Historický vývoj a strategický význam polovodičového priemyslu
Každé tlačidlo na vašom iPhone, všetky e-maily, fotky, videá sú zakódované do dlhých reťazcov jedničiek a núl. Čísla ale v skutočnosti neexistujú, vyjadrujú stav elektrického prúdu, ktorý buď prúdi, teda jednotka, alebo neprúdi, teda nula. Čip je sieť miliónov alebo miliárd tranzistorov, teda malinkých elektrických spínačov, ktoré sa vypínajú a zapínajú. Čísla sú spracované, zapamätané a premenia sa na reálny vnem, ako obrázok, zvuk alebo rádiové vlny. Napríklad Apple si nevyrába ani jeden čip, väčšinu si kupuje pamäťové čipy od Japonskej firmy Kioxia, čipy pre rádiové frekvencie od firmy Skyworks, zvukové čipy Cirrus Logic z Austinu. Apple si vyrába iba vlastný procesor na ktorom beží operačný systém. Napríklad z modelu iPhone 12 sa predalo 100 miliónov kusov. Každý obsahoval čip A14 S 11,8 MHz miniatúrnych tranzistorov vypálených do kremíku, ktorý vyrobila taiwanská TSMC.
Ale vráťme sa späť do histórie. V roku 1961 ohlásil Far Child Semiconductor malý podnik v San Francisco nový produkt s názvom MicroLogic. Bol to kremíkový čip so 4 tranzistormi, zanedlho firma vyrábala čip s 12 potom 100 tranzistormi. Spoluzakladateľ spoločnosti Gordon Moore si v roku 1965 všimol, že vďaka práci inžinierov, ktorým sa darilo vyrábať stále menšie a menšie tranzistory sa počet komponentov, ktoré sa dali umiestniť na čip každý rok zdvojnásoboval. Táto prognóza, že výpočtový výkon čipov porastie exponenciálne nakoniec získalo pojem Moorov zákon. Tak uvidel svetlo sveta najmodernejší počítač ENIAC v roku 1945 zostrojili ho pre americkú armádu na Pensylvánskej univerzite, aby počítal trajektórie delostreleckých granátov. Mal 18 000 elektroniek pričom jedna, vyhorela každé dve dni. Keď k tomu, došlo, technici museli vyhorenú žiarovku alebo súčiastku nájsť a opraviť. ENIAC už vtedy robil rýchlejšie výpočty než všetci matematici. Zostával však z 18 000 trubíc o veľkosti päste, takže zaberal celú miestnosť. Ukázalo sa, že elektronky sú príliš veľké, pomalé a nespoľahlivé.
Whiliam Shokley študoval na kalifornskom Kaltechu, získal doktorát z fyziky na M.I.T. Potom začal pracovať vo firme Bell Labs v New Jersey, ktorá bola vtedy jedným z najlepších, centier vedy a technológie na svete. Avšak kolegovia Shokleya, nemohli vystať, bol to geniálny fyzik, ale nevedel komunikovať s ľuďmi. Polovodiče však ovládal na výbornú. Prišiel na to, že polo vodivé materiály ako kremík, alebo germánium sa sami o sebe chovajú ako sklo. Keď k ním pridáte určité prímesi a pripojí sa k ním zdroj napätia, elektrina môže začať prúdiť. Keď ku kremíku či germániu pridáme fosfor alebo antimón, materiálom začne prúdiť negatívny náboj. Polovodičové materiály predstavujú príležitosť pre vznik nových zariadení, ktoré by vedeli vytvárať a usmerňovať elektrický prúd. Elektrické vlastnosti týchto prvkov boli stále veľkou záhadou. V roku 1945 Sokley po prvý krát navrhol takzvaný polo vodivý ventil. Formoval hypotézu, že polovodivý materiál ako kremík môže za prítomnosti elektrického poľa vytiahnuť voľné elektróny uložené v materiály, tak aby sa následne zhlukovali na okraji polovodičov. Pokiaľ elektrické pole pritiahne dostatok elektrónov z okraju polovodiča stane vodič podobaný kovu. V blízkosti kremíkov by sa doštička mohla chovať ako ventil, ktorý by otváral a uzatváral tok elektrónov, teda vytváral by povestné jednotky a nuly. Keď tento pokus urobil, nevidel žiadnu zmenu. Materiálom vo skutočnosti elektrina prúdila, ale jednoduché nástroje, vtedy dostupné, neboli dosť presné na to, aby slabučký prúd zaznamenali. Jeho kolegovia, Walter Brayton, a John Barden, boli brilantný fyzici a významný vedci. V roku 1947, v ústredí Bellových laboratórií zapli napájanie a dokázali kontrolovať prúd, ktorý Germánium prechádzal. Spoločnosť AT&T, ktorá Bell Labs vlastnila, sa sústredila na telefóny, na počítače a začala využívať tento prístroj, ktorý za nedlho dostal názor tranzistor. Videli príležitosť v tom, že takto by mohli zosilniť signál. V roku 1948 už mali predstavu o novom type tranzistoru, ktorý sa skladal z troch kusov polovodivého materiálu. Vonkajšie dva mali mať nadbytok elektrónov a ten tretí, umiestnený v strede mal mať nedostatok elektrónov. Pokiaľ by do prostrednej vrstvy tohoto sendviča priviedli slabý prúd, celým zariadením by začal prúdiť prúd o mnoho silnejší. Väčší prúd by mohol zapínať a vypínať pomocou malého prúdu, ktorý prechádza stredom trojdielneho tranzistorového sendviča. Zapnúť, vypnúť, zapnúť, vypnúť. Shocklay v podstate vymyslel spínač. Keď sa tento spínač uverejnil v časopisoch, nazvali ho ako malá mozgová bunka. Tranzistory neskôr nahradili elektrónky v počítačoch, ale prepojenie bolo zložité, bolo prepojených tisíc tranzistorov, ktoré vyústili v neprehľadnú a zložitú džungľu.
