Texas Instruments zet alle onderdelen van een schakeling op één stukje kristal

DALLAS, SEPTEMBER 1958 - Bij Texas Instruments heeft ingenieur Jack Kilby op 12 september aan zijn leidinggevenden een schakeling laten zien die op een nieuwe manier is gemaakt. Alle onderdelen zitten in één staafje van het materiaal germanium van ongeveer 11 millimeter lang en 1,6 millimeter breed. Aan een scherm gekoppeld, toonde de schakeling na een druk op een schakelaar een gelijkmatige golflijn.

Het probleem: te veel losse onderdelen

Elke elektronische schakeling bestaat uit onderdelen als transistors, weerstanden en condensatoren. Een transistor versterkt een signaal of werkt als schakelaar, een weerstand remt de stroom en een condensator slaat een beetje lading op. In een radio zijn dat er tientallen. In een grote computer of een raketsturing zijn het er duizenden.

Al die onderdelen worden apart gemaakt en met de hand aan elkaar gesoldeerd. Dat is duur, het kost veel tijd en het is onbetrouwbaar: één slechte soldeerverbinding kan de hele schakeling lamleggen. Hoe ingewikkelder de apparatuur wordt, hoe groter het probleem. Ingenieurs noemen het 'de tirannie van de aantallen'.

Het idee: één materiaal voor alles

Kilby is pas sinds de zomer in dienst bij Texas Instruments. Hij bedenkt dat je alle onderdelen in één keer uit hetzelfde stuk halfgeleider kunt maken. Een halfgeleider is een stof die stroom niet zo goed doorlaat als metaal en niet zo slecht als glas, en waarvan je de eigenschappen met kleine toevoegingen kunt sturen. Een transistor kan daarvan gemaakt worden. Maar dezelfde stof kan, op een andere manier behandeld, ook als weerstand of als condensator dienen. Zo heb je geen losse onderdelen meer, en geen soldeerwerk tussen die onderdelen.

De proef

De schakeling die Kilby bouwde, is een oscillator. Dat is een kring die zelf een heen-en-weer gaand elektrisch signaal maakt, de basis van zendertjes en van de klok in een computer. Op het scherm van de meetapparatuur was een rustige, regelmatige golf te zien. Het eerste bewijs: de schakeling werkt, en alles zit in één stukje materiaal. De verbindingen tussen de onderdelen zijn nog gewoon draadjes, die zijn bovenop het kristal aangebracht.

In februari 1959 vraagt Kilby octrooi aan voor 'verkleinde elektronische schakelingen', met transistors, diodes, weerstanden en condensatoren op één stukje materiaal.

Teruggeblikt vanuit 2026

Een paar maanden later maakte Robert Noyce van Fairchild Semiconductor onafhankelijk een soortgelijke schakeling. Hij gebruikte silicium en een procedure waarbij de verbindingen als dunne metaallaagjes op het kristal komen in plaats van losse draden. Moderne chips volgen zijn ontwerp. Kilby wordt algemeen gezien als een van de twee uitvinders, en kreeg in 2000 de Nobelprijs voor natuurkunde.

Omdat de onderdelen niet meer apart worden gemaakt maar in één keer, kunnen er steeds meer op een chip. Daar gaat het volgende artikel over: Gordon Moore voorspelde in 1965 hoe snel dat zou gaan. De chips waarop AI-modellen worden getraind, zijn de directe nazaten van dit stukje germanium.