Инноваторы. Как несколько гениев, хакеров и гиков совершили цифровую революцию
Шрифт:
Он знал, что кусочек кремния, в котором вообще нет примесей, работает как простое сопротивление. Он также понимал, что есть способ заставить p-n– переход в кремниевом образце действовать как емкость. Это значит, что в нем будет накапливаться небольшой электрический заряд. Фактически, обработав кремний по-разному, можно изготовить любой электронный компонент. Отсюда и появилась идея, названная впоследствии «идеей монолита»: все элементы можно сделать из одного монолитного куска кремния. А это значит, что отпадает необходимость скреплять отдельные элементы на монтажной панели. В июле 1958 года, за шесть месяцев до того, как сходные соображения были зафиксированы Нойсом, Килби оставил запись в своем лабораторном журнале. Это было всего одно предложение, которое будут цитировать, когда он получит Нобелевскую премию: «Следующие электронные компоненты можно сделать на одной плате: сопротивление, конденсатор, распределенный конденсатор, транзистор».
Его начальника Уиллиса Эдкока, вернувшегося после отпуска, не удалось сразу убедить, что это предложение может иметь практическое значение. У лаборатории были и другие задачи, казавшиеся более важными. Но Эдкок заключил с Килби соглашение: если ему удастся сделать работающие конденсатор и сопротивление, он даст добро на создание всей схемы на одном кристалле.
Все пошло по плану, и в сентябре 1958 года Килби подготовил свое устройство для показа. По драматизму эта сцена напоминала демонстрацию, устроенную Бардином и Браттейном за одиннадцать лет до того для руководства Bell Labs. На кусочке кремня размером с небольшую зубочистку Килби разместил элементы, которые теоретически соответствовали излучателю. На глазах руководителей компании во главе с президентом нервничающий Килби присоединил небольшое устройство к осциллоскопу. Затем он взглянул на Эдкока, который пожал плечами, словно говоря: «Ничего не происходит». Но когда Килби нажал кнопку, линия на экране осциллоскопа стала волнообразно колебаться именно так, как и должна была. «Все широко заулыбались, — сообщает Рид. — Началась новая эра в электронике» [340] .
340
Reid, The Chip, 1138.
Новое устройство не было уж таким изящным. В моделях, построенных Килби осенью 1958 года, оставалось большое количество тоненьких золотых проволочек, соединяющих некоторые элементы микросхемы. Все это напоминало дорогую паутинку, прицепившуюся к кремниевому прутику. Но устройства были не только уродливыми, они были непрактичными. Не было понятно, как можно их изготавливать их в большом количестве. Тем не менее это был первый микрочип.
В марте 1959 года, через несколько недель после подачи заявки на патент, Texas Instruments объявила о новом изобретении, названном «твердотельной схемой». Кроме того, на ежегодной конференции в Институте радиотехников в Нью-Йорке было торжественно продемонстрировано несколько опытных образцов. Президент компании объявил, что новое устройство станет наиболее значительным после транзистора. Это выглядело как преувеличение, но оказалось, что сказано было слишком мягко.
Для Fairchild заявление Texas Instruments прозвучало как гром среди ясного неба. Нойс, за два месяца до того набросавший собственный вариант сходной идеи, был разочарован тем, что его обошли. Он боялся конкуренции со стороны Texas Instruments.
Версия Нойса
Часто разные пути ведут к одним и тем же изобретениям. Нойс и его коллеги по Fairchild пришли к идее создания микрочипа с другой стороны. Все началось с того, что они столкнулись с неприятной проблемой: их транзисторы работали не очень хорошо. Многие выходили из строя, когда на них оседало даже небольшое количество пыли или они попадали под воздействие какого-нибудь газа. Ломались они и при резком встряхивании или толчке.
Джин Хорни — он тоже был из «вероломной восьмерки», работавшей в Fairchild, — вышел с оригинальным предложением. Поверхность кремниевого транзистора следует покрыть тонким слоем окиси кремния — как торт покрывают глазурью. Этот слой будет предохранять кремний. «Создание окисного слоя… на поверхности транзистора, — записал он в своей лабораторной тетради, — защитит переход, подвергающийся в противном случае воздействию загрязнения» [341] .
341
Berlin, The Man Behind the Microchip, 2386. Лабораторные журналы фирмы Fairchild сохраняются. С ними можно ознакомиться в Музее истории компьютеров, Маунтин-Вью, Калифорния.
Назвали этот метод «планарная технология» из-за плоского слоя оксида на поверхности кремния. Однажды утром в январе 1959 года (после того, как Килби сформулировал
342
Berlin, The Man Behind the Microchip, 2515.
Роль юристов, занимающихся патентами, состоит в том, что они должны защищать хорошие идеи. Но иногда случается, что они их стимулируют, чему примером служит планарная технология. Чтобы подготовить заявку, Нойс связался с Джоном Ролсом, юристом-патентоведом в Fairchild. А Ролс начал приставать к Хорни, Нойсу и их коллегам с вопросом: как планарную технологию можно использовать на практике? Ролс старался нащупать как можно больше возможностей использования этого устройства, чтобы все они попали в заявку на патент. Нойс вспоминает: «Ролс от нас все время требовал ответить: „Что еще можно с этим сделать, что еще должно быть защищено патентом?“» [343]
343
Роберт Нойс, устный рассказ, IEEE.
Тогда идея Хорни сводилась только к созданию надежно работающего транзистора. Им еще не пришло в голову, что планарная технология с ее крошечными окошечками, которые можно протравить на одной кремниевой пластинке, позволяет разместить на ней большое количество транзисторов разных типов и другие элементы схемы. Но настойчивые вопросы Ролса заставили Нойса задуматься. Весь январь он вместе с Муром прикидывал разные возможности, рисовал что-то на доске в своем кабинете, а затем делал короткие записи в блокноте.
Сначала Нойс сообразил, что планарная технология позволяет избавиться от торчащих из транзистора проволочек. Вместо них на поверхности слоя окисла можно пропечатать небольшие медные линии. Это ускорит производство транзисторов и сделает их надежнее. Это натолкнуло Нойса на следующую мысль: если пропечатанные медные соединения можно использовать для связи разных мест одного транзистора, ими также можно связать несколько транзисторов, помещенных на одной и той же кремниевой пластинке. Планарная технология с ее окошечками позволяет вводить примеси так, что на одной кремниевой подложке можно разместить большое число транзисторов, а пропечатанные медные проволочки должны объединить их в микросхему. Он пошел в кабинет Мура и изобразил свое предложение на доске.
Про Нойса можно было сказать, что он словоохотливый сгусток энергии, а про Мура — хотя и молчаливый, но быстро ухватывающий главное звукоотражатель. Они хорошо подыгрывали друг другу. Следующий шаг сделать было легко: на одну пластину можно поместить разные элементы, сопротивления и конденсаторы. Нойс изобразил на доске Мура, как небольшой участочек чистого кремния заставить работать как сопротивление, а через несколько дней он нарисовал кремниевый конденсатор. Тонкие металлические линии, пропечатанные на поверхности оксида, могут объединить все эти элементы в микросхему. «Я не помню, чтобы было ощущение: вспыхнула лампочка, и все сразу стало ясно, — признавался Нойс. — Это больше походило на то, что ты каждый день говорил себе: „Ну хорошо, если я могу сделать это, то, наверное, можно сделать и то, а это ведет к тому, что можно сделать и следующее“. Так в конечном итоге ты вырабатываешь стратегию действий» [344] . После этого приступа активности в январе 1959 года он сделал запись в своем журнале: «Было бы желательно изготавливать разнообразные устройства на одном кусочке кремния» [345] .
344
Reid, The Chip, 1336; Роберт Нойс, устный рассказ, IEEE.
345
Запись в лабораторном журнале Роберта Нойса, 23 января 1959 г., Музей истории компьютеров, Калифорния. Изображение этой страницы см.: http://www.computerhistory.org/atchm/the-relics-of-st-bob/.