Transistorgeschichte, Teil 3: Multiple Neuerfindung

Seit mehr als hundert Jahren wedelt ein analoger Hund mit dem digitalen Schwanz. Versuche, die Fähigkeiten unserer Sinne zu erweitern - Sehen, Hören und in gewissem Sinne sogar Berühren - führten Ingenieure und Wissenschaftler dazu, nach den besten Komponenten für Telegraph, Telefon, Radio und Radar zu suchen. Glücklicherweise haben diese Suchanfragen einen Weg gefunden, neue Arten digitaler Maschinen zu entwickeln. Und ich beschloss, die Geschichte dieser ständigen Erhebung zu erzählen, bei der Telekommunikationsingenieure die Ausgangsmaterialien für die ersten digitalen Computer lieferten und diese Computer manchmal sogar selbst entwarfen und herstellten.

Aber in den 1960er Jahren endete diese fruchtbare Zusammenarbeit und damit meine Geschichte. Hersteller digitaler Geräte mussten nicht länger in die Welt von Telegraphen, Telefon und Radio schauen, um nach neuen, verbesserten Schaltern zu suchen, da der Transistor selbst eine unerschöpfliche Quelle für Verbesserungen darstellte. Jahr für Jahr gruben sie tiefer und tiefer und fanden immer Wege, die Geschwindigkeit exponentiell zu erhöhen und die Kosten zu senken.

Nichts davon wäre jedoch geschehen, wenn die Erfindung des Transistors bei der Arbeit von Bardin und Brettein aufgehört hätte .

Langsamer Start

In der populären Presse gab es keine aktive Begeisterung für Bells Ankündigung der Erfindung des Transistors. Am 1. Juli 1948 nahm die New York Times drei Absätze zu diesem Ereignis am Ende der Zusammenfassung der Radio-Nachrichten auf. Darüber hinaus erschienen diese Nachrichten nach anderen, die offensichtlich als wichtiger angesehen wurden: zum Beispiel die einstündige Radiosendung „Waltz Time“, die auf NBC erscheinen sollte. Im Nachhinein möchten wir vielleicht lachen oder sogar unbekannte Autoren beschimpfen - wie konnten sie das Ereignis nicht erkennen, das die Welt auf den Kopf gestellt hat?



Ein Blick in die Vergangenheit verzerrt jedoch die Wahrnehmung und verstärkt die Signale, deren Bedeutung wir kennen, obwohl sie zu dieser Zeit in einem Meer von Rauschen verloren gingen. Der Transistor von 1948 unterschied sich stark von den Transistoren von Computern, auf denen Sie diesen Artikel gelesen haben (wenn Sie sich nicht entschieden haben, ihn zu drucken). Sie unterschieden sich so sehr, dass sie trotz des gleichen Namens und der sie durchgehenden Vererbungslinie als verschiedene Arten, wenn nicht als verschiedene Gattungen angesehen werden sollten. Sie haben unterschiedliche Zusammensetzungen, unterschiedliche Strukturen, unterschiedliche Funktionsprinzipien, ganz zu schweigen von dem gigantischen Größenunterschied. Nur dank ständiger wiederholter Erfindungen konnte das von Bardin und Brettin konstruierte umständliche Gerät die Welt und unser Leben verändern.

Tatsächlich verdiente ein Germaniumtransistor mit einem einzigen Kontaktpunkt nicht mehr Aufmerksamkeit als er erhielt. Er hatte mehrere Defekte von der Elektronenröhre geerbt. Er war natürlich viel kleiner als die kompaktesten Lampen. Das Fehlen eines heißen Fadens bedeutet, dass er weniger Wärme erzeugt, weniger Energie verbraucht, nicht ausbrennt und vor dem Gebrauch nicht erwärmt werden muss.

Die Ansammlung von Schmutz auf der Kontaktfläche führte jedoch zu Ausfällen und machte das Potenzial für eine längere Lebensdauer zunichte. er gab ein lauteres Signal; arbeitete nur bei geringer Leistung und in einem engen Frequenzbereich; bei Hitze, Kälte oder Feuchtigkeit abgelehnt; und es konnte nicht einheitlich produziert werden. Mehrere Transistoren, die auf dieselbe Weise von denselben Personen hergestellt wurden, hätten trotzig unterschiedliche elektrische Eigenschaften. Und das alles ging mit achtmal höheren Kosten einher als bei einer Standardlampe.

Erst 1952 lösten die Laboratorien von Bell (und andere Patentinhaber) Produktionsprobleme so weit, dass Transistoren mit einem einzigen Kontaktpunkt zu praktischen Geräten wurden, und selbst dann verbreiteten sie sich nicht besonders über den Hörgerätemarkt hinaus, auf dem die Preissensitivität relativ gering war. und die Vorteile bezüglich der Batterielebensdauer übertrafen die Nachteile.

Damals hatten jedoch bereits die ersten Versuche begonnen, den Transistor in etwas Besseres und Nützlicheres zu verwandeln. Sie begannen tatsächlich viel früher als in dem Moment, als die Öffentlichkeit von ihrer Existenz erfuhr.

Shockleys Ehrgeiz

Ende 1947 unternahm Bill Shockley aufgeregt eine Reise nach Chicago. Er hatte vage Ideen, wie er den kürzlich von Bardin und Brettein erfundenen Transistor übertreffen könnte, aber bisher hatte er keine Chance, sie zu entwickeln. Anstatt eine Pause zwischen den Phasen seiner Arbeit zu genießen, verbrachte er Weihnachten und Neujahr im Hotel und füllte etwa 20 Seiten eines Notizbuchs mit seinen Ideen aus. Darunter war ein Vorschlag für einen neuen Transistor, der aus einem Halbleitersandwich besteht - einer Scheibe Germanium vom p-Typ zwischen zwei Stücken vom n-Typ.

Von der Anwesenheit eines solchen Asses im Ärmel ermutigt, machte Shockley bei ihrer Rückkehr nach Murray Hill einen Anspruch auf Bardin und Bretstein geltend und forderte alle Ehre für die Erfindung des Transistors. War es nicht seine Idee eines Feldeffekts, der Bardin und Brettein dazu brachte, im Labor zu sitzen? Ist es deshalb nicht notwendig, ihm alle Patentrechte zu übertragen? Shockleys Trick stellte sich jedoch als seitwärts heraus: Die Patentanwälte von Bell fanden heraus, dass ein unbekannter Erfinder, Julius Edgar Lilienfeld , 1930 fast 20 Jahre zuvor einen Feldeffekt-Halbleiterverstärker patentierte. Lilienfeld verwirklichte seine Idee angesichts des Zustands natürlich nicht Materialien zu dieser Zeit, aber das Risiko einer Überschneidung war zu groß - es war besser, die Erwähnung des Feldeffekts im Patent vollständig zu vermeiden.

Obwohl die Labors von Bell Shockley einen großzügigen Anteil am Ruhm des Erfinders gaben, erwähnten sie im Patent nur Bardin und Bretstein. Sie können jedoch nicht das tun, was Sie getan haben: Shockleys Ambitionen zerstörten seine Beziehung zu zwei Untergebenen. Bardin hörte auf, am Transistor zu arbeiten, und konzentrierte sich auf die Supraleitung. Er verließ das Labor im Jahr 1951. Bretstein blieb dort, weigerte sich jedoch, wieder mit Shockley zusammenzuarbeiten, und bestand darauf, zu einer anderen Gruppe zu wechseln.

Aufgrund der Unfähigkeit, mit anderen Menschen zu arbeiten, rückte Shockley in den Labors nicht vor, so dass er auch dort abreiste. 1956 kehrte er nach Palo Alto zurück, um seine eigene Transistorherstellerfirma Shockley Semiconductor zu gründen. Bevor er ging, löste er sich von seiner Frau Gene, als sie sich von Gebärmutterkrebs erholte, und heiratete Emmy Lenning, den er bald heiratete. Aber von den beiden Hälften seines kalifornischen Traums - einer neuen Firma und einer neuen Frau - wurde nur eine erfüllt. 1957 verließen ihn seine besten Ingenieure, wütend über seinen Führungsstil und die Richtung, in die er das Unternehmen führte, um ein neues Unternehmen zu gründen, Fairchild Semiconductor.


Shockley im Jahr 1956

Also warf Shockley die leere Hülle seiner Firma und bekam einen Job am Department of Electrical Engineering in Stanford. Dort verdrängte er seine Kollegen (und seinen ältesten Freund, den Physiker Fred Seitz ) weiterhin von den Theorien der Rassendegeneration und Rassenhygiene , die ihn an Themen interessiert hatten, die in den USA seit dem letzten Krieg unpopulär waren, insbesondere im akademischen Bereich. Er fand Freude daran, Streitigkeiten auszulösen, die Medien aufzublasen und Proteste zu provozieren. Er starb 1989, weg von Kindern und Kollegen, und wurde nur von seiner zweiten Frau besucht, die ihm für immer gewidmet war, Emmy.

Obwohl seine erbärmlichen Versuche auf dem Gebiet des Unternehmertums fehlschlugen, ließ Shockley das Getreide in fruchtbaren Boden fallen. Die San Francisco Bay Area hat viele kleine Elektronikunternehmen hervorgebracht, die während des Krieges durch Bundesmittel aufgepeppt wurden. Fairchild Semiconductor, ein zufälliger Nachwuchs von Shockley, brachte Dutzende neuer Firmen hervor, von denen einige heute bekannt sind: Intel und Advanced Micro Devices (AMD). In den frühen 1970er Jahren erhielt das Gebiet den spöttischen Spitznamen Silicon Valley. Aber Moment mal - schließlich haben Bardin und Brettein einen Germaniumtransistor entwickelt. Woher kam Silizium?


Im Jahr 2009 sah es also wie ein verlassener Ort in Mountain View aus, an dem sich Shockley Semiconductor zuvor befand. Heute wird das Gebäude abgerissen.

Zu Silicon Crossroads

Das Schicksal eines neuen Transistortyps, den Shockley in einem Hotel in Chicago erfunden hatte, war viel glücklicher als das seines Erfinders. Alles dank des Wunsches einer Person, einzelne reine Halbleiterkristalle zu züchten. Gordon Thiel, ein physikalischer Chemiker aus Texas, der damals nutzloses Germanium für seine Promotion studierte, bekam in den 1930er Jahren einen Job in Bells Labor. Als er etwas über den Transistor erfuhr, war er überzeugt, dass seine Zuverlässigkeit und Leistung erheblich verbessert werden kann, indem er aus einem reinen Einkristall und nicht aus den damals verwendeten polykristallinen Gemischen hergestellt wird. Shockley lehnte seine Versuche ab und betrachtete sie als Verschwendung von Ressourcen.

Teal blieb jedoch bestehen und erzielte mit Hilfe des Maschinenbauingenieurs John Little Erfolge und schuf einen Apparat, der einen winzigen Kristallkern aus geschmolzenem Germanium herausnimmt. Germanium kühlte um den Kern herum ab und erweiterte seine Kristallstruktur, wodurch ein kontinuierliches und nahezu reines halbleitendes Gitter entstand. Bis zum Frühjahr 1949 konnten Thiel und Little auf Anfrage Kristalle herstellen, und Tests zeigten, dass sie ihre polykristallinen Konkurrenten weit hinter sich ließen. Insbesondere könnten ihnen zugesetzte kleinere Träger innerhalb von hundert Mikrosekunden oder sogar länger überleben (gegenüber nicht mehr als zehn Mikrosekunden in anderen Kristallproben).

Jetzt konnte sich Teal mehr Ressourcen leisten und rekrutierte mehr Leute für sein Team, darunter einen anderen physikalischen Chemiker, der aus Texas in Bells Labor kam - Morgan Sparks. Sie begannen, die Schmelze für die Herstellung von Germanium vom p-Typ oder n-Typ zu wechseln, indem sie Kugeln mit den entsprechenden Verunreinigungen hinzufügten. Innerhalb eines Jahres verbesserten sie die Technologie so weit, dass sie ein Germanium-NPN-Sandwich direkt in der Schmelze anbauen konnten. Und es funktionierte genau so, wie Shockley es vorausgesagt hatte: Das elektrische Signal des p-Typ-Materials modulierte den elektrischen Strom zwischen zwei Leitern, die mit den ihn umgebenden n-Typ-Teilen verbunden waren.


Morgan Sparks und Gordon Teal an einer Werkbank in Bells Labors

Dieser Transistor mit einem gewachsenen Übergang übertraf seinen Vorfahren in fast jeder Hinsicht mit einem Punktkontakt. Insbesondere wurde es zuverlässiger und vorhersehbarer, erzeugte viel weniger Rauschen (und war daher empfindlicher) und äußerst energieeffizient - es verbrauchte eine Million Mal weniger Energie als eine typische elektronische Lampe. Im Juli 1951 organisierten die Laboratorien von Bell eine weitere Pressekonferenz, um eine neue Erfindung anzukündigen. Noch bevor der erste Transistor auf den Markt kam, war er bereits unbedeutend geworden.

Und doch war dies nur der Anfang. 1952 kündigte General Electric (GE) die Entwicklung eines neuen Verfahrens zur Herstellung von Transistoren mit einer Verbindungslegierungsmethode an. In seinem Rahmen wurden zwei Indiumkugeln (Donor vom p-Typ) auf beiden Seiten einer dünnen Scheibe Germanium vom n-Typ fusioniert. Dieser Prozess war einfacher und billiger als wachsende Übergänge in der Legierung. Ein solcher Transistor ergab weniger Widerstand und unterstützte hohe Frequenzen.


Gewachsene und legierte Transistoren

Im folgenden Jahr beschloss Gordon Thiel, in seinen Heimatstaat zurückzukehren, und bekam einen Job bei Texas Instruments (TI) in Dallas. Das Unternehmen wurde unter dem Namen Geophysical Services, Inc. gegründet und produzierte zunächst Geräte für die Ölexploration. TI eröffnete während des Krieges eine Elektronikabteilung und trat nun unter einer Lizenz von Western Electric (Bell Labs Manufacturing Division) in den Transistormarkt ein.

Teal brachte neue Fähigkeiten mit, die in Labors erworben wurden: die Fähigkeit, Silizium-Einkristalle zu züchten und zu legieren . Die offensichtlichste Schwäche Deutschlands war die Temperaturempfindlichkeit. Germaniumatome im Kristall setzten bei Hitzeeinwirkung schnell freie Elektronen frei und verwandelten sich zunehmend in einen Leiter. Bei einer Temperatur von 77 ° C hörte er im Allgemeinen auf, wie ein Transistor zu arbeiten. Das Hauptziel des Transistorverkaufs waren die Streitkräfte - ein potenzieller Verbraucher mit geringer Preissensitivität und einem enormen Bedarf an stabilen, zuverlässigen und kompakten elektronischen Bauteilen. Temperaturempfindliches Germanium wäre jedoch in vielen Fällen des militärischen Einsatzes, insbesondere in der Luft- und Raumfahrt, nicht nützlich.

Silizium war viel stabiler, musste aber einen viel höheren Schmelzpunkt zahlen, vergleichbar mit dem Schmelzpunkt von Stahl. Dies verursachte große Schwierigkeiten, da zur Herstellung hochwertiger Transistoren sehr reine Kristalle erforderlich waren. Heißes geschmolzenes Silizium würde Verunreinigungen aus jedem Tiegel absorbieren, in dem es sich befand. Teal und das TI-Team konnten diese Schwierigkeiten mit den ultrareinen Siliziumproben von DuPont überwinden. Im Mai 1954 demonstrierte Thiel auf einer Konferenz am Radio Engineering Institute in Dayton, Ohio, dass die in seinem Labor hergestellten neuen Siliziumvorrichtungen auch in heißem Öl weiter funktionierten.

Erfolgreiche Upstarts

Schließlich, ungefähr sieben Jahre nach der ersten Erfindung des Transistors, konnte er aus Material hergestellt werden, mit dem er synonym wurde. Ungefähr die gleiche Zeit vergeht, bis Transistoren erscheinen, die in etwa der Form ähneln, die in unseren Mikroprozessoren und Speicherchips verwendet wird.

1955 lernten Wissenschaftler aus den Labors von Bell erfolgreich, wie man Siliziumtransistoren mit einer neuen Legierungstechnologie herstellt. Anstatt der flüssigen Schmelze feste Verunreinigungskugeln hinzuzufügen, führten sie gasförmige Additive in die feste Oberfläche des Halbleiters ein ( Wärmediffusion ). Durch sorgfältige Kontrolle von Temperatur, Druck und Dauer des Verfahrens erreichten sie genau die erforderliche Tiefe und den erforderlichen Legierungsgrad. Durch die Stärkung der Kontrolle über den Produktionsprozess konnten die elektrischen Eigenschaften des Endprodukts besser kontrolliert werden. Noch wichtiger ist, dass die Wärmediffusion es ermöglichte, das Produkt in Chargen herzustellen - es war möglich, eine große Siliziumplatte zu legieren und sie dann in Transistoren zu schneiden. Das Militär sicherte sich die Finanzierung der Bell-Labors, da die Organisation der Produktion hohe Vorlaufkosten erforderte. Sie brauchten ein neues Produkt für eine Ultrahochfrequenzleitung zur Früherkennung des Radars („ Tau-Linien “), eine Kette von Radarstationen in der Arktis, die sowjetische Bomber erkennen sollten, die vom Nordpol aus fliegen, und sie waren bereit, 100 US-Dollar pro Transistor zu zahlen (dies waren die Zeiten, als die neue ein Auto könnte für 2000 Dollar gekauft werden).

Das Legieren zusammen mit der Photolithographie , die den Ort der Verunreinigungen kontrollierte, eröffnete die Möglichkeit, die gesamte Schaltung auf ein einzelnes Halbleitersubstrat zu ätzen - dies wurde 1959 gleichzeitig von Fairchild Semiconductor und Texas Instruments konzipiert. Fairchilds „ planare Technologie “ verwendete die chemische Abscheidung von Metallfilmen, die die elektrischen Kontakte eines Transistors verbinden. Manuelle Verkabelung entfällt, Produktionskosten werden gesenkt und die Zuverlässigkeit erhöht.

Schließlich implementierten 1960 zwei Ingenieure aus Bell's Laboratorien (John Atalla und Devon Kahn) das ursprüngliche Shockley-Transistorkonzept mit Feldeffekt. Eine dünne Oxidschicht auf der Oberfläche des Halbleiters konnte Oberflächenzustände wirksam unterdrücken, wodurch das elektrische Feld vom Aluminiumgatter in das Silizium eindrang. So entstand der MOSFET (Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) (oder die MOS-Struktur aus Metalloxid-Halbleiter), der sich als so einfach zu miniaturisieren herausstellte und der immer noch in fast allen modernen Computern verwendet wird (es ist interessant, dass Atalla es war) ursprünglich aus Ägypten und Kang aus Südkorea, und fast nur diese beiden Ingenieure aus unserer gesamten Geschichte haben keine europäischen Wurzeln.

Schließlich, dreizehn Jahre nach der Erfindung des ersten Transistors, erschien etwas, das wie der Transistor Ihres Computers aussah. Es war einfacher zu produzieren, es verbrauchte weniger Energie als ein planarer Transistor, aber es reagierte ziemlich langsam auf die Signale. Erst nach der Verbreitung großer integrierter Schaltkreise mit Hunderten oder Tausenden von Komponenten auf einem einzigen Chip wurden die Vorteile von Feldeffekttransistoren deutlich.


Darstellung eines Patents für einen Feldeffekttransistor

Der Feldeffekt war Bells letzter wichtiger Beitrag zur Entwicklung des Transistors. Große Elektronikhersteller wie Bella Labs (mit Western Electric), General Electric, Sylvania und Westinghouse haben eine beeindruckende Forschung zu Halbleitern aufgebaut. Von 1952 bis 1965 registrierten nur die Laboratorien von Bell mehr als zweihundert Patente zu diesem Thema. Dennoch fiel der kommerzielle Markt schnell in die Hände neuer Akteure wie Texas Instruments, Transitron und Fairchild.

Der Markt für frühe Transistoren war zu klein, als dass große Unternehmen darauf achten könnten: Mitte der 1950er Jahre etwa 18 Millionen US-Dollar pro Jahr, verglichen mit einem Gesamtmarkt für Elektronik von 2 Milliarden US-Dollar. Die Forschungslabors dieser Giganten dienten jedoch als unbeabsichtigte Trainingslager junge Wissenschaftler könnten Wissen über Halbleiter aufnehmen, so dass sie ihre Dienstleistungen nach dem Verkauf an kleinere Unternehmen weitergeben können. Als der Markt für Röhrenelektronik Mitte der 1960er Jahre stark schrumpfte, war es für Bella, Westinghouse und die Labore zu spät, um mit den Anfängern zu konkurrieren.

Übergang von Computern zu Transistoren

In den 1950er Jahren drangen Transistoren in den vier wichtigsten Bereichen in die Elektronikwelt ein. Die ersten beiden waren Hörgeräte und tragbare Radios, bei denen ein geringer Stromverbrauch und infolgedessen eine lange Akkulaufzeit andere Überlegungen überforderten. Der dritte war der militärische Einsatz. Die US-Armee hatte große Hoffnungen auf Transistoren als zuverlässige und kompakte Komponenten, die vom Feldradio bis zu ballistischen Raketen eingesetzt werden können. Zunächst glichen ihre Ausgaben für Transistoren jedoch eher der Wette auf die Zukunft der Technologie als der Bestätigung ihres damaligen Wertes. Und schließlich gab es mehr digitale Berechnungen.

Im Computerbereich waren die Nachteile von Schaltern an elektronischen Röhren bekannt, und einige Skeptiker dachten sogar vor dem Krieg, dass ein elektronischer Computer nicht zu einem praktischen Gerät gemacht werden könne. Wenn Tausende von Lampen in einem Gerät zusammengebaut wurden, verschlang sie Strom, erzeugte eine enorme Wärmemenge, und in Bezug auf die Zuverlässigkeit konnte man sich nur auf ihr regelmäßiges Ausbrennen verlassen. Daher ist der verbrauchsarme, kalte und fadenlose Transistor zum Retter der Computerhersteller geworden. Seine Nachteile als Verstärker (zum Beispiel ein verrauschtes Ausgangssignal) stellten bei Verwendung als Schalter kein solches Problem dar. Das einzige Hindernis waren die Kosten, und mit der Zeit würde es anfangen zu sinken.

Alle frühen Experimente Amerikas mit Transistorcomputern fanden an der Schnittstelle zwischen dem Wunsch des Militärs, das Potenzial einer vielversprechenden neuen Technologie zu erkunden, und dem Wunsch der Ingenieure, auf verbesserte Schalter umzusteigen.

Im Jahr 1954 bauten die Laboratorien von Bell TRADIC für die US-Luftwaffe, um zu prüfen, ob Transistoren die Installation eines digitalen Computers an Bord eines Bombers ermöglichen, diese durch analoge Navigation ersetzen und bei der Suche nach Zielen helfen würden. Das Lincoln Lab des MIT entwickelte den TX-0-Computer 1956 im Rahmen eines umfangreichen Luftverteidigungsprojekts. Die Maschine verwendete eine andere Variante des Transistors, eine Oberflächenbarriere, die sich gut für Hochgeschwindigkeits-Computing eignet. Philco baute seinen SOLO-Computer im Rahmen eines Vertrags mit der Marine (aber wirklich - auf Anfrage der NSA) und beendete ihn 1958 (unter Verwendung einer anderen Version eines Oberflächensperrtransistors).

In Westeuropa, das während des Kalten Krieges nicht so mit Ressourcen ausgestattet war, war die Geschichte völlig anders. Maschinen wie Manchester Transistor Computer, Harwell CADET(ein anderer Name, der vom ENIAC-Projekt inspiriert und durch Rückwärtsschreiben verschlüsselt wurde) und das österreichische Mailüfterl waren Nebenprojekte, bei denen Ressourcen verwendet wurden, die ihre Entwickler zusammenkratzen konnten - einschließlich Transistoren mit einem Kontaktpunkt der ersten Generation.

Es gibt viele Kontroversen über den Titel des ersten Computers, der Transistoren verwendet. Alles hängt natürlich von der Wahl der richtigen Definitionen von Wörtern wie „zuerst“, „Transistor“ und „Computer“ ab. In jedem Fall ist bekannt, wo die Geschichte endet. Die Kommerzialisierung von Transistorcomputern begann fast sofort. Jahr für Jahr wurden Computer mit demselben Preis leistungsfähiger und Computer mit derselben Leistung billiger, und dieser Prozess schien so unaufhaltsam, dass er zusammen mit der Schwerkraft und der Energieeinsparung in den Rang eines Gesetzes erhoben wurde. Müssen wir uns darüber streiten, welcher Kiesel als erster zusammenbrach?

Woher kam Moores Gesetz?

Gegen Ende der Switch-Historie lohnt es sich, die Frage zu stellen: Was hat zum Auftreten dieses Zusammenbruchs geführt? Warum existiert Moores Gesetz (oder gab es - wir wetten ein anderes Mal)? Für Flugzeuge oder Staubsauger gibt es kein Mooresches Gesetz, ebenso wenig wie für elektronische Lampen oder Relais.

Die Antwort besteht aus zwei Teilen:

1. Logische Eigenschaften des Switches als Artefaktkategorie.
2. Die Fähigkeit, rein chemische Verfahren zur Herstellung von Transistoren zu verwenden.

Zunächst zum Wesen des Schalters. Die Eigenschaften der meisten Artefakte sind erforderlich, um eine Vielzahl unaufhaltsamer physikalischer Einschränkungen zu erfüllen. Passagierflugzeuge müssen das Gesamtgewicht vieler Menschen tragen. Ein Staubsauger muss in der Lage sein, in einer bestimmten Zeit eine bestimmte Menge Schmutz aus einem bestimmten physischen Bereich einzusaugen. Flugzeuge und Staubsauger sind unbrauchbar, wenn sie auf Nanoskala reduziert werden.

Der Schalter, ein automatischer Schalter, der noch nie von einer menschlichen Hand berührt wurde, weist wesentlich weniger physische Einschränkungen auf. Es sollte zwei verschiedene Zustände haben und in der Lage sein, andere ähnliche Schalter über eine Änderung ihrer Zustände zu informieren. Das heißt, alles, was er tun sollte, ist ein- und auszuschalten. Was ist das Besondere an Transistoren? Warum haben andere Arten von digitalen Schaltern keine derart exponentiellen Verbesserungen erfahren?

Hier kommen wir zur zweiten Tatsache. Transistoren können unter Verwendung chemischer Verfahren ohne mechanischen Eingriff hergestellt werden. Die Verwendung chemischer Verunreinigungen war von Anfang an ein Schlüsselelement bei der Transistorherstellung. Dann erschien ein planarer Prozess, der den letzten mechanischen Schritt aus der Produktion eliminierte - das Verbinden von Drähten. Infolgedessen beseitigte er die letzte physikalische Einschränkung der Miniaturisierung. Die Transistoren mussten nicht mehr groß genug für die Finger einer Person sein - oder für ein mechanisches Gerät. Einfache Chemie hat alles in einem unvorstellbar kleinen Maßstab erledigt: Säure zum Ätzen, Licht, um zu steuern, welche Teile der Oberfläche dem Ätzen widerstehen würden, und Dämpfe zum Einbringen von Verunreinigungen und Metallfilmen auf geätzte Pfade.

Und warum brauchen Sie Miniaturisierung? Die Verringerung der Größe führte zu einer ganzen Reihe angenehmer Nebenwirkungen: eine Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit, eine Verringerung des Energieverbrauchs und die Kosten für einzelne Kopien. Diese starken Anreize veranlassten alle, nach Wegen zu suchen, um die Schalter weiter zu reduzieren. Und die Halbleiterindustrie hat sich im Laufe des Lebens eines einzelnen Menschen von der Herstellung von nagelgroßen Schaltern zur Verpackung von zig Millionen Schaltern pro Quadratmillimeter entwickelt. Von einer Anfrage von acht Dollar pro Switch bis zu einem Angebot von zwanzig Millionen Switches pro Dollar.


Intel 1103 Speicherchip von 1971. Einzelne Transistoren mit einer Größe von nur einigen zehn Mikrometern sind für das Auge bereits nicht zu unterscheiden. Und seitdem sind sie tausendmal zurückgegangen.

Was noch zu lesen:

• Ernest Bruan und Stuart MacDonald, Revolution in Miniature (1978)
• Michael Riordan und Lillian Hoddeson, Crystal Fire (1997)
• Joel Shurkin, Broken Genius (1997)