 1989 года Ю.В. Осокин, тогда генеральный директор ПО «Альфа», обратился к руководству Военно-промышленной комиссии при СМ СССР (ВПК) с просьбой о снятии серий 102, 103, 116 и 117 с производства ввиду их морального старения и высокой трудоемкости (за 25 лет микроэлектроника далеко ушла вперед), но получил категорический отказ. Заместитель председателя ВПК В.Л.Коблов сказал ему, что самолеты летают надежно, замена исключается. После распада СССР ИС серий 102, 103, 116 и 117 выпускались еще до середины 90-х годов, т.е. более 30 лет. ЭВМ «Гном» до сих пор стоят в штурманской кабине «Ил-76» и некоторых других самолетов. «Это суперкомпьютер», – не теряются наши летчики, когда зарубежные коллеги удивленно интересуются невиданным ныне агрегатом.
О приоритетах

Приоритет авторов ИС закреплен Патентами США Дж.Килби (Патент США №3138743, приоритет от 6 февраля 1959 года), Р.Нойса (патент США № 2981877 от 30 июля 1959 года) и Авторским свидетельством СССР Ю.Осокина и Д.Михаловича № 36845 от 28 июня 1966 года. В 2000 году Дж.Килби за изобретение ИС стал одним из лауреатов Нобелевской премии. Р.Нойс не дождался мирового признания как изобретатель ИС, он скончался в 1990 году, а Нобелевская премия не присваивается посмертно. Работы же Ю.Осокина не оценены не только Нобелевским комитетом, забыты они и в нашей стране, приоритет страны в создании микроэлектроники не защищен. А он бесспорно был. (Важно отметить, что если Fairchild Semiconductor и Texas instruments начали развивать именно планарную технологию ИС, то Ю.В.Осокин занимался технологией ИС на основе меза-структур. Это – принципиально иное направление, активно развиваемое сегодня во всем мире при создании монолитных СВЧ ИС и мощных полупроводниковых приборов, которые сами по себе являются ИС. – Прим.ред).
В 1950-е годы полупроводниковая технология достигла уровня, позволяющего на одной германиевой или кремниевой пластине в едином технологическом цикле изготавливать множество диодов или транзисторов. В результате была создана материальная основа для формирования в одном монолитном кристалле многоэлементных изделий – интегральных схем. Поэтому не удивительно, что почти одновременно идея ИС независимо возникла в головах нескольких специалистов. А оперативность внедрения новой идеи зависела от технологической оснащенности автора и заинтересованности изготовителя, т.е. от наличия первого потребителя. В этом отношении Ю.Осокин оказался в лучшем положении, чем его американские коллеги. Килби был новичком в TI, не владел полупроводниковой технологией, ему даже пришлось доказывать руководству фирмы принципиальную возможность реализации монолитной (его термин) схемы изготовлением ее макета. Собственно роль Дж.Килби в создании ИС сводится к перевоспитанию руководства TI и в провокации своим макетом Р.Нойса к активным действиям. В серийное производство изобретение Килби не пошло. Р.Нойс в своей молодой и еще не окрепшей компании пошел на создание новой планарной технологии, которая действительно стала основой последующей микроэлектроники, но поддалась автору не сразу. В связи с вышесказанным им обоим пришлось потратить немало сил и времени для практической реализации своих идей по построению серийноспособных ИС. Их первые образцы остались опытными, а в серийное производство пошли уже другие микросхемы, даже не ими разработанные. В отличие от Килби и Нойса, которые были далеки от производства, заводчанин Ю.Осокин опирался на промышленно освоенные полупроводниковые технологии РЗПП, и у него были гарантированные потребители первых ТС в виде инициатора разработки НИИРЭ и рядом расположенного завода ВЭФ, помогавших в данной работе. По этим причинам уже первый вариант его ТС сразу пошел в опытное, плавно перешедшее в серийное производство, которое непрерывно продолжалось более 30 лет. Таким образом, начав разработку ТС позже Килби и Нойса, Ю.Осокин (не зная об этом соревновании) быстро догнал их. Производство своих ИС они начали почти одновременно – в 1962 году. Причем работы Ю.Осокина никак не связаны с работами американцев, свидетельство тому абсолютная непохожесть его ТС и реализованных в ней решений на микросхемы Килби и Нойса. Это дает полное право рассматривать Ю.Осокина одним из изобретателей интегральной схемы наравне с Дж.Килби и Р.Нойсом, а часть Нобелевской премии Дж.Килби было бы справедливо поделить с Ю.Осокиным. Что же касается изобретения первой ГИС с двухуровневой интеграцией (в которой в качестве активного элемента использована полупроводниковая ИС), то здесь приоритет А.Пелипенко из НИИРЭ абсолютно бесспорен.

Автор благодарен Ю.В.Осокину, А.А.Васенкову и С.В.Якубовскому (с его богатым архивом в ЦКБ «Дейтон», открытым для всех интересующихся историей), оказавшим неоценимую помощь в подготовке статьи. К сожалению, не удалось найти образцов ТС и приборов на их основе, необходимых для музеев. Автор будет весьма признателен за такие образцы.

Intel отмечает 50-летний юбилей интегральной схемы

Изобретение интегральной схемы — это… Что такое Изобретение интегральной схемы?

Идею интеграции множества стандартных электронных компонентов в монолитном кристалле полупроводника впервые предложил в 1952 году британский радиотехник Джеффри Даммер^[en]. Год спустя Харвик Джонсон подал первую в истории патентную заявку на прототип интегральной схемы (ИС) ^[⇨]. Реализация этих предложений в те годы не могла состояться из-за недостаточного развития технологий ^[⇨].

В конце 1958 года и в первой половине 1959 года в полупроводниковой промышленности состоялся прорыв. Три человека, представлявшие три частные американские корпорации, решили три фундаментальные проблемы, препятствовавшие созданию интегральных схем ^[⇨]. Джек Килби из Texas Instruments запатентовал принцип интеграции ^[⇨], создал первые несовершенные прототипы ИС и довёл их до серийного выпуска ^[⇨]. Курт Леговец из Sprague Electric Company изобрёл способ электрической изоляции компонентов, сформированых на одном кристалле полупроводника ^[⇨]. Роберт Нойс из Fairchild Semiconductor изобрёл способ электрического соединения компонентов ИС (металлизацию алюминием) ^[⇨] и предложил усовершенствованный вариант изоляции компонентов на базе новейшей планарной технологии Жана Эрни^[en][⇨]. 27 сентября 1960 года группа Джея Ласта^[en] создала на Fairchild Semiconductor первую работоспособную полупроводниковую ИС ^[⇨] по идеям Нойса и Эрни. Texas Instruments, владевшая патентом на изобретение Килби, развязала против конкурентов патентную войну, завершившуюся в 1966 году мировым соглашением о перекрёстном лицензировании технологий ^[⇨].

Не существует единого мнения о том, кто именно является изобретателем ИС. Американская пресса 1960-х годов признавала изобретателями ИС четырёх человек: Килби, Леговца, Нойса и Эрни. В 1970-е годы список изобретателей сократился до двух имён: Килби и Нойс, а в популярной литературе — до одного Килби ^[⇨]. Именно Килби был удостоен в 2000 году Нобелевской премии по физике «за личный вклад в изобретение интегральной схемы»^[1]. В XXI веке историки отрасли Лесли Берлин^{[en][прим. 1]}, Бо Лоек^{[прим. 2]}, Арджун Саксена^{[прим. 3]} вернулись к точке зрения, что круг изобретателей ИС был существенно шире, и подвергли ревизии значение вклада Килби ^[⇨].

Предпосылки

Ожидание прорыва

Во время Второй мировой войны и в первые послевоенные годы в электронике появились признаки явления, которое в США назвали «тиранией больших чисел» (англ. The tyranny of numbers): отдельные образцы бортовой и вычислительной техники достигли потолка сложности, за которым потери от отказов и простоев превосходили любые ожидаемые выгоды^[2]. Каждый Boeing B-29 (поставлен на вооружение в 1944 году) возил на себе, по разным источникам, от трёхсот до почти тысячи вакуумных ламп и десятки тысяч пассивных компонентов^{[прим. 4]}. В стационарных компьютерах cчёт ламп шёл на тысячи, в компьютере ENIAC (1946 год) их было более семнадцати тысяч^{[прим. 5]}. Каждый дополнительный резистор, каждая дополнительная пайка ухудшали надёжность и удлиняли время поиска неисправностей^[2]. Традиционная электроника оказалась в тупике: дальнейшее усложнение электронных устройств требовало сокращения числа их компонентов.

Обнародованное летом 1948 года изобретение транзистора породило в обществе развитых стран ожидание новой технической революции^[3]. Фантасты и журналисты предвещали скорое появление «разумных машин» и массовую роботизацию всех сторон жизни — от кухонной плиты до межпланетных полётов^[3]. Результаты реальной транзисторизации оказались намного скромнее. Замена электронных ламп на полупроводниковые приборы позволила уменьшить размеры и энергопотребление электронных устройств, но не могла решить проблему надёжности сложных систем. Миниатюризация отчасти усугубила её: плотная упаковка компонентов на платах, необходимая для достижения приемлемого быстродействия, затрудняла поиск неисправностей и ухудшала ремонтопригодность^[2]. Надёжность дискретных компонентов в 1950-е годы довели до теоретического предела, но надёжность соединений между компонентами принципиально не изменилась^[4]. Сложнейшие системы начала 1960-х годов содержали до 200 тысяч дискретных компонентов^[4] — не намного больше, чем ламповый ENIAC^{[прим. 5]}.

Идея интеграции

7 мая 1952 года британский радиотехник Джеффри Даммер^[en] выступил в Вашингтоне с публичной речью, в которой сформулировал идею интеграции:

С появлением транзистора и с развитием полупроводников в целом, представляется возможным создание электронных устройств в массиве [полупроводника] без использования монтажных соединений. [Полупроводниковый] блок может состоять из проводящих, изолирующих, выпрямляющих, усиливающих слоёв. Отдельные функциональные компоненты [этих слоёв] соединяются между собой через вырезы в соответствующих слоях.

Оригинальный текст  (англ.)  

With the advent of the transistor and the work in semiconductors generally, it seems now to be possible to envisage electronic equipment in a solid block with no connecting wires. The block may consist of layers of insulating, conducting, rectifying and amplifying materials, the electrical functions being connected by cutting out areas of the various layers.^[5]

Даммер, впоследствии ставший знаменитым как «пророк интегральных схем» (но не их изобретатель!), безуспешно пытался найти финансирование на родине. Только в 1956 году он смог изготовить прототип собственной ИС методом выращивания из расплава; опыт оказался неудачным^[6]. В 1957 году министерство обороны Великобритании окончательно признало его работы бесперспективными. Чиновники мотивировали отказ высокой себестоимостью и худшими, чем у дискретных приборов, параметрами ещё не созданных ИС^[7]. Развитие электронных технологий сосредоточилось в США.

В октябре 1952 года Бернард Оливер подал патентную заявку на способ изготовления составного транзистора (структуры из трёх электрически связанных плоскостных транзисторов) на общем кристалле полупроводника^[8][9] В мае 1953 года Харвик Джонсон подал патентную заявку на способ формирования в кристалле проводника различных электронных компонентов — транзисторов, сопротивлений, сосредоточенных и распределённых емкостей^[10]. Джонсон описал три возможных способа производства интегрального однотранзисторного генератора колебаний^[10]. Во всех вариантах схема представляла собой узкую планку полупроводника, на одном конце которой формировался сплавной биполярный транзистор^{[прим. 6]}. Тело планки выполняло функцию цепочки электрически связанных сопротивлений^[10]. Сосредоточенные ёмкости формировались сплавлением, а распределённые — в виде протяжённых обратно-смещённых p-n-переходов^[10]. Неизвестно, сумел ли Джонсон реализовать своё предложение на практике, но спустя шесть лет один из вариантов схемы Джонсона был реализован и запатентован Джеком Килби^[8].

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^[15][17].

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^[18][21].

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].

Кремниевые технологии

Транзисторы ранних серий строились исключительно из германия. Относительно низкая температура плавления и относительно низкая химическая активность делали германий удобным, технологичным материалом. Неустранимым недостатком германиевых транзисторов был узкий диапазон рабочих температур, поэтому уже в середине 1950-х годов инженеры вернулись к «неудобному», но высокотемпературному, кремнию. Летом 1954 года Гордон Тил^[en] вырастил на Texas Instruments (TI) первую кремниевую транзисторную структуру, а в 1955 кремниевые транзисторы пошли в серию^[22]. Тогда же, в 1954 году, Фуллер^[en] и Дитценбергер опубликовали результаты фундаментального исследования процесса диффузии в кремнии, а Шокли предложил использовать диффузию по Фуллеру для формирования p-n-переходов с заданным профилем концентрации примесей^[23].

В начале 1955 года Карл Фрош^[en] из Bell Labs открыл явление мокрого окисления кремния, а в следующие два года Фрош, Молл^[en], Фуллер и Холоньяк довели его до внедрения в серийное производство^[24][25]. Открытие, состоявшееся благодаря случайной вспышке водорода в диффузионной печи, выявило второе фундаментальное преимущество кремния над германием^[24]. В отличие от оксидов германия, «мокрый» диоксид кремния является физически прочным и химически инертным электрическим изолятором (Роберт Нойс назвал мокрый оксид «одним из лучших изоляторов, известных человеку»^[26]). В 1957 году Фрош предложил использовать оксидный слой как литографскую маску при селективном легировании кремния тяжёлыми легирующими элементами, но пришёл к ошибочному выводу о том, что оксид не препятствует диффузии фосфора. В 1959 году Аттала описал явление пассивации p-n-переходов оксидным слоем. Оксид, выращенный над переходом, надёжно защищает его от внешних воздействий (пассивирует) — как при производстве, так и в эксплуатации. Соединений германия с подобными свойствами просто не существует.

1 декабря 1957 года Жан Эрни^[en] впервые предложил планарную технологию производства биполярных транзисторов. В планарном процессе Эрни все p-n-переходы транзистора выходили на верхнюю поверхность кристалла под защитным слоем оксида, что должно было существенно повысить надёжность. Однако в 1957 году предложение Эрни считалось технически невозможным^[27]. Чтобы создать эмиттер NPN-транзистора, следовало проводить диффузию фосфора — но, согласно работам Фроша, фосфор и оксидная маска были несовместимы^[27]. В начале марта 1959 Чи-Тан Са^[en] (бывший коллега Эрни по работе у Шокли, не участвовавший в «вероломной восьмёрке») указал Эрни и Нойсу на ошибку в выводах Фроша^[27]. Фрош использовал слишком тонкие оксидные слои, и сделал общее заключение из частного случая^[27]. Эксперименты Са на рубеже 1957—1958 годов показали, что достаточно толстый слой оксида способен задерживать и атомы фосфора^{[прим. 11]}. Вооружённый этим знанием, к 12 марта 1959 года Эрни изготовил первый опытный планарный транзистор^[28], а 1 мая 1959 года подал патентную заявку на изобретение планарного процесса^[27]. В апреле 1960 года Fairchild начала выпуск первых серийных планарных транзисторов (2N1613)^[29], а в октябре 1960 года анонсировала полный отказ от меза-транзисторов^[30]. К середине 1960-х годов планарный процесс стал основным способом производства транзисторов и единственным способом производства монолитных интегральных схем^[31].

Три проблемы микроэлектроники

На пути к созданию интегральной схемы оставались три фундаментальные проблемы. Наиболее чётко их сформулировал в 1958 году сторонник «функциональной электроники» Торкл Уолмарк^[32]:

1. Интеграция. В 1958 году не существовало способа формирования в кристалле полупроводника множества различных электронных компонентов. Сплавной способ плохо подходил для ИС, новейшая меза-технология имела неустранимые проблемы с надёжностью.
2. Изоляция. Не существовало эффективного способа электрически изолировать компоненты ИС друг от друга (не считая физической резки кристалла на отдельные приборы).
3. Соединения. Не существовало эффективного способа создания электрических соединений между компонентами ИС (не считая чрезвычайно дорогого и трудоёмкого навесного монтажа золотой проволокой).

Решение этих трёх задач способами, пригодными для серийного производства, и запуск такого производства и составляли изобретение интегральной схемы. Совокупность всех трёх решений — интеграции, изоляции и соединений — стала называться полупроводниковой (планарной и монолитной) интегральной схемой:

Полупроводниковая ИС — ИС, в которой все активные и пассивные элементы (транзисторы, диоды, резисторы и др.) формируются на общей монокристаллической полупроводниковой подложке. Взаимные соединения элементов осуществляются с помощью слоя металлизации, наносимого на изолирующий слой, защищающий поверхность полупроводника. Для исключения взаимосвязи по постоянному току через материал полупроводника все элементы схемы изолируются друг от друга^[33].

Только владение секретами интеграции, изоляции, соединения компонентов и планарным процессом позволило создать полноценный прототип полупроводниковой ИС. История распорядилась так, что у каждого из трёх решений оказался свой автор, а патенты на их изобретения оказались в руках трёх корпораций. Одна из них (Sprague Electric Company) не решилась развивать интегральную тему, другая (Texas Instruments) сделала ставку на заведомо неполный набор технологий, и только Fairchild Semiconductor, объединив всё необходимое, вплотную подошла к серийному выпуску монолитных ИС.

Изобретатель Владелец патента	Дата патентной заявки Номер патента США	Предмет и значение изобретения
Джек Килби Texas Instruments	6 февраля 1959 года (спорно) 3 138 743	Способ формирования на кристалле полупроводника множества активных и пассивных компонентов. Первая практическая реализация принципа интеграции.
Курт Леговец Sprague Electric Сompany	22 апреля 1959 года 3 029 366	Изоляция p-n-переходом. Первое практическое решение проблемы изоляции компонентов ИС.
Роберт Нойс Fairchild Semiconductor	30 июля 1959 года 2 981 877	Метод соединения компонентов ИС (металлизация алюминием). Первое практическое решение проблемы соединения компонентов ИС. Основной способ создания соединений во всех планарных ИС.
Роберт Нойс Fairchild Semiconductor	11 сентября 1959 года 3 150 299	Изоляция p-n переходом в планарной ИС. Решение проблемы изоляции для планарных ИС. Основной способ изоляции компонентов ИС на биполярных транзисторах.

Интеграция по Джеку Килби

Изобретение Килби

В мае 1958 года опытный радиотехник, ветеран Второй Мировой Джек Килби пришёл работать в Texas Instruments (TI)^[34]. 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.

Оригинальный текст  (англ.)  

… 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].

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].

Попытка коммерциализации

Осенью 1958 года TI начала продвигать ещё не запатентованную идею Килби военным заказчикам^[36]. Предложение Килби противоречило принятым концепциям развития и ВВС, и Армии США^[48]. Корпус связи^[en] и ВМФ США отказались от предложения TI, а в ВВС разгорелись споры — укладывается ли «твердотельная схема» (англ. Solid Circuit) Килби в уже принятую в авиации программу «молекулярной электроники» (англ. Molecular Electronics)^[36]? В итоге в 1959 году TI получила заказ ВВС на разработку прототипов серийных ИС. С подачи Килби эти изделия получили название «функциональных электронных блоков» (англ. functional electronic block, сокращённо FEB, жаргонное feebs^[49]). Westinghouse дополнила технологию TI эпитаксией и получила военный заказ в январе 1960 года^[50].

В октябре 1961 года TI построила для ВВС демонстрационный «молекулярный компьютер» на 587 схемах Килби, заменявших, со слов компании, 8 500 дискретных компонентов^[51][52]. Инженер TI Харви Крейгон упаковал компьютер с памятью в 300 бит в объём немногим более 100 см^3[51]. В декабре 1961 года заказчик принял первое аналоговое устройство, созданное в рамках «молекулярной» программы — бортовой радиоприёмник^[50]. Использованные ИС содержали не более 10-12 элементов, выход годных был запретительно низок, а высокая себестоимость штучного производства породила в профессиональной среде мнение о том, что аналоговые ИС могут быть оправданы только в аэрокосмической отрасли^[53]. Однако именно эта отрасль отказалась ставить «молекулярную электронику» на боевые ракеты из-за низкой радиационной стойкости^[en] меза-транзисторов^[49].

В апреле 1960 года TI анонсировала «гражданский» мультивибратор модели 502 — первую в мире интегральную схему, доступную на открытом рынке^[49]. Реклама утверждала, что в отличие от «бумажных» заявок конкурентов «мультивибратор 502 — настолько настоящий, что у него есть цена: 450 долларов за штуку при заказе до 100 штук, 300 долларов при заказе бо́льших партий»^[54] Продажи 502 начались только летом 1961 года, а цена оказалась ещё выше^[55]. 502 была «почти» монолитной, но без изоляции транзисторов друг от друга, и без металлизации соединительных проводников. Принципиальная схема (два транзистора, четыре диода, шесть резисторов и два конденсатора) повторяла традиционную дискретную схемотехнику^[56]. Внутри металлокерамического корпуса размещались два кристалла — узкие полоски кремния длиной около 5 мм^[56]. На одном кристалле были сформированы входные конденсаторы, на втором — диффузионные меза-транзисторы и меза-диоды^[57]. Тело второго кристалла выполняло функции шести резисторов^[57]. Четыре из этих резисторов были физически обособлены продольными вырезами в теле кристалла^[57]. Ножки корпуса припаивались непосредственно к нижней поверхности кристаллов, остальные электрические соединения (всего десять перемычек) выполнялись золотой проволокой^[57].

Увлечение менеджмента TI «молекулярной электроникой» в итоге привело TI к технологическому отставанию от Fairchild и Sylvania на год-другой^[51]. В 1962 году TI, так и не начавшая массовый выпуск схем Килби, перешла на выпуск теперь уже «обычных» планарных монолитных ИС.

Изобретение изоляции p-n-переходом

Решение Курта Леговца

Подробное рассмотрение темы: Курт Леговец. Изобретение изоляции p-n-переходом

В конце 1958 года инженер-физик Sprague Electric Company Курт Леговец посетил семинар в Принстоне, на котором Торкл Уолмарк изложил своё видение фундаментальных проблем микроэлектроники. Возвращаясь домой в Массачусетс, Леговец нашёл простое решение проблемы изоляции компонентов на кристалла — изоляцию p-n-переходом^[58]:

Хорошо известно, что p-n-переходу свойственно высокое сопротивление, в особенности тогда, когда на переход подано запирающее напряжение, или в отсутствии смещения. Поэтому, разместив между двумя полупроводниковыми элементами достаточно большое число последовательных p-n-переходов, можно добиться любой необходимой степени электрической изоляции этих элементов. Для большинства схем будет достаточно от одного до трёх переходов… — Курт Леговец, патент США 3029366^[59]

Оригинальный текст  (англ.)  

It is well-known that a p-n junction has a high impedance to electric current, particularly if biased in the so-called blocking direction, or with no bias applied. Therefore, any desired degree of electrical insulation between two components assembled on the same slice can be achieved by having a sufficiently large number of p-n junctions in series between two semiconducting regions on which said components are assembled. For most circuits, one to three junctions will be sufficient…

Для проверки своей идеи Леговец воспользовался доступными на Sprague технологиями производства транзисторов на выращенных переходах и сплавных транзисторов. Опытная схема Леговца, так же как и первая схема Килби, представляла собой линейную, одномерную структуру — узкую планку размером 2,2×0,5×0,1 мм, разделенную на изолированные ячейки n-типа (базы будущих транзисторов) узкими «пакетами» изолирующих p-n-переходов^[60]. Слои и переходы в пластине формировались методом выращивания из расплава^[60]. Тип проводимости слоя (n-тип или p-тип) определялся скоростью вытягивания кристалла: на медленной скорости в кристалле формировался слой p-типа (обогащённый индием), на высокой скорости — слой n-типа (обогащённый мышьяком)^[60]. Затем к пластине приваривались индиевые бусины — коллекторы и эмиттеры сплавных транзисторов^[60]. Все электрические соединения выполнялись вручную золотой проволокой^[60].

Менеджмент Sprague, занятый корпоративными войнами, не заинтересовался изобретением Леговца. Раздосадованный отношением руководства Леговец самостоятельно, за свой счёт составил патентную заявку, 22 апреля 1959 года подал её в патентное бюро, а затем уехал из США на два года. Самоустранение Леговца в решающий момент дало Гордону Муру повод утверждать, что «Леговец является изобретателем интегральной схемы только с точки зрения патентного бюро … Я считаю, что инженерное сообщество не признаёт его изобретателем ИС, ведь кроме заявки на патент он ничего не сделал. У успешного дела всегда много отцов.»^[61]

Решение Роберта Нойса

В середине января 1959 года на Fairchild Semiconductor произошли два малозаметных события. 14 января Жан Эрни ознакомил Роберта Нойса и патентного поверенного Джона Раллза с последней версией своего планарного процесса^{[62][прим. 13]}. Служебная записка Эрни послужила основой патентной заявки на изобретение планарного процесса, поданной в мае 1959 года и воплотившейся в патенты США 3 025 589 (собственно планарный процесс) и 3 064 167 (планарный транзистор)^{[прим. 14]}. 20 января 1959 года руководство Fairchild встретилось с разработчиком бортового компьютера ракеты «Атлас» Эдвардом Кеонджаном (англ. Edward Keonjian), чтобы обсудить совместную разработку гибридных цифровых ИС сумматора для компьютера Кеонджана^[63]. Вероятно, именно эти события побудили Роберта Нойса вернуться к идее интеграции^[64].

23 января 1959 года Нойс изложил на бумаге своё ви́дение планарной интегральной схемы, по существу «изобретя заново» идеи Килби и Леговца на базе планарного процесса Эрни^[65]. Нойс утверждал в 1976 году, что в январе 1959 года он не знал о работах Леговца^[66]. По мнению биографа Нойса Лесли Берлин^{[прим. 1]}, напротив, Нойс опирался на работы Леговца^[67].

Для примера Нойс описал конструкцию интегрального сумматора на диодной матрице — той самой схемы, которую он обсуждал с Кеонджаном^[65][68]. Транзисторы, диоды и резисторы этой гипотетической схемы были изолированы друг от друга p-n-переходом, однако решение Нойса принципиально отличалось от решения Леговца. Производство схемы, рассуждал Нойс, должно было начинаться с заготовки тонкой пластины высокоомного собственного (нелегированного) кремния, покрытой защитным оксидным слоем^[69]. В ходе первой фотолитографии в этом слое вскрывались окна, соответствующие будущим изолированным приборам, а затем проводилась диффузия примесей для создания низкоомных «колодцев» на всю толщину пластины^[69]. Внутри колодцев формировались «обычные» планарные приборы^[69]. Подход Нойса принципиально отличался от подхода Леговца тем, что позволял создавать двумерные конструкции с потенциально неограниченным количество приборов на кристалле.

Записав свои идеи, Нойс на несколько месяцев забросил тему интеграции. По словам самого Нойса, в боровшейся за выживание компании было достаточно других, более важных дел, да и планарный процесс Эрни существовал только на бумаге^[70]. В марте 1959 года планарный процесс стал реальностью, но одновременно в компании разразился кризис управления: генеральный директор Эд Болдвин с группой технологов ушёл к конкурентам, и на его место был назначен именно Нойс^[71]. Тем не менее, именно в марте Нойс вернулся к теме интеграции. По одной версией, поводом к этому стала пресс-конференция TI об изобретении Эрни, по другой — рекомендации патентных поверенных Fairchild «придумать новые области применения» для планарного процесса Эрни^[72]. Оформление заявки заняло полгода, и оказалось, что Нойс опоздал: Патентное бюро США отказало ему, так как этому времени уже приняло заявку Леговца^[73]. Нойсу пришлось отказаться от прав на ряд положений своей заявки, но в итоге он доказал чиновникам самостоятельную ценность своего предложения, и в 1964 году получил патенты США 3 150 299 на «Полупроводниковую схему со средствами изоляции» и 3 117 260 на «Комплексы полупроводниковых приборов»^[74][69].

Изобретение металлизации

Другой проблемой, решённой Нойсом в январе и марте 1959 года, стала проблема соединений. Нойс с самого начала ориентировался на создание товарного продукта^[75], а без решения проблемы соединений серийный выпуск был невозможен^[76]. Со слов Нойса, изобретение соединений через слой металлизации родилось «не из необходимости, но из-за лени … чтобы избежать соединения компонентов вручную»^[77]. Идея Нойса, с точки зрения его коллег по «вероломной восьмёрке», была самоочевидной: разумеется, пассивирующий оксидный слой является естественным барьером между кристаллом и слоем металлизации^[78]. По свидетельству Тёрнера Хейсти, работавшего и с Килби и с Нойсом, Нойс планировал сделать микроэлектронные патенты Fairchild доступными для широкого круга компаний-лицензиатов — так же, как в 1951—1952 годах Bell Labs открыла всем желающим технологии производства транзисторов^[79].

Заявка на изобретение металлизации была сдана в Патентное бюро 30 июля 1959 года, и (в отличие от заявки на изоляцию p-n-переходом) прошла патентную экспертизу без особых нареканий — патент США 2 981 877 был выдан Нойсу 25 апреля 1961 года. Согласно патенту, существо изобретения Нойса состояло, во-первых, в сохранении оксидного слоя, отделяющего слой металлизации от массива полупроводника (исключая контактные окна, в которых металлизация касалась полупроводника), во-вторых, в нанесении (англ. deposition) слоя металлизации поверх оксида таким образом, что металл прочно скрепляется (англ. adherent) с оксидом. Способ нанесения металла ещё не был известен. Нойс привёл только примеры возможных, но не проверенных на практике технологий: либо селективное осаждение алюминия из вакуума через трафарет, либо нанесение сплошного слоя с последующей фотолитографией рисунка соединений и травлением лишнего металла. По мнению Арджуна Саксены, патент Нойса, при всех его недостатках, точно отражает основы микроэлектронных технологий: так, или примерно так, и изготавливаются современные ИС^[80].

Вероятно, что об аналогичном решении задумывался и Килби: в его патенте упоминается возможный, но не реализованный способ соединений через слой металлизации. Однако Килби поставил на первое место нанесение толстоплёночных слоёв различных металлов (алюминия, меди, легированного сурьмой золота), а вместо привычного в электронных технологиях диоксида кремния рекомендовал использовать моноксид кремния. Ни та, ни другая идея не прижились на практике и не совместима с современным определением полупроводниковой ИС^[81].

Первые полупроводниковые ИС

В августе 1959 года Нойс основал на Fairchild рабочую группу по разработке интегральных схем^[82]. 26 мая 1960 года эта группа, возглавляемая Джеем Ластом^[en], создала первую опытную планарную интегральную схему на четырёх транзисторах^[83]. Этот прототип не был, однако, монолитным — две пары его транзисторов изолировались друг от друга физической резкой кристалла^[83] по патенту Ласта^[84]. Начальные этапы производства повторяли обычный «транзисторный» планарный процесс Эрни^[85]. Затем кристалл толщиной 80 микрон приклеивали лицевой стороной к стеклянной подложке, и проводили с тыльной стороны дополнительную фотолитографию рисунка разделительной канавки^[85]. Глубокое травление прорезало кристалл на всю его толщину до лицевого оксидного слоя^[85]. Тыльная сторона заливалась эпоксидной смолой, а когда она схватывалась — схему отделяли от стеклянной подложки^[85].

В августе 1960 года Ласт приступил к второму прототипу, на этот раз используя предложенную Нойсом изоляцию p-n-переходом^[83]. Роберт Норман отладил схему триггера на четырёх транзисторах и пяти резисторах, Изи Хаас и Лайонел Каттнер разработали операцию диффузии бора, формирующую изолирующие переходы^[83]. Первый работоспособный образец был закончен и испытан 27 сентября 1960 года — это и была первая полноценная полупроводниковая (планарная и монолитная) интегральная схема^[83].

Fairchild Semiconductor не сумела правильно распорядиться достигнутым. Вице-президент компании по маркетингу обвинил Ласта в разбазаривании денег компании и потребовал закрыть «интегральный» проект^[86]. В январе 1961 года Ласт, Эрни и их товарищи по «вероломной восьмёрке» Кляйнер и Робертс ушли из Fairchild и возглавили Amelco^[87]. Дэвид Аллисон, Лайонел Каттнер и другие технологи ушли, чтобы основать прямого конкурента Fairchild — компанию Signetics^[87].

Несмотря на уход ведущих физиков и технологов, Fairchild объявила о выпуске первых коммерческих ИС серии Micrologic в марте 1961 года, а затем потратила целый год на создание семейства логических ИС^[83] — к этому времени производство сопоставимых ИС освоили и конкуренты. TI, отказавшаяся от интегральных схем Килби, получила контракт на планарные ИС серии 51 для межпланетных спутников, а затем — для баллистических ракет «Минитмен»^[52]. ИС бортовых компьютеров космических кораблей «Аполло» были разработаны на Fairchild, но бо́льшая часть госзаказа на их производство досталась Raytheon и Philco Ford^[en][88]. Каждый компьютер «Аполло» содержал около 5000 стандартных логических ИС^[89], и за время производства этих компьютеров стоимость ИС с военной приёмкой упала с 1000 до 20-30 долларов за штуку — так НАСА и Пентагон подготовили почву для возникновения гражданского рынка ИС^[90].

Резисторно-транзисторная логика первых серий ИС Fairchild и TI оказалась подвержена электромагнитным помехам, и в 1964 обе компании перешли на диодно-транзисторную логику семейств 53 и 930^[91]. Signetics выпустила диодно-транзисторное семейство Utilogic ещё в 1962 году, но отстала от Fairchild и TI с расширением производства^[92]. Fairchild стала лидером по количеству проданных в 1961—1965 годах ИС, но TI опередила её в денежной сумме выручки (32 % рынка ИС в 1964 году против 18 % у Fairchild)^[91].

Все логические ИС упомянутых серий строились буквально из стандартных компонентов, размеры и конфигурации которых были заданы технологическим процессом. Схемотехники, проектировавшие логические ИС конкретного семейства, оперировали одними и теми же типовыми диодами и транзисторами^[93]. Новый подход к проектированию — использование в одной ИС различных конфигурации транзисторов в зависимости от их функций в схеме — впервые предложил разработчик Sylvania Том Лонго в 1961—1962 годах. В конце 1962 года Sylvania выпустила в продажу первое семейство разработанной Лонго транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ) — исторически первый тип интегральной логики, сумевший надолго закрепиться на рынке^[94]. В аналоговой схемотехнике прорыв подобного уровня совершил в 1964—1965 годах разработчик операционных усилителей Fairchild Боб Видлар^[95].

Патентная война 1962—1966 годов

В 1959—1961 годах, когда TI и Westinghouse параллельно работали над авиационной «молекулярной электроникой», менеджмент TI относился к конкуренции спокойно. В 1962 году отношение изменилось, и TI стало ревностно преследовать реальных и мнимых нарушителей своих патентов. За корпорацией закрепились прозвища «Далласская адвокатская контора» (англ. The Dallas legal firm)^[96] и «полупроводниковые ковбои» (англ. Semiconductor cowboys)^[97]. Недобросовестные действия TI стали образцом для множества позднейших подражателей^[98]. Однако в условиях 1960-х годов иски TI не могли существенно повредить конкурентам — отрасль развивалась, не обращая внимания на патентные споры^[99].

TI против Westinghouse. В 1962—1963 годах, когда под давлением рынка TI и Westinghouse переходили на планарный процесс, инженер Westinghouse Хун-Чан Лин^[en] изобрёл боковой транзистор^[100]. В обычном планарном процессе все транзисторы имеют один тип проводимости (обычно NPN), а решение Лина позволило создавать на том же кристалле и транзисторы PNP-типа^[100]. Военные заказы, на которые уже рассчитывала TI, ушли к Westinghouse — и TI подала на бывших партнёров в суд^[101]. Дело было решено во внесудебном порядке^[101].

TI против Sprague. 10 апреля 1962 года Курт Леговец получил патент на своё изобретение изоляции p-n-переходом. Сразу после публикации патента TI заявила, что патент Леговца нарушает права Джека Килби и TI^[102]. По утверждениям TI, все вопросы изоляции уже были разрешены в патентных заявках Килби 1959 года^[102]. Основатель Sprague Роберт Спраг счёл дело заранее проигранным и собирался отказаться от прав на патент, но Леговец убедил руководство и юристов компании в своей правоте^[102]. Четыре года спустя TI организовала в Далласе арбитражное слушание дела с наглядными демонстрациями изобретений Килби и выступлениями экспертов^[103]. Леговец сумел убедительно доказать, что в работах Килби не содержалось никаких упоминаний об изоляции компонентов, и в апреле 1966 года патентный арбитраж присудил Леговцу приоритет в изобретении^[104].

Raytheon против Fairchild. 20 мая 1962 года Жан Эрни (к этом времени уже покинувший Fairchild) получил первый патент на изобретение планарной технологии^[105]. Raytheon посчитала, что патент Эрни повторяет основные положения принадлежащего Raytheon патента Жюля Эндрюса, и подала на Fairchild в суд^[106]. При внешней схожести (фотолитография, диффузия, травление) процесс Эндрюса имел принципиальный недостаток: он предусматривал полное удаление оксидного слоя после каждой диффузии, тогда как в процессе Эрни «грязный» оксид сохранялся^[106]. Вскоре на Raytheon поняли, что выигрыш в суде невозможен. Корпорация отозвала иск и приобрела у Fairchild лицензию на процесс Эрни^[106].

Hughes против Fairchild. Hughes Aircraft подала на Fairchild в суд, утверждая, что исследователи Hughes пришли к тем же выводам, что и Эрни, и сделали это раньше Эрни^[106]. Позиция Hughes, по мнению юристов Fairchild, не имела шансов в суде, однако судебное разбирательство заняло бы годы, в течение которых Fairchild не смогла бы правомерно продавать лицензии на процесс Эрни^[106]. Fairchild предпочла договориться с Hughes вне суда^[106]. Hughes получила права на один из семнадцати пунктов патента Эрни, а затем обменяла его на небольшую долю в будущих лицензионных доходах Fairchild^[106].

TI против Fairchild. Основной удар TI пришёлся на крупнейшего и технологически продвинутого конкурента — Fairchild Semiconductor. Иски TI не препятствовали собственному производству Fairchild, но затрудняли продажу лицензий на её технологии. К 1965 году планарная технология Fairchild стала стандартом отрасли, но лицензию на патенты Эрни и Нойса приобрели не более десяти производителей^[99]. Рычагов влияния на нелицензированные производства в то время не существовало^[99]. В таком же положении оказалась и сама TI: её важнейший актив — патенты Килби — не приносил доходов. В 1964 году арбитраж присудил TI права на четыре из пяти ключевых положений оспариваемых патентов^[107]. Обе компании, действуя из принципа «всё или ничего», оспорили это решение^[108]. Тяжба могла продолжаться ещё долгие годы, если бы не поражение TI в споре со Sprague в апреле 1966 года. Руководство TI поняло, что уже не сможет собрать в своих руках весь пакет микроэлектронных патентов, и потеряло интерес к продолжению конфликта^[109]. Летом 1966 года^[108] TI и Fairchild заключили мировое соглашение о взаимном признании патентных прав и перекрёстном лицензировании ключевых патентов, в 1967 году к ним присоединилась Sprague^[109].

Япония против Fairchild. И Fairchild, и TI пытались основать производства в Японии ещё в начале 1960-х, но наткнулись на жёсткое сопротивление японского министерства промышленности и торговли^[en] (MITI)^[110]. В 1962 году MITI запретило Fairchild инвестировать в уже купленную в Японии фабрику, и неопытный Нойс попытался выйти на японский рынок через корпорацию NEC^[110]. В 1963 году руководство NEC, якобы действуя под давлением MITI, добилось от Fairchild исключительно выгодных для Японии условий лицензирования, впоследствии закрывших Fairchild возможность самостоятельно торговать на японском рынке^[111]. Только после заключения сделки Нойс узнал, что президент NEC по совместительству председательствовал в комитете MITI, который блокировал сделки Fairchild и «давил» на NEC^[112].

Япония против TI. TI попыталась основать производство в Японии в 1963 году, уже имея отрицательный опыт переговоров с NEC и Sony^[113]. MITI в течение двух лет отказывалось дать определённый ответ на заявку TI, и в 1965 году США нанесли ответный удар, угрожая японцам эмбарго на ввоз электронной техники, нарушавшей патенты TI^[114]. В 1966 году под удар попала Sony, в 1967 году Sharp^[114]. MITI осознала угрозу и начала тайно подыскивать TI «генерального партнёра» из японских корпораций. MITI настояла на разрыве уже намечавшейся сделки между TI и Mitsubishi (владельца Sharp), и убедила Акио Морита заключить сделку с TI «в интересах будущего японской промышленности»^[115]. Несмотря на секретные протоколы, гарантировавшие американцам приобретение доли в Sony, соглашение 1967—1968 годов было крайне невыгодно для TI^[116]. В течение почти тридцати лет японские компании выпускали ИС, не платя лицензионные отчисления TI, и лишь в 1989 японский суд признал за TI права на изобретение Килби^[117]. Как следствие, в 1990-е годы все японские производители ИС были вынуждены платить TI за патентное решение тридцатилетней давности или заключать соглашения о взаимном лицензировании. В 1993 году TI заработала на лицензионных сборах 520 миллионов долларов, и бо́льшая часть этих денег была собрана именно в Японии^[118].

Историография изобретения

Два изобретателя: Килби и Нойс

Во время патентной войны 1960-х годов пресса и профессиональное сообщество США признавало, что круг изобретателей ИС может быть достаточно широким. В книге «Золотой век предпринимательства» (англ. Golden Age of Entrepreneurship), выпущенной Time-Life Books^[119], изобретателями были названы четыре человека: Килби, Леговец, Нойс и Эрни^[120]. Сораб Ганди^[en] в «Теории и практике микроэлектроники» (1968) писал, что патенты Леговца и Эрни стали высшей точкой полупроводниковых технологий 1950-х годов, и открыли путь к серийному производству ИС^[121].

В октябре 1966 года Килби и Нойс были удостоены Баллантайновской медали Института Франклина^[en] «за вклад в создание интегральных схем»^[122]. Так начала складываться каноническая «версия двух изобретателей». Выдвижение Килби вызвало возражения современников, не признававших прототипы Килби за «настоящие» (полупроводниковые) ИС^[108]. Ещё более спорным казалось выдвижение Нойса: инженерное сообщество прекрасно знало о роли Ласта, Мура, Эрни и других изобретателей, физиков и технологов, стоявших за разработкой первых полупроводниковых ИС^[108]. Знало оно и о том, что Нойс, ставший генеральным директором Fairchild в марте 1959 года, не участвовал непосредственно в создании первых ИС^[108]. Нойс этого и не скрывал: о своих патентах он говорил, что «я решал производственную задачу. Я не пытался сделать интегральную схему.»^[123].

По мнению биографа Нойса Лесли Берлин, Нойс стал «отцом интегральной схемы» исключительно благодаря судебным искам TI^[108]. Оспорив приоритет Нойса как изобретателя, TI «назначила» его единоличным представителем всего коллектива разработчиков Fairchild^[124]. Fairchild ответила мобилизацией всех ресурсов на защиту приоритета Нойса, в дело пошла тяжёлая артиллерия корпоративного пиара^[125]. Килби лично участвовал в пиар-кампаниях TI, Нойс был менее заметен, но его успешно замещал Гордон Мур^[126]. К середине 1970-х годов подпитываемая пиаром TI, Fairchild и Intel «версия двух изобретателей» стала восприниматься как единственная истина^[127]. Вспышка полемики между Килби и Леговцом на страницах профессиональных журналов (1976—1978) не изменила положения. Эрни, Ласт, Леговец оказались забытыми — за ними не стояло крупных корпораций, да и сами они не были склонны к публичным спорам^[127].

В научных статьях 1980-х годов «краткий курс истории микроэлектроники» приобрёл вид (пример авторов, рассматривающих тему «глазами Intel»):

Во время работы на Fairchild Нойс разработал интегральную схему. Несколькими месяцами раньше ту же концепцию изобрёл в Далласе Джек Килби из Texas Instruments. В июле 1959 года Нойс подал патентную заявку на свою концепцию интегральной схемы. Texas Instruments подала на Нойса и Fairchild в суд за нарушение её патентов, тяжба растянулась на несколько лет. Сегодня, как правило, Нойс и Килби признаются соавторами изобретения интегральной схемы, хотя в Зал Славы Изобретателей приняли одного лишь Килби. Чтобы там ни было, заслугой Нойса считается усовершенствование интегральной схемы, позволившее использовать её на практике …

Оригинальный текст  (англ.)  

While at Fairchild, Noyce developed the integrated circuit. The same concept has been invented by Jack Kilby at Texas Instruments in Dallas a few months previously. In July 1959 Noyce filed a patent for his conception of the integrated circuit. Texas Instruments filed a lawsuit for patent interference against Noyce and Fairchild, and the case dragged on for some years. Today, Noyce and Kilby are usually regarded as co-inventors of the integrated circuit, although Kilby was inducted into the Inventor’s Hall of Fame as the inventor. In any event, Noyce is credited with improving the integrated circuit for its many applications in the field of microelectronics.^[128]

В 1984 году «версия двух изобретателей» была закреплена в книге Томаса Райда^[en] под названием «Как двое американцев изобрели микрочип» (англ. The Chip: How Two Americans Invented the Microchip and Launched a Revolution^[129]). Книга Райда неоднократно переиздавалась, последний раз — в 2008 году^[130]. Роберт Райт из The New York Times раскритиковал Райда за пространные описания второстепенных персонажей, причастных к изобретению^[131], однако имена и работы Леговца и Ласта в книге даже не упомянуты. Консультировавший Райда Жан Эрни появляется в книге лишь в качестве теоретика, дававшего советы великому Нойсу^[132].

Автор «Современной истории вычислительной техники» (2003) и куратор музея авиации и космонавтики Смитсоновского института Пол Черуцци^[en] также повторил «версию двух изобретателей» и сделал оговорку, что «их изобретение … было лишь ещё одним шагом» в направлении, заданном военными программами миниатюризации 1950-х годов^[133]. Ссылаясь на «мнение большинства», Черруцци поставил на первое место решение Нойса использовать планарный процесс Эрни^[134]. Эрни, по мнению Черуцци, «проложил дорогу» к серийному производству ИС, но в список изобретателей ИС не включен^[135]. Вопросы изобретения изоляции компонентов в книге Черуцци не рассматривались.

В 2000 году Нобелевский комитет присудил Нобелевскую премию по физике: Жоресу Алфёрову и Герберту Крёмеру — «за разработку полупроводниковых гетероструктур, используемых в высокочастотной и оптоэлектронике», и Джеку Килби — «за его вклад в изобретение интегральной схемы»^[1]. По уставу Нобелевская премия присуждается только живым, поэтому посмертное награждение Роберта Нойса было невозможно (сам Нойс при жизни отвечал на вопросы о перспективах Нобелевской премии: «За изобретения Нобеля не дают. За настоящую работу тоже.»^[136]). Рассматривал ли Нобелевский комитет иных, доживших до 2000 года, соавторов изобретения — неизвестно, процесс принятия решений Комитетом не подлежит разглашению^[137]. Арджун Саксена^{[прим. 3]} критически утверждал, что вклад Килби (в отличие от вклада Алфёрова и Крёмера) был чисто инженерным, изобретательским, и не относился к сферам фундаментальной науки — следовательно, награждение Килби было произведено с нарушением воли Альфреда Нобеля^[138].

«Версия двух изобретателей» продолжает воспроизводиться в американской печати и в 2010-е годы^[139]. Встречается и вариант, в котором «главным революционером» признаётся один Килби, а Нойсу отводится роль «другого инженера», усовершенствовавшего изобретение Килби^[140]. В популярной книге Фреда Каплана^[en] «1959: год, который изменил всё» (2010), в которой изобретению ИС отведено восемь страниц^[141], список изобретателей сведён к одной фамилии: Килби. По Каплану, ИС была изобретена «не огромной командой физиков, а единственным человеком, одиночкой, и притом не физиком, но инженером».^[142] Имя Нойса появляется только в примечаниях в конце книги: «следует заметить, что у микрочипа оказался и случайный соавтор — Роберт Нойс, который выдвинул свою версию в январе 1959 года, а затем забросил её — до презентации TI в марте 1959 года…»^[143] Ни Эрни, ни Ласт, ни работавшие с Килби Латроп и Барнс в книге Каплана не упомянуты^{[прим. 15]}.

Ревизия канонической версии

В конце 1990-х и 2000-х годах в США вышел ряд книг по истории полупроводниковой промышленности, авторы которых попытались восстановить полную картину изобретения ИС и переосмыслить «версию двух изобретателей». В 1998 году Майкл Риордан и Лилиан Ходдсон выпустили Огонь в кристалле (англ. Crystal Fire: The Birth of the Information Age), в которой подробно описали события, предшествовавшие изобретению Килби, и роли участников этих событий в истории. Однако Риордан и Ходдесон закончили свою книгу на изобретении Килби и не дали критического анализа этого изобретения^[144]. Лесли Берлин^{[прим. 1]} в биографии Роберта Нойса (2005) подробно рассмотрела изобретение с точки зрения событий на Fairchild и критически оценила вклад Килби: «Соединения проволокой исключали возможность серийного производства, и Килби не мог не знать этого. Однако его [прототип] всё же представлял собой … нечто похожее на интегральную схему.»^[76]

В 2007 году Бо Лоек^{[прим. 2]} выпустил «Историю полупроводниковой отрасли» (англ. History of Semiconductor Engineering), в которой произвёл полную ревизию «версии двух изобретателей»: «Историки приписали изобретение ИС Джеку Килби и Роберту Нойсу. В этой книге я утверждаю, что круг изобретателей был намного шире.»^[145]. Лоек подробно рассмотрел вклад Эрни и Ласта в создание первой полупроводниковой ИС на Fairchild и дал критическую оценку работам Килби: «Идея ИС Килби была настолько непрактичной, что от неё отказалась даже TI. Патент Килби имел ценность только как удобный и выгодный предмет торга. Если бы Килби работал не на TI, а на любую другую компанию, то его идеи вообще не были бы запатентованы.»^[146]

В 2009 году Арджун Саксена^{[прим. 3]} выпустил «Изобретение интегральной схемы: неизвестные факты» (англ. Invention of integrated circuits: untold important facts), в которой произвёл подробный анализ документальных свидетельств об изобретениях Даммера, Джонсона, Стюарта, Килби, Нойса, Леговца и Эрни. Также, как и Лоек, Саксена утверждал, что «доминирующее в обществе мнение [об исключительной роли Килби и Нойса] — ошибочно, уже в течение четырёх десятилетий … почти все в микроэлектронике (включая физиков, химиков, инженеров и так далее), кажется, приняли это ошибочное мнение за единственную истину — и ничего не сделали для того, чтобы исправить положение.»^[147]

Комментарии

1. ↑ ^{1 2 3} Лесли Берлин — профессиональный историк, руководитель программы Стэнфордского университета по истории Кремниевой Долины, автор биографии Роберта Нойса (см. список литературы), советник Смитсоновского института.
2. ↑ ^{1 2} Бо Лоек (англ. Bo Lojek) — американский физик-твердотельщик, специалист по диффузии в кремнии, в 2012 году сотрудник Atmel. Автор книги по истории полупроводниковой промышленности (см. список литературы).
3. ↑ ^{1 2 3} Арджун Саксена (англ. Arjun Saxena) — индийско-американский физик, изобретатель, работавший в США в области полупроводников с 1960 года. В 2012 году — почётный профессор (professor emeritus) Института Ренсселира. Автор книги об истории изобретения ИС (см. список литературы).
4. ↑ В нобелевской речи Килби (Kilby, 2000, p. 474) назвал цифру 300 («Even the B-29, probably the most complex equipment used in the war, had only around 300 vacuum tubes»). В статье 1976 года (Kilby 1976, p. 648) он назвал «почти тысячу». Та же оценка приводится, например, в Berry, C. Inventing the future: how science and technology transform our world. — Brassey’s (US ), 1993. — P. 8. — 180 p. — ISBN 9780028810294.
5. ↑ ^{1 2} В компьютере ENIAC число паек достигало пяти миллионов. При круглосуточном дежурстве бригады из шести техников ожидаемое время безотказной работы равнялось 5,6 часов. В среднем, ENIAC работал 69 % времени, а 31 % занимали плановые и вынужденые ремонты. — Computers with names starting with E through H // A Survey of Domestic Electronic Digital Computing Systems / Weik, M. H.. — U.S. Department of Commerce. Office of Technical Services, 1955..
6. ↑ Джонсон не предлагал конкретных технологических решений. Язык патента 2816228 допускал различные способы создания транзистора, но более всего внимания было уделено «недавно поданной заявке Мюллера» на сплавную технологию.
7. ↑ Бонч-Бруевич, 1956, с. 497, 500. Существовали и более быстрые ламповые ячейки (два пентода и шесть вакуумных диодов на ячейку) — в них задержка переключения была уменьшена до 100 нс.
8. ↑ ^{1 2} В реальных устройствах такая минималистская конструкция не применялась из-за низкого быстродействия. Обычная ячейка пересчёта содержала один тиратрон, одну неоновую лампочку, два резистора и две ёмкости — см. Бонч-Бруевич 1956, с. 502.
9. ↑ Рабочая частота переключения тиратронной схемы ограничено задержкой выключения газового разряда — она составляет порядка 200 мкс. В декатроне счёт производится переброской разряда с электрода на электрод без разрыва тока разряда, поэтому быстродействие счётчика на декатронах существенно лучше, чем в тиратронных схемах.
10. ↑ В июле 1961 года Шокли разбился в автокатастрофе, а после выздоровления уже не вернулся к делам своей лаборатории. Владелец лаборатории Арнольд Бекман продал её компании Clevite, а в 1967 году лаборатория прекратила существование
11. ↑ Saxena, 2009, p. 100. Работая у Шокли, Са провёл около сотни экспериментов по диффузии фосфора и заработал сильную аллергию на испарения пентаоксида фосфора.
12. ↑ Топология, принципиальная схема, размеры приводятся по документации Texas Instruments, воспроизведённой в Lojek, 2007, pp. 237—238. Пропорции рисунка топологии несущественно изменены для лучшей читаемости.
13. ↑ Brock and Lecuyer, 2010, pp. 141-147, приводят факсимиле служебной записки Эрни и анализ обстоятельств её создания. В юридической практике США подобные внутренние документы корпораций считались достаточным доказательствами даты изобретения. Поэтому во всех компаниях-разработчиках технологий сложилась особая культура составления, визирования и сбережения «патентных тетрадей» (англ. patent log book, patent disclosures).
14. ↑ Brock and Lecuyer, 2010, pp. 144-145: Первоначальная заявка 1959 года была разделена на две в мае 1960 года, вероятно, в ответ на претензии Патентного бюро США.
15. ↑ Lojek, 2007, p. 192: Джей Латроп, один из изобретателей промышленной фотолитографии, был нанят TI одновременно с Килби. Латроп консультировал Килби по вопросам технологии. Латроп и Ли Барнс изготовили фотолитографические маски для прототипов Килби.

Примечания

1. ↑ ^{1 2} англ. «For his part in the invention of the integrated circuit» — см. The Nobel Prize in Physics 2000. Zhores I. Alferov, Herbert Kroemer, Jack S. Kilby. Nobel Media AB (2000). Архивировано из первоисточника 18 августа 2012. Проверено 1 мая 2012.
2. ↑ ^{1 2 3} Kaplan, 2010, p. 78
3. ↑ ^{1 2} Kaplan, 2010, p. 77
4. ↑ ^{1 2} Braun and MacDonald, 1982, p. 99
5. ↑ Цит. по Lojek 2007, pp. 2-3. Также воспроизводится в Kilby 1976, p. 648-659.
6. ↑ Kilby, 1976, p. 649
7. ↑ The Hapless Tale of Geoffrey Dummer  (англ.). Electronic Product News (2005). Архивировано из первоисточника 18 августа 2012.
8. ↑ ^{1 2} Lojek, 2007, p. 3
9. ↑ Oliver, B. U.S. Patent 2663860. Semiconductor Signal Translating Device.  (англ.). U.S. Patent Office (1953). Проверено 1 мая 2012.
10. ↑ ^{1 2 3 4} Johnson, H. U.S. Patent 2816228. Semiconductor Phase Shift Oscillator. U.S. Patent Office (1957). Проверено 1 мая 2012.
11. ↑ Brock and Lecuyer, 2010, p. 36
12. ↑ Ceruzzi, 2003, pp. 28, 33. Приводятся примеры ёмкости ЗУ компьютеров UNIVAC (линии задержки) и IBM 701 (запоминающие трубки).
13. ↑ Hubner, 1998, p. 100
14. ↑ Hubner, 1998, pp. 99-109
15. ↑ ^{1 2} Hubner, 1998, p. 107
16. ↑ Lojek, 2007, p. 88
17. ↑ Chapuis and Joel, 2003, pp. 196 (Великобритания), 221-227 (Франция), 241-242 (Нидерланды) и др.
18. ↑ ^{1 2 3} Brock and Lecuyer, 2010, pp. 36-37
19. ↑ ^{1 2} 1958 — All semiconductor «Solid Circuit» is demonstrated. Computer History Museum. Архивировано из первоисточника 18 августа 2012. Проверено 1 мая 2012.
20. ↑ ^{1 2} Bassett, 2007, Глава «RCA and the Quest for Radical Technological Change»
21. ↑ D’Asaro, L. A. A stepping transistor element (англ.). — 1959. Представлено в устной форме на конференции WesCon летом 1959 года
22. ↑ Morris, 1990, pp. 34,36
23. ↑ Lojek, 2007, pp. 52,54
24. ↑ ^{1 2} Huff, 2003, p. 12
25. ↑ Lojek, 2007, p. 82
26. ↑ Ceruzzi, 2003, p. 186, цитирует Нойса: «one of the best insulators known to man»
27. ↑ ^{1 2 3 4 5} Saxena, 2009, pp. 100-101
28. ↑ Brock and Lécuyer, 2010, pp. 30-31
29. ↑ 1959 — Invention of the «Planar» Manufacturing Process. Computer History Museum (2007). Проверено 29 марта 2012.
30. ↑ Lojek, 2007, p. 126
31. ↑ 1959 — Practical Monolithic Integrated Circuit Concept Patented. Computer History Museum (2007). Проверено 29 марта 2012.
32. ↑ Lojek, 2007, pp. 200-201
33. ↑ Справочник по элементам радиоэлектронных устройств / Дулин, В. Н.; Жук, М. С.. — М.: Энергия, 1978. — С. 187. — 576 с. — 70 000 экз.
34. ↑ Kilby, 1976, p. 650, также Lojek 2007, p. 188; Ceruzzi 2003, pp. 182-183
35. ↑ Kilby, 1976, p. 650, также Lojek 2007, p. 188
36. ↑ ^{1 2 3 4 5 6} Kilby, 1976, p. 650
37. ↑ Kilby, 1976, p. 650, также воспроизводится в Lojek 2007, pp. 190-191.
38. ↑ Lojek, 2007, p. 191, также Ceruzzi 2003, p. 183
39. ↑ Lojek, 2007, pp. 2-3
40. ↑ Kilby, 1976, pp. 650-651
41. ↑ Kilby, J. Miniaturized Electronic Circuit (U.S. Patent 3138743). U.S. Patent Office (1964). Проверено 1 мая 2012.
42. ↑ ^{1 2} Saxena, 2009, pp. 78-79, таблица 5.2
43. ↑ Kilby, 1976, p. 651
44. ↑ ^{1 2} Saxena, 2009, pp. 82-83
45. ↑ Kilby, 1976, p. 652
46. ↑ ^{1 2 3 4} Lojek, 2007, p. 191
47. ↑ Saxena, 2009, pp. 59-67. Вопросу классификации ИС на гибридные и монолитные посвящена вся четвёртая глава книги.
48. ↑ Ceruzzi, 2003, p. 187
49. ↑ ^{1 2 3} Lojek, 2007, p. 235
50. ↑ ^{1 2} Lojek, 2007, p. 230
51. ↑ ^{1 2 3} Lojek, 2007, pp. 192-193
52. ↑ ^{1 2} 1962 — Aerospace systems are first the applications for ICs in computers. Computer History Museum. Архивировано из первоисточника 18 августа 2012. Проверено 1 мая 2012.
53. ↑ Lojek, 2007, p. 231
54. ↑ Lojek, 2007, p. 235 цитирует рекламу Texas Instruments (апрель 1960): «This multivibrator, the TI type 502, is so real it carries a price tag; $450 per circuit in quantities less than 100, $300 each for larger quantities.»
55. ↑ Lojek, 2007, p. 236
56. ↑ ^{1 2} Lojek, 2007, p. 237, рис. 7.7
57. ↑ ^{1 2 3 4} Lojek, 2007, p. 238, рис. 7.8
58. ↑ Lojek, 2007, p. 201
59. ↑ Lehovec, 1959, p. 2
60. ↑ ^{1 2 3 4 5} Lehovec, K. U.S. Patent 3029366. Multiple Semiconductor Assembly (1962). Проверено 1 мая 2012.
61. ↑ «Wolff: Is Lehovec technically an inventor of the IC? Moore: According to the Patent Office. It’s one of the important things that was needed. I think in the technical community, because all he did was file a paper patent application, he is not recognized as the inventor. Success has many fathers and all that kind of stuff.» — Интервью с Гордоном Муром, 4 марта 1976 года (англ.). IEEE. Архивировано из первоисточника 19 сентября 2012. Проверено 22 апреля 2012..
62. ↑ Berlin, 2005, pp. 103-104
63. ↑ Brock and Lecuyer, 2010, pp. 157, 166-167
64. ↑ Brock and Lecuyer, 2010, p. 157
65. ↑ ^{1 2} Brock and Lecuyer, 2010, p. 158
66. ↑ «Actually the p-n junction isolation was basically an earlier idea of Kurt Lehovec’s. I was unaware of that at the time, but as you search for patent literature he has a patent that reads on that in ’58 or earlier.» — см. Интервью с Робертом Нойсом, 1975-1976. IEEE. Архивировано из первоисточника 19 сентября 2012.
67. ↑ Berlin, 2005, p. 104: «The work of Kurt Lehovec at Sprague introduced Noyce to the possibility of using junctions to isolate devices
68. ↑ Berlin, 2005, p. 104
69. ↑ ^{1 2 3 4} Semiconductor Circuit Having Isolation Means (U.S. Patent 3150299). U.S. Patent Office (1964).
70. ↑ Berlin, 2005, p. 104-105. Эрни изготовил первый планарный транзистор только в марте 1959 года.
71. ↑ Berlin, 2005, pp. 105-106
72. ↑ Berlin, 2005, p. 109
73. ↑ Brock and Lécuyer, 2010, p. 39, 160-161
74. ↑ Brock and Lécuyer, 2010, pp. 39, 161
75. ↑ Berlin, 2005, pp. 109-110
76. ↑ ^{1 2} Berlin, 2005, p. 109: «The wires precluded the device from being manufactured in any quantity, a fact of which Kilby was well aware, but his was undoubtably an integrated circuit … of sorts». Анализ этого пассажа из книги Берлин — см. Saxena, 2009, pp. 135-136.
77. ↑ Berlin, p. 110: «did not want to go through all that work of interconnecting by hand»
78. ↑ Berlin, 2005, p. 105
79. ↑ Seitz and Einspruch, 1998, p. 214
80. ↑ Saxena, 2009, pp. 237 и далее (вся глава 8)
81. ↑ Saxena, 2009, pp. 139, 165
82. ↑ Berlin, 2005, p. 111
83. ↑ ^{1 2 3 4 5 6} 1960 — First Planar Integrated Circuit is Fabricated. Computer History Museum. Архивировано из первоисточника 18 августа 2012. Проверено 1 мая 2012.
84. ↑ Berlin, 2005, p. 111-112
85. ↑ ^{1 2 3 4} Lojek, B. History of Semiconductor Engineering (synopsis) (2006). Архивировано из первоисточника 18 августа 2012. Проверено 1 мая 2012.
86. ↑ Lojek, 2007, pp. 133,138
87. ↑ ^{1 2} Lojek, 2007, pp. 180-181
88. ↑ Ceruzzi, 2003, p. 188, также 1962 — Aerospace systems are first the applications for ICs in computers. Computer History Museum. Архивировано из первоисточника 18 августа 2012. Проверено 1 мая 2012.
89. ↑ Ceruzzi, 2003, p. 188
90. ↑ Ceruzzi, 2003, p. 189
91. ↑ ^{1 2} Swain and Gill, 1993, pp. 140-143
92. ↑ Swain and Gill, 1993, p. 140
93. ↑ Lojek, 2011, p. 210
94. ↑ Lojek, 2007, p. 211
95. ↑ Lojek, 2007, pp. 260-263
96. ↑ Lojek, 2007, p. 195 атрибутирует «Далласскую адвокатскую контору» директору Cypress Semiconductor^[en] Терману Роджерсу^[en].
97. ↑ Lojek, 2007, p. 239
98. ↑ Lojek, 2007, p. 195
99. ↑ ^{1 2 3} Lojek, 2007, p. 176
100. ↑ ^{1 2} Lojek, 2007, p. 240
101. ↑ ^{1 2} Lojek, 2007, p. 241
102. ↑ ^{1 2 3} Lojek, 2007, p. 202
103. ↑ Lojek, 2007, pp. 202-204
104. ↑ Lojek, 2007, p. 204
105. ↑ Brock and Lécuyer, 2010, p. 144
106. ↑ ^{1 2 3 4 5 6 7} Brock and Lécuyer, 2010, p. 145
107. ↑ Berlin, 2005, p. 139
108. ↑ ^{1 2 3 4 5 6} Berlin, 2005, p. 140
109. ↑ ^{1 2} Lojek, 2008, p. 206
110. ↑ ^{1 2} Flamm, 1996, p. 56
111. ↑ Flamm, 1996, pp. 56-57
112. ↑ Flamm, 1996, p. 57
113. ↑ Flamm, 1996, p. 58
114. ↑ ^{1 2} Flamm, 1996, p. 68
115. ↑ Flamm, 1996, pp. 69-70
116. ↑ Flamm, 1996, p. 70
117. ↑ Hayers, Thomas Japan Grip Still Seen On Patents // The New York Times. — 1989, November 24.
118. ↑ Andrews, Edmund Texas Instruments Loses in Japanese Ruling // The New York Times. — 1994, September 1.: «Last year, the company reaped $520 million in royalty income from patents, up from less than $200 million a year in the late 1980’s, and analysts say much of that money comes from Japanese licensing deals.»
119. ↑ Эссе «Золотой век предпринимательства» впоследствии перепечатывалось в сборниках, например, в Computer basics. — Time-Life Books, 1985. — ISBN 9780809456543
120. ↑ Lojek, 2007, p. 1
121. ↑ Ghandhi, S. Theory and practice of microelectronics. — Wiley, 1968., цит. по Saxena 2009, p. 124: «These developments culminated in the invention of the p-n junction isolation technique by Lehovec and the planar process by Hoerni. These patents paved the way for the logical development of a large number of sophisticated reliable microcircuits…»
122. ↑ Berlin, 2005, p. 140: «for their significant and essential contribution to the development of integrated circuits»
123. ↑ Berlin, 2005, p. 109: «I was trying to solve a production problem. I wasn’t trying to make an integrated circuit».
124. ↑ Berlin, 2005, p. 140-141
125. ↑ Berlin, 2005, p. 141
126. ↑ Lojek, 2007, p. 194
127. ↑ ^{1 2} Lojek, 2007, p. 2
128. ↑ Rogers, E.; Rafaeli, S. Computers and Communication // Information and Behavior / Ruben, B. D.. — Transaction Publishers, 1985. — P. 95-112. — 600 p. — ISBN 9780887380075
129. ↑ Reid, T. R. The Chip: How Two Americans Invented the Microchip and Launched a Revolution. — Simon and Schuster, 1984. — 243 p. — ISBN 9780671453930
130. ↑ Reid, T. R. The Chip: How Two Americans Invented the Microchip and Launched a Revolution. — Simon and Schuster / Paw Prints, 2008. — 243 p. — ISBN 9781439548882
131. ↑ Wright, R. The Micromonolith and How it Grew // The New York Times. — 1985, March 3.: «Mr. Reid is a bit too inclined to find all the people he encountered during the course of his research fascinating … By jettisoning a few tangential thumbnail profiles, Mr. Reid could have imparted greater momentum to his story, particularly if he had explored the personalities of his central characters more deeply.»
132. ↑ Reid, T. The Chip: How Two Americans Invented the Microchip and Launched a Revolution. — Simon and Schuster, 1984. — P. 76. — 243 p. — ISBN 9780671453930: «One day in 1958, Jean Hoerni came to Noyce with a theoretical solution…».
133. ↑ Ceruzzi, 2003, p. 179: «Their invention, dubbed at first ‘‘Micrologic,’’ then the ‘‘Integrated Circuit’’ by Fairchild, was simply another step along this path». В предшествующем абзацах Черуцци описал микромодульные системы IBM и DEC второй половины 1950-х годов.
134. ↑ Ceruzzi, p. 186: But most acknowledge Noyce’s idea to incorporate Hoerni’s planar process <…> was the key to the dramatic progress in integrated electronics that followed.»
135. ↑ Ceruzzi, p. 186: «One of his coworkers at Fairchild, Swiss-born Jean Hoerni, had paved the way by developing a process <…> making it possible to mass-produce ICs cheaply.»
136. ↑ Berlin, 2005, p. 110: «They don’t give Nobel Prizes for engineering or real work»
137. ↑ Saxena, 2009, pp. 488-490
138. ↑ Saxena, 2009, pp. 335-340, 488
139. ↑ Cм. например Markoff, J. Intel Increases Transistor Speed by Building Upward // The New York Times. — 2011, May 4.: «1959 when Robert Noyce, Intel’s co-founder, and Jack Kilby of Texas Instruments independently invented the first integrated circuits…»; Hayers, Thomas Japan Grip Still Seen On Patents // The New York Times. — 1989, November 24.: «The basic semiconductor was co-invented in 1958 by a Texas Instruments engineer, Jack Kilby, and Dr. Robert N. Noyce, a co-founder of Intel…»
140. ↑ См. например Das, S. The chip that changed the world // The New York Times. — 2009.: «Kilby’s revolutionary idea … Six months later, in California, another engineer, Robert Noyce…»
141. ↑ Kaplan, 2010, pp. 76-83
142. ↑ Kaplan, 2010, p. 76: «It was invented not by a vast team of physicists but by one man working alone, a self-described tinkerer — not even a physicist, but an engineer, John St. Clair Kilby»
143. ↑ Kaplan, 2010, p. 266: «It should be noted that the microchip had a coincidental coinventor, Robert Noyce … who came up with his own version of the idea in January 1959 but laid it aside. Only when he learned of TI’s presentation in March 1959 trade show did he take another look…»
144. ↑ Saxena, 2009, p. 59
145. ↑ Lojek, 2007, p. 15: «Historians assigned the invention of the integrated circuit to Jack Kilby and Robert N. Noyce. In this book I am arguing that the group of inventors was much bigger»
146. ↑ Lojek, 2007, p. 194: «Kilby’s idea of the integrated circuit was so unpractical that it was dropped even by Texas Instruments. Kilby’s patent was used only as very convenient and profitable trading material.Most likely, if Jack Kilby worked for any company other than Texas Instruments, his idea would never have been patented.»
147. ↑ Saxena, 2009, p. ix: «prevailing view has been misleading, and has lasted for a long time, e.g., for more than four decades in this case of the invention of ICs … Almost everybody in the microelectronics field involving physics, chemistry, engineering etc in the entire world appear to have accepted the erroneous information of the IC invention for more than four decades because they have done nothing so far to correct it.»

Источники

• Бонч-Бруевич, А. М. Применение электронных ламп в экспериментальной физике. — 4-е изд.. — М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1956. — С. 440-470, 492-525. — 656 с. — 15 000 экз.
• Bassett, R. K. To the Digital Age: Research Labs, Start-Up Companies, And the Rise of MOS Technology. — JHU Press, 2007. — 440 p. — ISBN 9780801886393
• Berlin, L. The Man Behind the Microchip: Robert Noyce and the Invention of Silicon Valley. — New York: Oxford Uiversity Press, 2005. — P. 85-89. — 440 p. — ISBN 9780199839773
• Braun, E.; MacDonald, S. Revolution in Miniature: The History and Impact of Semiconductor Electronics. — 2nd edition. — Cambridge University Press, 1982. — 247 p.
• Brock, D.; Lécuyer, C. Makers of the Microchip: A Documentary History of Fairchild Semiconductor / Lécuyer, C. et al.. — MIT Press, 2010. — 312 p. — ISBN 9780262014243
• Ceruzzi, P. E. A History of Modern Computing. — MIT Press, 2003. — 445 p. — ISBN 9780262532037
• Chapuis, R. J.; Joel, A. E. 100 Years of Telephone Switching (1878-1978): Electronics, computers, and telephone switching, 1960-1985. — Studies in telecommunication. — IOS Press, 2003. — 596 p. — ISBN 9781586033729
• Flamm, K. Mismanaged Trade: Strategic Policy and the Semiconductor Industry. — Brookings Institution Press, 1996. — 472 p. — ISBN 9780815728467
• Holonyak, N. Diffused silicon transistors and switches (1954-1955) // ULSI process integration III: proceedings of the international symposium / Cor L. Claeys. — Proceedings of the Electrochemical Society. — The Electrochemical Society, 2003. — P. 69-109. — 598 p. — ISBN 9781566773768
• Hubner, K. The four-layer diode in the cradle of Silicon Valley // Silicon Materials Science and Technology: Proceedings of the Eighth International Symposium on Silicon Materials Science and Technology / Huff, H.. — The Electrochemical Society, 1998. — P. 99-109. — 1638 p. — ISBN 9781566771931
• Huff, H. R. From The Lab to The Fab: Transistors to Integrated Circuits // ULSI process integration III: proceedings of the international symposium / Cor L. Claeys. — Proceedings of the Electrochemical Society. — The Electrochemical Society, 2003. — P. 16-67 (печатное издание), 3-39 (препринт). — 598 p. — ISBN 9781566773768. Ссылки на номера страниц приводятся по препринту (часть 1, часть 2, часть 3).
• Kaplan, F. 1959: The Year Everything Changed. — John Wiley & Sons, 2010. — P. 76-84. — 344 p. — ISBN 9780470602034
• Kilby, J. Invention of the Integrated Circuit (англ.) // IEEE Transactions on Electron Devices. — 1976. — Т. ED23. — № 7. — С. 648-654.
• Kilby, J. Origins of the Integrated Circuit // Silicon Materials Science and Technology: Proceedings of the Eighth International Symposium on Silicon Materials Science and Technology / Huff, H.. — The Electrochemical Society, 1998. — P. 342-349. — 1638 p. — ISBN 9781566771931
• Kilby, J. Turning Potential into Reality: The Invention of the Integrated Circuit (Nobel Lecture) // Nobel Lectures, Physics 1996-2000 / Eksprong, G.. — World Scientific Publishing Co., 2000. — P. 474-485. — 485 p. — ISBN 9789812380043
• Lojek, B. History of semiconductor engineering. — Springer, 2007. — P. 178-187. — 387 p. — ISBN 9783540342571
• Morris, P. R. A history of the world semiconductor industry. — History of technology series. — IET, 1990. — Vol. 12. — 171 p. — ISBN 9780863412271
• Saxena, A. Invention of integrated circuits: untold important facts. — International series on advances in solid state electronics and technology. — World Scientific, 2009. — P. 523. — ISBN 9789812814456
• Seitz, F., Einspruch, N. Electronic genie: the tangled history of silicon. — University of Illinois Press, 1998. — 281 p. — ISBN 9780252023835
• Swain, P.; Gill, J. Corporate Vision and Rapid Technological Change: The Evolution of Market Structure. — Routledge, 1993. — 244 p. — ISBN 9780415091350

Литература

• Lécuyer, C. et al. Making Silicon Valley: innovation and the growth of high tech, 1930-1970. — MIT Press, 2006. — P. 212-228. — 393 p. — ISBN 9780262122818
• Loebner, E. E. Subhistories of the Light Emitting Diode (англ.) // IEEE Transactions on Electron Devices. — 1976. — Vol. ED23. — P. 675-699. — ISSN 0018-9383.
• Morton, D.; Gabriel, J. Electronics: The Life Story of a Technology. — JHU Press, 2007. — 216 p. — ISBN 9780801887734
• Riordan, M. and Hoddeson, L. Crystal fire: the birth of the information age. — Sloan technology series. — Norton, 1998. — 352 p. — ISBN 9780393318517

Интегральная схема(ЧИП) — Владимир, 01 ноября 2020

Краткое содержание:

Интегра́льная (микро) схе́ма (ИС, ИМС, IC (англ.)), микросхе́ма, м/сх, чип (англ. chip «тонкая пластинка»: первоначально термин относился к пластинке кристалла микросхемы) — микроэлектронное устройство — электронная схема произвольной сложности (кристалл), изготовленная на полупроводниковой подложке (пластине или плёнке) и помещённая в неразборный корпус или без такового в случае вхождения в состав микросборки.

Бо́льшая часть микросхем изготавливается в корпусах для поверхностного монтажа.

Часто под интегральной схемой (ИС) понимают собственно кристалл или плёнку с электронной схемой, а под микросхемой (МС) — ИС, заключённую в корпус. В то же время выражение чип-компоненты означает «компоненты для поверхностного монтажа» (в отличие от компонентов для пайки в отверстия на плате).

История

Подробнее по этой теме см. Изобретение интегральной схемы.

7 мая 1952 года британский радиотехник Джеффри Даммер (англ. Geoffrey Dummer) впервые выдвинул идею объединения множества стандартных электронных компонентов в монолитном кристалле полупроводника. Осуществление этих предложений в те годы не могло состояться из-за недостаточного развития технологий.

В конце 1958 года и в первой половине 1959 года в полупроводниковой промышленности состоялся прорыв. Три человека, представлявшие три частные американские корпорации, решили три фундаментальные проблемы, препятствовавшие созданию интегральных схем. Джек Килби из Texas Instruments запатентовал принцип объединения, создал первые несовершенные прототипы ИС и довёл их до серийного производства. Курт Леговец из Sprague Electric Company изобрёл способ электрической изоляции компонентов, сформированных на одном кристалле полупроводника (изоляцию p-n-переходом (англ. P–n junction isolation)). Роберт Нойс из Fairchild Semiconductor изобрёл способ электрического соединения компонентов ИС (металлизацию алюминием) и предложил усовершенствованный вариант изоляции компонентов на базе новейшей планарной технологии Жана Эрни (англ. Jean Hoerni). 27 сентября 1960 года группа Джея Ласта (англ. Jay Last) создала на Fairchild Semiconductor первую работоспособную полупроводниковую ИС по идеям Нойса и Эрни. Texas Instruments, владевшая патентом на изобретение Килби, развязала против конкурентов патентную войну, завершившуюся в 1966 году мировым соглашением о перекрёстном лицензировании технологий.

Ранние логические ИС упомянутых серий строились буквально из стандартных компонентов, размеры и конфигурации которых были заданы технологическим процессом. Схемотехники, проектировавшие логические ИС конкретного семейства, оперировали одними и теми же типовыми диодами и транзисторами. В 1961—1962 гг. парадигму проектирования сломал ведущий разработчик Sylvania Том Лонго, впервые использовав в одной ИС различные конфигурации транзисторов в зависимости от их функций в схеме. В конце 1962 г. Sylvania выпустила в продажу первое семейство разработанной Лонго транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ) — исторически первый тип интегральной логики, сумевший надолго закрепиться на рынке. В аналоговой схемотехнике прорыв подобного уровня совершил в 1964—1965 годах разработчик операционных усилителей Fairchild Боб Видлар.

Первая отечественная микросхема была создана в 1961 году в ТРТИ (Таганрогском радиотехническом институте) под руководством Л. Н. Колесова. Это событие привлекло внимание научной общественности страны, и ТРТИ был утверждён головным в системе минвуза по проблеме создания микроэлектронной аппаратуры высокой надёжности и автоматизации её производства. Сам же Л. Н. Колесов был назначен Председателем координационного совета по этой проблеме.

Первая в СССР гибридная толстоплёночная интегральная микросхема (серия 201 «Тропа») была разработана в 1963-65 годах в НИИ точной технологии («Ангстрем»), серийное производство с 1965 года. В разработке принимали участие специалисты НИЭМ (ныне НИИ «Аргон»).

Первая в СССР полупроводниковая интегральная микросхема была создана на основе планарной технологии, разработанной в начале 1960 года в НИИ-35 (затем переименован в НИИ «Пульсар») коллективом, который в дальнейшем был переведён в НИИМЭ («Микрон»). Создание первой отечественной кремниевой интегральной схемы было сконцентрировано на разработке и производстве с военной приёмкой серии интегральных кремниевых схем ТС-100 (37 элементов — эквивалент схемотехнической сложности триггера, аналога американских ИС серии SN-51 фирмы Texas Instruments). Образцы-прототипы и производственные образцы кремниевых интегральных схем для воспроизводства были получены из США. Работы проводились в НИИ-35 (директор Трутко) и Фрязинским полупроводниковым заводом (директор Колмогоров) по оборонному заказу для использования в автономном высотомере системы наведения баллистической ракеты. Разработка включала шесть типовых интегральных кремниевых планарных схем серии ТС-100 и с организацией опытного производства заняла в НИИ-35 три года (с 1962 по 1965 год). Ещё два года ушло на освоение заводского производства с военной приёмкой во Фрязине (1967 год).

Параллельно работа по разработке интегральной схемы проводилась в центральном конструкторском бюро при Воронежском заводе полупроводниковых приборов (ныне — ОАО «НИИЭТ»). В 1965 году во время визита на ВЗПП министра электронной промышленности А. И. Шокина заводу было поручено провести научно-исследовательскую работу по созданию кремниевой монолитной схемы — НИР «Титан» (приказ министерства от 16.08.1965 г. № 92), которая была досрочно выполнена уже к концу года. Тема была успешно сдана Госкомиссии, и серия 104 микросхем диодно-транзисторной логики стала первым фиксированным достижением в области твердотельной микроэлектроники, что было отражено в приказе МЭП от 30.12.1965 г. № 403.[6][7]

Степень интеграции

В зависимости от степени интеграции применяются следующие названия интегральных схем:

малая интегральная схема (МИС) — до 100 элементов в кристалле

средняя интегральная схема (СИС) — до 1000 элементов в кристалле

большая интегральная схема (БИС) — до 10 тыс. элементов в кристалле

сверхбольшая интегральная схема (СБИС) — более 10 тыс. элементов в кристалле

Ранее использовались также теперь уже устаревшие названия: ультрабольшая интегральная схема (УБИС) — от 1-10 млн до 1 млрд элементов в кристалле и, иногда, гигабольшая интегральная схема (ГБИС) — более 1 млрд элементов в кристалле. В настоящее время, в 2010-х, названия «УБИС» и «ГБИС» практически не используются, и все микросхемы с числом элементов более 10 тыс. относят к классу СБИС.

Правовая защита

ГОСТ 17467-88. Законодательство России предоставляет правовую охрану топологиям интегральных микросхем. Топологией интегральной микросхемы является зафиксированное на материальном носителе пространственно-геометрическое расположение совокупности элементов интегральной микросхемы и связей между ними (ст. 1448 ГК РФ).

Автору топологии интегральной микросхемы принадлежат следующие интеллектуальные права:

исключительное право;

право авторства.

Автору топологии интегральной микросхемы принадлежат также другие права, в том числе право на вознаграждение за использование служебной топологии.

Исключительное право на топологию действует в течение десяти лет. Правообладатель в течение этого срока может по своему желанию зарегистрировать топологию в Федеральной службе по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам.

Источник

Здравствуйте, уважаемые подписчики, читатели и гости сайта! Понравилась статья? Ставьте лайки, пишите комментарии.

К теории обобщенных интегральных уравнений Абеля на полупрямой

Расистское происхождение частных школ Ваучеры

Примерно в трех с половиной часах к юго-западу от Вашингтона, округ Колумбия, на холмах Вирджинии-Пьемонт, находится графство Принц Эдуард, сельская община, которая была занесена в учебники истории более 60 лет назад, когда власти округа решили закрыть свою сегрегированную территорию. государственные школы вместо того, чтобы соблюдать постановление суда о десегрегации после ориентира Brown v.Совет народного образования Топика решение. Как и во многих округах государственных школ на Юге в эпоху Джима Кроу, в округе Принца Эдуарда существовала раздельная школьная система — система, которую белые чиновники и граждане были полны решимости придерживаться любыми необходимыми средствами. Схема, которую они разработали, заключалась в том, чтобы закрыть государственные школы и предоставить белым учащимся ваучеры на частные школы.

Перенесемся в 2017 год: президент Дональд Трамп и министр образования США Бетси ДеВос выступили за план по обеспечению федерального финансирования систем ваучеров частных школ по всей стране, которые направят миллионы долларов налогоплательщиков из государственных школ в непонятные частные школы — школу. политика реформ, которая, по их словам, предоставит лучшие варианты для учащихся с низким доходом, оказавшихся в плохих школах.Их бюджетное предложение сократит бюджет министерства образования более чем на 13 процентов, или 9 миллиардов долларов, при этом предоставив 1,25 миллиарда долларов на выбор школы, включая 250 миллионов долларов на ваучеры в частные школы.

Когда госсекретарь ДеВос столкнулся с рисками и непредвиденными последствиями потенциальной политики исключения в ваучерных программах, он отказался взять на себя обязательство активно обеспечивать защиту гражданских прав. В мае 2017 года в своих показаниях перед Подкомитетом по ассигнованиям Палаты представителей по вопросам труда, здравоохранения и социальных служб, образования и связанных с ними агентств Бетси ДеВос отказалась сообщить, будет ли она защищать учащихся от дискриминационной политики в частных школах, получающих федеральное финансирование через ваучеры.

Когда американцы обсуждают этот вопрос на национальном уровне, они должны учитывать как исторический контекст, так и реальное влияние ваучерных программ.

Грязная история школьных ваучеров

Во времена Джима Кроу, когда законы штата и местные законы вводили в действие расовую сегрегацию, в округе Принц Эдуард действовали две средние школы: хорошо финансируемая средняя школа Фармвилл для белых детей и крайне недофинансируемая средняя школа Роберта Руссы Мотона для чернокожих детей. Последний был не только переполнен, но и не имел кафетерия, спортзала, раздевалки и надлежащей системы отопления.Тревожные различия между школами и гнев, вызванный ситуацией в черном сообществе, достигли точки кипения, когда чернокожие ученики во главе с старшеклассницей Барбарой Джонс организовали забастовку в Moton, требуя равных условий. Их забастовка привлекла внимание юристов штата NAACP, которые в 1951 году подали иск против округа в деле Davis v. County School Board of Prince Edward County. Истцы в деле Davis , вместе с другими в исках NAACP о десегрегации школ, поданных в округе Кларендон, Южная Каролина; Округ Нью-Касл, Делавэр; и в Вашингтоне Д.C., в конечном итоге будет добавлен в рамках более крупного дела о десегрегации, озаглавленного Топика, Канзас, Браун против Совета по образованию.

Когда Верховный суд США вынес свое первоначальное решение по делу Brown в мае 1954 года, суд счел разделение, но равное, неприемлемым в государственном образовании. Негативная реакция на постановление Brown многих белых жителей округа Принц Эдуард в Вирджинии и большей части остальной части Юга вылилась в так называемое «массовое сопротивление».Массовое сопротивление, возглавляемое Гарри Бердом, сенатором США, представляющим Вирджинию, было движением против федерально санкционированной интеграции, особенно в государственных школах. План Берда позволил Вирджинии использовать возможности кошелька для принятия решения о том, кто может получить качественное государственное образование. Законодательное собрание штата приняло закон, позволяющий отзывать средства и даже закрывать округа и школы, в которых учатся чернокожие и белые учащиеся, что привело к закрытию школ в Шарлоттсвилле и Норфолке.

белых граждан в округе Принца Эдуарда были привержены принципам раздельной школьной системы и приняли еще более агрессивные меры.Во-первых, окружной наблюдательный совет урезал средства для своих государственных школ до 150 000 долларов, минимальной суммы, требуемой по закону в 1955 году — на 550 000 долларов меньше, чем почти 700 000 долларов, запрошенных школьным советом графства. Наряду с выделением меньшего количества средств для школ округа, руководители также проголосовали за изменение того, как часто они будут распределять эти средства, изменив график с годового на ежемесячный.

Когда школьные фонды распределялись ежегодно, округ взял на себя обязательство держать школу открытой в течение всего учебного года.Напротив, ежемесячный график распределения давал округу большую гибкость в плане внезапного закрытия школ и минимизации финансовых потерь. Под угрозой интеграции своих школ округ мог просто не выделять оставшиеся средства, закрыть школы и впоследствии сэкономить налоги и достичь своей цели — не платить за интегрированные школы. В конечном итоге округ Принца Эдуарда решил закрыть всю свою систему государственных школ в 1959 году, а не управлять интегрированными школами.

Первоначальное постановление Brown 1954 года, столь же окончательное, как и в отношении гражданских прав, просто не имело достаточных возможностей для того, чтобы заставить не желающие этого сообщества десегрегировать свои школы. Постановление Brown II , принятое всего годом позже, призывало округа к десегрегации «со всей преднамеренной поспешностью». В то время как постановление призывает округов к более неотложным действиям по десегрегации школ, двусмысленность фразы предоставила чиновникам, например, из округа Принц Эдуард, широкую свободу действий в применении тактики проволочек.Фактически, в годы, прошедшие после постановления Brown , отделение NAACP Вирджинии постоянно боролось с властями графства в суде, поскольку они отказывались установить дату начала интеграции государственных школ.

Наконец, в сентябре 1959 года 4-й окружной апелляционный суд США приказал округу «предпринять немедленные шаги» по интеграции школ, доведя ситуацию в округе до критической точки. Наблюдательный совет графства при содействии Генеральной ассамблеи Вирджинии принял дополнительные меры по сокращению финансирования интегрированных государственных школ.Правление решило не взимать местные налоги с 1959/60 учебного года, устранив основной источник финансирования своих школ. Между тем, штат ввел новую систему ваучеров, называемую «программой грантов на обучение», предлагая студентам ваучеры на 125 долларов для учеников начальной школы и на 150 долларов для старшеклассников на посещение несектантской частной школы или государственной школы в близлежащих населенных пунктах. В этот же период частные лица начали сбор средств для строительства и эксплуатации частной школы для обучения белых детей округа на случай закрытия государственных школ.

Последней мерой, принятой наблюдательным советом графства, было закрытие государственных школ в графстве Принц Эдуард. Масштабы решения были беспрецедентными. В то время как законодательный орган штата имел право закрывать отдельные школы, он делал это только в трех случаях в отдельных школах в Шарлоттсвилле, Норфолке и округе Уоррен. Закрыв всю систему государственных школ, графство принца Эдуарда довело масштабный план сопротивления Гарри Берда до крайности.

Когда в сентябре 1959 года графство заперло двери своих школ на замок, бросив вызов суду по их интеграции, белые дети продолжили свое образование в частной Академии принца Эдуарда, «академии сегрегации», которая послужит образцом для других сообществ в юг.Однако темнокожим ученикам округа не разрешалось посещать Академию принца Эдуарда, и им не предоставлялись стипендии на обучение в других частных школах. В конечном итоге их варианты продолжения образования были заблокированы несколькими факторами, включая законы штата, которые по-прежнему разрешали сегрегацию в государственных школах; субсидии на обучение от государства, которые они не могли использовать; и Государственный совет по трудоустройству учащихся, который фактически не позволял чернокожим учащимся посещать школы для белых в других общинах.

Таким образом, чернокожие родители были вынуждены пойти на все, чтобы дать образование своим детям.Те, кто мог это сделать, перевезли своих детей через границы штата в Северную Каролину, где в колледже Киттрелла обучались около 60 студентов. Другие переселили своих детей на север, в дома родственников, в штаты с интегрированными школами или в дома квакеров, входивших в Комитет обслуживания американских друзей. Некоторые члены сообщества создали возможности для неформального обучения, особенно для детей младшего возраста. Самым худшим сценарием, конечно же, был полный отказ от системы образования — путь, по которому шли многие дети старшего возраста, находящиеся на пороге взрослой жизни.

Ситуация в округе Принца Эдуарда наконец привлекла внимание администрации Кеннеди к лету 1963 года. Тогда — США. Генеральный прокурор Роберт Кеннеди направил в округ должностных лиц Министерства юстиции США (DOJ), чтобы оценить, чем может помочь федеральное правительство. Летом студенческих протестов против продолжающихся закрытий, лидеры чернокожих и белых в округе наконец остановились на плане временно открыть бесплатные частные школы для чернокожих студентов.Белым ученикам, если они пожелают, также разрешалось посещать школу. Частные пожертвования помогли покрыть сумму в миллион долларов, необходимую для работы бесплатных школ принца Эдуарда, за счет пожертвований, поступающих от Фонда Форда, Field Foundation и Национальной ассоциации образования.

В 1964 году Верховный суд постановил в деле Гриффин против школьного совета округа Принц Эдуард , что округу пришлось вновь открыть свои государственные школы на том основании, что они все еще нарушали пункт о равной защите 14-й поправки.Закрыв свои государственные школы и впоследствии субсидируя частные академии, которые принимали только белых студентов, округ вместе с советом по образованию штата и суперинтендантом штата продолжал отказывать чернокожим учащимся в правах, предоставляемых их белым сверстникам. Даже после возобновления работы государственных школ округа после постановления Griffin сегрегация, поддерживаемая системой ваучеров и несправедливым финансированием, сохранялась. Наблюдательный совет округа выделил всего 189 000 долларов на финансирование интегрированных государственных школ.В то же время они выделили 375 000 долларов, которые могли эффективно использоваться только белыми учениками для «стипендий на обучение ученикам, посещающим либо частные несектантские школы в графстве, либо государственные школы, взимающие плату за обучение за пределами графства».

В 1965 году Окружной суд Восточного округа США в Вирджинии постановил, что в деле Гриффин против Управления образования штата , ваучеры государственной программы субсидий на обучение не могут быть законно использованы для финансирования школ, дискриминирующих по признаку расы.Не ссылаясь на Закон о гражданских правах 1964 года в качестве правовой основы для своего решения, суд, тем не менее, опирался на данное в законе определение государственной школы — любого учебного заведения, которое «полностью или преимущественно функционировало за счет государственных средств или собственности или посредством их использования. ”

Принятие Закона о гражданских правах 1964 года, который запрещал федеральным фондам посещать отдельные школы, ясно дал понять, что округ Принц Эдуард не может продолжать свою практику на законных основаниях и получать федеральное финансирование.Этот закон, а также Закон о начальном и среднем образовании 1965 года сыграли важную роль в повышении роли федерального правительства в защите учащихся от дискриминации в государственных школах страны. С юридической точки зрения эти постановления и федеральные законы положили конец легитимности массового сопротивления, но последствия практики округа на протяжении 1950-х годов продолжали сказываться на студенческом контингенте в течение десятилетий.

Отголоски сегрегированного прошлого

Несмотря на то, что правовая сегрегация запрещена, ученики округа Принц Эдуард все еще сталкивались с фактической сегрегацией в годы, последовавшие за массовым сопротивлением и решением закрыть государственные школы.Поддержка графством и штатом политики, которая способствовала бегству белых в частные академии, позволила зачислить в школы графства непропорционально большое количество черных и белых студентов по сравнению с населением графства. В 1971/72 учебном году только 5 процентов учащихся государственных школ K-12 округа были белыми.

Это демографическое несоответствие между округом и его системой государственных школ сохраняется и сегодня. Согласно данным Центра государственной службы Уэлдона Купера при Университете Вирджинии, демографические данные по округу Принц Эдуард показывают, что в 2015 году белые жители составляли 64 процента от примерно 23 000 жителей округа, а чернокожие — только 32 процента.Однако в 2013-14 учебном году, последнем году, по данным Национального центра статистики образования, в государственных школах округа обучалось 2282 ученика, 37 процентов из которых были белыми, а 56 процентов — черными.

Несмотря на постановление 1965 года, прекратившее действие ваучерной программы в графстве и штате, де-факто сегрегация также сохранялась на протяжении десятилетий в частной академии принца Эдуарда, ныне называемой школой Фукуа, — первоначальной «академии сегрегации», основанной в графстве в 1959 году.В 1980 году школа решила принять чернокожих учеников, чтобы сохранить свой статус освобожденного от налогов, но оставила чернокожих учеников на уровне всего 1 процента, или семи из 640 учеников. Школа не выпускала чернокожих учеников до 1989/90 учебного года, и в 2013 году количество чернокожих в ней все еще составляло менее 5 процентов, при этом только 17 чернокожих учащихся из 362 учащихся.

Действия округа принца Эдуарда после Brown в 1954 году послужили образцом для многих южных общин, поскольку они разработали планы по отвлечению и использованию государственных денег для создания частных школ, которые обслуживали исключительно белые семьи.Сегрегационисты в графстве, многие из которых занимали руководящие должности, считали свое дело смелым и знали, что оно может создать прецедент для других сообществ, не желающих проводить десегрегацию в своих государственных школах.

К 1969 году более 200 частных академий сегрегации были созданы в штатах по всему Югу. В семи из этих штатов — Вирджиния, Северная Каролина, Южная Каролина, Джорджия, Алабама, Миссисипи и Луизиана — существовали программы грантов на обучение, которые предлагали студентам ваучеры, чтобы побудить белых студентов покинуть десегрегированные государственные школьные округа.Между 1969-70 и 1970-71 учебными годами в Алабаме, Луизиане и Миссисипи десятки тысяч студентов бежали в недавно открывшиеся академии сегрегации. За один учебный год Миссисипи возглавила тройку: почти 41 000 учеников покинули государственные школы штата. В государственных школах Алабамы 21 565 учеников прекратили зачисление, а в Луизиане — более 11 000 учеников.

Рост числа частных школ на Юге и отвлечение государственных средств в эти частные школы через ваучеры были прямым ответом белых общин на требования десегрегации.В Луизиане штат учредил Комиссию по финансовой помощи Луизианы, которая предлагала ваучеры на 360 долларов для студентов, посещающих частные школы, но выдавала только 257 долларов на каждого ученика тем, кто посещает государственные школы. За время существования комиссии штат выделил более 15 миллионов долларов в виде ваучеров в рамках своей программы грантов на обучение, из которых первые 2,5 миллиона долларов поступили из Фонда общественного благосостояния Луизианы. Закон штата от 1958 года также разрешил школьным округам закрывать свои государственные школы и продавать или сдавать в аренду свои ресурсы по значительно меньшей цене, чем их стоимость для использования частными школами.

Ваучеры, использованные в рамках программы грантов на обучение в Миссисипи, следовали аналогичному пути и схеме. В 1969 году Министерство юстиции США вмешалось в дело истцов, подавших в суд на штат Миссисипи в деле Коффи против Государственной комиссии по финансам образования. За пять лет до того, как дело дошло до Верховного суда, государство предлагало учащимся ваучеры на «личную свободу выбора государственной или частной школы», что давало им возможность выбирать школы с сегрегированными по расовому признаку.Первоначально предлагая только 180 долларов на студента в 1964 году, Законодательное собрание штата увеличило сумму каждого ваучера до 240 долларов на студента в 1968 году.

Подробно рассказывая о существовании программы, Окружной суд США Южного округа Миссисипи установил, что школы сегрегации в штате постоянно создавались в округах государственных школ, которые либо недавно были вынуждены провести десегрегацию по решению судов, либо недавно представили планы десегрегации. В приложении B к постановлению суда указывается процентная доля оплаты за обучение, покрываемая ваучерами, предлагаемыми студентам ряда академий сегрегации штата.В нижней части диапазона ваучер штата на 240 долларов покрывает лишь 17 процентов от стоимости обучения в Gulf Coast Mill Academy в размере 1395 долларов. В то же время 96 процентов стоимости обучения покрывались в таких школах, как частная школа округа Адамс и Образовательный институт Дир-Крик.

Суд не только установил, что государство субсидировало значительную часть бюджета этих школ, он также установил, что выплата государством стипендий часто совпадала с датами, когда должна была начаться плата за обучение в школах.В конечном итоге, как и в случае с делом Griffin для округа Принц Эдуард и Вирджинии, суд установил, что схема субсидии на обучение в Миссисипи нарушает пункт о равной защите 14-й поправки, поскольку она «значительно поощряет [d] и вовлекает [d] ] Государство в частной дискриминации ».

Алабама также ввела в действие законы штата о субсидиях на обучение, разрешающие учащимся использовать ваучеры в частных школах в середине 1950-х годов, а также приняла законодательные акты об аннулировании судебных решений о десегрегации и изменила свои законы о найме учителей, чтобы разрешить увольнение учителей, поддерживающих десегрегацию.Законы Алабамы о субсидиях на обучение также будут рассматриваться в суде, и Окружной суд США по Среднему округу штата Алабама объявит в деле Ли против Совета по образованию округа Мейкон ваучеров, которые являются «не более чем фикцией, созданной с целью финансирования с государство финансирует белую школьную систему ».

Бегство белых из государственных школ в академии сегрегации в Алабаме оказало разрушительное воздействие на возможности округов по сбору средств. По мере того, как все больше белых студентов покидали государственную систему, белые налогоплательщики стали неохотно повышать налоги на собственность для финансирования своих государственных школ.Авторы исследования, посвященного влиянию политики выбора школы в Алабаме в середине века, обнаружили, что, когда в общинах действуют двойные школьные системы, то есть государственная и частная система, налогоплательщики значительно менее склонны финансировать государственную систему.

Усилия по устранению неравенства в финансировании в Алабаме, от которого непропорционально страдают чернокожие учащиеся и студенты с ограниченными возможностями, были многообещающими в начале 1990-х годов, когда суды штата объявили, что условия в беднейших школах Алабамы нарушают конституцию штата, не обеспечивая всем детям надлежащего образования.Эти средства правовой защиты не будут реализованы, когда Джефф Сешнс, тогдашний генеральный прокурор Алабамы, а ныне генеральный прокурор США, возглавил кампанию против судебной системы штата. Несмотря на то, что суды играли неотъемлемую роль в сдерживании штатов, которые не действовали в интересах всех учащихся в течение почти четырех десятилетий, кампания Sessions против судебного надзора за законодательными действиями помешала судебной власти устранить несправедливость в системе образования Алабамы.

Неравенство в финансировании школ и растущая сегрегация — тенденция ваучеров

Тенденция к усилению расовой и экономической сегрегации является общенациональной тенденцией — не только в Алабаме и других южных штатах.Однако Юг был единственным регионом страны, в котором наблюдалось чистое увеличение приема в частные школы в период с 1960 по 2000 год, а там, где количество учащихся в частных школах выше, поддержка расходов в государственных школах, как правило, ниже. Растущее количество тщательных исследований показывает, что деньги абсолютно важны для государственных школ, особенно для учащихся из малообеспеченных семей. Более того, в частных школах Юга, как правило, больше всего белых учащихся.Фактически, исследование показало, что самым сильным показателем поступления белых в частные школы является доля чернокожих учащихся в местных государственных школах.

Современные защитники ваучеров часто называют экономиста Милтона Фридмана провидцем сегодняшних программ. Фридман опубликовал «Роль правительства в образовании» в 1955 году, эссе, в котором он утверждал, что — хотя правительства кровно заинтересованы в обучении детей страны, чтобы обеспечить информированное и заинтересованное гражданство и функционирующую демократию — они не обязательно должны принимать непосредственное участие. в предоставлении такого образования.Он считал, что приватизированная система, в которой государство предоставляет средства всем детям для получения базового образования в выбранной школе, лучше отвечает потребностям родителей и учащихся. Фридман даже утверждал, что «смешанные школы» в этой системе могут расти за счет расово сегрегированных частных школ.

Сегодня ваучерные программы сильно различаются по дизайну и критериям отбора. Почти все отдают приоритет доступу для студентов с низким доходом, хотя некоторые имеют право на доступ ко всем студентам, независимо от их финансовых средств.И даже современные программы ваучеров, нейтральные по отношению к расам, могут усилить расовую и социально-экономическую сегрегацию. Недавний анализ, проведенный The Century Foundation, показал, что ваучерные программы, как правило, приносят пользу наиболее обеспеченным студентам, имеющим право на участие в программах. Широко распространенное право выбора частных школ в других странах, например, в Швеции и Чили, привело к усилению экономической сегрегации школ.

Чили привела к повсеместному социально-экономическому расслоению и снижению посещаемости государственных школ, при этом практически не сказавшись на успеваемости учащихся.По сути, программа предусматривает создание трех школьных систем: государственные школы, которые посещают в основном учащиеся с низкими доходами; частные школы, субсидируемые ваучерами, в которых обучается больше учеников среднего класса, поскольку они могут взимать дополнительную плату или плату за обучение; и несубсидируемые частные школы, в которых учатся самые богатые учащиеся. Такой дизайн — а также относительно небольшое количество частных школ в сельских общинах — в значительной степени способствовали этой социально-экономической сегрегации. Такая политика, если она будет принята на национальном уровне в Соединенных Штатах, может иметь аналогичные последствия для экономической и расовой сегрегации, учитывая сильную корреляцию между расой и доходом во многих местах.

Indiana представляет собой пример того, как ваучерные программы могут принести пользу одной группе студентов по сравнению с другой. Недавно NPR сообщило, что ваучерная программа штата Индиана в большей степени приносит пользу белым семьям из пригородов, принадлежащих к среднему классу, чем учащимся с низкими доходами в отстающих школах, для обслуживания которых программа изначально была предназначена. Сегодня около 60 процентов получателей ваучеров происходят из белых семей, что на 14 процентов больше, чем в начале программы в 2013 году.Доля чернокожих студентов, получающих ваучеры, упала до 12 процентов по сравнению с 24 процентами в 2013 году. Кроме того, в отчете NPR о расследовании отмечается, что более 50 процентов учеников, обучающихся по ваучерной программе, никогда не посещали государственные школы.

Хотя нет никаких признаков расовой мотивации среди законодателей Индианы, создавших ваучерную программу, последствия очевидны: ваучерная программа Индианы все больше приносит пользу белым учащимся с более высокими доходами, многие из которых уже учатся в частных школах, и отвлекает финансирование от всех остальных. учащиеся, оставшиеся в системе государственных школ.

Заключение

Воздействие первых ваучерных программ частных школ на Юге до сих пор сказывается на битвах за адекватное и справедливое финансирование государственного образования. И когда президент Трамп назначил Бетси ДеВос — давнего спонсора-республиканца, страстно любившего ваучеры в частные школы, — стать следующим министром образования, он выдвинул ваучеры на передний план в разговоре о национальной политике. Вскоре после этого Трамп и ДеВос предложили сократить финансирование государственных школ на миллиарды при создании первой общенациональной федеральной программы ваучеров для частных школ.Более того, в мае 2017 года, защищая бюджет Трампа перед Подкомитетом по ассигнованиям Палаты представителей по вопросам труда, здравоохранения и социальных служб, образования и связанных с ними агентств, ДеВос отказалась сказать, что Департамент образования под ее руководством будет защищать студентов от всех формы дискриминации в частных школах, которые получают доллары федеральных налогоплательщиков через ваучеры.

Более того, и Трамп, и ДеВо имеют тревожный паттерн отрицания или игнорирования истории. В феврале ДеВос назвал колледжи и университеты для чернокожих «настоящими пионерами, когда дело доходит до выбора школы», не упомянув, что эти учреждения были созданы для обслуживания чернокожих студентов, которых не допускали к дискриминирующим высшим учебным заведениям. против них.И президент Трамп также показал непонимание истории расизма в стране.

, такие как поддерживаемые президентом Трампом и секретарем ДеВосом, в основном предназначены для направления долларов налогоплательщиков в частные школы, при этом высасывая столь необходимые ресурсы из государственных школ и уязвимых учащихся, которые их посещают. Политики должны учитывать происхождение ваучеров и их влияние на сегрегацию и поддержку государственного образования. Какими бы благими ни были намерения, широко распространенные ваучерные программы могут усугубить сегрегацию в школах и оставить позади наиболее уязвимых учащихся и государственные школы, которые они посещают.

Крис Форд (Chris Ford) — специальный помощник образовательной группы K-12 в Центре американского прогресса. Стефани Джонсон — заместитель директора кампании в образовательной группе K-12 в Центре. Лизетт Партелоу — директор по стратегическим инициативам K-12 в Центре.

Примечания

Эффективный полный оптический расчет скалярной и векторной дифракции с использованием метода Блюстейна

Скалярный и векторный интеграл дифракции в форме преобразования Фурье

Для скалярной дифракции, как показано на рис.1а, электрическое поле в точке ( x, y, z ) в декартовых координатах может быть получено на основе принципа Гюйгенса – Френеля и выражено дифракционным интегралом Рэлея – Зоммерфельда ²⁰ :

$$ E \ left ({x, y, z} \ right) = — \ frac {i} {\ lambda} {\ iint _ {\! \ Omega}} {E_0 \ left ({u, v, 0} \ right) \ times \ frac {{\ exp \ left ({ikr} \ right)}} {r} \ times \ cos \ theta \;} dudv $$

(1)

где \ (r = \ sqrt {\ left ({x — u} \ right) ^ 2 + \ left ({y — v} \ right) ^ 2 + z ^ 2} \) — расстояние между источником точку и интересующую точку наблюдения. 2} \ right)} \ right] \ times {\ mathrm {exp}} \ left [{- \ frac {{2i \ pi}} {{\ lambda z}} \ left ({xu + yv} \ right)} \ right]} dudv $

(3)