Джек Килби

Джек Килби (англ. Jack St. Clair Kilby; 8 ноября 1923, Джефферсон-Сити, Миссури — 20 июня 2005, Даллас, Техас) — американский инженер-электронщик, изобретатель, лауреат Нобелевской премии по физике 2000 года. Наиболее известен как один из создателей первой работоспособной интегральной микросхемы (чипа), что стало поворотным моментом в истории электроники и привело к миниатюризации вычислительной техники.

Биография

Ранние годы и образование

Джек Сент-Клэр Килби родился в семье Хьюберта Килби, инженера-электрика, работавшего в компании по производству радиоламп. Детство провёл в штате Канзас, где его отец руководил местной электростанцией. В 1941 году поступил в Массачусетский технологический институт (MIT), но в 1943 году прервал обучение и был призван в армию США. Во время Второй мировой войны служил в радиотехнических подразделениях, занимаясь ремонтом и настройкой радиоаппаратуры. После демобилизации в 1947 году вернулся в MIT и в 1947 году получил степень бакалавра по электротехнике. Позднее, в 1950 году, окончил магистратуру в Университете Висконсин-Мэдисон.

Карьера в Centralab и Texas Instruments

После окончания учёбы Килби работал в компании Centralab (Милуоки), где занимался разработкой керамических конденсаторов и печатных плат. В 1958 году перешёл в Texas Instruments (TI), расположенную в Далласе. В TI он получил задачу разработать более компактный и надёжный способ соединения электронных компонентов. В то время схемы собирались из отдельных транзисторов, резисторов и конденсаторов, соединённых проводами, что ограничивало миниатюризацию.

Изобретение интегральной схемы

Летом 1958 года, работая в лаборатории TI, Килби предложил концепцию монолитной интегральной схемы, в которой все компоненты (транзисторы, резисторы, конденсаторы) изготавливались бы из одного куска полупроводникового материала — германия. 12 сентября 1958 года он продемонстрировал первый рабочий прототип: триггер, собранный на германиевой пластине размером с скрепку. Это устройство считается первой интегральной микросхемой. 6 февраля 1959 года Texas Instruments подала заявку на патент, который был выдан в 1964 году.

Параллельно, независимо от Килби, над аналогичной идеей работал Роберт Нойс из Fairchild Semiconductor. Нойс предложил использовать кремний и планарную технологию, что позволило создавать более надёжные и технологичные схемы. Вопрос о приоритете изобретения долгое время был предметом споров и судебных разбирательств, однако в 1969 году суд признал приоритет Килби в создании гибридной интегральной схемы, а Нойса — в создании монолитной кремниевой схемы.

Дальнейшая деятельность

В 1960-х годах Килби продолжал работать в Texas Instruments, где участвовал в разработке первого карманного калькулятора (1967 год). Он также возглавлял группу, создавшую первый кремниевый транзистор для военных нужд. В 1970 году перешёл в независимые консультанты, но сохранил связи с TI. В 1978 году стал профессором Техасского университета A&M. В 2000 году, в возрасте 76 лет, был удостоен Нобелевской премии по физике (совместно с Жоресом Алфёровым и Гербертом Крёмером) за «вклад в развитие полупроводниковой техники», хотя официально формулировка премии не упоминала интегральную схему напрямую.

Изобретение интегральной схемы

Предпосылки

До 1958 года электронные устройства строились на дискретных компонентах: транзисторах, диодах, резисторах, конденсаторах. Каждый компонент изготавливался отдельно, затем соединялся проводами на печатной плате. Этот метод имел ограничения:

• Размеры: количество компонентов в одном устройстве было ограничено площадью платы и сложностью монтажа.
• Надёжность: пайка тысяч соединений увеличивала вероятность отказов.
• Стоимость: ручной монтаж был дорогим и трудоёмким.

Проблема «тирании чисел» (как её называли инженеры) требовала нового подхода.

Концепция монолитной схемы

Килби предложил изготавливать все компоненты схемы из одного куска полупроводника, используя его различные зоны для создания транзисторов, диодов, резисторов и конденсаторов. Для этого он использовал германий, так как он был хорошо изучен и позволял легировать (добавлять примеси) для создания p-n-переходов. Первая схема была собрана на германиевой пластине размером 11×7 мм. В качестве резисторов использовались участки германия с определённым сопротивлением, в качестве конденсаторов — p-n-переходы, смещённые в обратном направлении.

Прототип и демонстрация

12 сентября 1958 года Килби продемонстрировал коллегам из TI работающий триггер (логическую схему «флип-флоп»), собранный на германиевой пластине. Схема содержала два транзистора, два резистора и один конденсатор. Все соединения были выполнены тонкими золотыми проволочками. Устройство работало, хотя и имело низкую частоту переключения (около 1 МГц). Этот день считается днём рождения интегральной схемы.

Патентные споры

Патентная заявка TI была подана в феврале 1959 года. Однако в 1961 году Fairchild Semiconductor, возглавляемая Робертом Нойсом, подала собственный патент на кремниевую интегральную схему, изготовленную по планарной технологии. Началась многолетняя судебная тяжба. В 1969 году суд постановил, что Килби изобрёл гибридную интегральную схему (с проволочными соединениями), а Нойс — монолитную кремниевую схему (с изолированными компонентами на одном кристалле). В итоге обе компании признали взаимные права и заключили кросс-лицензионное соглашение.

Влияние на электронику

Миниатюризация

Изобретение Килби и Нойса привело к экспоненциальному росту плотности компонентов на кристалле (закон Мура). Если первая схема содержала всего несколько элементов, то современные микропроцессоры содержат миллиарды транзисторов на площади в несколько квадратных миллиметров. Это позволило создать:

• Персональные компьютеры и ноутбуки.
• Мобильные телефоны и смартфоны.
• Цифровые фотоаппараты и видеокамеры.
• Медицинские имплантаты (кардиостимуляторы, слуховые аппараты).
• Космическую и военную технику.

Экономический эффект

Интегральные схемы радикально снизили стоимость электронных устройств. Если в 1950-х годах транзистор стоил несколько долларов, то к 2000-м годам стоимость одного транзистора в чипе упала до долей цента. Это сделало электронику массовой и доступной.

Награды и признание

• 1966: Национальная медаль науки США.
• 1970: Медаль Почёта IEEE.
• 1982: Национальная медаль технологий.
• 1990: Включение в Национальный зал славы изобретателей.
• 2000: Нобелевская премия по физике (совместно с Ж. Алфёровым и Г. Крёмером).
• 2005: Посмертно удостоен премии «Глобальная энергия» (Россия).

Критика и споры

Основной спор в истории изобретения касается приоритета между Килби и Нойсом. Некоторые историки техники считают, что Килби создал первую гибридную схему, но не решил проблему серийного производства. Нойс, используя планарную технологию Жана Эрни, предложил метод, пригодный для массового выпуска. Тем не менее, вклад Килби признаётся фундаментальным: он первым продемонстрировал принцип интеграции компонентов на одном кристалле.

Источники

• Kilby, J. S. (1976). «Invention of the Integrated Circuit». IEEE Transactions on Electron Devices.
• Reid, T. R. (1984). «The Chip: How Two Americans Invented the Microchip and Launched a Revolution». Random House.
• Nobel Foundation. (2000). «Jack S. Kilby – Biographical».
• Texas Instruments. (2005). «Jack Kilby: The Man Who Changed the World».
• Berlin, L. (2005). «The Man Behind the Microchip: Robert Noyce and the Invention of Silicon Valley». Oxford University Press.