The History of the Silicon Chip

Ενώ οι πρώτοι υπολογιστές εμφανίστηκαν πριν από την εφεύρεση του, το μικροτσίπ πυριτίου είναι η πρόοδος που έκανε δυνατή τη σύγχρονη εποχή των υπολογιστών. Η δυνατότητα δημιουργίας ενός μικροσκοπικού κυκλώματος από αυτόν τον ημιαγωγό ήταν αυτό που έδωσε στους υπολογιστές τεράστια προόδους στην ταχύτητα και την ακρίβεια, μετατρέποντάς τα από συσκευές μεγέθους δωματίου σε μηχανές που θα μπορούσαν να κάθονται σε ένα γραφείο ή την αγκαλιά σου.

Οι πρώτοι υπολογιστές χρησιμοποιούσαν συσκευές που ονομάζονταν λυχνίες κενού στα σχέδια των κυκλωμάτων τους, οι οποίες χρησίμευαν ως πύλες για την ενεργοποίηση και απενεργοποίηση των ρευμάτων για να κατευθύνουν τη λειτουργία του υπολογιστή και να αποθηκεύουν πληροφορίες. Αυτά ήταν εύθραυστα εξαρτήματα, ωστόσο, και συχνά αστοχούσαν κατά την κανονική λειτουργία. Το 1947, η εφεύρεση του τρανζίστορ αντικατέστησε τον σωλήνα κενού στο σχεδιασμό του υπολογιστή και αυτά τα μικρά εξαρτήματα απαιτούσαν ένα ημιαγώγιμο υλικό για να λειτουργήσουν. Τα πρώτα τρανζίστορ περιείχαν γερμάνιο, αλλά τελικά το πυρίτιο έγινε ο ημιαγωγός της επιλογής για τους αρχιτέκτονες υπολογιστών.

Ως ημιαγωγός, το πυρίτιο έχει ηλεκτρικές ιδιότητες που βρίσκονται μεταξύ αγωγών και αντιστάσεων. Οι κατασκευαστές μπορούν να τροποποιήσουν χημικά το πυρίτιο βάσης για να αλλάξουν τις ηλεκτρικές του ιδιότητες, κάνοντάς το να μεταφέρει ηλεκτρισμό ανάλογα με τις ειδικές ανάγκες της μονάδας. Αυτό επέτρεψε στους σχεδιαστές υπολογιστών να δημιουργήσουν πολλά από τα εξαρτήματά τους από το ίδιο υλικό, αντί να απαιτούν ξεχωριστά καλώδια και άλλα υλικά για να επιτύχουν τα ίδια αποτελέσματα.

Δυστυχώς, το πολύπλοκο κύκλωμα που απαιτείται για ισχυρούς υπολογιστές εξακολουθούσε να σημαίνει ότι οι συσκευές έπρεπε να είναι εξαιρετικά μεγάλες. Το 1958, ωστόσο, ο Jack Kilby είχε την ιδέα να δημιουργήσει το κύκλωμα που αποτελούσε έναν υπολογιστή σε μικρογραφία, χρησιμοποιώντας ένα μόνο μπλοκ ημιαγωγών και εκτύπωση του κυκλώματος από πάνω σε μέταλλο αντί να δημιουργηθεί το κύκλωμα από ξεχωριστά καλώδια και συστατικά. Έξι μήνες αργότερα, ο Robert Noyce είχε την ιδέα να τοποθετήσει το μέταλλο πάνω από τον ημιαγωγό και στη συνέχεια να χαράξει τα περιττά μέρη για να δημιουργήσει το ολοκληρωμένο κύκλωμα. Αυτές οι εξελίξεις μείωσαν σημαντικά το μέγεθος των κυκλωμάτων υπολογιστών και κατέστησαν δυνατή τη μαζική παραγωγή τους για πρώτη φορά.

Σήμερα, οι κατασκευαστές τσιπ πυριτίου χρησιμοποιούν υπεριώδες φως υψηλής ισχύος για να χαράξουν τα τσιπ τους. Μετά την τοποθέτηση μιας φωτοευαίσθητης μεμβράνης σε μια γκοφρέτα πυριτίου, το φως λάμπει μέσω μιας μάσκας κυκλώματος και χαρακτηρίζει το φιλμ στην εικόνα του σχεδίου του κυκλώματος. Ο κατασκευαστής κόβει τις απροστάτευτες περιοχές και στη συνέχεια βάζει ένα άλλο στρώμα πυριτίου και επαναλαμβάνει τη διαδικασία. Τέλος, ένα τελευταίο στρώμα φιλμ προσδιορίζει το μεταλλικό κύκλωμα που καλύπτει το τσιπ, ολοκληρώνοντας το ηλεκτρικό κύκλωμα. Τα σύγχρονα τσιπ πυριτίου μπορούν να περιέχουν πολλά διαφορετικά στρώματα με διαφορετικές ηλεκτρικές ιδιότητες, προκειμένου να ταιριάζουν στις ηλεκτρικές ανάγκες του σχεδιασμού του υπολογιστή.