A tranzisztor amerikai feltalálói, William Shockley, John Bardeen és Walter Brattain világhírűvé váltak, 1956-ban pedig Nobel-díjat kaptak. A Franciaországban dolgozó német fizikusoknak, Herbert Matarénak és Heinrich Welkernek jóval kevesebb elismerés jutott, holott mindössze fél évvel később, egymástól függetlenül ők is elkészítettek egy pontérintkezős tranzisztort. Be kellett érniük egy francia szabadalommal és rövid ideig tartó, Európán kívül alig érzékelhető ismertséggel.

Hasonló történet kapcsolódik az integrált áramkörhöz is: a mikrochipnek két, egymástól független feltalálója volt. Jack Kilby és Robert Noyce neve közismertté vált, ám a találmány megszületésének körülményei már kevésbé.

## A nagy számok zsarnoksága

A félvezető elektronika megjelenése valóban sok elemből álló rendszerek építését tette lehetővé. Az 1950-es évek végén Seymour Cray csapata megalkotta az első teljesen félvezetős számítógépet, a 48 bites CDC 1604-et. A gép 25 ezer tranzisztort, 100 ezer diódát, valamint több százezer ellenállást és kondenzátort tartalmazott.

Ezzel azonban súlyos probléma jelentkezett. Az áramkörök alkatrészeit vezetékkel, forrasztással kötötték össze. Ez drága, időigényes és hibákra hajlamos kézi munka volt. Elméletileg szinte bármilyen összetett tranzisztoros rendszert meg lehetett tervezni, a gyártása viszont gyakran aránytalanul nehéznek bizonyult.

Az összeszerelési technológia a szórakoztatóelektronikai piac meghódítását is akadályozta, hiszen ott nagy darabszámra, kis méretre és mérsékelt árra volt szükség. A nagy számítógépekben sem vált be jól: a több kilométernyi összekötő vezeték csökkentette a működési sebességet.

Az 1950-es évek közepére ezt az akadályt az alkatrészek közötti összeköttetések problémájaként, kötetlenebbül pedig „a nagy számok zsarnokságaként” emlegették. Az alkatrészek kisebbítésével és moduláris szereléssel próbálták megoldani, komolyabb eredmény nélkül. Alapvetően új elképzelésre volt szükség.

## Kilby ötlete a dallasi hőségben

Jack St. Clair Kilby 1923. november 8-án született a Missouri állambeli Jefferson Cityben. Villamosmérnök apja a Kansas Electric Company elnöki posztjáig jutott. Kilby szintén ezt a pályát választotta: 1947-ben villamosmérnöki alapdiplomát szerzett az Illinois-i Egyetemen, majd a milwaukee-i Centralabnél helyezkedett el. Három évvel később a Wisconsini Egyetemen mesterdiplomát is szerzett.

A kisebb vállalat főként viszonylag egyszerű rádióalkatrészeket gyártott. Miután 1952-ben licencet vásárolt a Bell Laboratories tranzisztortechnológiájára, Kilby jelentős szerepet vállalt az új gyártási eljárás bevezetésében. Mintegy tucatnyi szabadalmat szerzett és komoly szakmai hírnevet épített, munkáját azonban idővel unalmasnak találta.

Úgy vélte, a félvezető elektronika jövője a nagy számok zsarnokságának leküzdésétől függ, és arra is képesnek tartotta magát, hogy megoldást találjon. Ehhez olyan vállalathoz akart kerülni, amely megfelelő pénzügyi háttérrel rendelkezik, és nyitott az új fejlesztésekre. 1958 elején több helyre elküldte az önéletrajzát, az IBM-től és a Motorolától is kapott ajánlatot, végül mégis a kevésbé ismert Texas Instrumentst választotta.

A vállalatnál Gordon Teal fizikus és Willis Adcock fizikai kémikus néhány évvel korábban kidolgozta a szilíciumtranzisztorok első hatékony gyártási technológiáját; korábban csak germániumalapú tranzisztorokat készítettek. A céget a messzire tekintő Patrick Haggerty vezette, aki Adcockot bízta meg az összeköttetési probléma gyökeres felszámolásával.

Kilby májusban családjával Dallasba költözött, és egy új épületben kezdett dolgozni, ahol még a légkondicionálás sem működött. A texasi hőség ellenére hamar eljutott a megoldáshoz. Felismerte, hogy megfelelő adalékolással egy elektronikus áramkör valamennyi alapvető alkatrésze elkészíthető félvezetőből. Ha pedig így van, semmi sem akadályozza, hogy az összes elemet egyetlen közös hordozón helyezzék el. Az ötletet 1958. július 24-én egyetlen mondatban jegyezte fel laboratóriumi naplójába.

Ekkor még csak elméletről volt szó. Adcock nem fogadta különösebb lelkesedéssel a vázlatokat, de megbízta Kilbyt egy egyszerű rádióáramkör új módon történő elkészítésével. Ha működik, engedélyt ígért a további kísérletekre.

Kilby kézzel építette be egy germániumlapkába egy olyan szabványos áramkör elemeit, amely egyenáramból váltakozó áramot állított elő. Ez fázistolásos visszacsatolású szinuszos oszcillátor volt. A szerkezet esetlenül festett, az egyes részeket ugyanis a lapka fölött futó fémhuzalok kötötték össze.

1958. szeptember 12-én Kilby bemutatta a készüléket a vállalat vezetőinek. Amikor akkumulátorról áramot kapott, az oszcilloszkóp képernyőjén megjelent a zöldes szinuszhullám. A világ első integrált áramköre működött.

## Noyce és a „hűtlen nyolcak”

Robert Norton Noyce 1927. december 12-én született az iowai Burlingtonben, egy kongregacionalista lelkész harmadik fiaként. Egyik őse a Mayflower fedélzetén érkezett Amerikába. Gyermekkori érdeklődése a repülőmodellezés és a rádiótechnika iránt a Massachusetts Institute of Technology doktori képzéséig vezette, ahol 26 évesen fizikából doktorált. Már főiskolásként érdekelni kezdték a tranzisztorok, ezért tanulmányai után a területtel komolyan foglalkozó philadelphiai Philcóhoz került.

Kilbyhez hasonlóan hamar nevet szerzett a félvezető elektronikában. William Shockley, aki időközben elhagyta a Bell Laboratoriest, 1956 elején meghívta saját vállalatához. Noyce így a kaliforniai Mountain View-ba költözött, a Santa Clara-völgybe, amelyet mintegy másfél évtizeddel később már Szilícium-völgyként emlegettek.

Nem maradt sokáig. Shockley rossz vezetőnek bizonyult, és elüldözte legjobb munkatársait. Noyce hét másik fiatal tehetséggel együtt 1957-ben távozott, majd Sherman Fairchild iparos és feltaláló pénzügyi támogatásával megalapították a Fairchild Semiconductor Corporationt. Shockley „hűtlen nyolcaknak” nevezte őket. Közéjük tartozott Gordon Moore fizikai kémikus, a későbbi Moore-törvény megfogalmazója, valamint a svájci születésű fizikus, Jean Hoerni is. Utóbbi újítása indította el azt a technológiai fejlődést, amely Noyce-ot az integrált áramkör feltalálásához vezette.

## A planáris eljárás döntő szerepe

A Fairchild az akkori legkorszerűbb módszerrel, adalékanyagok diffúziójával gyártotta tranzisztorait. Az eljárás minden előnye ellenére a szennyeződés miatt selejtezett termékek aránya elérte a 90 százalékot.

Hoerni azt javasolta, hogy a szilíciumlapkákat vékony szilícium-dioxid-réteggel védjék. A tranzisztor készítésekor a diffúziós területekről eltávolították a réteget, majd a szigetelés fenntartása érdekében helyreállították. A cég ügyvédje, John Ralls felismerte az ötletben rejlő lehetőséget, és szélesebb körű alkalmazásra is kiterjedő szabadalmi beadványt kért. Jól ítélte meg a módszer jelentőségét: Hoerni megoldása lett a planáris eljárásokként ismert félvezető-technológiák egész családjának alapja.

A Fairchild kutatási részlegét vezető Noyce továbbgondolta a lehetőségeket. Rájött, hogy az oxidrétegre vékony réz- vagy más fémsávokat lehet felvinni, amelyek összekötik a tranzisztorokat, kondenzátorokat és az áramkör további elemeit. Innen már csak egy lépés volt annak felismerése, hogy szelektív adalékolással magukat az alkatrészeket is be lehet építeni a szilíciumlapkába.

Kilby hat hónappal korábban jutott hasonló gondolatra, Noyce azonban más technológiai úton érkezett el hozzá. A két út a mikrochip megszületésénél találkozott.

Noyce rendszeresen megvitatta elképzeléseit Moore-ral, aki nem emelt komolyabb kifogást ellenük. Noyce 1959. január 23-án laboratóriumi naplójának négy oldalán rögzítette találmányát. Megszületett az integrált áramkör kaliforniai változata, ekkor még csak papíron.

## Dallasban megindul a szabadalmaztatás

Kilby és munkatársai már 1958 szeptemberében elkészítettek az új módszerrel egy másik elektronikus eszközt, egy félvezetős flip-flopot. A Texas Instruments vezetése ennek ellenére nem népszerűsítette a találmányt, és a felhasználását sem tervezte. Még a szabadalmi beadvánnyal sem sietett.

1959. január 28-án azonban az a hír érkezett Dallasba, hogy a rivális RCA kifejlesztette saját mikrochipjét, és hamarosan szabadalmaztatja. A híresztelés hamisnak bizonyult, mégis riadalmat keltett. A Texas Instruments megbízta a washingtoni, szabadalmi ügyekre szakosodott Stevens Davis Miller & Mosher ügyvédi irodát, hogy a lehető leggyorsabban biztosítsa Kilby találmányának jogi védelmét.

Az ügyet annak jelentősége miatt a tekintélyes szabadalmi jogász, Ellsworth Mosher vállalta. A dokumentációhoz kapcsolási rajzot kért. Kilby ekkor már felismerte, hogy meg kell szabadulni a külső huzalozástól, és Hoerni korábban kidolgozott planáris módszeréhez hasonló eljáráson dolgozott. A beadványhoz azonban végül egyik korai, aranyhuzalokkal összekötött chipjének rajzát csatolta. Megjegyezte ugyan, hogy a vezető pályákat közvetlenül a szigetelőrétegre is fel lehet vinni, de nem fejtette ki részletesebben. A szabadalmi hivatal február 6-án iktatta a kérelmet.

## Tíz évig tartó szabadalmi háború

Ez a látszólag jelentéktelen részlet központi szerepet kapott a Dallas és a Szilícium-völgy közötti jogvitában. A Fairchild 1959 elején piacra dobta első saját termékét, egy kettős diffúzióval gyártott tranzisztort. Noyce egyelőre tartalékolta az integrált áramkört, mert úgy vélte, nincs ok a sietségre.

Március elején azonban a Fairchildnál megtudták, hogy a Texas Instruments rövidesen bejelenti az integrált félvezetős áramkörök kifejlesztését. Kilby találmányát március 24-én New Yorkban, az Institute of Radio Engineers kongresszusán mutatták be. Addigra a Texas Instruments mérnökei több külső huzalok nélküli integrált áramkört készítettek, és ezeket állították ki.

A szakmai közönség mégsem mutatott különösebb érdeklődést. Az Electronics című szaklap is csak két héttel később, egyetlen bekezdésben számolt be az újdonságról.

Kaliforniában viszont azonnal felismerték, hogy a Fairchild elveszítheti az elsőbbséget. Noyce tudta, hogy kérelmének lényegesen különböznie kell a versenytársétól. Rallsszal ezért különösen azt hangsúlyozták, hogy Noyce találmánya szükségtelenné teszi a külső huzalozást. Kilby beadványát nem ismerhették, mert az amerikai szabadalmi hivatal az elbírálás alatt nem hozza nyilvánosságra a dokumentumokat, Noyce azonban okkal feltételezte, hogy ezen a téren a Fairchild megelőzte a texasi céget.

Az ezt követő jogi csata tíz évig tartott. Végül Noyce került ki győztesen: a szabadalmi és vámügyek fellebbviteli bírósága 1969. november 6-án őt ismerte el a mikrochip egyedüli feltalálójának. Mosher az Egyesült Államok Legfelsőbb Bíróságához fordult, de a kérelmét elutasították.

A döntés a gyakorlatban alig változtatott valamin. A szakemberek, a politikusok és a közvélemény addigra már két egyenrangú feltaláló alkotásaként tekintett a mikrochipre. Mindketten megkapták a National Medal of Science kitüntetést: Kilby 1969-ben, Noyce 1979-ben. A National Medal of Technology díjat Noyce 1987-ben, Kilby pedig 1990-ben vehette át.

A két vállalat pénzügyi érdekei sem sérültek. A Texas Instruments és a Fairchild Semiconductor már 1966-ban kölcsönösen elismerte egymás egyenlő jogait az integrált áramkörhöz, a többi gyártónak pedig licencet kellett vásárolnia tőlük. A hosszú pereskedés így lényegében egyik fél számára sem hozott gyakorlati előnyt.

## A rakétáktól a zsebszámológépig

Az integrált áramkörök sorozatgyártása 1961 elején kezdődött el, amikor már rendelkezésre állt hozzá a szükséges technológiai háttér. Elsőként a Fairchild kínált hatféle változatot „mikrologikai elemek” néven. Néhány héttel később a Texas Instruments termékei is megjelentek, a vállalat szóhasználatával „félvezetős áramkörökként”.

A chipek kezdetben több mint 100 dollárba kerültek, ezért a szórakoztatóelektronikában nem jöhettek szóba. Az első három évben kizárólag szövetségi szervek vásárolták őket, elsősorban a Pentagon és a NASA. Mikrochipekre épült többek között a Minuteman II interkontinentális rakéták, a tengeralattjárókról indítható Polaris A2 és A3 ballisztikus rakéták, valamint az új harci repülőgépek fedélzeti elektronikája.

1963 novemberében felbocsátották az Explorer–18 műholdat, az első olyan űreszközt, amelynek elektronikájában mikrochipeket használtak. Abban az évben félmillió integrált áramkört értékesítettek az Egyesült Államokban, egy évvel később már kétmilliót. A nagyobb gyártási volumennek köszönhetően egy chip átlagára 1964-re 18,50 dollárra csökkent. Az akkori legfejlettebb integrált áramkörök legfeljebb mintegy hatvan alkatrészt tartalmaztak.

Ugyanebben az évben a mikrochip a fogyasztói elektronikában is bemutatkozott: a Zenith Radio Corporation Arcadia hallókészülékében alkalmazták először. Az igazi áttörést azonban 1971 tavasza hozta el, amikor a Texas Instruments piacra dobta a világ első elektronikus számológépét, a Pocketronicot. A készülék április 14-én, közvetlenül az adóbevallások hivatalos határideje előtt került az üzletekbe.

Kilby csapata már négy évvel korábban megtervezte, a tömeggyártás nehézségei azonban késleltették a megjelenést. A Pocketronic 150 dollárba került, több mint egy kilogrammot nyomott, kijelzője nem volt, az eredményeket hőérzékeny papírra nyomtatta, és csak a négy alapműveletet tudta elvégezni. Ennek ellenére óriási sikert aratott: 1972-ben már ötmillió darabot adtak el belőle.

1971 novemberében újabb korszak kezdődött. A Fairchildtól távozó Noyce és Moore által alapított Intel Corporation bemutatta a világ első univerzális mikroprocesszorát, az Intel 4004-et. Ezzel megkezdődött az emberi civilizáció történetének számítógépes korszaka.