geschiedenis van de transistor - pure · unipolaire type, maar was bipolair. deze uitvinding zou...
TRANSCRIPT
Geschiedenis van de transistor
Nuijten, J.J.C.
Gepubliceerd: 01/01/1982
Document VersionUitgevers PDF, ook bekend als Version of Record
Please check the document version of this publication:
• A submitted manuscript is the author's version of the article upon submission and before peer-review. There can be important differencesbetween the submitted version and the official published version of record. People interested in the research are advised to contact theauthor for the final version of the publication, or visit the DOI to the publisher's website.• The final author version and the galley proof are versions of the publication after peer review.• The final published version features the final layout of the paper including the volume, issue and page numbers.
Link to publication
Citation for published version (APA):Nuijten, J. J. C. (1982). Geschiedenis van de transistor. Eindhoven: Technische Hogeschool Eindhoven.
General rightsCopyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright ownersand it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights.
• Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain • You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal ?
Take down policyIf you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediatelyand investigate your claim.
Download date: 16. Sep. 2018
fiJNv JP/f/87..
TECHNISCHE HOGESCHOOL EINDHOVENAfdeling der Elektrotechniek
B;8l..IOTHFE~<
8 2094S~
T.H.EINOHOVEN
GESCHIEDENIS VAN DE TRANSISTOR
door
J.J.C. Nuijten
Eindhoven
juli 1982
i.(
'.-'1
SAMENVATTING VAN DE "GESCHIEDENIS VAN DE TRANSISTOR" VAN J.J.C. NUIJTEN
Periode 1900-1950-----------------De transistor is het resultaat van een complexe wisselwerking tussen de
gebieden van de elektronische toepassingen, m.n. radio en radar, .de
vaste-stof-fysica, m.n. het bandenmodel, en de halfgeleidertechnologie,
m.n. het maken van zuivere eenkristallen.
In de jaren 1900/25 gaf de radio~mmunicatie de aanzet tot de ontwikke
ling van de elektronische gelijkrichter, de diode, en de elektronische
vermogensversterker, de triode.
De triode bestond de eerste veertig jaren aIleen in de vorm van een va
cuumbuis. Pogingen in de jaren 1925/40,om een vaste-stof-versterker te
realiseren ter vervanging van de plompe en hete vacuUmtriode, faalden.
WeI werden de unipolaire en de bipolaire transistor reeds in de tweede
helft van de jaren 20 in grote trekken correct beschreven.
Dank zij het bandenmodel kregen de halfgeleiders in de jaren 30 een ei
gen plaats in de vaste-stof-fysica.
Een grote rem in zowel theorie als 1& experiment was de gevoeligheid
van de elektrische eigenschappen van halfgeleiders voor verontreinigin
gen en onregelmatigheden in het kristalrooster.
De depletielaagtheorie van de jaren 30 gaf meer inzicht in de elek
trische werking van een metaal-halfgeleider-overgang. Onwetendheid van
oppervlaktetoestanden stond een goede overeenkomst tussen theorie en
experiment in de weg.
De Tweede Wereldoorlog gaf t.b.v. de radar een nieuwe impuls aan het
halfgeleideronderzoek. Het onderzoek verschoof de aandacht van de sa
mengestelde halfgeleiders naar de intrinsieke halfgeleiders germanium
en silicium. Er werden grote vorderingen gemaakt op het gebied van de
kennis van silicium en vooral germanium en van de technologie van het
zuiveren van deze materialen.
Na de Tweede Wereldoorlog bleken experimenten met vaste-stof-verster
kers, uitgaande van de depletielaagtheorie, met silicium of germanium
als halfgeleider eveneens te falen. De theorie van de oppervlaktetoe
standen vulde het laatste theoretische hiaat. In 1947 werd een germa
nium puntkontakttransistor gerealiseerd. Deze was niet van het beoogde
unipolaire type, maar was bipolair.
Deze uitvinding zou van beperkte betekenis zijn gebleven als zij niet
was gevolgd door de realisering van de lagentransistor. Shockley had
ii
de lagentransistor reeds v66r de bouw ervan exact beschreven volgens
zijn theorie van de pn-overgang. Met zijn theorie verplaatste Shockley
de aandacht van metaal-halfgeleider-overgangen naar pn-overgangen. De
theorie vormde de basis van de revolutie in de halfgeleidertechnologie.
De lagentransistor werd mogelijk met de produktie van zuivere eenkris
tallen van germanium in 1950.
De ontwikkeling van de transistor zou in sterke wisselwerking met twee
andere, parallel verlopende, technologische ontwikkelingen gebeuren,
die van de digitale computer en die van de miniaturisatie.
Periode 1950-1955-----------------De industrielewereld nam in de eerste jaren na de bekendmaking van de
uitvinding van de transistor een afwachtende houding aan. De produktie
problemen waren aanvankelijk weliswaar groot, en de eerste transistors
waren een gebrekkig en duur produkt, maar in deze afwachtende houding
school ook de onbekendheid met de transistor. Men zag de transistor als
een vreemde vervanger van de vacuumbuis. De transistor vroeg om nieuwe
produktiemethoden en een nieuwe visie op het ontwerpen van schakelingen,
maar men zag haar niet als een geheel nieuw produkt met geheel nieuwe
mogelijkheden.
Vooral in deze aanvangsfase was in de V.S. de militaire markt een grote
stimulans.
De bereidheid van de Bell Laboratories, die de transistorontwikkelingen
leidde, hun kennis ter beschikking te stellen leidde tot een doorbraak
van de industriele belangstelling met het Bell symposium in 1952.
Aanvankelijk was de transistor aIleen aantrekkelijk in toepassingen,
waarin de voordelen t.o.v. de vacuUmbuis zwaar wogen, zoals in hoorap
paraten. De mogelijkheden van de transistor werden via een opeenvolging
van innovaties geleidelijk vergroot. Belangrijke verbeteringen van de
lagentransistor waren de legeringstransistor en vervolgens de "surface
barrier" transistor. Deze brachten het frekwentiebereik van de transis
tor op gelijke hoogte met die van de ontvangbuis.• • Zb~ • dPas ~n de tweede helft van de Jaren 50 W8& de trans~stor vol oende be-~~~ oct.: !oe.... 1'>-C4.$
trouwbaarrvoor commerciele toepassingen in computers. 1ft ~ez81~e ~ij8
werd de transistor voldoende goedkoop voor de konsumentenmarkt, waar
vooral de radio een groot aandeel .re' Hieri. ::z-c.l.l verl-le"'ven.
Intussen werd ook met silicium geexperimenteerd. De methoden voor het
produceren van zuiver monokristallijn germanium werden verbeterd en ge
schikt gemaakt voor silicium. Silicium was moeilijker te bewerken dan
- iii -
germanium, maar bood het voordeel van een groter temperatuurbereik.
In 1954, onverwacht snel, kwam de siliciumtransistor op de markt.
Periode 1955-1960
In de jaren 1955/60 groeide de omzetwaarde van de halfgeleiders zeer
snel, met vrijwel jaarlijks een verdubbeling. Van deze omzetwaarde was
aanvankelijk minder, later meer dan de helft voor rekening van transis
tors (het overige kwam voor rekening van diodes). In 1959 evenaarde de
omzetwaarde van halfgeleiders die van ontvangbuizen.
Deze periode is gekenmerkt door een snelle opeenvolging van innovaties
in de halfgeleidertechnologie en daaraan gerelateerd een snelle opeen
volging van steeds betere transistortypen.
De invoering van het diffusieproces met gebruik van oxidemaskers was
de belangrijkste innovatie, waarop verschillende verbeteringen volgden.
Bekende diffusietransistors waren de "diffused-base" transsistor, de
mesatransistor en de door Philips ontwikkelde POB-transistor.
In vier jaren tijd verbeterden frekwentiebereik, betrouwbaarheid en
produktiekosten met een faktor 10. In frekwentiebereik, maar vooral in
betrouwbaarheid steeg de transistor ver uit boven de gewone ontvangbuis
(voor zeer hoge frekwenties hadden echter speciale buizen, die werken
volgens een ander verste~ngsprincipe, de voorkeur).
Pas in het begin van de jaren 60 zou de transistor de ontvangbuis ook
in kosten overtreffen, in de tweede helft van de jaren 60 eveneens wat
het ruisniveau betreft (?). In temperatuurbereik en in hanteerbare ver
mogens zou de transistor, gedwongen door fysische beperkingen, de min
dere blijven.
De mogelijkheid van massaproduktie was uiteindelijk het grootste belang
van het diffusieproces.
In de elektr~>nische schakelingen waren de omhullingen "'~ de diskrete\o{le. "eel 'i~"l-Io."e., i·"..,. he-t l-iV'k:t~i"'! .le~1 -111.'" .is<- Wte'H-eI14tJ~cll""'j"Illle...t
komponentenrare belangrijkste beperkende faktor in de miniaturisatie.
De grootste beperkende faktor in de betrouwbaarheid van de steeds com
plexere elektronische schakelingen was het aantal soldeerverbindingen,
en niet meer de betrouwbaarheid van de individuele komponenten zelf.
De omhullingen en de soldeerverbindingen waren bovendien de produktie
kosten van resp. komponenten en schakelingen steeds meer gaan bepalen.
Er werden methoden gezocht om deze beperkingen op te heffen door het
gebruik van omhullingen en komponenten zoveel mogelijk te elimineren.•• • • ,'I",,~ de 1/ .C;. • •
De m1n1atur1sat1e werdVop d1verse fronten aangepakt, vooral gest1mu-
iv
leerd vanuit de hoek van Defensie en Ruimtevaart.
De monolithische IC, gerealiseerd 1n 1958, zou het meest succesvol
blijken. Raar doorbraak kwam met de toepassing van het planair proces.
De IC was een commercieel produkt, waarvan het belang door de industri
ele wereld direkt werd erkend.
Hedtplanair proces, dat aanvankelijk voor de produktie van diskrete
transistors werd ontwikkeld, werd het moeilijk beheersbare legerings
principe overboord gezet en het diffusieproces verder verbeterd; de
mogelijkheden van massaproduktie werden verder vergroot. Ret planair
proces kon aIleen worden toegepast op silicium: het siliciumtijdperk
was nu definitief aangebroken.
Ret epitaxiale proces vulde het planair proces aan ter verbetering van
het frekwentiebereik, het hanteerbaar vermogen en de mechanische sterk
te van de transistors.
Inmiddels was de belangstelling voor de unipolaire transistor, met de
belofte van eenvoudigere produktie en lager vermogenverbruik, weer op
geleefd. Tegen 1960 werden de jFET en de MOSFET gerealiseerd.
Periode 1960-1965
In de Amerikaanse halfgeleiderindustrie was in de jaren 1960/63 voor
het eerst sprake van stagnatie in de groei. Een felle concurrentieslag
en snelle prijsdalingen waren het gevolg. Tegelijkertijd began de Ja
panse import in de V.S. betekenis te krijgen en kregen de Amerikanen
belangstelling voor de Europese en Japanse markten.
De toepassingsgebieden van de Amerikaanse transistors boden in 1963
het volgende beeld: bijna de helft van de omzetwaarde was voor rekening
van Defensie (inclusief ruimtevaart), ruim eenderde deel ging naar in
dustriele toepassingen, waarvan de computers bijna de helft uitmaakten,
bijna eenzesde deel ging naar konsumententoepassingen, overwegend radio's.
In Europa en vooral Japan was de transistorproduktie veel meer gericht
op de konsumentenmarkt.
Verdere halfgeleiderontwikkelingen t.b.v. het brede terrein van de sig
naalverwerking concentreerden zich rond de IC.
De produktiekosten van de IC's waren aanvankelijk zeer hoog. Juist tij
dens de malaise in de halfgeleiderindustrie overkwam de IC-industrie de
hoge aanvangskosten, gesteund door de gretige militaire vraag.
De eerste IC's bevatten uitsluitend bipolaire transistors (naast diodes,
weerstanden en condensators), maar vooral na 1970 zou men steeds meer
overgaan op unipolaire transistors, waarmee meer miniaturisatie mogelijk
- v -
was~ de f"{Jd<A.[d(~ eehVCW.rl,...¥l" , D,__<\i'~e....py.ok- >'{o ...~ «of! e:yvkffL- >J....kdJl-tett.e,..'cA va... J"./_/A,.',e
In de eerste IC's waren de schakelingen digitaal, later ook analoog.
De digitale IC's zouden blijven overheersen. De IC~technologie gaf een
nieuwe impuls aan de digitaliseringstendens.
Periode 1965~heden------------------De IC's werden met de groei van het toepassingsgebied steeds complexer.
De bekendste IC, de microprocessor, uitgevQnden in 1971, had complexi~
teit met veelzijdigheid gekombineerd, dank zij programmeerbaarheid.
Vanaf 1959 verdubbelde het maximum aantal komponenten per IC vrijwel
jaarlijks tot ong. 1 miljoen nu.
Ret vermogensverbruik en de vertragingstijd, beide per poort gerekend,
namen elke 10 jaar met een faktor 10 af.
Ondanks de toename in complexiteit werden de IC's nauwelijks groter,
dank zij de miniaturisatie van de komponenten. De betrouwbaarheid per
IC bleef op een hoog peil, met een kans op een fout in 1000 jaren. De
prijs stabiliseerde zich na 1972 op ong. $1,-, wat in het begin van de
jaren 60 de prijs voor een transistor of een ontvangbuis was.
Per komponent bleven de kosten verder dalen: de kosten per bit van de
RAM-IC's daalden met 28% per jaar.
Deze snelle kostendaling is het unieke van de halfgeleiderindustrie.
Zij is het gevolg van de snelle groei van de cumulatieve produktie
aantallen,n.l. vele jaren achtereen een vrijwel jaarlijkse verdubpeling
van de cumulatieve output.
De verwachting is dat de bovengenoemde tendenzen zich in de jaren 80
zullen voortzetten, zij het met enige afname in de groei van de com
plexiteit.
De overheersende technologie werd de unipolaire C-MOS, m.n. gebruikt
voor digitale IC's. Zij werd gevolgd door de bipolaire IZL, m.n. ge
bruikt voor analoge IC's.
De omzetwaarde van de IC's overtrof die van de diskrete halfgeleiders
rond 1973. Gerekend naar het aantal diskreteequivalenten sloeg de ba
lans al veel eerder door in het voordeel van de IC's, in de V.S. reeds
in 1965. De verwachting is dat het aandeel van de IC's in de omzetwaar
de van de halfgeleiderindustrie verder zal toenemen, en binnen dat aan
deel vooral de microprocessor.
Ret Amerikaanse aandeel in de wereldproduktie (het oostblok niet meege
rekend) van halfgeleiders bleef in de jaren 70 schommelen rond de 50%.
Intussen bleef de Amerikaanse handelsbalans zich verbeteren, vooral
,Ie L
vi
t.k.v. Europa. Japan weerde de vestiging van buitenlandse ondernemingen
en hield de import beperkt. Hetzelfde beeld geldt ook voor IC's aIleen.
De V. S., Europa en Japan verschi lIen ook in de aard van de markt waarop
de halfgeleiderindustrie zich richt. De V.S. heeft zich, o.a. o.i.v. de
militaire vraag, meer op de professionele markt gericht, en heeft in
verband daarmee een voorsprong op het gebied van de digitale IC's. Eu
ropa heeft zich altijd meer op de konsumentenmarkt gericht, en verwierf
zich aldus een voorsprong op het gebied van de analoge IC's. Japan
richtte zich oorspronkelijk sterk op de konsumentenmarkt, maar is zich
daarnaast meer en meer gaan toeleggen op de professionele markt. Japan
dreigt nu en de V.S. en Europa voorbij te streven.
Het militaire aandeel op de Amerikaanse halfgeleidermarkt nam ~n de ja
ren 70 geleidelijk af.
De computerindustrie vormde uiteindelijk de grootste markt voor IC's.
Als de eerste elektronische computer, de ENIAC van 1946, wordt vergele
ken met een microcomputer van 1977, dan valt de ongelooflij~rote ver
betering op in de verhouding van prestatie en prijs van computers. In
deze verbetering hebben de transistor en de IC in belangrijke mate bij
gedragen.
De totale elektronische industrie, waarvan de omzetwaarde 8 a 10 keer
zo groot is als die van de halfgeleiderindustrie aIleen, vertoonde
sinds 1939 eveneens een snelle groei: iedere 5 jaar verdubbelde de om
zetwaarde. Ook deze groei zal zich naar verwachting in de jaren 80
voortzetten.
Nog eens kort samengevat:
1900-1950
Een wisse1werking van experimenten, theorievorming en halfgeleidertech
no1ogie gedurende enkele decaden leidde, gestimu1eerd door e1ektronische
ontwikkelingen als radio en radar, tot de nagestreefde rea1isatie van de
puntkontakttransistor in 1947 en de vee1 meer moge1ijkheden biedende la
gentransistor in 1950. De eerste jaren b1eef de transistor een 1abora-. '" (. ." I' :?;O l(. IOjkf) ....~ 1952\
tor~umcur~os~te~t. De ~ndustr~ele belangstel ~ng ~ pas QeeC ~n j
De uitvinding van de transistor pastte in de paral1el1e ontwikkeling
van de miniaturisatie.
Hoewel men zich de transistor vooral als versterkerelement had voorge
steld, zou met de para1lelle ontwikkeling van de digita1e computer de
transistor als schakelelement uiteinde1ijk het grootste toepass1ngsge-
vii
bied vinden.
1950-1960---------AanvankeIijk nam de industriele wereid een afwachtende houding aan t.o.
v. de vreemde, gebrekkige en dure transistor. Ret waren de voortdurende
ontwikkelingen in de haIfgeIeidertechnologie, die de transistor uitein-IO~~~
deIijk tot een volwassen produkt maakten, die de'bUls vooral in betrouw-
baarheid, e~~~1~in frekwentiebereik en schakeisnelheid over
trof. In 1959 evenaarde de omzetwaarde van de haIfgeIeiders die van de
ontvangbuizen.
Naast germanium ging ook silicium tot de bruikbare haIfgeIeiders beho
reno Silicium was weliswaar moeilijker te bewerken, maar vergrootte het
temperatuurbereik van transistors. UiteindeIijk zou het silicium, dat
de nieuwe technologieen meer mogelijkheden bood, het germanium steeds
meer verdringen.
De ontwikkelingen in de haIfgeIeidertechnologie Ieidden, in wisselwer
king met de tendenzen naar kleinere afmetingen, grotere betrouwbaarheid
en Iagere produktiekosten van de steeds complexere elektronische scha
kelingen, naar de realisatie in 1958 en de doorbraak enige jaren later
van de monolithische IC.
In de tweede helft van de jaren 50 ging de sneIIe opeenvolging van tech
nologische innovaties gepaard met een zeer snelle groei van de omzet
waarde van de transistorproduktie: de omzetwaarde verdubbelde bijna
jaarlijks.
1960-heden
Na 1959 stagneerde de groei van de haIfgeIeideromzet gedurende enkele
jaren. Aan het eind van deze malaise brak de IC door. Zij maakte, ge
steund door de militaire vraag in de V.S., een explosieve groei door,
die zo karakteristiek is voor de haIfgeleiderindustrie. De omzetwaarde
van IC's overtrof die van diskrete kompnenten rond 1973.
De Ie's waren overwegend digitaal. Zij gaven een nieuwe impuis aan de
digitaliseringstendens.
De complexiteit van de IC's nam toe, bij steeds kleinere afmetingen per
komponent. Schakeisnelheid, vermogensverbruik en betrouwbaarheid, dit
aIIes per poort gerekend, namen eveneens toe.
Een doorbraak in het behoud van veelzijdigheid bij toenemende complexi
teit bood de microprocessor, uitgevonden in 1971.
In de jaren 70 kregen, met de groei van de toepassingen in computer-
v~i~
geheugens, de unipolaire IC's de overhand.
De V.S., Europa en Japan bepalen vrijwel de gehele wereldmarkt (het
oostblok buiten beschouwing gelaten) van IC's.
De professioneel gerichte V.S. leidt op het gebied van de digitale IC's.
Het konsumentgerichte Europa leidt op het gebied van de analogeIC's,
die echter in betekenis afnemen. Het oorspronkelij sterk konsumentge
richte Japan legt zich steeds meer toe op professionele toepassingen,
en dreigt nu en de V.S. en Europa voorbij te streven.
J.J.C. Nuijten,
Eindhoven,
23 augustus 1982.
INLEIDING
De Geschiedenis van de Transistor is geschreven in de periode maart fmjuli 1982, in het kader van het onderzoek naar de Maatschappelijke Ge
volgen van de Transistor. Dit onderzoek maakt deel uit van het inter
afdelingsprojekt Elektrotechniek en Samenleving van de Afdeling Elek
trotechniek en de Afdeling Wijsbegeerte en Maatschappijwetenschappen
van de Technische Hogeschool Eindhoven.
De llaeschiedenis van de Transistor'! geeft een nieuwe ordening van, en"'"
daarmee een nieuwe interpretatie aan, historische gegevens, vnl. op....het terrein van wetenschap, techniek en ekonomie, verzameld uit de
literatuur. Zij is bedoeld als basis voor het bovengenoemde onderzoek.
De volgende onderwerpen krijgen in deze beschrijving de aandacht:
- ontwikkelingen op fysisch en elektronisch gebied in de 20ste eeuw
voorafgaand aan de uitvinding van de transistor in 1947;
- de uitvinding van de transistor;
- het principe van gelijkrichting aan een pn-overgang;
- het principe van versterking in bipolaire en unipolaire transistors;
- de ontwikkelingen van transistortypen en produktietechnologieen;
- ekonomische ontwikkelingen aangaande omzet, prijs en markt, m.n. van
het leidende land, de V.S., maar ook van Europa, en dan m.n. Philips,~
en Japan; "'l)D~(jIde voornaamste toepassingen, w.o. de digitale computer;
de miniaturisatie in de elektronische schakelingen;
- de uitvinding van de IC;
- de voornaamste technologische en ekonomische ontwikkelingen in de
IC's, w.o. de uitvinding van de microprocessor;
- de huidige positie van de halfgeleiderindustrie in de V.S., Europa
en Japan;
DeijGeschiedenis van de Transisto~'is gericht op de diskrete transistor
in de periode 1950/65. De periode na 1965, waarin de IC de voornaamste
ontwikkelingen van de halfgeleiders bepaalde, komt globaal aan de orde.
Andere halfgeleiders, die volgens een ander mechanisme versterken of
schakelen d~n de bipolaire of unipolaire transistors, zoals diodes,
thyristors, "charge coupled devices", vallen buiten deze opzet (voor6/·andere versterkingsmechanismen: FEE, 8 tm 19).
"-./Specialistische toepassingen van de transistor, zoals
andere versterkingsmechanismen: FEE, 8 tm 19).
Specialistische toepassingsgebieden van de transistor, zoals de vermo
genselektronica, de microgolftechniek, de opto-elektronica, werden be
langrijker na 1965, maar vallen eveneens buiten deze opzet.
Literatuurverwijzingen staan tussen haken achter de betreffende tekst.
De codering van de literatuurverwijzingen bestaat uit drie hoofdlet
ters, als afkorting van de titel, gevolgd door het paginanummer.
Vraagtekens tussen haken in de tekst duiden op beweringen, waarvan de
schrijver weI in de juistheid gelooft, maar waarvan een literatuurver
wijzing ontbreekt.Een enkele keer kan een vraagteken twijfel inhouden
over de juistheid van de betreffende bewering. Of deze tweede beteken
is van toepassing is wordt in de tekst vanzelf duidelijk.
De Geschiedenis van de Transistor is in (de overbekende) tijdnood sa
mengesteld, en is zonder verdere correcbie gecopieerd. Zij behoeft nog
verbetering. De schrijver heeft reeds (niet hierin verwerkte) correc
ties aangebracht in de vorm: herordeningen van stukken tekst, herfor
muleringen van zinnen, verbetering van stijl- en spellingsfouten.
Opmerkingen en suggesties van lezers aangaande inhoud, vorm, taalge
bruik, etc. zijn in dit stadium zeer welkom.
Eindhoven,
30 j uli 1982,
J.J.C. Nuij ten.
INROUD
VOORGESCRIEDENIS EN LABORATORIUMFASE VAN DE UITVINDING
VAN DE TRANSISTOR, 1900 - 1950 •..••.••.••.•..•••••...•••.••••.. p.
Kader van de ontwikkelingen in deelektronica veer 1940.
De "eat's whisker" en de vacuumbuizen veer 1930
De vaste-stof-diode en -triode in de jaren 30
Ret onderscheid van metalen, isolators en halfgeleiders
De theorie van Schottky betreffende gelijkrichting
Ret halfgeleideronderzoek in de Tweede Wereldoorlog
4
6
8
9
De uitvinding van de transistor ••..••.•••••••••.••••••••••• 11
.. .. .. .. .. .. .. .. .... 13
17
18
18De miniaturisatie veer 1950
De theorie van Shockley betreffende pn-overgangen
De transistortechnologie aan het eind van de jaren 40
De ontwikkeling van digitale computers veer 1950
~ Vergelijking van de transistor en de vacuumbuis
DE EERSTE JAREN VAN PRODUKTIE: NAAR EEN BETROUWBARE
TRANSISTOR, 1950 -1955 21
De puntkontakttransistor en de lagentransistor in 1951/52 21
De onbekendheid van de buizenindustrie met de transistor
........................................................................................................................................
.........................................................................
................................ " ..Nieuwe schakelmogelijkheden
22
Ret germanium als grondstof •.••••••••.•••.•••.••••••••••••• 22
Aktiviteiten en verwachtingen bij Philips in 1949/52 •.••.•• 23
24
25
25
26De eerste toepassingen
De legeringstransistor
De veldeffekttransistor
........................................................................................
De "surface barrier" transistor en de "interdigitated" bouw
Produktie in Europa en Japan
Standaardisatie
.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .... 27
28
28
De silicium transistor 29
~ De elektronica-markt in de V.S ••••.•.••••••••••••••••••••••
DE TRANSISTOR ONTWIKKELT ZICR TOT EEN VOLWASSEN MARKT, 1955 -1960~33
Produktie en markten in Europa en Japan
De diffusietransistors, w.o: "diffused base", POB- en mesa-
Produktieverloop voor transistors, halfgeleiders en buizen
en produktiemethoden
33
.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .... 36
38
42
46
49........................................ .. a, .. a, a, "_.~ ":.. .!__.~ "; "0 ". ": ".Computers en ruimtevaart
Toepassingsmogelijkheden in 1955
Transistortypen
Miniaturisatie-projekten •••••••.•••.••••••••••••••••.••.••. 49
De uitvinding van de IC en de transistor vergeleken
.. . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .... 52
54
De planaire transistor en de epitaxiale transistor ••••••••• 50
De uitvinding van de IC
Andere halfgeleiders, w.o. de veldeffekttransistor •.•••••••~
~ MASSAPRODUKTIE EN LAGE KOSTEN: DE TRANSISTOR GOEDKOPER DAN
DE BUrS J 1960 - 1965 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .... 56
Prijsdalingen en produktiestagnatie in de V.S . ••••••••••••• 56
Produktie en markten in Europa en Japan .••••••••••.••.••••• 61
Ontwikkelingen in transistortypen en in produktiemethoden 62
Toepassingen voor de diskrete transistor •••••.••..••••••••• 62
De miniaturisatie 64
IC-typen en de verschuiving van analoog naar digitaal . •••••• 65
Verdere ontwikkelingen in Ie's, transistors en andere
Integratie en miniaturisatie .
halfgeleiders~
DE IC ALS DRAGER VAN DE TRANSISTOR, 1965 - heden
De uitvinding van de microprocessor
6~
.................................. -67
67
71
Andere halfgeleiders 71
Prij sverloop van Ie's 72
Produktiegroei en internationale positie van de
halfgeleiderindustrie 73
IC-toepassingen en de elektronische industrie •••••••••••••. 76
LITERATUURLIJST
VOORGESCHIEDENIS EN LABORATORIUMFASE VAN DE UITVINDING VAN DE TRANSISTOR,
1900-1950.
Ontwikkelingen in de eerste helft van deze eeuw, die de uitvinding van
de transistor eind 1947 moge1ijk maakten, waren m.n. die van de vaste
stof-fysica en die van de e1ektronica.
Van de vaste-stof-fysica waren m.n. theoretisch inzicht in de e1ektri-s~
sche eigenschappen van ha1fge1eiders en techno1ogische kennis en kunde
van het zuiveren en doteren (dit is het gecontro1eerd verontreinigen
met een bepaa1de stof en tot een bepaa1de graad) van ha1fge1eidermate
riaa1 de basis voor de rea1isering en de verdere ontwikke1ing van de
transistor.
Van de e1ektronica gaven m.n. het mechanisme van de ge1ijkrichting en"VV'v
het mechanisme van de vermogensversterking richting aan het ha1fge1ei-
deronderzoek.
De oorsprong van de elektronische industrie hangt samen met de ontwikke1ing van de radio (fig. 1). De radiocommunicatie begon met de eerstedraad10ze te1egrafieverbinding van Marconi in Groot-Brittannie in 1896(EID,14,63). De radio ontwikkelde zich in de periode 1900-25 (EID,65,.68,72,73,75,76,77,81,82,86). De Eerste Wereldoor1og van 1914-18 gaf eenmerkbare impuls aan de radi9~Q~unicatie. In 1922 startte de BBC in G.B.de eerste radio-uitzendingen (EID,3). Deze periode zag ook de geboortevan de industrie~ e1ektrische komponenten (EID,4). In het begin vande jaren 20 produceerde de e1ektronische industrie reeds mi1joenen ra-
~~o;~2jE~~T~~~8) ~n ~:~;;;:::t.ts~:::.e:~~l~~:S~~~~~~"~;.:~~t~~;~~::~~~~:.t)V66r de Tweede Wereldoor1og was bijna de gehe1e produkEie van de e1ektronische industrie bestemd voor radio's en aan radio's verwante appa-.....ratuur (IDT,7). Aan het eind van de jaren 30 droegen 1radar en televi-
sie aan het toepassingsgebied van de elektronica bij (EID,13).
De ontwikkeling van radar startte met de uitvinding in 1924 (EID~15,
84,85) en had haar hoogtepunt in de Tweede Were1door1og (EID,38).
Over televisie verscheen de eerste theorie in 1908 (EID,39,70).
De praktische ontwikkeling van televisie nam een aanvang in 1919 (EID,15,39,78,79) en duurde tot de Tweede Were1door1og (EID,39).• In 1936werden dqdefinitieve televisie-uitzendingen gestart in G.B. (A1E,29).Tegen de Tweede Wereldoor1og was de radio in de ontwikke1de landen-'
.. 1 d~I",,'h)1939 . . .,. 10 '1vr~]we gemeengoe. In waren ~n Groot-Br~ttann~e ongeveer m~-
joen radio's in gebruik (EID,5). In Nederland waren in 1939 ruim 1 mi1
]oen geregistreerde radiobezitters op een bevolking van bijna 9 mil
]oen (SVN, 9,50).
In verband met de voorgeschiedenis van de transistor ~.s de radio van
be1ang a1s toepassing van gelijkrichting envermogensversterking van
J
1975
computersBabbage, 1833Au. Seq, C.C, 1939E.N.I.A.C,1943UNI.V.A.C, 1947IBM,650,70I,1950SAGE,1952IBM,704,709,1953
ol"- l"-Ql Ql
1970
I ~,'?-,>'"
~t:<c.P '
III
Television ICRT, 1897 IBaird,1925Zworykin, 1919Farn'Sworth l l927
I1
o~
1010Ql
10
m
II
.- ValvesI--IDiode, 1904I Triode, 1906,Screengrid, 1926IPentode, 1928ITW.T, 1935IMagnetron, 1939II
Radio :Marconi, 1876Broadcasting, 1906Microwaves, 1919Amateurs, S.w.1921Commercial, S.w. 1925Int. Satellite, 1965
I
oIQ
1900
Mao. recordino GramophoneTelephone
IEstimated extent of use---1- ---Passive components
Capacitor (Leyden) Jar,I745Iron dust cores, 1772Dry battery, 1800Relays, 1837Loud speaker, /877Resistors (comp), 1885Transformers, 1885
I
IIIIII1I
TransistorsPoint contact, 1948 ,Junction trans,1949 MicroelectronicsZone refining,1952 Thin films, 1913Diffusion, 1956 Thick films, 1940Planar tech, 1959 Semiconductor IC's, 1959
I Logic /Lin circuits, 19601 FI at pack, 19621 D.LL, 1964I L.5.I, /9691 I, 1
10(\Jl"-
"%j.... '
(JQ
.
.....::J
P(D
(Dt-'(D::-trtIio::J.....nPI
elektrisehe signalen.
In de radio dient gelijkriehting voor detektie van het via een antenne
binnenkomend signaal. De eerste eehte gelijkriehter voor radiodetektie
was tevens het eerste eehte elektronisehe halfgeleiderprodukt. Dat was((~Vl Pf.tltt ko~t(llldd('o<le
de z. g. "eat's whisker' (RIM, 14). De gelijkriehtende werking hiervan
ontstaa~in het kontakt tussen een metalen draad en een stukje loodsul
fide. Ret kontakt geleidt elektrisehe stroom maar in een riehting.
De Duitser Ferdinand Braun ontdekte dit in 1874, en paste het in 1899
toe voor detektie van radiogolven (VGT,15).
In de radio's van die tijd ging het signaal na detektie reehtstreeks,
zander versterking, naar een koptelefoon.
De "eat's whisker" was gedurende de eerste j aren van de radio de enig.~
bruikbare radiodetektor. Zij was klein, goedkoop, eenvoudig en popu-
lair, maar niet erg betrouwbaar (RIM,14,15). Raar werking werd pas be
grepen in de jaren 30, toen de vaste-stof-fysiea een theoretiseh ge
fundeerd raamwerk had gekregen (RIM, 15).
De opvolger van de "eat's whisker" was de vaeuiimdiode. De Engelsman
Fleming vond de vaeuUmdiode uit in 1904, toen hij een tweede, koude,
elektrode toevoegde aan een soort gloeilamp (RIM,15,16). In het vaeuUm
kan een elektronenstroom aIleen gaan van de hete naar de koude elek
trode, en niet in de omgekeerde riehting. Daarin zit de gelijkriehting.
De hete elektrode is de kathode, de koude elektrode is de anode.
De vaeuUmdiode bood voordelen Lo.v. de "eat's whisker": zij was veel
betrouwbaarder en kon grotere stromen verwerken. De belangrijkste na
delen waren haar grote afmetingen en de vermogensdissipatie in de
gloeidraad van de kathode.(RIM,16).
Waarsehijnlijk zou de vaeuUmdiode de populaire "eat's whisker" niet
hebben verdrongen zonder de uitvinding van de vaeuUmtriode door de
Amerikaan De Forest in 1906 (RIM,16).
De Forest verkreeg de vaeuUmtriode door toevoeging van een derde elek
trode aan een vaeuiimdiode. Deze derde elektrode is het stuurrooster.
Zij dient ter regeling van de sterkte van de elektronenstroom tussen de
kathode en de anode. Een elektriseh signaal van weinig vermogen op het
stuurrooster kan een grote verandering van het vermogen van de elektro
nenstroom tussen de kathode en de anode teweeg brengen. De vaeuUmtriode
is hiermee de eerste elektronisehe vermogensversterker.
Vanaf die tijd bepaalden de vaeuUmbuizen de ontwikkeling van de elek.,.'
troniea in de daaropvolgende 50 jaren (RIM,16; fig. 1).
In de radio dient vermogensversterking zowel voor versterking van het
binnenkomend signaal veer detektie als voor versterking van het gede
tekteerde signaal. De eerstgenoemde versterking vergroot de ontvangstge
voeligheid van de radio, de laatstgenoemde versterking voegt het vermo
gen toe dat nodig is om een luidspreker te sturen.
Vermogensversterking maakte een wijdverbreid gebruik van de radio moge
lijk. Vermogensversterking breidde de mogelijkheden van de radio zozeer
uit, dat het nadeel van de grote omvang en de vermogensdissipatie van
de vacuumtriode op de koop toe werd genomen. Bij het gebruik van vacuum
triodes voegde de vacuUmdiode weinig meer aan de nadelen van vacuUmbui
zen toe. De vacuUmdiode werd nu een voor de hand liggende vervangervan
de "eat's whisker" (RIM,16).
Een voordeel van de vacuumbuizen was dat men de werking ervan uitste
kend begreep (VGT,16).
Na de diode en de triode ontwikkelden zich diverse typen vacuumbuizen
(EID,40). De belangrijkste voorloper van de transistor is hiervan, na
de triode, de pentode. De pentode is in 1928 uitgevonden bij Philips in
Nederland (EID,90). Zij is een vacuUmbuis met, zoals de naam al zegt,
vijf elektroden. Met de twee extra elektroden is zij te beschouwen als
een verbeterde triode (EID,87).
De mogelijkheid van vermogensversterking gaf een aanzet tot de ontwik~
keling van vele elektronische schakelingen (EID,32). Bekende schakelin-
h " d 1 " " . " " (",8)gen ~eron er, met ve e toepass1ngen, Z1Jn o.m. de mult1v1brator /voor
het genereren van pulsen van diverse vormen (EID,77), de flip-flop~~~ietwee stabiele standen (de "0" en de "1") heeft en daarmee als reken- en
geheugenelement een belangrijk onderdeel is van digitale schakelingen
(EID,80) en de versterker met negatieve terugkoppeling (1927; EID,89).
Tegen de Tweede Wereldoorlog kenden de vacuUmbuizenvele toepassingen.
Riertoe behoorden, behalve de genoemde radio, radiotelegrafie, radar en
televisie, toepassingen als tussenversterkers in het telefoonnet, meet~...-instrumenten voor wetenschappelijke, medische en industriele doeleinden
(RIM,17; EID,36), zoals de ultra-micrometer (EID,81), enz.
~
De vacuUmdiode heeft de vaste-stof-diode nooit geheel verdrongen. In de
jaren 30 en 40 werd op grote schaal gebruik gemaakt van vaste-stof-dio
des in elektronische schakelingen waar de vacuumdiode ongeschikt was
vanwege haar afmetingen of haar vermogensdissipatie. Deze vaste-stof
diodes werkten volgens hetzelfde principe als de "eat's whisker". Ret
puntkontakt was echter vervangen door een kontakt tussen vlakke lagen.7)"t "",,,..~ de d.·orles <10k 'jeseJ..:I<t: VOlo.. J.-e,t Cjf!t~·lm·",I,'te .... v....... ~"~ l.J:ue/n,.o"'riJl'o (::)Verder was het materiaal verschillend. ne gelijkrichtende werking van •
de meeste van deze vaste-stof-diodes was gebaseerd op kontakt tussen
een laag koper en een laag koperoxide\of op kontakt tussen ~en laag me-• OWwa,.~ aoo'" G)ro.."tthl Iv, '9-"
taal en een laag selen~um (RIM,28).=..- Owf~ ..pq... <1-00; P"f.Uft.,. i ... Hjl.' C/l~L~I-t)
Uit dezelfde periode zijn vele pogingen bekend om te komen tot een z.g~
vaste-stof-triode. Vele onderzoekers probeerden vermogensversterking
van elektrische stromen te realiseren in een verscheidenheid van vaste
stoffen(RIM,28).
Deze pogingen gingen steeds uit van een van de twee volgende ideeen.
Ret eerste idee is het inbouwen van een rooster waar in een vaste-stof
diode de gelijkrichting plaats vindt. Dit is een analogie van de va
cuUmtriode. Ret tweede idee is het beInvloeden van het aantal vrije la
dingdragers in een vaste stof via een uitwendig aangebrachte elektrode.
Dit is wat later het veldeffekt zou heten (RIM,29; OTP,lO).
Ret waarom van deze pogingen ligt voor de hand. De elektronica was uit
gegroeid tot een belangrijke industriele aktviteit. Een verbetering aan
de vacuumbuizen beloofde grote voordelen. De zwakten, inherent aan de
vacuUmbuis, waren de grote omvang, de breekbaarheid, de eindige levens
duur en de hoge vermogensdissipatie. Bovendien bracht het gebruik van
de vacuumbuis de noodzaak mee van een zware transformator en schakelin
gen voor gelijkrichting en afvlakking om te voorzien in de gloeispan
ning van de kathode en de hoge gelijkspanning tussen anode en kathode.
ue vacuUmbuis was m.n. problematisch voor draagbare elektronische appa
raten als de radio en de walkie-talkie (RIM,29).
In de periode tussen 1925 en 1928 werkte Lilienfeld, Pool van geboorte,
~n de V.S. aan ontwerpen van diverse vaste-stof-versterkers (RIM,29; F~f.~~')
VGT,17,18,19). Onder deze ontwerpen zijn vaste-stof-versterkers, die ~
men nu zou aanduiden met de namen FET (Field Effect Transistor), MOSFET
(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) en bipolaire tran-
sistor (bipolair betekent dat geleiding zowel door elektronen als door
gaten plaats vindt; een FET is daarentegen unipolair: geleiding vindt
plaats of door elektronen of door gaten; voor de betekenis van gaten
zie verderop in dit hoofdstuk). Lilienfeld heeft de werking van deze
transistors in grote trekken korrekt beschreven, hetgeen voor die tijd
een uitzonderlijke prestatie was. Het is niet bekend of Lilienfeld,
die een teruggetrokken leven leidde als onderzoeker, de ontworpen ele
menten ook werkelijk zo heeft gebouwd. Waarschijnlijk waren zijn ideeen
niet praktisch te realizeren. In die tijd was immmers zowel de techno
logie om zuivere monokristallijne stoffen te maken als het theoretisch
inzicht in de vaste-stof-fysica nog niet voldoende ontwikkeld (RIM,30;
VGT,20). Uit de jaren 30 zijn nag een aantal ontwerpen van vaste-stof
versterkers bekend (FEE,6,7,8; VGT,20,21).
Daaronder zijn die van de Duitser Heil in 1935 (EID,101;
RIM,30) en die van de Duitsers Hilsch en Pohl in 1938 (RIM.23; VGT.22.23). Van Pohl is de demonstratie van een, zij het gebrekkig werkende,transistor bekend (RIM,23). Tot een doorbraak kwam het echter niet (RIM,3}).Ook in Nederland werkte men aan vaste-stof-triodes. Philips produceerde
sinds de jaren 20 vacuUmbuizen en hield zich vanaf 1934 ook bezig met
vaste-stof-gelijkrichters. Vanaf 1936 produceerde Philips vaste-stof
gelijkrichters, zij het op zeer bescheiden schaal. Deze produktie zou
pas na de Tweede Wereldoorlog, in 1947, op gang komen. In de jaren 30
en 40 deed Philips ook aan onderzoek naar een vaste-stof-versterker:
Van Geel maakt vanaf 1936 diverse ontwerpen (VGT,21;OTP,29,30,31).~
He~estaan van de klasse van materialen, nu bekend als halfgeleiders,
werd pas duidelijk in de jaren 30 (RIM,18,26; VGT,6,7). Aanvankelijk
maakte men, naar het kenmerk van het elektrisch geleidingsvermogen, aI
leen onderscheid tuss.en metalen en isolators. AIleen op grond van het
elektrisch geleidingsvermogen zijn de meeste halfgeleiders niet te on
derscheiden van metalen.De metalen zijn over het algemeen goede gelei
ders, maar daarin komen grote onderlinge verschillen voor. De halfge
leiders, die niet binnen het brede gebied van de metalen pasten, werden
beschouwd als isolators (RIM,18).
Tot de jaren 30 bood de vaste-stof-fysica onvoldoende inzicht in de me
chanismen van de elektrische geleiding am op grond daarvan onderscheid
te maken tussen metalen, halfgeleiders en isolators. WeI waren de vier
belangrijkste elektrische verschijnselen, die aIleen halfgeleiders ver
tonen, bekend. Men begreep echter die verschijnselen niet, en een sa
menhang zag men evenmin (RIM,18).
De vier verschijnselen, allen reeds ontdekt in de 19de eeuw, zijn:
- de negatieve weerstandscoefficient: temperatuursstijging geeft weer
standsverlaging van een halfgeleider;
- de fotogeleiding: verlichting geeft weerstandsverlaging van een half
geleider;
-het foto-voltaisch effekt: verlichting van het kontak.toppervlak tussen
een halfgeleider en een elektrolyt wekt ter plekke een elektrische
spanning op;
- de gelijkrichting: het kontakt tussen een metaal en een halfgeleider
laat elektrische stroom maar in een richting door (RIM,18,19).
De ontdekking en de ontwikkeling van de kwantummechanica opende de weg
naar een verklaring van deze verschijnselen. Zij leidde tot de theorie
van Bloch, die het concept van de energiebanden van de elektronen in
een vaste stof introduceerde. Dit bandenmodel bood de mogelijkheid om
aan de hand van de elektronenstruktuur onderscheid te maken tussen me
talen, halfgeleiders en isolators (RIM,19 tm 25; VGT,6,7).
Volgens het bandenmodel kunnen elektronen alleen op bepaalde, diskrete,
energienivo's in een vaste stof voorkomen. Per energienivo is het aan
tal elektronen per atoom aan een maximum gebonden. Over het algemeen
bezetten de elektronen zoveel mogelijk de banden met de laagste ener
gienivo's.
Metalen bevatten nog open plaatsen in de bezette band van het hoogste
energienivo. In deze z.g. valentieband kunnen de elektronen via de open
plaatsen gemakkelijk door het metaal bewegen. Dit verklaart het grote
geleidingsvermogen, ofwel de lage weerstand, van de metalen.
Isolators hebben geen open plaatsen in de valentieband. Zij hebben geen
ruimte voor elektronentransport.
Halfgeleiders hebben evenmin open plaatsen in de valentieband, maar de
energiesprong naar de band van het eerstvolgende hogere energienivo is
klein vergeleken met die in isolators. De elektronen kunnen, zij het
met enige weerstand, deze bandafstand overwinnen. Eenmaal in deze extra
band, de z.g. geleidingsband, kunnen zij gemakkelijk door de halfgelei
der bewegen.
Dit verklaart de negatieve weerstandscoefficient van halfgeleiders: een
hogere temperatuur betekent een grotere bewegingsenergie van de elek- "
tronen, waardoor er een grotere kans is dat een elektron uit de valen~
tieband in de geleidingsband springt, zodat meer elektronen aan de ge
leiding meedoen ofwel de weerstand van de halfgeleider lager is.
De verklaring van de fotogeleiding ~s gelijkluidend, met dit verschil
dat d~oename van de bewegingsenergie van de elektronen niet gebeurt
door opname van warmte maar door opname van licht.
Een verklaring van de overige halfgeleiderverschijnselen, het foto-vol
taisch effekt en de gelijkrichting, zou pas mogelijk zijn toen men ook
het gedrag van de energiebanden aan het kontaktoppervlak tussen twee
verschillende materialen begreep.
Het bandenmodel maakte tevens de gevoeligheid van het geleidingsvermo
gen van halfgeleiders voor verontreinigingen duidelijk. Het zuivere
halfgeleidermateriaal heeft onder normale omstandigheden slechts een
zeer klein deel van de valentie-elektronen in de geleidingsband. Be
paalde verontreinigingen veroorzaken een overschot of'een tekort aan
7
elektronen. Een overschot draagt bij tot geleiding in de geleidingsband, een tekort draagt bij tot geleiding in de dan niet meer.gevuldevalentieband. Ook bif een lage verontreinigingsgraad is dit tekort ofoverschot al gauw veel groter dan het aantal valentie-elektronen in de
geleidingsband van het overeenkomstige zuivere halfgeleidermateriaal.
In dat geval wordt het geleidingsvermogen van een verontreinigde half
geleider niet zozeer bepaald door de halfgeleider zelf maar door de
verontreinigingen.
Aldus waren m.b.v. het bandenmodel de fundamenten van de theorie van
het transport vanelektriciteit (en warmte) in vaste stoffen tegen het
midden van de jaren 30 gelegd.
De grote gevoeligheid van het elektrisch geleidingsvermogen van halfge
leiders (en ook isolators) voor verontreinigingen had het onderscheiden
van metalen, isolators en halfgeleiders tot een moeizaam proces gemaakt.
Dezelfde gevoeligheid stond in de tweede helft van de jaren 30 en in de
jaren 40 verdere ontwikkelingen op het halfgeleidergebied in de weg
(RIM,26). De verontreinigingen waren moeilijk controleerbaar en moei~
lijk meetbaar. Daardoor kwamen theorie en experiment slechts 1n beperk
te mate met elkaar overeen. Weliswaar was de theorie nog gebrekkig,
maar de hoofdoorzaak lag toch in het gebruik van onzuivere materialen.
Bovendien gebruikte men aIleen polykristallijne stoffen, wat extra com
plicaties gaf. De techniek voor het produceren van zuivere, monokris
tallijne stoffen was nog niet ontwikkeld (RIM,27; VGT,7).
":/De tweede helft van de jaren ublikaties op over UI~/~2de theorievan de gelijkrichting. De belangrijkste bijdrage kwam van de
Duitser Schottky (RIM,28; VGT,33). Hij toonde voor een koperoxide-ge-
lijkrichter aan dat de gelijkrichtende werking niet plaats vindt in het
inwendige van de halfgeleider maar aan het kontaktoppervlak met het me-
taal. In 1939 komplementeerde hij zijn in essentie korrekte theorie.
Hij baseerde zich op het bestaan van een z.g. depletielaag aan een half
geleideroppervlak dat in kontakt is met een metaal. De .depletielaag is
een zeer dunne laag aan het halfgeleideroppervlak, waa~--l~·-b~Ji.d;;~t~r~tdctuur is vervormd o.Lv. het kontakt met het metaa!, Z()dllt.daar -de- vale;'tieband vrijwel vol is en de geleidingsband vrijwelleeg. De-weerstand -ishier groot. Een elektrische spanning in de ene richting maakt de deple-
tielaag dunner en daarmee de weerstand kleiner. Het kontaktonpervlak
laat in dat geval.elektrische stroom door. De~stroomrichtingheet-dan
de doorlaatrichting. Een spanning in de tegengestelde richting maakt de
depletielaag dikker en daarmee de weerstand groter. Het kontaktopper
vlak spert in dat geval elektrische stroom. Deze tegengestelde richting
heet dan ook sperrichting (VGT,34,35).
In de depletielaagtheorie hield Schottky geen rekening met oppervlakte
toestanden. In werkelijkheid bestaan onregelmatigheden in de banden
struktuur aan het oppervlak van een halfgeleider t.g.v. de onderbreking
van het kristalrooster en de absorptie van vreemde deeltjes. Dit stond
lange tijd de experimentele bevestiging van de depletielaagtheorie in
de weg (VGT,34).
Onwetendheid van oppervlaktetoestanden was tevens de oorzaak van het
mislukken van de vele pogingen tot het bouwen van een vaste-stof-ver
sterker. Ook de experimenten van Shockley en Brattain, die later de
transistor mede zouden uitvinden, liepen hierop stuk. Shockley en Brat
tain experimenteerden in 1939 en 1940 aan de Bell Laboratories van
AT&T (American Telephone and Telegraph) in de V.S. Hun werk werd onder
broken door het uitbreken van de Tweede Wereldoorlog, en zou pas in
1945 een vervolg vinden (RIM,42,43,44; AIE,69).
De regering van de V.S. gaf gedurende de Tweede Wereldoorlog steun aan
een uitgebreid onderzoekprogramma ter verbetering van de bestaande me
thoden van radardetektie. Britse wetenschappers kwamen naar het veilige
Amerika en brachten geavanceerde kennis op het gebied van radar met
zich mee (EID,7). De vacuUmdiode en de vlakke vaste-stof-diode voldeden
niet als detektor van radargolven. De "eat's whisket'kon deze zeer hogefrekwenties dank zi~. . .h " tk' k De "eat's wh~sker", nu gemaakt van german~um of S~-et pun onta t, aan.licium, deed weer haar intrede. In verband hiermee nam het onderzoek
naar de eigenschappen van germanium en silicium een belangrijke plaats
in het Amerikaanse onderzoekprogramma in (AIE,70).Bij het onderzoek naar de gelijkrichtende eigenschappen van silicium in
de Bell Laboratories hadden Scaff en The~rer ontdekt dat het smelten
van silicium in vacuUm betrekkelijk zuivere staven silicium opleverde
(AIE,69). De gelijkrichtende werking van het silicium verschilde van
staaf tot staaf. Sommige silicium-metaal-overgangen geleidden het best
tn de ene !::Lcht:Lng'l>Q!Dffiig~ gelei..Q.d~n_1:l~..L.b~!3S j.Eq~..~nde!"~_richtiI.l$L~
sommige richtten helemaal niet gelijk. Scaff en Theurer ontdekten uit
eindelijk dat de gelijkrichtende werking van silicium afhangt van de
verontreinigingen, die in het silicium zijn achtergebleven. Verontrei
nigingen met een overschot aan elektronen veroorzaken geleiding in de
ene richting, verontreinigingen met een tekort aan elektronen veroorza
ken geleiding in de andere richting.
De mechanismen van de elektrische geleiding zijn in silicium met een
elektronenoverschot en ~n silicium met een. elektronentekort verschil
lend. In het eerste geval draagt het elektronenoverschot bij aan de ge
leiding in de geleidingsband. Aldus verontreinigd silicium kreeg van
Scaff en TheJrer de naam n-type-silicium (de "n" van negatief: de nega
tief geladen elektronen zorgen voor de geleiding). In het tweede geval
is de geleidingsband vrijwel leeg en manifesteert het elektronentekort
zich in de aanwezigheid van open plaatsen, gaten genaamd, in de valen
tieband. Een elektron kan een naburig gat opvullen, waarbij het zelf
een gat op de oude plaats achter laat. Een dergelijk elektron komt dan
niet in de geleidingsband, maar heeft voldoende aan een kleine energie
sprong binnen de valentieband. Aldus kan geleiding met weinig weerstand
plaats vinden in de valentieband. De geleiding door de complexe bewe-'
ging van elektronen, die van gat naar gat springen, is simpeler voor te
stellen als een beweging van vrije, positief geladen gaten in de tegen
gestelde richting. Men spreekt in dit geval van geleiding door gaten.
Dergelijk silicium kreeg de naam p-type-silicium (de "p" van positief:
de positief geladen gaten zorgen voor de geleiding).
Dit gatenconcept was overigens al duidelijk gedefinieerd door Heisen
berg in 1931 < (VGT ,33) •
Dat aan elektronengeleiding en gatengeleiding een verschillend mecha
nisme ten grondslag ligt blijkt ook uit het verschil in geleidingsver
mogen. Elektronen zijn beweeglijker dan gaten en geleiden daarom enig
zins beter. Het mechanisme van de gatengeleiding treedt ook aIleen op
bij halfgeleiders. Bij metalen komt dit niet voor omdat daar geen on
derscheid is van valentieband en geleidingsband.
Begin ]940 maakten Scaff en TheJter een staaf silicium, waarvan de ene
helft van het p-type was en de andere helft van het n-type. Aldus cre
eerden zij de eerste pn-overgang (AIE,70). De pn-overgang zou later de
kern vormen van de revolutie in de halfgeleiderelektronica. Het zou
echter pas tot een doorbraak komen nadat Shockley in ]948 zijn theorie
over de pn-overgang in diodes en transistors lanceerde (VGT,40).
Inmiddels richtte het werk aan silicium bij de Bell Laboratories zich
gedurende de Tweede Wereldoorlog op de verbetering van radardetektors
(AIE,70; R~.,43).
De belangrijkste bijdrage aan de halfgeletderelektronica in de VS tij_·
dens de Tweede Wereldoorlog kwam van de Purdue University, m.n. op net
gebied van de kennis van de halfgeleider germanium (RIM,34,35,44; AlE,
70). Het werk aan de Purdue University begon in 1942 onder leiding van
Lark-Horovitz. Hij stelde toen expliciet dat silicium en germanium in-
/0
trinsieke halfgeleiders z~Jn, d.w.z. ook in hun zuivere vorm halfgelei
ders (RlM,35). Dat silicium en germanium intrinsieke halfgeleiders zijn
heeft mogelijk meegespeeld in de beslissing juist deze materialen diep
gaand te onderzoeken in de V.S. De voornaamste faktor in deze keuze was
waarschijnlijk dat de empirisch verkregen radardetektors van deze mate
rialen in die tijd redelijk goed werkten. Men realiseerde zich dat voor
een verdere verbetering meer inzicht in de eigenschappen van de materi
alen nodig was. lntrinsieke halfgeleiders lenen zich beter voor onder
zoek dan samengestelde halfgeleiders. Samengestelde halfgeleiders eisen
een complexere bewerking bij het zuiveren en het doteren: er moet met
meer dan een samenstellend element worden rekening gehouden en de juis
te verhouding van de samenstellende elementen moet worden bewaakt.
Zowel silicium als germanium zijn harde, sterke, enigszins brosse mate
rialen met een metaalachtig voorkomen. Ook deze robuustheid was een ar
gument voor de keuze van deze materialen (RIM,33,34). De keus betekende
d f · . . .. ~~\,IAI"" h If 1·d . 1 Teen e ~n~t~eve ommezwaa~ ~n het1soort a ge e~ ermater~aa. ot aan
de Tweede Wereldoorlog waren voornamelijk samengestelde halfgeleiders,
zoals koperoxide, loodsulfide en vele andere samenstellingen, in ge~
bruik. Na de oorlog zou het accent liggen op germanium en silicium.
Germanium ~s eenvoudiger te bewerken en was gedurende de oorlog grond
iger onderzocht. Vandaar de aanvankelijke voorkeur voor germanium.
Het Amerikaanse onderzoekprogramma tijdens de Tweede Wereldoorlog, m.n.
aan de Purdue University, was weliswaar niet gericht op een vaste-stof
versterker, maar bracht de realisering ervan veel dichter bij, dank zij
de kennis van germanium.
Een ander gevolg van de Tweede Wereldoorlog is de technologische voor
sprong, die de V.S. kregen op Europa en die zij niet meer af zouden
staan. V66r de oorlog waren de Britten en de Duitsers waarschijnlijk
verder in de halfgeleidertechnologie, na de oorlog waren de Amerikanen,U~IM,l~)
mede dank zij de inbreng van de overgekomen Britten, verder.IDeze omke~
ring weerspiegelt zich ook in het aantal elektronische uitvindingen
(fig. 2).
II
Na de Tweede Wereldoorlog vormde zich bij de Bell Laboratories een nieu
we halfgeleidergroep. Deze groep beperkte zich tot germanium en sili
cium, omdat deze halfgeleiders simpel waren en het meest onderzocht
(RIM,46). Bovendien was de kristalstruktuur van deze halfgeleiders
hecht en vertoonde daarom weinig onregelmatigheden (AlE,71). Op aanra
den van Shockley nam de groep het werk op met de vaste-stof-triode op
Europeon
ITotal-56
Total-141
American
ITotal-68
It
J'790
1780
1'770
1
'760
Iii i I I Iii 1 I 1 • , d:::!--,-LL-'-+-L.L-'--'-,+-'-......l..-'-7'<--15 10 '5 0 0 5 10 15
Number of inventions Number of inventions
Fig. 2.
Ret effekt van de "brain-drain" van Europa
naar de V.S. op elektronische uitvindingen
(EID,8).
basis van het veldeffekt. AIle experimenten faalden echter (AlE,71).
Bardeen kwam toen met de verklaring, dat t.g.v. oppervlaktetoestanden
een via een uitwendige elektrode aangebracht elektrisch veld niet kon
doordringen in de halfgeleider en dus geen effekt had op het aantal
vrije ladingsdragers in de halfgeleider. Riermee kwam hij tot de theo
rie van de oppervlaktetoestanden (AlE,71). Deze theorie vormde een be
langrijke aanvulling op de theorie van de gelijkrichting van Schottky
en hief de theoretische blokkade op naar de realisering van een vaste
stof- versterker.
Bardeen en Brattain startten een serie experimenten om de oppervlakte
toestanden nader te onderzoeken. Om oppervlaktetoestanden te neutrali
seren dompelden zij een stukje silicium onder in een elektroliet (dit
/1
is een vloeistof die elektrische stroom geleidt). Aan dit stukje sili
cium namen zij inderdaad het door Shockley voorspelde veldeffekt waar.
Hiermee verkregen zij versterking, maar de werking was beperkt tot zeer
lage frekwenties vanwege het elektroliet. Ook met germanium namen zij
het veldeffekt waar, maar het effekt was juist het tegenovergestelde
van het voorspelde effekt. Bij vervanging van het elektroliet door een
metalen elektrode verkregen zij versterking op basis van onverwachte
effekten. Op 23 december 1947 demonstreerden zij de eerste goed werken
de vaste-stof-versterker. Deze werkte niet volgens het beoogde veldef
fektprincipe. Zij bestond uit een stukje n-type-germanium waarop twee
metalen puntkontakten zeer dicht bij elkaar waren geplaatst. Het germa
nium deed dienst als stuurooster om een elektrische stroom door het
germanium tussen de twee puntkontakten te kunnen regelen. Deze verster
ker kreeg de naam puntkontakt-transistor (RIM,46; EID, 120,121; AIE,72,
73).
De naam "transistor" was afkomstig van Pierce van de Bell Laboratories.
Hij bedacht een naam die paste in het rijtje bestaande halfgeleiderpro
dukten, zoals thermistor en varistor:
" •.• and then at that time the transistor was supposed to be the dual
of the vacuum tube, so if a vacuum tube had transconductance, this must
have transresistance and so I was led to suggest transistor" (RIM,51).
Op 30 juni 1948 maakte de Bell Laboratories de uitvinding van de tran
sistor openbaar (AIE,74). Van publieke zijde kwam weinig reaktie (RIM,
52). De uitvinding van de transistor was het resultaat van een langdu
rig proces van wetenschappelijke inspanning. Het zou jaren duren voor
dat het belang ervan tot de wereld buiten de laboratoria doordrong.
Ook aan de verdere ontwikkeling van de transistor zou wetenschappelijke
inspanning ten grondslag liggen. Pas na een jarenlange technologische
ontwikkeling, in sterke wisselwerking met de ontwikkeling van de kennis
op halfgeleidergebied, zou de invloed van de transistor op grote schaal
merkbaar worden.
Onmiddellijk na de ontdekking van de puntkontakt-transistor besloot
Shockley zijn onderzoek naar de veldeffekt-transistor tijdelijk terzij
de te leggen. Hij concentreerde zich op een verbetering van de bipolai
re transistor (AIE,74). Hij verplaatste de aandacQt van metaal-halfge
leider-overgangen naar pn-overgangen. Hij deed dat in zijn beroemde ar
tikeluit 1948, "The theory of pn-junctions in semiconductors and pn
junction transistors". Zijn artikel werd destijds echter geweigerd. In
/i.t
collector
basis
emitter
+~
+
n-t p-.
n
+- L.-
ldoorlaat
richting
!+
p
n
t_
sper- trichtingl
1949 begon Shockley de exacte beschrijving var. de werking van de lagen
transistor in zijn boek "Electrons and holes in semiconductors". Hij
deed dit zonder dat de lagentransistor ooit gebouwd was. Zijn boek werd
gepubliceerd in 1950 (RIM,50). Zijn theorie was de basis waarop de hui
dige typen diodes en transistors zich zouden ontwikkelen (VGT,40).
Vanwege het belang van deze theorie voIgt hieronder een vereenvoudigde
weergave. Eerst wordt de werking van de pn-overgang bekeken. De pn-over
gang komt voor in een diode, die bestaat uit een stukje halfgeleider,
die deels van het p-type is en deels van het n-type. Metalen verbindin
gen aan de p-zijde en aan de n-zijde zorgen voor de stroomtoevoer (fig.
3, links).
~affMu
tr)01Nth{ ~/R 1efd -J{1,
Fig. 3. Schema van een pn-diode (links) en een npn-transistor (rechts).
Als er geen spanning staat tussen de metalen elektroden, dan is er een
depletielaag aan weerszijden van de pn-overgang. De depletielaag ont~ .
staat doordat elektronen uit de grenslaag van het n-gebied bij de over
gang de gaten opvullen in de grenslaag van het p-gebied bij de overgang.
Hierdoor verdwijnen in deze grenslagen de vrije ladingsdragers, die
voor de geleiding zorgen. Rond de pn-overgang blijft een dunne laag van
grote weerstand achter, de depletielaag. Bij een positieve spanning van
de p-elektrode t.o.v. de n-elektrode stromen in het p-gebied gaten in
de richting van de overgang en in het n-gebied elektronen in de rich~
ting van de overgang. Deze vrije ladingsdragers dringen van beide zij
den de depletielaag binnen, die dan ophoudt te bestaan. Aan de overgang
ontmoeten de elektronen en de gaten elkaar en rekombineren met elkaar.
Dit proces van stroomgeleiding duurt voort zolang de positieve spanning
blijft bestaan. Deze situatie is getekend in figuur 3, links. De pijlen
bij de metalen elektroden geven de richting van de positieve stroom aan,
hetgeen tevens de doorlaatrichting is. Bij een negatieve spanning van
de p-elektrode t.o.v. de n-elektrode verwijderen de vrije ladingsdra-
gers zich aan beide zijden van de overgang, hetgeen een verbreding van
de depletielaag tot gevolg heeft. De depletielaag geleidt geen stroom.
De spanning staat dan in de sperrichting.
10s van deze gelijkrichtende werking van de pn-overgang bestaat een ef
fekt waarvan in diodes ook veel gebruik wordt gemaakt. Dit effekt treedt
op als de spanning in de sperrichting wordt opgevoerd boven de z.g.
doorslagspanning. Boven de doorslagspanning maken gebonden elektronen
zich vrij en zorgen voor geleiding.
Ret gelijkrichtmechanisme van de pn-overgang vertoont overeenkomst met
dat in de metaal-halfgeleider-overgang, beschreven door Schottky. De
effekten in een metaal-halfgeleider-overgang zijn minder sterk (?). In
een metaal-halfgeleider-overgang treedt niet in aile gevallen gelijk
richting op, afhankelijk van het gebruikt soort halfgeleider en het ge
bruikt soort metaal. Sommige metaal-halfgeleider-overgangen geleiden
in beide richtingen. Hiervan wordt gebruik gemaakt in de verbindingen
tussen de metalen elektroden en de halfgeleider van diodes en transis
tors, die werken op basis van pn-overgangen.
De bipolaire transistor bestaat uit twee pn-overgangen. Deze kunnen op
twee wijzen worden samengesteld: als pnp-transistor of als npn-tran
sistor. Rieronder wordt de werking van de npn-transistor bekeken. De
werking van de pnp-transistor is hieraan analoog. De npn-transistor be
staat uit een stukje halfgele~der, die uit twee gebieden van het n-type
bestaat, gescheiden door een zeer dunne laag van het p-type.(fig. 3,
rechts). De twee n-gebieden heten collector en emitter, het dunne p-ge
bied heet basis. In figuur 3, rechts, is de situatie getekend, waarin
de transistorwerkt als versterker. De basis heeft een negatieve span
ning t.o.v. de collector: de basis-collector-overgang is gesperd. De
basis heeft een positieve spanning t.o.v. de emitter: de basis-emitter
overgang geleidt. In de dunne basis komen de meeste elektronen uit de
emitter in de buurt van de basis-collector-overgang voordat zij kunnen
rekombineren met een gat. Ee~aal in de buurt van de basis-collector
overgang worden de elektronen door de positieve spanning van de collec
tor t.o.v. de basis in de collector getrokken. Deze elektronen zorgen
dus voor een stroom tussen emitter en collector. Deze stroom heeft een
sterkte, die een veelvoud is van de stroomsterkte tussen emitter en ba
S1S. Een kleine spanningsvariatie tussen basis en emitter gaat gepaard
met een kleine stroomvariatie tussen basis en emitter en een grote
stroomvariatie tussen collector en emitter. Er treedt dus stroomverster
king Ope De positieve stroomrichting (welke tegengesteld is aan de rich-
ting van de elektronenstroom en gelijk aan de richting van de gaten
stroom) in de metalen elektroden is in figuur 3 aangegeven met pijlen.
Bij een flinke variatie van de basis-emitter-spanning tussen nul en een
positieve waarde varieert ook de collector-emitter-stroom tussen nul en
een positieve waarde. Zo kan de transistor als schakelelement dienen.
Voor de werking van de transistor is het gedrag van de vrije elektronen,
die uit de emitter de basis binnenkomen, van essentieel belang. Deze
elektronen zorgen voor geleiding tUBsen emitter en collector in het p
gebied van de basis, waar tegelijkertijd gaten bijdragen in de gelei
ding tussen basis en emitter. Waar in een p-gebied normaal de geleiding
door gaten gebeurt, gebeurt geleiding in de basis van een transistor
tegelijkertijd door elektronen. Shockley onderkent dit verschijnsel en
maakt expliciet onderscheid tussen minderheidsladingsdragers en meer
derheidsladingsdragers. In de beschreven transistor zijn de elektronen
in de basis de minderheidsladingsdragers.
Uit deze beschrijving blijkt het belang van de basisdikte voor het rea
liseren van stroomversterking. Als de basis niet dun genoeg is, dan
gaan de meeste elektronen uit de emitter naar de basis i.p.v. naar de
collector. Dan is er geen stroomversterking meer.
Ook andere eigenschappen van de transistor worden in hoge mate door de
fysieke bouw ervan bepaald. Zo heeft de basisdikte eveneens een grote
invloed op het frekwentiebereik. Bij snel wisselende spanningen werken
de elektronen, die uit de emitter in de basis zijn gekomen, na. De duur
van deze nawerking is de z.g. looptijd, de tijd die een elektron nodig
heeft om van emitter naar collector over te steken. Een dunnere basis
betekent dus een kortere looptijd en daarmee een hoger frekwentiebereik.
Een hoger frekwentiebereik als versterker betekent tevens een grotere
schakelsnelheid als schakelelement.
Ook het vermogen, dat een transistor kan leveren, hangt sterk af van de
fysieke bouw•. Zo maakt een groot kontaktoppervlak aan de pn-overgangen
een grote stroom tussen emitter en collector mogelijk.
Behalve versterking, frekwentiebereik, schakelsnelheid en vermogen zijn
ook andere eigenschappen te beInvloeden, zoals stroom-spannings-karak
teristieken, warmteproduktie en -afvoer, gevoeligheid voor temperatuur
en vocht, schokvastheid, levensduur, en natuurlijk afmetingen. J ru;•.Behalve van de fysieke bouw hangen de transistoreigenschappen ook af
van het soort halfgeleider, het soort en de mate van verontreiniging,
de omhulling, de toevoerdraden, e.d.
Kortom, de transistoreigenschappen hangen van vele invloedsfaktoren af.
'7Rier ligt een taak voor de wetenschap en de industrie. De wetenschap
kan het inzicht in de verbanden tussen de invloedsfaktoren en de tran
sistoreigenschappen vergroten. Gewapend met deze wetenschap kan de in
dustrie technologieen ontwikkelen om deze invloedsfaktoren te beheersen
en daarmee transistors met aanvaardbare eigenschappen tegen aanvaardba
re kosten te produceren. Ret ontwikkelen van deze nieuwe technologieen
plaatst de wetenschap weer voor nieuwe problemen. Daarmee is de cirkel
rondo
Met Shockley's theorie van de lagentransistor was het wetenschappelijk
inzicht daar. Ret was nu op de eerste plaats aan detechnologie om de
transistor tot een aanvaardbaar produkt te maken.
Voor de produktie van transistors waren op de eerste plaats zuivere
halfgeleiderkristallen nodig. De oudste zuiveringstechniek was de optrek
methode ("pulling technique") van Czochralski, die dateerde van 1917.
Rierbij wordt uit een smeltkroes, waarin gesmolten halfgeleidermateri
aal juist boven het s~eltpunt wordt verhit, een stollende staaf halfge
leider opgetrokken. De verontreinigingen blijven grotendeels achter in
de smeltkroes. De staaf bestaat uit gezuiverde, polikristallijne half
geleider (EID,76). Op deze optrekmethode waren later verbeteringen aan
gebracht. Scaff en Theuerer hadden nog voor de Tweede Wereldoorlog ont
dekt dat het smelten van silicium in vacuUm zuiverder materiaal oplever
de (AIE,69). Tijdens de Tweede Wereldoorlog was het zuiveren aan .de
Purdue University tot grote perfektie gebracht (RIM,36).
Nu, na de uitvinding van de transistor, startten Teal en Little van de
Bell Laboratories in de tweede helft van 1948 experimenten am met de
optrekmethode eenkristallen van germanium te produceren. Zij slaagden
erin eenkristallen van grote perfektie te kweken. Bovendien verhoogden
zij de zuiverheid van het germanium door herhaald kristalliseren (EID,
121). Begin 1950 gebruikten Teal en Sparks van de Bell Laboratories de
optrekmethode om eenkristallen te voorzien van pn-overgangen •. Zij voeg-
l;den aan de smelt korrels van de juiste verontreiniging toe, ZQ dat-,'zij .
een eenkristal verkregen met twee p-gebieden en daartussen een dunne n
laag.(RIM,64). Ret kristal werd dan in vele pnp-schijven gesneden. Aan
iedere schijf bevestigde men de drie elektroden (OTP,12). Ret resultaat
was de lagentransistor ("grown junction transistor"), die meer dan een
jaar tevoren door Shockley korrekt was beschreven.
In de periode 1949/50 experimenteerden Ohl en' Shockley van de Bell Labo
ratories met ionenimplantatie als techniek om halfgeleiders te doteren.
/8Deze techniek zou echter pas na 1965 aantrekkelijk worden voor commer
ciele produktie (?).
Parallel aan de transistor ontwikkelde zich de elektronische digitale
computer. Vanaf de tweede helft van de jaren 50 zouden deze twee ont
wikkelingen elkaar in sterke wisselwerking stimuleren tot een explosie
ve groei (MER,30).
De historie van de digitale computer gaat terug tot 1642, toen Pascal
~n Frankrijk de eerste mechanische digitale rekenmachine bouwde (EID,
41). Daarna, m.n. in de 19de eeuw, werden in Europa diverse mechanische
digitale rekenmachines gebouwd (EID,35,36,41,45,51,61). Het eerste ont
werp voor een automatische (mechanische digitale) rekenmachine maakte
Babbage in G.B. in 1833. Zijn ontwerp bev.atte aIle elementen van de te
genwoordige digitale computer, n.l. geheugen, besturingseenheid, reken
eenheid en invoer/uitvoer (EID,45). Babbage heeft de bouw van dit eer
ste computerontwerp nooit kunnen realiseren. Een eeuw later werden zijn
ideeen werkelijkheid, toen Aitken met IBM (International Business Machi-·t-~V.S.
nes)',een elektromechanische digitale computer bouwde. De bouw van het
gevaarte van 16 m lang en 2! m hoog duurde van 1939 tot 1944. Daarnaast
z~Jn in de V.S. in dezelfde periode nog enkele elektromec~nischedigi
tale computers gebouwd (EID,108; RIM,188; AlE, 53,102), m.b.v. relais.
De eerste elektronische computer was de bekende ENIAC in de V.S. Haar
bouw duurde van 1942 tot 1946. Zij had 18000 vacuumbuizen, besloeg
een vloeroppervlak van 16 m bij 9 m en woog 30 ton (EID,115; RIM, 188).
In afmetingen en aantal onderdelen (7) kwam zij overeen met vergelijk
bare relaiscomputers. zij rekende echter ongeveer 1000 keer zo snel
(AIE,54). Daartegenover stond dat zij met haar 150 kW (AIE,54) veel
meer (?) vermogen verbruikte.De buizen produceerden veel warmte, waar
voor afvoer nodig was. Voorts behoefden de buizen voortdurend vervan-
ging (RIM, 78).
In de V.S. en G.B. begon vanaf 1947 de bouw van diverse typen (digitale)
buizencomputers. De eerste installaties van deze vroege typen vonden
plaats in 1950/51. In zo'n buizencomputer lag het aantal vacuUmbuizen,
alsook het aantal halfgeleiderdiodes, in de orde van 1000 of 10000 (EID,
117,120,122; AlE, 101). imd~str;l ..Gezien de nadelen van de vacuUmbuis was de computerVeen grote potentiele
markt voor transistors.
Een andere parallelle ontwikkeling was die van de miniaturisatie en de
/9
betro~aarheidstoenamevan elektronische komponenten en schakelingen.
Rierin zou de transistor een grote rol spelen, m.n. in de geintegreer
de schakelingen na het midden van de jaren 60.
De miniaturisatie had zich reeds v66r de Tweede Wereldoorlog ingezet
(RIM,56), m.n. in verband met het gebruik van elektronische kompo-
nenten in hoorapparaten (AIE,5l,S2).
De Tweede Wereldoorlog leidde tot een doorbraak en bracht een enorme ver
betering met zich mee in de fabrikage van komponenten.
De betrouwbaarheid van militaire elektronische apparatuur, vaak onder
extreme omstandigheden zoals hitte, koude, vocht,trilling en schokken,
was van groot belang gebleken. Rierbij telde ook de .eenvoud van onder
houd en van vervanging van defekte onderdelen. Verder vroeg het mobiele
gebruik van apparatuur, b.v. te voet, in voertuigen, in vliegtuigen, 1n
onderzeeers, om kleine afmetingen en laag ge~icht (EID,S,7).
Miniaturisatie leidde niet aIleen tot besparing van ruimte en gewicht,
maar ook tot grotere betrouwbaarheid, dank zij de met miniaturisatie ge
paard gaande toename van schok- en trillingsvastheid. (!; RIM, IO~) .De militaire vraag naar komponenten nam na de oorlog af, maar de verbe
teringen bleken ook waardevol voor commerciele toepassingen zoals radio
en televisie (EID,7).
to was het volume en het gewicht van hoorapparaten in de acht jaren tot
1945 zelfs meer afgenomen, dan zou gebeuren in de acht jaren daarna,
ondanks het gebruik van transistors (RIM,56).
Onder deze verbeterde komponenten vielen de halfgeleiderdiodes en de111)0.. kfQ.i~1I., V~V'Me'30l'1~
vacuUmbuizen. De vacuUmbuizen1waren oorspronkelijk ter grootte van een
flinke gloeilamp, later ter grootte van een vinger, in de Tweede Wereld
oorlog kwam de miniatuurbuis in gebruik en na de oorlog de subminiatuur
buis met een lengte van slechts enkele cm.(EID,8,ll; ?).
Ook passieve komponenten zoals weerstanden, condensators, spoelen en
bedrading werden kleiner en betrouwbaarder (EID,8,ll0,ll4,123).
20 begon na de oorlog de printplaat in kombinatie met subminiatuurbui
zen en subminiatuurkomponenten in gebruik te komen (EID,8,ll).
Ook de bouw van schakelingen bepaalde mede de afmetingen en de betrouw
baarheid van het eindprodukt. Na de oorlog werkte men aan het omhullen
van kompakte schakelingen ("potted circuits", EID,ll7), aan de auto
matisering van de bouw van schakelingen(EID,119,l24) en aan de komhi
natie van automatische en kompakte bouw, zoals in het bekende Tinkertoy
projekt (EID,l27). Ret Tinkertoyprojekt startte in de V.S. in 19S0."""""--'" ---.J
Ret betekende tevens de start van de tendens naar modulebouw. Ret was "OJ
gebaseerd op het gebruik van buizen, en zou daarom t.g.v. de opkomst van
de transistor aan het eind van de jaren 50 zijn achterhaald (EID,127;
RIM, 107).
Vergelijking van een aantal eigenschappen van de transistor met die van
de buis maken een aantal voordelen van de transistor i.v.m. miniaturisa
tie direkt duidelijk. We beschouwen aIleen laag-vermogen-toepassingen.
De transistor is kleiner: in lengte ong. een faktor 10 (?), in volume en
gewicht ong. een faktor 100 (?).
De transistor werkt op een lagere gelijkspanning, ong. 5 V i.p.v. ong.
200 V (?), en op ongeveer dezelfde gelijkstroomsterkte, ong. 1 a 10 rnA
(?). Dit maakt verdere miniaturisatie van andere elektronische kompo-
nenten mogelijk: weerstanden, condensators, halfgeleiderdiodes,
transformators en eventuele batterijen werken slecht~ij spanningen en
vermogens die ong. een faktor 40 (?) lager zijn. De warmteproduktie ~s
dientengevolge eveneens ong. een faktor 40 lager, waardoor een kompakte
re bouw van schakelingen en apparatuur mogelijk is. Ook de elektrische
isolatie en beveiliging tegen doors lag of kortsluiting van de bedrading
en de mechanische onderdelen van elektronische apparatuur behoeft bij de
lage gelijkspanning voor transistors minder voorzieningen, hetgeen bij
draagt tot ruimtebesparing.
De transistor werkt zonder gloeidraad. Dit biedt eveneens diverse voor
delen i.v.m. miniaturisatie. Op de eerste plaats betekent dit de bespa
ring van een gloeispanningsschakeling. Daarnaast betekent dit een ver- I
F-,C 'Ii>dere besparing in vermogengebruik en warmteproduktie van ong. 2 W (f) ,
per vervangen buis. Hiermee komt het vermogengebruik en de warmtepro
duktie van de transistor zeer veel lager te liggen dan van de buis:
van de transistor ong. 5 a 50 mW en van de buis in totaal ong. 2 a 4 W.
Uit deze berekeningen voIgt een verhouding van ong. 1 op 40 a 800; in de
literatuur worden zelfs verhoudingen van 1 op 10000 genoemd (WES,7).
Tenslotte heeft de transistor een eenvoudige aansluiting op drie elek
troden tegenover de acht aansluitpennen van de traditionele pentode
(AEP, 148).
In het bovenstaande is steeds gepraat over de transistor en de buis. In
feite hebben de ontwikkelingen van de transistor en de buis niet stil
gestaan en bestaat er een groot aantal typen van ieder. In het boven
staande is uitgegaan van wat nu als doorsnee-transistor en -buis kan
worden gezien. In ieder geval waren deze voordelen van de transistor i.
v.m. miniaturisatie ook rond 1950 evident (?).
~I
DE EERSTE JAREN VAN PRODUKTIE: NAAR EEN BETROUWBARE TRANSISTOR,
1950-1955
In oktober 1951 startte de commerciele produktie van germanium puntkon
takt-transistors (RIM,54). Dit gebeurde bij Western Electric, de produk
tie-afdeling van AT&T, waartoe ook de Bell Laboratories behoren.
Enige andere firma's, zoals Raytheon, hadden de puntkontakt-transistor
in die tijd in experimentele produktie (RIM,61). Andere firma's namen
een afwachtende houding aan, ondanks de cooperatieve houding van de
Bell Laboratories. De transistor was nog onbetrouwbaar en vreemd, en
gaf grote produktieproblemen (AIE,74,75). De produktie-opbrengst was
niet meer dan 10 a 20% (RIM,IOI?). Ret was moeilijk om betrouwbare tran
sistors te produceren, en nag moeilijker om ze te maken met identieke
eigenschappen. Ondanks optimistische voorspellingen dat de levensduur
van de transistor vrijwel onbeperkt zou zijn (RIM,56), was de levens
duur van de vroege transistor onzeker. De gevoeligheid van het halfge
leideroppervlak voor verontreiniging was een faktor die de levensduur
beperkte (RIM,56). Onder enigszins warme en vochtige omstandigheden ging
de transistor snel achteruit (RIM,61). Roewel de levensduur van de buisFGC,3b,7,,81
in principe beperkt was tot ong. 10000 werkuren (f), was de vroege tran-
sistor in dit opzicht niet in aIle gevallen een voordeel (?)(O;PI~7)
Naast deze betrouwbaarheidsproblemen aangaande het produktieproces en
het produkt waren beperkingen in een aantal elektrische eigenschappen
in het nadeel van devroege transistor. Vergeleken met de buis had de
puntkontakt-transistor de volgende nadelen: een beperkt frekwentiebereik,
een kleine stroomcapaciteit, weinig uitgangsvermogen en veel ruis (RIM,
56,61; AIE,75). De lagentransistor, die Western Electric in het najaar
van 1951 aankondigde (WES,6), produceerde minder ruis dan de puntkontakt
transistor, was efficienter, kon grotere vermogens hanteren, maar wasbeperkt tot nag lagere frekwenties.(RIM,62).Verder was de lagentransistor t.o.v. de puntkontakt-transistor in hetvoordeel wat oetreft de produktie-opbrengst, enoaarmee de produktie~-----_·_··
kosten, en de schokvastheid (IDT,16). De commerciele produktie van delagentransistor startte volgens Tilton nog in 1951 (IDT,16), volgensBraun en Macdonald in april 1952 (RIM,62).Tenslotte had de vroege transistor een belangrijk ekonomisch nadeel:de prijs was ong. $15,- (AIE'75)~tegenovernog geen $1,- voor een buis(RIM,57). De mogelijkheid van een eenvoudigere schakeling met minder engoedkopere komponenten kompenseerde het kostennadeel van de transistorenigszins (?). (OTP as)Aanvankelijk was de transistor aIleen a~ntrekkelijk in toepassingen,waarin haar voordelen t.o.v. de buis zwaar wogen. Deze voordelen waren:kleine afmetingen, licht gewicht, laag vermogengebruik, lage warmteproduktie, lage gelijkspanning, geen opwarmtijd (IDT,16). Ret laag vermogen-
gebruik en de lage gelijkspanning maakt~et gebruik van eenvoudige,
handzame voedingsbronnen, zoals zakbatterijen, mogelijk. Dit betekende
niet aIleen een stap in verdere miniaturisatie, maar ook een stap naar
grotere veiligheid van elektronische schakelingen en apparatuur (?).
De Amerikaanse militairen hechtten grote waarde aan miniaturisatie (AlE,
75). Hun belangstelling was m.n. na de aankondiging van de lagentransis
tor groot (WES,6). M.n. vanaf 1952 kregen de Amerikaanse transistorpro
ducenten financiele steun van de regering voor het onderzoek naar en de
produktie van transistors, (RIM,80,81; WES,6,7). De voornaamste rol van
de Amerikaanse regering in het stimuleren van de ontwikkeling van de
transisto~as echter niet zozeer als geldschieter maar als markt (RIM,81,
82; WES,6,7). Van de 90.000 transistors, geproduceerd in 1952, vnl. punt
kontakt-transistors van Western Electric, ging bijna alles naar Defensie
(RIM,79). Voor niet-militaire toepassingen waren transistors tenminste
tot midden 1952 moeilijk verkrijgbaar (RIM,57).
De weerstand tegen de akseptatie van de transistor kwam gedeeltelijk
voort uit onbekendheid met het nieuwe produkt. De transistor eiste ge
heel nieuwe produktieprocessen, die de buizenfabrikanten vreemd waren
(RIM,58). De transistor eiste ook een nieuwe ontwerpfilosofie, die de
ontwerpers van buizenschakelingen vreemd was (AIE,75). Aanvankelijk werd
de transistor niet als een geheel nieuw produkt gezien, maar slechts als
een vervanging voor de buis (RIM,57,58). De transistor kan echter niet
de buis vervangen zonder een nieuw ontwerp van de gehele schakeling waar
van zij deel uitmaakt. Verder maakt het kombineren van de complementaire
pnp- en npn-transistor nieuwe schakelingen mogelijk, die geen analogie
hebben in buizenschakelingen. Hetzelfde geldt voor het in principe ver
wisselbaar zijn van de collector en de emitter van een transistor (OTP,
74). Tenslotte bezit de transistor eigenschappen, die de buis vreemd
zijn, 'zoals lichtgevoeligheid, die ten nutte kunnen worden aangewend,
zoals in de foto-transistor (OTP,74).
De belangrijkste grondstof voor de transistorfabrikage is germanium.
Germanium is een zeldzaam en kostbaar materiaal. Eind 1951 bedroeg de)(1:'" Q/~ v. s. i .. I,S~ cu.,. t lOG - pel" Ie!) )iRIM, 6t,''
prijs ong. 16.000,- per kg.lVoor een lagentrans~Jwas ong. 25 mg~ ,vCtJ.
nodig, wat een waarde vertegenwoordigde van ong. 15 cent. Vergeleken~
met de ontwikkel- en produktiekosten, ong. $10 a $25,-, was deze grond-
stof dus niet duur. Ook de beschikbaarheid van germanium was geen groot
probleem. Germanium was een bijprodukt van de verwerking van zinkerts.
Germanium kon ook worden gewonnen uit steenkoolstof. Landen, die ger
manium leverden, waren de V.S., G.B., Frankrijk, West-Duitsland en Bel
gie (OTP,35).
De produktie van transistors bracht weinig grondstofproblemen met zich
mee, en noemenswaardige milieuverontreiniging evenmin (?).
In de periode eind 1951/begin 1952 waren de V.S. het enige land dat
transistors produceerde. WeI zouden eerst Europa, en daarna Japan, spoe
dig volgen (IDT,25). In Europa zou Philips in de jaren 50 een hoofdrol
gaan vervullen.
Philips had snel op de publikatie van de uitvinding van de transistor
gereageerd. Op Philips' ~at. Lab. (Natuurkundig Laboratorium) was een
transistorgroep gevormd. Deze maakte in 1949 de eerste puntkontakt-tran
sistors van Philips (OTP,33). Begin 1952 was het Nat. Lab. zover, dat de
puntkontakt-transistor aan de ontwikkelgroep kon worden overgedragen.
In die tijd werkte men op het Nat. Lab. eveneens aan de lagentransistor,
maar men kwam nog niet tot goede resultaten (OTP,34,35).
In 1951 begon op het Nat. Lab. het werk aan transistortoepassingen (OTP,
36). Men had hoge verwachtingen van de mogelijkheden van de transistor.
Eind 1951 zag men bij Philips de volgende toepassingsmogelijkheden (OTP,
37):
Electronische rekenmachines. Het wereldverbruik van buizen bedraagt
circa 2 miljoen, waarvan er 70.000 door Philips gernaakt worden.
2 7elefooninstallaties. De wereldrnarkt in telefoniebuizen bedraagt on
geveer I! Ei:joen buizen; het concernaandeel hierin 175.000. Boven
dien zijn er mogelijkheden veor de t~ansistor bij de vervanging van
de elektro-mechanische relais. Maar vervanging op dit gebied duurt
lang en is de eerste 5 jear nog niet te verwachten.
3 Militaire apparaten. Ret gebruik van bijv. subminiatures (mini-buizen)
In militaire apparaten in de V.S. bedraagt in 1951 ca. 70 rniIjoen.
De verwachting veor 1952 is ca. 120 rniljeen. Veor dit doel produaeert
Philips in 1951 ongeveer 3 rniljoen buizen. Theoretisch denkt men 3/5
van deze subrniniatures door transistors te kunnen vervangen.
4 Gehoorapparaten. Dit 1igt voor de hand. Het aantal gehoorapparaten bedraagt
op dat moment ca 1,6 miljoen stuks. Per apparaat zullen waarschijnIijk
4 transistors nodig zijn.
5 Industriele apparatuur.
6 Radio en televisie. Bier verwacht men de eerste 5 jaar nog niet veel
applicaties, omdat geringe afmetingen en lange levensduur economisch
niet zo belangrijk zijn. Bovendien heeft men toch een eindbuis nodig.
\\e1 bestaat ce noge1ijkheic van toepassing ~n batterijapparaten. Wat
tetreft toepassing in de televisie, is het nog gaar de vraag of de
transistor weI voldoende hoge frekwenties zal halen.(OTP,371.
De verwachtingen, die men bij Philips in maart 1952 had, zouden achter
af zeer realistisch blijken te zijn. Men verwachtte dat de transistor
voor vele toepassingen de buizen zouden vervangen, en dat dit wellicht
een dergelijke stimulans aan de ontwikkeling van elektronische apparaten
zou geven, dat de totale buizenomzet niet zou teruglopen)l Ook zag men
voor de puntkontakttransistor slechts zeer beperkte toepassingsmogelijk
heden. Van de lagentransistor verwachtte men een omzet, die na 5 a 10
jaar vergelijkbaar zou zijn met die van de buis (OTP,38).
De eerste toepassingen verwachtte men in hoorapparaten en rekenmachines.
In de loop van 1952 groeide de belangstelling van de industriele wereld
snel (AIE,75). In april 1952 organiseerde Bell Laboratories een belang-
~~ IrrQ~. wekkend internationaal symposium, waarop a.m. Philips vertegenwoordigd
was (OTP,43). Bij deze gelegenheid droeg Bell Laboratories haar kennis
over betreffende de produktie van puntkontakttransistors en lagentran
sistors, en demonstreerde o.m. de foto-transistor (RIM,54).
Inmiddels waren reeds belangrijke ontwikkelingen buiten Bell Laborato-s·""'" "il ,1'0,10)
ries aan de gang. General Electric in de V.S. ontwikkelde1de legeer-
methode, die een grote vooruitgang voor de produktie van lagentransis
tors betekende. Hiermee gebeurde het aanbrengen van de pn-overgangen
niet tijdens het optrekken van het germanium kristal ("grown junction"),
maar achteraf door legering ("alloy junction") (OTP,J2).I{De legeermet
hode kamt op het volgende neer. Aan beide zijden van een stukje n-ger
manium smelt men een bolletje Indium vast. Tijdens het smelten mengt
zich enig Indium met germanium, zodat aan weerszijden een laagje p-ger
manium ontstaat. Dit resulteert in een pnp-transistor (OTP,12).
Als de resterende basislaag tussen de twee lagen p-germanium dun genoeg
was, dan kon deze z.g. legeringstransistor ("alloy junction transistor")
bij hogere frekwenties en bij grotere stromen werken dan de lagentran
sistor (RIM,62). De basisdikte mocht niet meer dan .01 rom bedragen. De
nauwkeurige contrale hiervan plaatste de produktie van legeringstransis
tors voor grote problemen (RIM,62)~\Volgens Tilton zat het belang van de
legeringstransistor in de aanzienlijk betere schakeleigenschappen, die
een stimulans betekenden voor de ontwikkeling van digitale computers
(IDT, 16).
General Electric en RCA (Radio Corporations of America) in de V.S.
startten de produktie van legeringstransistors in 1952 (IDT,16).
De belangstelling voor de unipolaire veldeffekttransistor, die Shockley
na de uitvinding van de bipolaire transistor tijdelijk terzijde had ge
schoven, was niet geheel verdwenen. Tot een succesvol produkt zou het
echter in de eerste helft van de jaren 50 niet komen. WeI plaatst Lapidus
in zijn boom van de transistorfamili~ de jFET (junction Field Effect(IE's.. 'U. '3f') I~ I l.
Transistor) bij het jaartal 1951.IVerder~ Shockley in 1952 ~~~y .zijn theorie over de jFET, waarin hij de pn-overgang gebruikt om opper
vlaktetoestanden te omzeilen (TRA,271). Volgens Gosling startte de com
merciele produktie twee jaar later, in 1954 dus, op basis van de lege
ringsmethode (FEE,9).
Ret toepassen van pn-overgangen in halfgeleiders leidde, behalve tot de
lagentransistor en de simpele halfgeleiderdiode met een pn-overgang, tot
geheel nieuwe produkten. Experimenten met samengestelde halfgeleiders,
vanaf 1951 m.n. galliumarsenide, zouden in de jaren 60 leiden tot diodes
voor speciale toepassingen bij frekwenties ~n het GRz-gebied (IDT,17;
IES,34,35). Andere nieuwe produkten waren de germanium vermogensgelijk
richter (1951), de Zenerdiode (1952) (IES,34,3S), de "unijunctiontran
sistor", die overigens geen transistor is, maar een speciale diode met
een pnpn-struktuur (EID, 133), de silicium zonnecel (EID,134), e.a.
Ook in schakelingen leidden de transistors tot geheel nieuwe mogelijk-d
heden. In mei 1952 vroeg Bell Laboratories patent aan op de '~arlington~
pair". Darlington had twee lagentransistors direkt achter elkaar gekop-
peld tot een versterkerschakeling met een veel grotere versterkingsfak
tor dan van iedere transistor afzonderlijk (EID,128). Deze direkte kop
peling, die weerstanden en capaciteiten uitspaart , is met buizen niet
mogelijk.
Eveneens in 1952 bouwde RCA een eindversterker voor een radio. De eind
versterker leverde een vermogen van 500 mW via een direkte koppeling
naar de luidspreker. Ze bestond;uit een complementair paar van een pnp-
I~~~ ..en een npn-transistor. Met buizen is een complementa~r paar n~et moge-
lijk, en geschiedt de koppeling met een luidspreker i.h.a. via een
transformator.
Een weI zeer vooruitziende blik toonde de Brit Dummer. In mei 1952 open
baarde hij zijn concept van wat later de geintegreerde schakeling zou
heten:
"At this stage I would like to take a peep into the future. With the ad
vent of the transistor and the work in semiconductors generally, it
seems now possible to envisage electronic equipment in a solid block
with no connecting wires. The block may consist of layers of insulating,
conducting, rectifying and amplifying materials, the electrical func
tions being connected directly by cutting out areas of the various lay-
ers". WatJ.rv,.b- f.e"tb.e.eftJ z,.In 1958 zou Dummers' idee werkelijkheid worden.
Bell Laboratories startte in 1952 experimentele toepassingen van punt
kontakttransistors. In oktober 1952 gebruikte zij puntkontakttransis
tors in eI~ele oscillators van een telefooncentrale (RIM,54), eind 1952
paste zij ze toe in enkele hoorapparaten (RIM,54), in maart 1953 was
een z.g. vertaalkaart ("card translator"), dit is een automatische kies
schakelaar in een telefooncentrale, aan de beurt (RIM,54).
Ret eerste commerciele hoorapparaat met transistors kwam van Sonotone in
de V.S. De aankondiging hiervan kwam in febr. 1953 (AIE,75). Ret hoor
apparaat had vijf transistors. Voor de eerste en de laatste versterker
trap waren nog buizen nodig, i.v.m. resp. het ruisniveau van de eerste
trap en het uitgangsvermogen van de laatste trap (AIE,75).
De nieuwe hoorapparaten hadden als voordeel dat zij kleiner en lichter
waren en dat hun batterijen langer meegingen. Een van de eerste getran
sistoriseerde hoorapparaten had een volume van ong. 45 cc en woog, met
batterijen, ong. 90 gram (RIM,55). In diezelfde tijd.hadhet versterker
deel van een Brits hoorapparaat, batterijen en oordop niet meegerekend,
een volume van 130 ce. De levensduur van de batterijen nam door transis
torisatie toe met een faktor 8, de kosten voor de vervanging van de bat
terijen daalden van $ 40,- naar $3,- per jaar. Daartegenover stond een
hogere aansehafprijs voor de eerste getransistoriseerde hoorapparaten,
n.l. $150,- a $200,-.tegenover $50,- voor een hoorapparaat met submini
atuurbuizen (RIM,56).Ret hoorapparaat was de eerste grootschalige toepassing van de lagentransistor (?). Riervoor was de lagentransistor, m.n. vanwege het lagerruisniveau, geschikter dan de puntkontakttransistor (?). Raytheon, datin de V.S. in de jaren 50 het grootste deel van de transistors voorhoorapparaten leverde, produceerde tegen maart 1953 ong. 10.000 lagentors per maand voor $9 per stuk, uitsluitend voor hoorapparaten (RIM,69).
Ook met de transistorisatie van computers was een voorzichtige start
gemaakt. Bell Laboratories ontwikkelde de eerste militaire computer met
puntkontakttransistors. In 1954 had zij een eerste ·versi~an dezeTradic
("transistor digital computer") gereed, en de uiteindelijke versie in
1956 (AEP,149). IBM bracht in 1955 een vroege commerciele computer met
transistors op de markt. Het gebruik van transistors in deze computer
leidde tot kleinere afmetingen, maakte koeling overbodig en reduceerde
het vermogengebruik met 95% (RIM,78). Transistors, die snel en betrouw
baar genoeg waren voor computertoepassingen, waren pas beschikbaar tegen
1955 (RIM,188). In de periode 1950/55 was de ontwikkeling van computers
nog vrijwel uitsluitend gebaseerd op het gebruik van buizen (EID,125,
129,132). De tweede en laatste installatie van de grootste buizencompu
ter, met 30.000 buizen, zou pas in 1963 plaatsvinden (MER, ? ).
In de genoemde periode kwam de computer, nog zonder transistors, be-,
schikbaar voor de commercie (AIE,102; EID,125).
Tabel I geeft een indruk van de diffusiesnelheid van de transistortech
nologie naar Europa (G.B., Frankrijk, West-Duitsland en Nederland) en
Japan in de periode 1950/55.
V. S. G.B. Fr. W.Dtl. N.L. Japan
puntkontakttransistor 1951 1953 1952 1953 1953 1953
lagentransistor 1951 1953 1953 1953 1955
legeringstransistor 1952 1953 1954 1954 1954 1954
Tabel 1.
Jaar van eerste commerciele produktie van enkele transistortypen
in de V.S., G.B., Frankrijk (Fr.), West-Duitsland (W.Dtl.), N.L.
en Japan (IDT,25; OTP,44,53,57,64,67,78, 47).
Uit de tabel blijkt dat de achterstand van Europa op de V.S. a 2 jaar
bedroeg en de achterstand van Japan op de V.S. 2 a 4 jaar.
Philipras de transistorproducent in N.L., maar speeldefok een rol mid
dels dochterondernemingen in het buitenland, Radiotechnique Compelec 1n
Frankrijk, Valvo in West-Duitsland, Mullard in G.B. (IDT,25).
Philips begon met de produktie van de puntkontakttransistor. Eind 1952
produceerde Philips' Nat. Lab. reeds de puntkontakttransistors OC 50
(voor versterking) en OC 51 (voor schakeldoeleinden). Zij had in die
tijd juist de eerste lagentransistor gereed (OTP,53). De problemen van
de eerste transistors bij Philips betroffen de lage frekwenties, de
kleine vermogens, het beperkt temperatuurtraject, de lage ingangsimpe
danties, de lage versterkingsfaktor, de grote spreiding in de eigen
schappen en vooral de ruis (OTP,53,55,64,65).
In april 1953 bedroeg Philips' produktie:
- 350 puntkontakttransistors per week, verdeeld over de typen OC 50 en
OC 51, met een opbrengst van 30%,
- 250 lagentransistors per week, verdeeld over de typen OC 10, OC 11 en
OC 12, met een opbrengst van 10%, speciaal voor hoorapparaten (OTP,47).
Eind 1953 besloot Philips de DC 10,11 en 12, die in hoorapparaten niet
voldede~wegens ruis, lage versterkingsfaktor en grote spreiding in de
eigenschappen, te vervangen. Hiervoor waren nieuwe typen ontwikkeld,
de legeringstransistors DC 70 en DC 71, die begin 1954 in produktie gin
gen. De produktie van puntkontakttransistors hield Philips beperkt (DTP,64).
Begin 1953 nam de standaardisatie van de transistor een aanvang. Hier
bij was het gebruik van printplaten, van essentieel belang voor de au
tomatisering van de produktie van elektronische schakelingen, een van de
uitgangspunten. Fysieke standaarden voor de transistor, zoals elektroden
afstanden en omhullingsvormen werden vastgesteld (AIE,76; EID,133).
HalverweLe 1953 werden ook standaarden voor de karakteristieken van de
werking van transistors voorgesteld (AIE,76). In 1953 waren er in totaal
60 typen transistoren met merkbaar verschillende karakteristieken (RIM,
63). Eind 1953 kostten de beste transistors nog altijd $8,-, ofweI ong.
8 keer zo duur als een buis (RIM,57).
Een grote verbetering voor het frekwentiebereik was de z.g. "jet-etchingm
techniek, die Philco in de V.S. eind 1953 ontwikkelde. Met deze techniek
was een nauwkeurige controle van de basisdikte tijdens de fabricage van
legeringstransistors mogelijk. Hiermee bracht men de dikte van het plak
je germanium veer het legeringsproces op de juiste dikte door het met
een elektroliet aan beide zijden te besproeien, en de inwerking van het
elektroliet te controleren m.b.v. een infrarooddetektor. Met de bekende
legeringsmethode kwam men dan tot de z.g. "surface barrier transistor"
(RIM,62). Deze transistor was van betere kwaliteit. Ze werkte op hogere
frekwenties en met grotere schakelsnelheden dan de legeringstransistor
(RIM,62; IDT,16). Frekwenties tot in het MHz-gebied waren hiermee be
reikbaar (EID,131), tot 100 Mhz (AIE,76) •. Dit frekwentiebereik was ver
gelijkbaar met dat van buizen. (?). Dat de buis frekwenties tot ong.
(ftfC , ;b) :2j
100 MHz bereikt~ ondanks de grote afstand tussen de kathode en de anode,
dankt zij aan de veel hogere snelheden die de elektronen in vacuUm kun-
nen halen in vergelijking met elektronen in een vaste stof, zodat de
looptijd van de elektronen in de buis toch kort is. Overigens zijn er
ook speciale vacuUmbuizen voor frekwenties tot in het GRz-gebied. Deze
buizen werken echter volgens een ander versterkingsprincipe, waarmee deFGC~ 10?
looptijd van de elektronen in de buis wordt omzeild.(f).
Philco startte de produktie van "surface barrier transistors" in 1954,
en zou daarmee aanzienlijk succes hebben in de tweede helft van de jaren
50 (IDT,25,68). WeI waren deze transistors duur en, wegens hun geringe
basisdikte, tamelijk kwetsbaar (RIM,62).
Een andere innovatie was de "interdigitated transistor" in 1954. Rierin
was het kontaktoppervlak tussen emitter en basis vergroot met een in el
kaar grijpende struktuur (?), waarmee grotere vermogens konden worden
verwerkt. In de volgende decade zou deze vinding in de meeste transis
tortypen worden toegepast (EID,134).
Intussen vonden ook experimenten met silicium plaats. Silicium biedt di
verse voordelen t.o.v. germanium. Ret belangrijkste verschil met germa
nium is de grotere bandafstand van de elektronen in silicium. Rierdoor
springen de elektronen moeilijker uit de valentieband, waardoor de be
weeglijkheid van de ladingsdragers Kleiner is. Ret grote voordeel hier
van is dat silicium transistors ongevoeliger zijn voor veranderingen in
temperatuur, zodat zij over een groter temperatuurtraject kunnen werken,
dus ook bij een hogere temperatuur en bij grotere vermogens.tEen andereEel>! 4 ..",., vooreleel ;'''e~~f3" ,"J c4 */e/;'~ le1t$t~O'O_ V" .. nt/~er/,~,'eI",.;';"3ItlNf,e"S•eigenschap van silicium, die bijdraagt in het verwerken van grotere ver-
mogens, is het grotere warmtegeleidingsvermogen. Ret hogere smeltpunt
van silicium draagt verder bij tot het werken bij hogere temperaturen,
alsook tot het verwerken van grotere vermogens. Ret grote nadeel van de
kleinere beweeglijkheid van de ladingsdragers in silicium is het hieraan
inherente kleinere frekwentiebereik, en de noodzaak van een nog kleinere
afstand tussen de elektroden (?), van de silicium transistor. Volgens
Tilton had de silicium transistor een grater frekwentiebereik (?),\.J~r-SJ...,"t~H 01' ek d ......... -ice .. ....:'t 5'·l<'c.:"' ....t"._.,;.t-S ~'~I:'''H. "t/lol!tl~'e- koltde ... ~o"'cl"''' £'-e..e;/rt J~ ... ,...t ,er...cTenslotte is silicium op aarde overvloedig aanwezig, dit i. t. t. germaI,.i"... 't....·;~ir
nium (RIM,65; IDT,16; AIE,78; AEP,144; OTP,15). F!~/(.7
Ret maken van zuivere siliciumkristallen is echter moeilijker. De oor-
zaak hiervan ligt in het hogere smeltpunt en de sterkere absorptie van
verontreinigingen (RIM,65).
30
In 1951/52 breidden Teal en Buehler bij Bell Laboratories de optrekme
thode voor het kweken van eenkristallen van germanium uit naar silicium.
De zuiverheid van de siliciumkristallen was echter nog onvoldoende voor
het maken van transistors (EID,129; RIM,65).
Tussen 1950 en 1954 ontwikkelde Pfann bij Bell Laboratories het proces
van "zone refining", aanvankelijk voor germanium, later ook voor sili
cium. Bij "zone refining" wordt een staaf halfgeleider niet 1n zijn ge
heel gesmolten, maar aIleen een smalle zone daarvan. Deze zone wordt
door de staaf verplaatst, waarbij verontreinigingen worden meegenomen
naar het staafeinde, dat eenvoudig wordt afgesneden. Door herhaling van
dit proces wordt een hogere graad van zuiverheid bereikt dan met een
andere methode van die tijd mogelijk was. Aanvankelijk werd voor het
maken van eenkristallen, volgend op het proces van "zone refining",
de optrekmethode gebruikt (RIM,64; EID,128; IDT,27).
pfann paste zijn proces verder aan voor het horizontaal kweken van een
kristallen ter vervanging van de onhandige optrekmethode. Ook breidde
hij zijn proces uit naar "zone levelling", waarmee doteringen gelijk
matig over de staaf konden worden verdeeld. De kombinatie van "zone le
velling" en horizontaal kweken van eenkristallen was zo succesvol dat
zij zich snel in de industrie verspreidde en tot op heden tot de stan
daard technieken zou gaan behoren (RIM,64; EID,128).
Ret zuiveren van silicium stelde hogere eisen dan van germanium (RIM,65).
Voor silicium ontwikkelde Keck bij Bell Laboratories, en onafhankelijk
van hem Emeis en Theurer, een verbetering van de "zone refi~ing", de
"floating zone refining". Met deze verbetering bleef het silicium ge
scheiden van de houder door een vloeistoflaag. Dit leverde silicium op
dat voldoende zuiver was voor de produktie van legeringstransistors
(RIM,65; EID,130). Maar daarmee waren nog niet aIle problemen met het
maken van silicium transistors opgelost. In de industrie heerste de op
vatting dat de siliciumtransistor jaren verwijderd was (RIM,63; AIE,79).
De verrassing was dan ook groot toen Texas Instruments Inc. in de
V.S. in mei 1954 bekend maakte dat de silicium transistor commercieel
beschikbaar was gekomen (RIM,63,70). Texas Instruments was pas in 1953
gestart met een halfgeleiderlaboratorium, o.l.v. Teal, die tevoren bij
Bell Laboratories had gewerkt. Nog datzelfde jaar had het laboratorium
puntkontakttransistors en lagentransistors geproduceerd (AIE,78).
Terwijl andere fabrikanten hadden geprobeerdL de modernste technieken
voor de produktie van germanium transistors toe te passen op silicium
transistors, wa.s Texas Instruments er toch in geslaagd silicium lagen-
transistors te produceren m.b.v. de oudere optrekmethode (RIM,63).
Dit gaf Texas Instruments een grate voorsprong t.o.v. andere industrie
en wat betreft de produktie van silicium transistors (RIM,79).
D~ilicium transistor was van groat militair belang, m.n. vanwege haar
ongevoeligheid voor veranderingen in de temperatuur (RIM,70; IDT,16).
De militaire markt had in de V.S. een groat aandeel in de omzet van de
elektronische industrie. Na de Tweede Wereldoorlog was dit aandeel ge
daald, t.g.v. vooral de consumentenmarkt, maar sinds 1952, n.a.V. de
oorlog 1n Korea, was het aandeel weer gestegen tot ongeveer de helft van
de totale waarde. In tabel 2 is het militaire aandeel opgenomen in het
regeringsaandeel,waarvan zij verreweg het grootste bestanddeel uitmaakt
(?).
ReplacementTotal sales Government Industrial Consumer components
(1M) (per cent) (percent) (per cent) (percent)
1950 ~705 ~4·0 13.0 55·5 7·51951 3~P3 36.0 13.6 42.3 8.1
195~ 5210 59·5 9·5 ~5·0 6.0
1953 5600 57· 7 10·7 25. 0 6.6
1954 5620 55·2 11.5 25.0 8,3
1955 610 7 54.6 12.2 24. 6 8.6
1956 6715 53·5 14.2 23.8 8,5
Tabel 2.
De ongecorrigeerde waarde van de omzet van de elektronische
industrie in de V.S., geclassificeerd naar de eindgebruiker.
(RIM,79).
Opvallend in tabel 1 is de sprong van het regeringsaandeel van 24% in
1950 tot bijna 60% in 1952, terwijl in dezelfde periode de totale omzet
eveneens sterk toeneemt, van ong. $ 2,7 miljard naar ong. $ 5,2 miljard.
De halfgeleideromzet in de V.S. maakte in 1952 met $ 20 miljoen nag)f.IDT, n,tf
slechts een klein deel uit van de totale elektronische omzet.' Ook van
de halfgeleiders ging waarschijnlijk ong. de helft van de omzet in de
periode 1952/54 naar de Amerikaanse defensie (RIM,91). In deze periode
kwam de halfgeleideromzet nog grotendeels voor rekening van de diodes
(RIM,87 ?). Van de opkomende transistor~ing mogelijk het grootste dee!
naar militaire toepassingen. Van de 90.000 transistors, die geproduceerd
werden in 1952, is bekend dat de militairen ze bijna allemaal opkochten
(RIM,79). Maar van 1953 en 1954 zijn geen cijfers over het militaire
aandeel bekend. (RJM,31)
De transistoromzet was inmiddels opgelopen tot I! miljoen stuks in 1954:
De halfgeleideromzet in de V.S. bedroeg toen $ 30 miljoen, wat nog al
tijd bescheiden was vergeleken met de $300 miljoen van de ontvangbuizen
omzet (IDT, 44,45;?).
De eerste aanzet tot de ontwikkeling van de konsumentenmarkt in de V.S.
was de verschijning van de eerste transistorradio. Deze werd in oktober
1954 op de markt gebracht door Texas Instruments, in samenwerking met de
IDEA Corporation (EID,134; RIM,78). De eerste transistorradio was geen
commercieel succes, maar zij betekende de introduktie van de germanium
transistor op de konsumentenmarkt en een stimulans voor de transistor
fabrikanten om massaproduktietechnieken te ontwikkelen (EID,134).
Raytheon bracht in 1955 zijn eigen model transistorradio uit voor de
prijs van $80,- (RIM,78). Kort daarna zouden autoradio's met transis
tors worden gebouwd (RIM,78).
33
DE TRANSISTOR ONTWIKKELT ZICH TOT EEN VOLWASSEN MARKT------..;;..;..---:-'-~==..::.==-.;;:~;.;....-::...~-=.::--.....:..;;:.:..:.;:.:.:...-=;.;....==.:.::..,
1955-1960
De tweede helft van de jaren 50 gaf een snelle groei van de halfgeleider
markt te zien. Fig. 4 laat dit zien voor de V.S., Japan, G.B., West
Duitsland en Frankrijk. Hierin ~s ook te zien dat in al deze landen de
groei van de omzetwaarde een knik vertoont rond 1960, waarna de groei
minder steil verloopt. Een schatting van de totale produktie van deze
vijf landen uit de figuur levert voor 1955 ong. $ 45 miljoen (waarvan
$ 40 miljoen door de V.S.) en voor 1960 ong. $ 700 miljoen (waarvan
$ 550 miljoen door de V.S.). In deze periode had de V.S. een groot,
z~J het langzaam afnemend, overwicht. Japan kwam op d~ tweede plaats,
met een produktie die in 1960 ong. 10% bedroeg van de produktie in de
V.S. Ieder van de drie Europese landen had in 1960 een produktie
die ong. 5% bedroeg van de Amerikaanse Tenslotte laat de figuur zien,
dat ~n elk van de vijf landen de export en de import niet meer dan 20%
van de produktie bedraagt. Daaruit voIgt dat produktiecijfers en con
sumptiecijfers van deze landen niet meer dan 20% van elkaar verschillen.
Om de ontwikkeling van de halfgeleidermarkt vergelijkbaar te maken met
die van de transistormarkt zijn in fig. 5 het verloop van de halfgelei
derproduktie en die van de transistorproduktie bij elkaar gebracht,
voor zowel de V.S. als voor Philips. Onder Philips wordt verstaan het
concern Philips, inclusief buitenlandse dochterondernemingen, zoals
Mullard in G.B., Valvo in West-Duitsland en Radiotechnique Compelec in
Frankrijk. uit deze figuur blijkt duidelijk het overeenkomstig verloop
van de halfgeleider- en de transistorproduktie. Ook de knik rond 1960
is hier duidelijk zichtbaar. Over het aandeel van de transistor in de
halfgeleiderproduktie geldt zowel voor de V.S. als voor Philips, dat
het transistoraandeel na 1957 meer dan de helft bedraagt, en voor Phi
lips zelfs oploopt tot ruim tweederde dee1 in 1960.
Halverwege de jaren 50 was de halfg~eideromzet nog onbeduidend vergele
ken met ontvangbuizen en andere elektronische komponenten. In de perio
de 1954 tm 1956 was de totale omzet in de V.S.: van elektronische kom
ponenten $6500 miljoen, van ontvangbuizen ruim $1000 miljoen en van
halfgeleiders ong. $150 miljoen, waarvan $55 miljoen voor transistors
(RIM,69; IDT,44,45). Vergeleken in aantallen werden in deze per~ode in,& (1; "9" R.I"'~ '~II)
de V.S. 1300 miljoen ontvangbuizen verkocht en~ miljoen transistors
(RIM,69). De produktiecijfers van Philips waren in deze periode:
330 miljoen ontvangbuizen en 25 miljoen halfgeleiderkomponenten, waarvan
#~~
u/l6~-~';H4ftfJfdrkJh ~
--.:;1'2.
1968196419601956
Japan
/Production +import~
.-.Jr
r/ Export~_"'"
/ " .'~",," .-'_..
I F .'r / ..'; .
,-ImportsI ., -. :; .- ......'
I..:-'''• I
jJ
I I I Ii, I I I I I I I I I r
1968 1952196419601956
United States
Production +import~
.--.;'I
I/ Export~""
II "I , ....,./ ~' .
"l-
".
~. !Imports~ .
r .."
.II
I,
",1----
Ildll"I,,11I10.2
0.1
1952
10
6
4
20
1.0
0.6
0.4
200
2
600
400
100
60
40
2.000
1,000
Mfilions of dollars
4,000
4.000
2,000
1,000
600
400
200
100
60
40
20
10
6
4
2
1.0
0.6
0.4
0.2
0.1
Germany
~
yProduction + imPOry--l' .'..:;~...
I Imports••;_.....~.
I •••••!?
I ..--.....-")' ~'Exports,,-
I II .I
."1
\ ,f;.'{./. /
...I I I I I I I I I I II I I I
Great Britain
I
production + impor!~--/1
Y .........'/
.Imports••••
I . ,I .. ,.--
I ....~,j ,'Exports
/I
111111111111
s
France
~
Production +impo~~
",-y ......r
Impo~...' i
/ ._ ,.-.,1.... I'. I~ . ,
/ : ~~~
I //Expom'. .....;.' i..
~ :,J
i/ I I I r I I I \ I I I
1952 1956 1960 1964 1968 1956 1960 1964 1968 11956 1960 1964 1968
Fig. 4.
Halfgeleiderproduktie,·consumptie;export en~import voor de V.S., Japan,
West-Duitsland, Groot-Brittannie, Frankrijk (IDT,44,45. ~IMJ/4').
miljoenen
dollars
1000
400
200
100
40
20
10
-IH 0'1'1, .... !Ct .r
/. .''",'~..........,/ transi.stors.<I
lltllldlldill
1956 )960 1964
miljoenen
guldens
400
200
100
40
2010
4
2
halfgeleiders
~...-, .I.:
// tran&istors} .
/./
f
JIII'III'IJ,I,II
'~ "
1956 1960 1964
Fig. 5.
Produktie van halfgeleiders ( --- ) en transistors ( --- ) in de V.S.
(links) en van Philips (rechts)(RIM,87; OTP,99).
Opm: van Philips is ~n feite niet de produktie weergegeven, maar de
omzet, behaald over leveringen aan derden, hetgeen slechts de helft
tot het tweederde deel is van de totale produktie (vgl. OTP,98,99).
5 miljoen transistors (OTP,98).
Aan het eind van de jaren 50 evenaarde de produktie van halfgeleiders die
van ontvangbuizen ~n waarde: in de V.S. ~n 1959, in Frankrijk en Japan
in 1960 (Fig. 6). In fig. 6 zijn aIleen de ontvangbuizen bij de verge
lijking met halfgeleiders betrokken. Als ook speciale buizen, zoals
kathodestraalbuizen, zendbuizen voor grote vermogens, microgolfbuizen
e.d., waarvoor geen halfgeleiderequivalent bestaat (bestond), in de
vergelijking met halfgeleiders zouden worden betrokken, dan zouden de
percentages van fig. 6 ruw geschat tot de helft terugvallen (IDT,32,34).1'.... 2o~ J.e.t J,(;I/f'j~/-e.;J4. .. a.tII""e-d i", 1568 5"e.. 80%, Ito .... slt~, ~o% I.ed,Afje.. /Ook bij Philips heeft de verdringing van ontvangbuizen door halfgelei-
ders (in aantallen vergeleken) een dergelijk verloop (OTP,98). Van
Philips kwam over 1961 het produktieaantal halfgeleiders met 180 mil
joen stuks, waarvan de helft transistors, op gelijke hoogte met dat
van ontvangbuizen (OTP,98).
De ontvangbuizenmarkt nam,ondanks de konkurrentie van de snel groeiende
halfgeleidermarkt, aanvankelijk nog toe. In de V.S. bereikte de ont
vangbuizenmarkt in aantallen haar piek in 1955 en in waarde in 1957.
Daarna nam tot de tweede helft van de jaren 60 de ontvangbuizenmarkt
Percent
100 r---------------------------,
75
50
25
.,;,'.till' ._---- ....-- ..,
~ .',," .r-~"" ··France
I .I .....
·1·········..··1 Japan ..,:,.'
7..•...•
..'.........
19681966196419621960195819561954
oL...........L._.J-~_....J...._.l...-......L._-'-_Ilo.__J.._......~_....J...._.l..._......L._.......__'
1952
Fig. 6.
Halfgeleiderproduktie als percentage van de totale produktie
van halfgeleiders en ontvangbuizen in waarde (IDT,32,33).
Opm: de gegevens van G.B. en West-Duits'land zijn niet bekend,
maar waarschijnlijk liggen de percentages van deze landen nog
onder die van Frankrijk (IDT,32,33).
,'r. ... .,1:qJle'"
1.. I"~ Z~ .. ~Ysh.cl.ts. 1'1% ~,,~,. tie f:ek V".. ,,;5' 1~ ('DT~ I~niet erg af (RIM,69)) De buizenproduktie van Philips verdubbelde in de
periode 1954/59, waarschijnlijk i.v.m. televisie, en nam na de piek in
1959/60 heel geleidelijk af (OTP,98).
In fig. 7 is het verloop van aantallen geproduceerde transistors in
beeld gebracht. Hierin is de afvlakking in de groei rond 1960 minder
scherp vergeleken met het verloop van de omzet waarden. In de peri-
ode 1957/60 is de groei in Europa, en nog meer 1n Japan, sterker dan in
de V.S. In 1960 komt de totale wereldproduktie van transistors op 368
miljoen, waarvan de V.S. 35% voor zijn rekening neemt, Japan 37% en
Europa 28%, waarvan ruim 60% van Philips (OTP,105).
Deze snelle groei van de transistorproduktie in de periode 1955/60,
waarbij het aantal geproduceerde transistors in de wereld jaarlijks
ongeveer verdubbelde, ging gepaard met een reeks innovaties, die een
verbetering waren voor de betrouwbaarheid en eigenschappen zoals frek-
miljoenen
transistors
miljoenen
transistors
40
2010
1000
400
200
100
4
2
url>r",1c'1 / /
/// / v.s.."F
I,/
"- ,I
•;1 l,d'II'II,1111~."--"-
195619601964
1000
400
200
100
40
20
10
4
2
1
./'
./
~JaDan':/ Europa
"I JlI
"//1' ,
I:'II
f
II I II I , I I I I I I I I •
',-'-'.' _.- :';""~-'''''''. --_.'..,"",..--...,,",, •. ~_o.>.,...."""",,-,. - ....,
1956 1960 1964
Fig. 7.
Jaarproduktie van transistors in de wereld en de V.S. (links) en in
Japan, Europa en Philips (rechts) (RIM,81,87; IDT,156,157; OTP, 98,105).
Opm: in de grafiek van de V.S. ~s het produktie-aantal voor 1956 gesteld
op 18 miljoen, hetgeen niet in literatuur bevestigd is gevonden; deze
onzekerheid is in de figuur aangegeven door de grafiek rond 1956 met
een onderbroken lijn te tekenen.
wentiebereik. Het aantal voor transistors aantrekkelijke toepassingen
nam met deze verbeteringen toe. Hieronder is weergegeven hoe men eind
1955 bij Philips dacht over de mogelijkheden van de transistor (OTP.7S).
2lJ:1 nc; niet
Groen: ~i~t of practisel: Li.e: rea~ise2~taar ill~t buiz~~ o~ Endere 2iddelen
~. ~licrc£oc~s~ telE£co~s: pick-ups ~~~ ~~gebouwciE verster~er
'" -2:2E::.c;eu, 20215
5. Xe~luist~r &pparaten voor 22 telefoon
6. I~stallaties voar \7erta21sys~Esen
1: ~ j .....'00 r·;:; ee 1. d h~)o~brillen.
7. Bepe-alcie ~yp.~n orr.vcrmers \~oor zeer lage spa.ilniegen en TIlet kleine afme
tingerl) bijvoor~ee12 stralingsdEtectos en draagb~re meetapparatuur.
~l deze tOcp2ssi~~en vinden p122ts op grand van de duidelijke voordelen van
de transistor.
t=2nsistors zijn 20 ~uid~lij~, ~2t Z~~£S bij ee~ ~elang~ijk hcgere kost-
?rijs V~~ bet 2ppa~Eat, de transistors toch toegepast worden.
L. ~~~2gbare radio'_ (z~k£crDaat)
5. Verst~~~ers rnet batterijvoeding
6. Z2k t~pe recorders
7. Co~?uters e~ rekerwacbines vcor ee~ rase netaansluiting
Groep III ~ealiseer~aar met buize~. Ret gebruik van de transistor ~s aan-
trekkelijke) ffi~2r een ve=~oging van de kostprijs van het apparaat kan
s:ech:s i~ beperkte m2tE gEa2cep~~erd ~orden.
2. Static!:&i~e batterij apparaten
j. :~envC'ucigc: ontvangers.. "
u. riUCOYa~lO on~va~ger3
6. APP2~2ts~ veer afst~ndsoedienin6' ~2ting en contrale
/. C~~ers~ soorten €:ec~risch speElgced
9. Tele~concen~~~lEs en ~Terst€rker8
1 r• \J •
Groen IV B~izen verdiene~ Calthans voorlopig) de vcorkeur
lan.gelevensduur vereist is.
In 1955 werd bij Western Electric en bij General Electric een geheel
nieuwe doteringstechniek ontwikkeld: diffusie met gebruik van maskers
(IDT t I7; RIM t 63). Ret diffusieproces vormde de basis voor ingrijpende
verbeteringen in produktiemethoden en kwaliteitsbeheersing (IDT t I7)t
die in het gehele gebied van de halfgeleiderelektronica zou doorwerken
(AEPtI46). Ret doteren van halfgeleiders door diffusie van gasvormige
verontreinigingen maakte de penetratiediepte nauwkeuri~eheersbaardoor
regeling van temperatuur en/of tijdsduur van het diffus1eproces. Een
vooraf op de halfgeleider aangebracht masker beperkte de diffusie tot
de gewenste oppervlakken. Deze maskers konden van patronen worden voor
zien m.b.v. geavanceerde fotografische technieken (RIM t 63). In het bij-
39zonder het gebruik van siliciumdioxide als masker bij silicium als
halfgeleidermateriaal zou te zijner tijd een gelukkige keus zijn (RLM,
63). Het diffusieproces maakte de regeling van de basisdikte meer dan
lOx nauwkeuriger dan bij andere bestaande processen (RIM,83). Dit leid
de tot een groter frekwentiebereik van de transistors. Het diffusiepro
ces gaf geen gelijkmatige verde ling van de verontreinigingsconcentratie
in de basis, maar een afnemende concentratie van emitter naar collector.
Dit verloop ging gepaard met een elektrisch veld, dat de ladingsdragers
uit de emitter versnelde in de richting van de collector. Dit verkortte
mede de looptijd en beivloedde het frekwentiebereik en de schakelsnel
heid van de transistors positief. Vanwege dit versnellend effekt, drift
genoemd, noemde men deze transistors ook weI drifttransistors (?).
De eersteapiffusietransistors wa.ren gebaseerd op het mesaproces. Deze
kregen dan ook de naam mesatransistors: hun vorm kwam overeen met een
mesaberg in het klein (RIM,83). De mesatransistor kwam tot stand door
diffusie van een buitenlaag van p-type materiaal in een wafel van n-type
germanium of silicium. Dan volgde de toevoeging van een dunnere laag van
n-type materiaal aan de p-Iaag. Vervolgens werden drie zijden van de wa
fel weggesneden. De resterende pn-overgangen waren te groot voor een
goede transistorwerking. Zij werden gereduceerd door op het middenstuk
een oxidemasker aan te brengen en de buitenste, onbedekte delen weg te
etsen. Van de overgebleven "mesa" werd het oxide verwijderd. Tenslotte. Ie(7,e 00 )
werden de elektroden met de ltand aan de mesa aang~bracht (RIM,83,84). J.l'zltl--~ ~~~,t "'., -e."tsc.l.. 6. Cl ",0%, ~_"6"'~r '" Cil ••% 'M J,0(6';"-~-Go.
De d1ffus1etransistor was robuuster, dissipeerde warmte beter en werk-
te uiteindelijk (?) bij frekwenties tot in het GHz-gebied (AIE,80; RIM,
63,84). Niet onmiddellijk evident, maar uiteindelijk het belangrijkste
gevolg (RIM,63) van het diffusieproces was de mogelijkheid van het be
handelen van transistors tegelijkertijd in partijen ("batch processing")
(AIE,80), en daarmee verlaging van de produktiekosten (IDT,16; RIM,84).1)~t l.tt~.( 1fer,e"",k4e4Ic.t ~o" kt ".If',tJe:dvl'h.:(,e';Q&I .. te.J\t, c:l~" ''''' ~iiJt. -t~ I,-e.h""C14Uu, (')De diffusietrans1stors werden uiteindelijk (?) bij honderden tegelijk .
geproduceerd op een ronde silicium wafel van 3 tot 10 cm diameter. Aan
het eind van het fabricageproces werden de transistors gescheiden door
de wafel in stukjes te breken (AEP~151).------_.-- .._---
De mesc1i:a~sistor--was een grote vooruitgang vergeleken met alle voorgaan-
de transistortypen. Beperkingen, waarvoor later de planaire en de epi~
taxiale technieken oplossingen zouden bieden, had zij op de volgende
punten. De elektroden moesten nog altijd met de hand worden aangebracht.
De mogelijkheden van het diffusieproces om de basisdikte tot kleine
40waarden nauwkeurig te regelen werden beperkt door de breekbaarheid van
~ergelijke dunne basislagen. Na verwijdering van het ~idemasker bleef
het transistoroppervlak gevoelig voor verontreinigingen, waartegen geen
_________ omhulli~~ __a_f~~ende bescherming leek te bieden (RIM,84; AIE,80).
Ret diffusieproces leidde ook tot nieuwe ontwikkelingen op het gebied
van diodes en gelijkrichters (hoge doorlaat- en sperspanningen, hoog
vermogen, regelbaarheid via extra toegevoegde n- of p-lagen), zoals
de thyristor, een pnpn-schakelelement (AEP,145,146).
Ret diffusieproces leek toen al van dusdanig belang, dat Bell Labora
tories voor de verspreiding van de kennis hiervan in 1956 een tweede
symposium organiseerde (RIM,63).
In datzelfde jaar waren bij Western Electric al germanium diffusietran-
sistors in commerciele produktie (RIM,63), evenals bij Texas Instru
ments (IDT,16). In 1957 hadden zowel Western Electric als General Elec
tric de diffusietransistor in massaproduktie (?).
De techniek van Western Electric was een kombinatie van diffusie en
legering. Beide processen vonden in afzonderlijke stappen plaats. Met
deze techniek konden vrijwel aIle problemen m.b.t. de basisdikte wor
den opgelost; aIleen de indringdiepte van het legeerfront vormde nog
een probleem.Later zou dit verholpen worden door het hele legerings
principe overboord te zetten en over te gaan op de planaire techniek
(OTP,79). De diffusie-legeringstechniek van Western Electric,everde de
"diffused base transistor" (OTP, 79). (~t'e ook 41'& "tUEr volgden spoedig diverse verfijningen aan de diffusietransistor,
waarvan enkele als belangrijke innovaties op zich Z1Jn te verdedigen
(RIM,63). De bekendste hiervan is de "pushed out base transistor" ('Dr) "),kortweg POB-transistor genoemd, de belangrijkste bijdrage van Philips
in de transistorontwikkeling. Zij was eveneens het produkt van een dif
fusie-legeringstechniek. Ret belangrijkste verschil met de techniek van
Western Electric was, dat Philips de diffusie en de legering in een12i" "I<. bl~ co)
stap kombineerde (OTP,79)"~Deze techniek leende zich uitstekend voor
massaproduktie van transistors voor frekwenties tot 200 MHz (OTP,80).
De produktie zou echter nogfot 1959 op zich laten wachten. De POB-tech
niek zou toen a1 weer verouderd zijn, maar zou toch nog miljoenen tran
sistors opleveren (OTP,81).
Figuur 7a geeft een overzicht van de fabricageprocessen van de drie
genoemde typen diffusietransistors (eigenlijk diffusie-legeringstran
sistors). De fabricagestappen van de "diffused base transistor" staan
Ii
II
Au..IIAu
ill
Al
7SNp
B E
~~Jl.
~/
Pb+SbPb+Sb +Al
~®I P I ~
E
".,'.:If'.",,: __-;,J::~_ .'
c Au
P P
II
-~
Au Al Au N... IT? PP<, !
P !
ill
P N
\-'7&/1B E
~Fig. 7a.
Fabricagestappen van enkele typen diffusietransistors:
de "diffused base transistor" (boven), de POB-transistor
(midden) en de mesatransistor (onder) (FEC, 166).
1n figuur 7a bovenaan. Diffusie van gasvormig arsenicum geeft een n
laag aan het oppervlak van het p-kristal. Aan een zijde wordt deze n
laag weer verwijderd, zodat daar later de collectorelektrode bevestigd
kan worden. Op de n-laag wordt een stukje aluminium aangebracht. Bij
verhitting van het aluminium ontstaat een legeerverbinding, waarbij
een deel van de n-laag zich mengt met aluminium en van het p-type wordt.
De elektroden voor de collector en de basis worden via een goudfilm
aangebracht, de elektrode voor de emitter rechtstreeks op het aluminium.
Aldus wordt een pnp-transistor verkregen (FEC,166).
De POB-transistor is eenvoudiger te fabriceren (fig. 7a, midden). Twee
loodkorrels, gedoteerd met antimonium, worden op een eenkristal van p
germanium. De rechter korrel wordt enig aluminium toegediend. Bij ver
hitting van de korrels diffundeert het antimonium in het p-kristal en
vormt aan het oppervlak een n-laag, terwijl het deel van deze laag di
rekt onder de rechter korrel door menging met aluminium van het p-type
wordt. Tenslotte worden de elektroden voor de emitter en de basis
rechtstreeks met de loodkorrels verbonden, de elektrode voor de collec
tor via een goudfilm. Aldus ontstaat eveneens een pnp-transistor (FEC,
166,167).
De fabricagestappen van de meest succesvolle van de diffusietransistors,
de mesatransistor, staan in figuur 7a onderaan. In principe zijn deze
analoog aan die van de "diffused base transistor". Ret enige verschil
is dat ze (uiteindelijk ?) met meerdere tegelijk op een wafel werden
geproduceerd. Ret goud en het aluminium worden opgedampt door openingen
in een masker. Dit maakt een betere dosering van het aluminium mogelijk,
zodat een dunnere emitter kan worden verkregen. Verder kunnen met het
masker de oppervlakte en de vorm van het emitter- en het basiskontakt
zo gunstig mogelijk worden gekozen. De cirkelvormige basis heeft een
lage weerstand. V66r het aanbrengen van de elektroden worden de tran
sistors van elkaar gescheiden. Op deze wijze kunnen transistors met een
frekwentiebereik tot in het GRz-gebied worden verkregen (FEC,167).
In 1957 waren er niet minder dan 600 typen transistors met merkbaar
verschillende karakteristieken; dat is lOx zo veel als in 19~3 (R!M,63).
Figuur 8 laat de snelle toename van het aantal beschikbare transistor
typen in de V.S. zien. Vanaf 1957 bedraagt de jaarlijkse toename onge
veer 700, 500 voor laag vermogen en 200 voor hoog vermogen.
3000
~Q.::-- 2500....; 2000
~
'":: 1500
":0~" ..,.-<
'957 1959Year
Fig. 8.
Ret verloop van het aantal beschikbare transistortypen
in de V.S. in de periode 1956/62 (RIM,89).
Vergeleken met andere produkten was de typische produktlevensduur van
een transistor verbazend kort. Meer dan de helft van de typen, die in
de periode 1956/58 op de markt werden geintroduceerd, bleven minder
dan twee jaar (IDT,83)(Fig. 9).
100 """7"---.---_:------,,o;:,"""--"'T'"--...~-___,
90
" 80:0"~ 70;.
" 60
10
OL-__.L-__---L=--_---I ...l.:-__---<::--_~
1956 1957 1958 1959 1960 1961 1962
Year
Fig. 9.
Ret verloop van het percentage beschikbare transistortypen
na de introduktie op de markt in de V.S. (RIM,89).
Figuur 10 geeft een beeld van de ontwikkelingen wat betreft het fre
kwentiebereik, de betrouwbaarheid en de kosten. Ieder van deze groot
heden verbetert met een faktor 10 in de 4 jaren van 1955 tm 1959.~~~-~~~~ - -~-~ ~-~~-~~- ---~-- ~~-----------_.~ ~~~~_._- -~--- - - -----~----~ --
Figuur II toont de grenzen van het frekwentiebereik en het vermogenge-
bruik voor de lagentransistor, de legeringstransistor en de diffusie
transistor, zoals dit reeds in 1959 werd gezien. Rierin toont de diffu
sietransistor zich superieur. Fig. II laat ook zien, dat frekwentie
bereik en vermogengebruik elkaar tegenwerkende eigenschappen zijn. Voor
het werken op hoge frekwenties zijn kleine afmetingen gewenst, voor het
ve~erken van grote vermogens juist grote afmetingen.
~ ~k:::::'h"")"'-"'"K~ / ~ailures (number per billion element hours)
V~ """"~~ .........
~............ ........~
~dOliarS)
......
I'--.I-...
I I I I I I I
100,000
10,000
1,000
'00
10
1.0
0.'1951 19~D 1955 1957 19:"9 1961 1963 ,%,
Fig, 10,
Het verloop van het frekwentiebereik, de betrouwbaarheid
en de kosten van transistors in de V.S. (IDT,13).
10000.' 1.0 10 100POWER DISSIPATION. WATTS
1"-~
......... OOFFusm
.........
~~
\......
"'-I
\'~\r~ ""1
o.
1.0
'0
100
0.00.01
'000
or".,.-uzw=>aw<r"""a....=>u~
'0.000
Fig. I 1.
De grenzen van het frekwentiebereik en het vermogengebruik
van de lagentransistor, de legeringstransistor en de diffusie
transistor, zoals dat werd gezien in 1959 (MER?,145).
Ret volgende is overgenomen uit het verslag van Verbong (OTP,78,79).
Ret geeft een indruk van de stand van de transistorfabricage in 1957
bij Philips in Nederland.~Gilips heeft in d~ ~00P van de Jaren '50 een asntal series transistor-
ty~e~ ont~ikkeld. Ee~ ove~zicht van de belangrijkste typen tot 1957 voIgt
hieronder. AIleen la-gen~r2nsistors komen ter sprake.
8.4.1. ~e ont~ikkelde ~ypen
De aanloop?e:-iode 'Jij de t:.:ansistorfabricage ~n ?\ij!nege:l is gekemnerkt
doc~ tvee belangrijke beslissingen:
Het creferer~n van celegeerDethode van RCA Doven de optre~~ethode van
Bell, zoals die op het sy~posiuro in 1952 bakend geffiaakt is.
2 n8~ ;;ebruik aen dichtgesDolten glaz~n omhulling gevuld met siliconvet.
Dit.laatste heart als gract voordeel, dat de 20 ge~aakte transistors, de
or: 70 en de OC 71, beter bestand zijn tegen invloeden van buitenaf als de
PJ_'od0~ten van de ccncurre:1cie. Deze typen heoben altije goed gelopen, orudat
ze vrij eenvo~dig zijn. ~r hecben zicn ffiaar \\einig problemen bij de produk
tie ,-,oorgedaan.
He: volgende type, de OC 72, lS een verbetering van de vorige. Door toevoe
ging van een Kleine hoeveelheic galli~ru san de indiu~bolletjes krijg je een
aie - ...l~agOj=-'llg ~s. Dit ko~t owdat de oplosbaarheid van gallium in
v~st ger~~niu~ vEel grote= is dan die van iildiu~, hetgeen tot gevolg heeft)
cl3.1: de er::itter z\-.-5.8.rcer Ye~'ontreinigd ~..-ordt, d.'~7.Z. cat c.e l:ransistor grote-
~e stru~en kan verwerken. Dit type lS bruikbuar voor vernogensversterking.---------------------------------------------,.---""_.
De OC 72 is a1 i~~2~i~±elder dan de DC 70 en 71. Ka een goede start Ln de
proe£f£~ricaze en in de fabriek zijn grate problemen cpgetreden bij de produk
tie. In E:ngeland, h'aar in 1957 t.,et de produktie van de OC: 72 begonnen wordt,
Q,:.>o?:', zic;, scc:rt;elijke problemen vaOL "Dit dee;: he;: ergste vrezen bij het
ties cp: de CC 4~/!.J.5. DezE: ~y?eE :-lebben 211e.:T:d.c.l f:SL glc.zen omhulling.
S~eci2le tC2?2Ssiilge~, zOEls i~ kleine ~oor2~~~rsten, vereisen een klei-
JC 05 ~n 66. D£ OC's GO, 61 e~ 62 ZijL hie~ ~e2~ ~erhsterde v~rsies van.
Eij gro:e=e ~er~ogens is de glazeD o~hulling nie~ meer bruikbaar in Ver
~2r.d ~et de gro[c ~c~Ite2=\ccr. Hier\aor biecit ever.cens het gebruik van me
taal, dat de ~a:-J:te gaed geleidt, een aplossing. Deze vermogenstrans:stor
is de OC 16.
Specia2.l "l;oor 13:-: is eeL transistor met zeer korte schakeltijden ontwikkeld,
~aarrnee vrij hoge =rekwenties kunnen \\orden bereikt. Dit type, de OC 40, is
verkregen uit de OC 44/45 produktie.
De V.S. hadden nog duidelijk de leiding in de transistorontwikkeling,
en zouden deze ook behouden. De meeste innovaties waren afkomstig van
de V.S., m.n. van de Bell Laboratories (IDT,50), die met haar bereid
heid haar kennis over te dragen de industrieen stimuleerde (IDT,74,75).
Tabel 3 geeft een indruk van de diffusiesnelheid van de transistor
technologie naar Europa en Japan in de periode 1955/60.
V.S. G.B. Fr. W.Dtl. NALK Japan
"surface barrier transistor" 1954 1958 1962
silicium transistor 1954 1958 1960 1955 ? 1959
diffusietransistor 1956 1959 1959 1959 1959 1958
Tabel 3.
Jaar van eerste commerciele produktie van enkele transistortypen in de
V.S., G.B., Frankrijk, West-Duitsland, N~< en Japan (IDT,25,26; OTP,
81,91).
Tabel 3 laat zien dat er ~n deze periode een imitatie-achterstand was
van Europa en Japan, die enige jaren bedroeg. Mogelijke oorzaak hiervan
was mede de geringe bereidheid van Philco en Texas Instruments om hun
kennis over te dragen aan andere producenten (?). Een andere rede is
mogelijk het verschil in geaardheid van de Amerikaanse en niet-Ameri
kaanse markt (7). De nieuwere transistortypen, m.n. de siliciumtransis
tors, waren op de eerste plaats van belang voor professionele toepas-:
singen. De V.S. waren, o.m. t.g.v. het grote militaire aandeel, sterk
op de professionele markt gericht. De eerste afzetmarkten voor transis
tors waren, naast de militaire markt, de hoorapparaten en de computers
(?). Na 1955 nam het aantal professionele toepassingen,w.o. computers,
enorm toe (fig. 12). Volgens fig. 12 was in 1960 de professionele markt
$ 420,- miljoen waard (Opm: in de periode 1955/65 was $1,- = 13,70),
hetgeen verreweg het grootste deel is van de $550,- miljoen van de to
tale halfgeleidermarkt in de V.S. (fig. 4). Ret militaire aandeel in de
halfgeleidermarkt nam in de periode 1955/60 toe van 36% tot 48% van de
omzetwaarde (IDT,90; RIM,92).
In Europa was de militaire markt veel minder belangrijk en in Japan was
deze geheel afwezig (?). Europa, en nog meer Japan, konden met de V.S.
concurreren dank zij de lagere loonkosten.De V.S. behielden hun gunsti-
2000
tOOO
VERGELlJl<ING PROFESS IONElEin miljo~ntn 9uld~n5
_USA
____ EU ROPA
HAlFG ElEI DE RMARKT(~xcl. pow~r)
&00
600
/,00
200 - -------- --- -------------- - --------.-55 S6 57 5 S9 60 61 62
Fig. 12.
Vergelijking van de markt voor pcofessionele halfgeleiders
in de V.S. en in Europa (vermogenhalfgeleiders uitgezonderd
(OTP,102).
ge handelsbalans dank zij een snelle opeenvolging van innovaties (IDT,
42).Een Amerikaanse innovatie gaf de Amerikaanse industrie een voor
sprong in het overwinnen van de hoge aanvangskosten. Vooral in deze
eerste fase na een innovatie was de militaire vraag voor de Amerikaan
se industrie een grote steun. Zodra ook Europa en Japan hun aanvangs
kosten hadden overwonnen kwam de V.S. in een nadelige concurrentiepo
sitie, omdat deze dan vooral door de loonkosten werd bepaald. Door
een nieuwe innovatie kon de V.S. het voortduren van deze nadelige con-o~-b·e.
currenti~voorkomen.
Europa, en vooral Japan, concentreerden zich op de consumentenmarkt, en
daarmee op de goedkopere germaniumtechnologie (MER,84). In 1959 was de
gemiddelde prijs van een silicium transistor in de V.S. bijna $J,5.
(RIM,88), en kon in G.B. zelfs het dubbele bedragen (RIM,148). Voor
germaniumtransistors golden toen de bedragen van bijna $2,- in de V.S.
en ruim $1,- bij Philips (RIM,88; OTP,99).
In vergelijking met de V.S. ontwikkelde de Europese markt van profes
sionele halfgeleiders zich tot 1960 veel minder snel (fig. 12). In 1960
bedroeg het professionele aandeel $30,- miljoenlb~~~:Jn~~otaleEuropese...iljoe..,
halfgeleidermarkt van naar schatting $80,-1 (fig. 4).
iilips had met $44,- miljoen in 1960 meer dan de helft van de Europese
halfgeleidermarkt in handen (OTP,106; fig. 13). 'P.J1~(,~,s o'~~E,.d~o{)4. 0". de......"'..kt .k d't II.,. ":0.. It",,,,. <lotJ..t~QI1,~ ....e""'·"11j ,f.....f€"\i:)< > Q't. oor-II',o...lof(jk-.. bv:ze... 'f!o·,.......cllQ. :f,t:.ds '5;)" ook. ~~/f''f(f!,.'tferl frvoh.c«erde (Il>T, ;J..) .
200VERlOOP CONCERNOMZETTEN HALF6ELEIOERS
in miljol'nl'n 9uldl'ns·
_totool
"',.------ ...---
....- ....- _..-_.~ ....
100
8G
60
(,0
20
55/56 56/57 5715!l
,,,
5&159
,I,
..........
59/60
.' . ..--'-
60/61 61/62 62163
Fig. 13.
Ret verloop van Philips' omzet in de halfgeleiders (OTP,101).
Figuur 13 laat ook het overwicht van de consumentenmarkt zien. Pas vanaf
1959 kreeg Philips meer greep op de professionele markt.(tabel 4). In 1
1960 had Philips hiervan ruim ! deel in handen, volgens tabel 4.
Periode ConcernCllll&et Europe.e turkt AaDd..l
1955/56 1.4 35.0 4%
1956157 2.3 47.0 5%
1957/58 5.1 60.0 8.5%
1958/59 9.0 75.0 12%
1959/60 23.0 95.0 24%1960/61 35.0 120.0 29%1961/62 50.0 150.0 33%1962/63 69.0 190.0 36%
Tabel 4.
De totale Europese markt van professionele halfgeleiders
en het aandeel van Philips daarin (in miljoenen guldens)
(OTP,IOl). (Opm: vermoge~halfgeleiders niet meegerekend)
In tabel 4 zijn de vermogenshalfgeleiders buiten beschouwing gelaten.
Het aandeel van Philips is hierin waarschijnlijk nog kleiner (OTP,101).
Philips had als eerste afzetmarkten, evenals de V.S., hoorapparaten en
computers (OTP,110). Na 1956 kwamen daar m.n. konsumentengoederen bij,
zoals radio's en, weer veel (7; RIM,77) later, t.v.'s. De toepassing in
t.v. kwam pas veel later omdat de hoge frekwenties, waarbij het meren
deel van de t.v.-schakelingen werkt, aanvankelijk voor transistors pro
blematisch waren. Bovendien was de lage spanning, waarop transistors
werkten, eerder een nadeel dan een voordeel in t.v. IS, waarin toch hoge
spanningen nodig zijn voor de beeldbuis (?; OTP,37).
Japan concentreerde zich eveneens op de consumentenmarkt, m.n. op radio's,
die in de eerste jaren het grootste deel van de Japanse transistors voor
hun rekening namen (IDT,156,157).
In de tweede helft van de jaren 50 kwam de transistorisatie van de com
puter op gang (EID,132; AIE,103,104). Volgens Braun en Macdonald raakten
de buizen voor computertoepassingen tegen 1958 in onbruik (RIM,188).
Zo was de IBM 709, waarvan de eerste installatie in 1958 plaats vond,
nog een buizencomputer. In 1959 werd hiervan de eerste getransistori
seerde versie, de IBM 7090, geleverd (EID,132).
In 1960 werd begonnen met de installatie van diverse nieuwe typen com
puters met transistors, w.o. de grote CD 1604 met 100.000 diodes en
25.000 transistors (EID,146,147,148; AIE,81).
Een geheel nieuw toepassingsgebied was de ruimtevaart. In 1957 lanceer
de de Sovjet Unie de Sputnik I, de eerste kunstmatige satelliet. Deze
gebeurtenis kwam als een schok voor de Amerikanen. Als reaktie hierop
intensiveerden de V.S. hun ruimtevaartprogramma. Dit resulteerde in de
lancering van de eerste Amerikaanse satelliet in 1958, later gevolgd
door vele andere satellieten voor diverse doeleinden, zoals ruimte-on
derzoek, telecommunicatie, weersvoorspelling (EID,33,139,148) en mili-
~aire toepassingen (7). ~
De ruimtevaart gaf, naast de luchtvaart en de rakettoepassingen, een
sterke impuls tot miniaturisatie. In deze wereld werd het belang van
miniaturisatie veel sterker gevoeld dan in b.v. de computerwereld (MER,
31). De Amerikaanse Defensie gaf steun aan drie verschillende benaderin
gen van miniaturisatie. De eerste was de micromodule, gebaseerd op het
oude Tinkertoy-concept van een drie-dimensionaal circuit op boven el
kaar gemonteerde wafels. Iedere wafel bestond uit een keramische onder
laag, waarop de passieve komponenten m.b.v. "silk screening"-technieken
waren aangebracht. De aktieve komponenten bevonden zich op het bovenste
wafel (RIM,107). Dit micromoduleprojekt startte in 1958. Eveneens in
1958 startte de steun van de Amerikaanse Defensie aan de ontwikkeling
van microcircuits (RIM,109). Microcircuits bestonden uit dunne films
("thin film") op een keramische onderlaag. De dunne films vormden de
passieve komponenten, waarin de aktieve komponenten achteraf werden ver
werkt. Tesamen vormden zij een volledig twee-dimensionaal circuit (RIM,
107). Microcircuits leken destijds meer mogelijkheden te hebben dan
micromodules (RIM,110). Tenslotte werd vanaf 1959 militaire steun gege
ven aan de realisering van moleculaire elektronica, waarvan het revolu
tionaire idee was een circuit te bouwen in de vaste stof zonder de indi
viduele komponenten te reproduceren (RIM,109).
Het is waarschijnlijk geen toeval dat deze steun aan de drie benaderin
gen van miniaturisatie van start ging kort na de lancering van Sputnik I
(RIM, 109).
In de transistorontwikkelingen aan het eind van de jaren 50 speelde
Fairchild een hoofdrol. Fairchild was een nieuwe halfgeleiderproducent
in de Santa Clara Vallei, tegenwoordig bekend onder de naam "Silicon
Valley", ~n Californie in de V. S. De geboor~ van de halfgeleiderindu
strie in de Santa Clara Vallei was in 1954, toen Shockley de Bell Labo
ratories verliet en een eigen bedrijf in de val lei opzette. Dank zij
zijn goede naam wist Shockley een staf van jonge goede krachten van be
drijven uit het oosten van de V.S. om zich heen te verzamelen. In 1957
verliet een groep van acht van deze staf Shockley's bedrijf en stichtte
in dezelfde vallei een nieuw bedrijf. Dit bedrijf werd gefinancierd door
Fairchild Camera and Instrument Corporation en kreeg de naam Fairchild
Semiconductor (AIE,79).
Het eerste produkt van Fairchild was de mesatransistor. In 1959 ontwik
kelde Hoerni bij Fairchild het planair proces, dat het mesaproces op
verscheidene punten verbeterde. Siliciumdioxide, dat sinds 1957 in ge
bruik was gekomen als oxidemasker voor silicium tijdens het diffusie
proces (EID,138), was als permanente beschermlaag tegen verontreinigin
gen niet afdoende. Hoerni ontdekte dat het doteren van het siliciumdi
oxide zelf de bescherming ook op de lange duur effektief maakte. Een
extra voordeel van het siliciumdioxide was de versteviging die het bood
aan de delikate pn-overgangen (AIE,80; RIM,85). Bovendien maakte sili
ciumdioxide veel fijnere strukturen mogelijk dan met de mechanische
___~aske.:s voor germanium mogelijk was (FEC, 168).
Er was nog een ander belangrijk voordeel van het planair proces. De ba
sis van de transistor kwam niet'op de collector, maar werd in de collec
tor gediffundeerd. De planaire transistor bleef, zoals de naam al aan
geeft, aan de bovenkant vlak (fig. 14). Deze struktuur was niet aIleen
minder delikaat, maar maakte bovendien elektrische verbindingen mogelijk
door het opdampen van metaalfilm op de juiste plaatsen op het wafel 1.p.
v. het moeizaam met de hand aanbrengen van draden (AIE,81; RIM,8S).
Het planair proces was echter aIleen geschikt voor silicium als halfge
leidermateriaal en voor laagvermogenprodukten (RIM,8S).
In figuur 14 zijn de fabricagestappen van de planaire transistor in
beeld gebracht. Het uitgangsmateriaal is een n-silicium eenkristal.
'J/
c:::J N-silicon
~ aluminium
c:::J Si-oxide
_ connection
c:::J diffused P-silicon
c::EJl diffused N·silicon
Fig. 14.
Fabricagestappen van de planaire transistor (FEe,168).
Door verhitting in stoom wordt hierop een laag siliciumdioxide gevormd.
Deze laag wordt op zijn beurt bedekt met fotogevoelige lak ("photore
sist"). Deze lak wordt blootgesteld aan ultraviolet licht door een foto
grafische plaat, waarop de weg te etsen oppervlakken met zwart zijn aan
gegeven. De belichte delen van de lak harden, en de onverlichte delen
worden verwijderd door te was sen met waterstoffluoride. Dan vindt onder
verhitting in gasvormig borium diffusie plaats in het onbedekte opper
vlak van het n-silicium, waardoor daar een p-laag ontstaat. De p-laag
wordt weer bedekt met een laag siliciumdioxide, waaruit weer m.b.v .
I 0" I ...i~..... Jee./iju.(£Ct, ~Ib)
fotogevoelige lak een deel wordt weggeetst. Verhitting in gasvormig
fosfor geeft dan een n-laag in de p-laag. Ret proces van oxideren en
belichten door een fotografische plaat wordt voor de derde maal gedaan,
dit keer voor de openingen , waar de elektroden moeten worden aangebracht.
Tenslotte wordt aluminium opgedampt, waarna de elektroden voor de basis,
de emitter en de collector worden aangebracht. Aldus wordt een npn
transistor verkregen, die dan natuurlijk nog in een omhulling wordt
gemonteerd, waarbij de elektroden via fijne, veelal gouden, draden wor
den verbonden met de metalen pootjes van de omhulling (FEC,168,169).
Met dit proces kunnen oppervlakken van enkele micrometers worden bewerkt,
zodat zeer kleine transistors met velen tegelijk op een wafel kunnen
worden geproduceerd. Ook de dikte van de p- en n-lagen is enkele micro
meters. Dergelijke kleine afmetingen stellen hoge eisen aan de appara
tuur, o.m. om te zorgen voor een stofvrije atmosfeer en een nauwkeurige
positionering van de opeenvolgende maskers (FEC,169).
Fairchild startte de commerciele toepassing van het planair proces ~n
1959(ElD,143; AlE,81; volgens Tilton, lDT,16, pas in 196~ en maakte
dit bekend in 1960 (RIM,86). ~'ts Bt-tA-..... , RIM/lit!". I~ Ht_,..t 1';6;]De beperking van het planair proces tot laagvermogenprodukten had zijn
oorzaak in de hoge weerstand van de collector (AlE,81). Dit werd spoedig
overkomen met het epitaxiaal proces, dat Bell Laboratories ontwikkelde
en bekend maakte in 1960. Ret epitaxiaal proces betrof een methode om
een dunne laag silicium te dampen op een substraat van een silicium
eenkristal. De transistor kwam vervolgens tot stand door diffusie in de
opgedampte siliciumlaag, zonder interferentie met het substraat. Aldus
bood het substraat de benodigde mechanische sterkte en tegelijkertijd
de mogelijkheid van een zeer dunne basis en een lage collectorweerstand
(?). Riermee kon de transistor werken bij hogere frekwenties en bij
grotere vermogens (AlE,81; RIM,86; ElD,148).
De epitaxiale transistor ging bij Western Electric ~n 1960 in commer
ciele produktie (IDT,16). Voor de verspreiding van haar kennis achtte
Bell Laboratories een symposium niet meer nodig, maar vertrouwde zij op
de individuele kontakten met de licentiehouders (IDT,75).
Met de toename van het aantal komponenten en de komplexiteit van de
schakelingen werd een technologie, die het met de hand aanbrengen van
de verbindingen tussen de individuele komponenten zou elimineren, steeds
belangwekkender. Ret waren niet meer de halfgeleiderkomponenten, maar de
~j. ~;X4K
J ol'l<-\l."""~ae,,, ""'''' d.t. l':'tI;,,;"tA~rc. b ....p D..e..1e" ,{),o~ltj.<..c.p~~ J ~r
soldeerverbindingen~ die de grenzen aan betrouwbaarheid en afmetingen'Illl
van de schakelingen bepaalden (RIM,113~ AIE,81).
In de jaren 50 werden verscheidene pogingen ondernomen om de diverse
komponenten van een schakeling in een stuk;halfgeleider onder te bren
gen (MER,31). Dummer, de eerste man die het idee van de geintegreerde
schakeling ("integrated circuit" of kortweg IC) uitdroeg in 1952, toon
de in 1957 in G.B. het eerste model van de IC. Rij vond echter geen
steun bij de Britse regering om de IC te ontwikkelen (AEP,157).
Een jaar later, in 1958, kreeg Kilby van Texas Instruments weI belang
stelling (AIE,83). Rij gebruikte de wafels, die Texas Instruments had
voor de produktie van germanium mesatransistors, om zijn ideeen omtrent
een IC uit te testen. Ret was hem bekend dat, behalve transistors en
diodes, ook weerstanden en condensators uit halfgeleidermateriaal kon
den worden gemaakt (AIE,82). Kilby bouwde eerst enkele schakelingen,
waarin aIle komponenten uit germanium bestonden, zij het niet uit een
stuk monolithisch germanium. In oktober 1958 begon Kilby met het ont
werp van een flip-flop-schakeling uit een stuk monolithisch germanium.
Deze eerste IC werd m.b.v. diffusie- en foto-ets-technieken gereali
seerd in het begin.van 1959. De verbindingen werderi.hierbij nog met deHod -tt:.t...fl./ lMI.,t..1 tI-e""''''o/'~ge.. "Its iki.. -"4... ,,~ .. ;., 'Ie.... s-J...hl'':'5 iket "''',krf.'te. k-o ... ,.o..e...te... (lI"IeJ~)
hand aangebracht.~Inmaart 1959 maakte Texas Instruments de realisering
van de IC openbaar (AIE,83; RIM, 102).
Roewel de pers aan deze bekendmaking ruim aandacht besteedde, was de
reaktie ongewoon sceptisch. Dit scepticisme was niet geheel onterecht.
Vanwege de integratie van de komponenten in een IC kon de werking niet
per komponent apart worden geoptimaliseerd. De opbrengst zou, berekend
als het produkt van de opbrengsten van de individuele komponenten, wei
nig meer dan 10% zijn. De ontwerpen waren duur en moeilijk te verander
en (AIE,84).
Ret planair proces van Fairchild zou echter voor de commerciele door
braak van de IC leiden. Begin 1959, kort veer de bekendmaking van de IC
van Kilby, nam Noyce van Fairchild het initiatief tot de ontwikkeling
van een silicium IC op basis van het planair proces. Daarmee werden, op
dezelfde wijze als voor diskrete transistors, IC's op een wafel gepro
duceerd, waarbij de transistors, diodes, weerstanden en condensators
tegelijkertijd tot stand kwamen. De verbindingen kwamen tot stand door
het opdampen van metaalfilm op de juiste plaatsen op de IC (RIM,85,102).
Dezelfde voordelen, die het planair proces bood voor diskrete transis~
tors, golden ook voor de IC. Bovendien was het opdampen van de verbin
dingen een grote vooruitgang vergeleken met het met de hand aanbrengen
van draden. De betrouwbaarheid was hiermee groter, evenals de mogelijk
heid van automatisering (?).
Nog in 1959 begon Fairchild de produktie van monolithische silicium
IC's (AIE,84; volgens Tilton, IDT,16, begon de commerciele produktie in
1960).
Evenals van de transistor zei men van de uitvinding van het IC dat de
tijd er rijp voor was (RIM,103). Toch zijn er tussen beide uitvindingen
grote verschillen. De transistor was een wetenschappelijk laboratorium
produkt. Ret belang ervan werd door de industriele wereld niet direkt
ingezien (RIM,IOI). Ook duurde het enkele jaren voordat de Amerikaanse
Defensie ging reageren (WES,IO). Gedurende de jaren 50 onderging de
transistor, in wisselwerking met de industriele technologie, een trans
forma tie van wetenschappelijke vinding tot commercieel produkt.
De IC was een produkt van de ontwikkeling van deze technologie voor eco
nomische doeleinden. Ret belang van de IC werd door de industrie direkt
erkend (RIM,IOI). De Amerikaanse Defensie kwam in het geval van de IC
binnen enkele maanden met financiele steun voor de verdere ontwikkeling.
Inmiddels waren er ook andere ontwikkelingen op het halfgeleidergebied
aan de gang. De belangstelling voor de unipolaire FET leefde weer Ope
De FET droeg in zich de belofte van een laag vermogengebruik en een sim
pel ontwerp (AIE,85). In 1958 maakte de Pool Teszner van een dochter
onderneming van General Electric in Frankrijk de eerste (?) "junction
FET". Ret was een germanium legeringstransistor, die werkte tot in hetG.ID~/to
MHz-gebied (AIE,7~). De FET heeft drie elektroden met dezelfde funkties
als bij de bipolaire transistor, de "gate", de "source" en de "drain",
die overeenkomen met resp. basis, emitter en collector. Ret versterker
mechanisme is echter verschillend. De FET bestaat in zijn simpelste
vorm uit een halfgeleiderkanaal tussen source en drain. De weerstand
van dit kanaal wordt gec~troleerd met de gate. Bij een "junction FET",
of kortweg jFET, staat de gate via een pn-overgang in verbinding met
het kanaal. De pn-overgang is aan de p- of n-zijde verbonden met de
gate, terwijl de andere zijde het kanaal tussen source en drain vormt.
De depletielaag van de pn-overgang dringt aan een zijde in het kanaal
door en beperkt daardoor het geleidingsvermogen van het kanaal. De
meerderheidsladingsdragers hebben niet de beschikking over de volle
breedte van het kanaal, dat evenwijdig aan de pn-overgang ligt.
Variatie van de spanning over de pn-overgang heeft een variatie van de
dikte van de depletielaag en daarmee het geleidingsvermogen van het
kanaal tot gevolg. De grootte van een elektrische stroom tussen source
en drain wordt dus door de spanning over de pn-overgang beInvloed. De
spanning over de pn-overgang wordt aangebracht via d.m.v. een spanning
tussen gate en source. De stroom tussen gate en source is zeer klein,
aangezien de jFET met de pn-overgang in de gesperde toestand opereert.
De versterking kan dan ook zeer aanzienlijk zijn, bij een zeer laag in
gangsvermogen. De stroom-spannings-karakteristieken van een FET komen
sterk overeen met die van een vacuUmtriode, waarvan de stroom eveneensr D11- Fl:T <'5 hr':'c/er- "te. pe_t .....,..fA,,'" ~fjlt ot...... <Ie-
spanningsges tuurd is (?, EC S, 100) .1 J,.po, ~ tr~"5:~to,.. Q «l1t o~ fj{!/Q-JJ,,,,':J ",'etqf/, itft:;1,. " VtM ....... Ph-OV>erfJ"'~'!I (EL:B~"I.) .
De kanaaldikte moet zijn in de orde van die van de depletielaag. Waar-
schijnlijk vormde deze zeer geringe dikte van het kanaal het grootste
struikelblok in de produktie van FET's(?).
In de V. S. werd ~n de:~e1fde tij d veel geexperimenteerd me t FET' s. In
1960 produceerde Crystalonics in de V.S. de eerste commerciele jFET's
(AIE,76).
Ook werden de mogelijkheden onderzocht van "insulated-gate"-FET's, of
kortweg igFET's. In 1959 begonnen Hofstein en Heiman van RCA een samen
werking met als doel de produktie van een silicium igFET. Zij vervingen
de pn-overgang van de jFET door een metaal-halfgeleider-overgang, waar
bij het metaal door een zeer dunne laag siliciumdioxide, met een dikte
van 0.1 micrometer (?), van het halfgeleiderkanaal geisoleerd was (AlE,
85). De transistor werd later bekend onder de naam MOSFE'lj'("Metal-Oxide
Semiconductor"FET). Zij werd in 1960 gerealiseerd (IES,34).
Behalve de transistors waren ook andere halfgeleiderprodukten in ont
wikkeling. De bekendste uit de tweede helft van de jaren 50 waren de
reeds genoemde thyristor, voor het schakelen van grote wisselstromen,
en de tunneldiode, voor versterking en oscillatie bij frekwenties in het
GHz-gebied en voor zeer snel schakelen. De tunneldiode was in 1957 ont
wikkeld bij Sony in Japan (IDT,16). De tunneldiode had een ander ver
sterkingsmechanisme dan transistors (EID,140). De commerciele betekenis
van de tunneldiode bleef wegens zijn hoge kosten beperkt (IDT,16).
Bij een MOSFET is de stroom tussen gate en source, dank zij de iSOlere~-1
de oxidelaag, nog kleiner dan bij de jFET. WeI heeft de MOSFET meer ru~s
(HEL,65).
NAAR MASSAPRODUKTIE EN LAGE KOSTEN: DE TRANSISTOR GOEDKOPER DAN DE BUIS,
1960-1965.
In de V.S. daalde m.n. in de jaren na 1959 de gemiddelde prijs van zo
weI germanium als silicium transistors scherp. De germanium transistor
ging vanaf 1959 in drie jaar tijd van $1,96 naar $0,82. Desilicium
transistor ging in dezelfde periode van $14,53 naar $4,39, en in de
drie daaropvolgende jaren naar $0,86 in 1965 (tabel 5).
Germanium Silicon
Units Average Units Average(M) value (S) (M) value(S)
1957 '1.7·7 1.85 1.0 17.81
1958 45.0 1.79 '1. .1 15·571959 77·5 1.96 4. 8 14·531960 119. 1 1.70 8.8 11.'1. 71961 177·9 1.14 13.0 7.48
1962 '1.13·7 0.8'1. '1.6.6 4·391963 '1.49·4 0.69 50.6 '1..65
1964 '1.88.8 0·57 118.1 1.46
1965 333.6 0.50 '1.74·5 0.86
Tapel 5.
Omzetaantallen en gemiddelde prijs van germanium en silicium
transistors in de V.S. van 1957 tot 1965 (RIM,88).
50-1'71 '''1 Ii eDe prijs, perV1ndiv~duele komponent bekeken, daalde nog scherper. In
de drie jaren na 1959 daalde de prijs van een bepaalde transistor van
Texas Instruments van $6,75 naar $1,13, en daalde de prijs van een be
paalde transistor van Fairchild van $19,75 naar $1,80 (RIM,88).
In figuur 15 is de verscherping van de prijsdaling van transistors (en
diodes) duidelijk in beeld gebracht door de prijs als percentage van
de prijs van het voorgaande jaar te beschouwen.
Tegelijkertijd werd de Japanse concurrentie merkbaar. V66r 1959 had
Japa~ de Amerikaanse markt vrijwel geen rol gespeeld, maar in 1959
begon Japan te penetreren met aanzienlijke hoeveelheden goedkope ger
manium transistors, bedoeld voor transistorradio's (RIM,93).
110
r;.!:0.. 100
"~"~ go
"..'""'":f 80
'B"u1:.= 70o110'"5 60::~
1'...., ....
~,I, I
',,/
Diodes and rectifiers -----
Transistors
'957 '958 '959 1960 '961 1962 1963 1964 1965
Year
Fig. 15.
Prijzen van transistors en diodes als percentage van de
prijs van het voorafgaande jaar in de V.S. (RIM,95).
1956 1957 1958 1959 1960 1961
TransistorsUnits (thousands)
Total uncorrected value (8M)
Transistor radiosUnits (thousands)Total uncorrected value (8M)
41 1 2400 3400 5700
1.6 1.8 2.1
4000 4200 460057 55 48
Tabe16.
Japanse uitvoer naar de V.S. (RIM,94).
De meeste Japanse transistors kwamen in de V.S. via de Japanse transis
torradio's (tabel 6). Een transistorradio bevatte gemiddeld 6 transis
tors (InT, 157). Tabel 7 geeft de produktiewaarde van de Japanse tran
sistorradio's, en de percentages daarvan voor de export naar de V.S.
en de export naar de landen buiten de V.S.
Jaar produktie in export naar export naar
miljoenen $ de V.S. als landen buiten
percentage van de V. S. als
de produktie percentage van
de produktie
1959 122 47 30
1960 169 33 37
1961 177 27 40
1962 189 38 38
1963 195 36 45
1964 261 28 41
1965 236 34 41
1966 265 39 47
1967 322 37 46
1968 357 45 45
Tabel 7.
Produkt iewaarde van de Japanse transistorradio's en het
percentage daarvan voor de export naar de V.S. en voor
de export naar landen buiten de V.S. (IDT,156).
De Amerikaanse halfgeleiderindustrie kreeg, behalve met de Japanse con
currentie, te kampen met een vermindering van de militaire aankopen in
de vier jaren na de piek van 1960 (tabel 8). Hierbinnen maakte de IC
industrie een uitzondering, zoals tabel 9 laat zien. Hiervoor vormde de
militaire markt juist een grote steun bij het overwinnen van de hoge
initiele produktiekosten. Van de IC-produktie in de periode 1962/65
ging verreweg het grootste deel naar de Amerikaanse defensie, terwijl
de gemiddelde prijs per IC in die periode daalde van een geschatte $50,
naar $8,33 (tabel 9).
De scherpe prijsdaling van halfgeleiders in het begin van de jaren 60
ging gepaard met een snelle verspreiding van nieuwe technologieen, zoals
het diffusieproces, het gebruik van oxidemaskers, de planaire en epi
taxiale technieken, binnen de Amerikaanse halfgeleiderindustrie (IDT,
67). Volgens Braun en MacDonald begon Fairchild het commerciele gebruik
van het planair proces in maart 1960, en werd binnen 20 maanden door
vier andere producenten gevolgd. In augustus 1961 introduceerde Fair~
Total semiconductor Defense semiconductor Defenseproduction productionb as a percentage
Year (millions ofdol/ars) (millions ofdollars) of total
1955 40 15 381956 90 32 361957 151 54 361958 210 81 391959 396 180 451960 542 258 481961 565 222 391962 575 223 391963 610 211 351964 676 192 281965 884 247 281966 1,123 298 271967 1,107 303 271968 1,159 294 25
Tabel 8.
Totale halfgeleiderproduktie 1n de V.S. en het deel daarvan
voor de Amerikaanse defensie (IDT,90).
Opm: 1n de gegevens over 1962 tm 1968 zijn de monolithische
IC's meegerekend; de defensie is inclusief DOD (Department of
Defense), AEC (Atomic Energy Commission), CIA (Central Intel
ligence Agency), FAA (Federal Aviation Agency) en NASA (Natio
nal Aeronautics and Space Administration).
Total production Average price per inte- Defense production as a per-Year (millions ofdollars) grated circuit (dol/ars) centage of total production"
1962 4b 50.00b lOOb1963 16 31.60 94b1964 41 18.50 8Sh1965 79 8.33 721966 148 5.05 531967 228 3.32 431968 312 2.33 37 ....
Tabel 9.
Totale produktie van monolithische IC's in de V.S., de gemid
delde prijs per IC, en het percentage van de produktie voor
de Amerikaanse defensie (IDT,91).
Opm: de gegevens over 1962 zijn schattingen, evenals de per
centages voor de defensie over 1963 en 1964; de defensie is
inclusief DOD, AEC, CIA, FAA en NASA.
child het monolithische Ie op basis van het planair proces, en werd
binnen 17 maanden door vier andere producenten gevolgd (RIM,146).
De massaproduktie, mogelijk gemaakt door deze nieuwe technologieen,
tesamen met de afname van de militaire vraag en de groei van de Japanse
import, leidde voor het eerst tot overproduktie. Gevolg hiervan was een
ernstige prijzenslag, waar veel producenten onder leden (IDT,67; RIM,93).
De groei van de produktieaantallen stagneerde tijdelijk in de periode
1961/63 (fig. 7, links). De stagnatie is duidelijk waarneembaar in de
produktiewaarden, waarvan de grafieken rond 1960 een knik vertonen
(fig. 4 en 5). Deze periode 1961/63 was er een van een nationale reces
sie in de V.S.(RIM,93).
De genoemde knik doet zich ook voor in de grafieken voor de Europese
landen en Japan (fig. 4 en 5). De scherpe prijsdalingen, die de Ameri
kaanse markt van 1959 tot 1963 kenmerkte, vonden in de rest van de we
reId niet plaats voor het midden van de jaren 60 (RIM,148). B.v. een
transistor van Texas Instruments werd bij de introduktie in begin 1961
in de V.S. verkocht voor $14,- en tegelijkertijd in G.B. voor het dub
bele (RIM,148). De prijsdaling van de transistors van het Philipscon
cern volgens tabel 10 komen overigens goed overeen met de prijsdaling
van de Amerikaanse germanium transistors (tabel 5). De prijsdaling van
de Amerikaanse silicium transistors is veel scherper (tabel 5). De
prijsdaling van een bepaalde transistor is in de V.S. waarschijnlijk
ook veel scherper dan buiten de V.S. in de periode 1959/63 (1).
afleveringen van transistorsin miljoenen stuks
Periode Int:ern Derden 'tot:aal Gem.prijs (in f).
1957/58 1.0 3.5 4.5 5.50
1938/59 4.5 7.8 12.3 5.48
1959/60 9.8 24.2 34.0 3.47
1960/61 19.4 45.3 64.7 2.56
1961/62 26.4 65.1 91.5 1.89
1962/63 32.0 86.0 118. 1.56
Tabel 10.
Afleveringen van het Philipsconcern van transistors en de
gemiddelde prijs van transistors voor afleveringen aan derden
(OTP,99).
In 1960 voorzag de Amerikaanse export in 11% van de totale halfgeleider
consumptie in G.B., West-Duitsland, Frankrijk en Japan. Dit percentage
nam in de jaren 60 toe en bereikte in 1969 een top van 37% (RIM,147,150;
OTP,106). De groei van de Amerikaanse belangstelling voor de buiten
landse markten bleek ook uit de vele vestigingen van Amerikaanse doch
terondernemingen in Europa in de jaren 60 (IDT,105; RIM!~'50). De ves
tiging van buitenlandse ondernemingen in Japan werd door de Japanse re
gering geweerd (IDT,151).
Een verklaring voor de groeiende Amerikaanse belangstelling voor
de Europese en Japanse halfgeleidermarkten is niet moeilijk te vinden.
Deze markten hadden een omvang gekregen, vergelijkbaar met die in de
V.S. Bovendien verschoof in de V.S. het accent van militaire toepassin
gen naar industrieleen konsumententoepassingen, enbewoog daarmee in
de richting van de struktuur van de buitenlandse markten (RIM,148).
De Europese producenten verloren een aanzienlijk deel van de Europese
markt (IDT,114). Philips verloor de greep op de Europese markt mede
omdat zij zich in de jaren 50 had gericht op germanium (OTP,110), waar
in zij met haar legeringstransistor en haar POB-transistor succesvol
was tot het begin van de jaren 60 (IDT,117). Maar inmiddels werd sili
cium steeds belangrijker. De omschakeling naar silicium maakte Philips
laat, pas in de tweede helft van de jaren 60 (IDT,117).
~ 1abel 11 geeft een beeld van de verspreiding van de nieuwe technolo
gieen, de planaire, de epitaxiale, de IC-en ook de MOS-technologie, die
~~~d) aIleen toepasbaar zijn op silicium. De commerciele produktie van de
MOSFET was in 1962 gestart door Fairchild (IDT,16).
V. S. G.B. Fr. W.Dtl. N.L. Japan
planaire transistor 1960 1961 1963 1962 1966 ! 1961
epitaxiale transistor 1960 1962 1963 1962 1966 , 1961
monolithisch IC 1961 1962 1964 1965 1967~ 1962
MOSFET 1962 1964 1964 1965 ? 1963
Tabel 11.
Jaar van eerste commerciele produktie van enkele transistortypen
in de V.S., G.B., Frankrijk, West-Duitsland, N.L. en Japan (IDT,
26,117).
Opm: over de cijfers van N.L. (Philips), afgeleid uit gegevens
van Tilton, IDT,117, bestaat geen zekerheid.
(,
In tabel 11 valt de kleine achterstand van Japan t.o.v. de V.S. op. Die
bedraagt slechts een jaar. Ook G.B. heeft een kleinen achterstand, van
1 a 2 jaar. Frankrijk en West-Duitsland volgen met een achterstand van
ong. 3 jaar. N.L. sluit de rij met, volgens deze onbetrouwbare cijfers,
een achterstand van 6 jaren.
D~ieuwe technologieen maakten massaproduktie mogelijk en tevens een
betere beheersing van het produktieproces. In de jaren 50 was de grote
spreiding in de transistors van een partij een probleem. Een typische
partij legeringstransistors bestond.inl960 misschien voor 20% uit tran
sistors voor hoge frekwenties, die $6,- per stuk opbrachten, voor 20%
uit transistors voor lagere frekwenties, die $2,- per stuk opbrachten,
voor 40% uit transistors voor toepassingen in amusement, die ieder tus
sen $0,45 en $1,50 opbrachten. en voor 20% uit waardeloze transistors
(RIM,76). In de jaren 60 gaven de nieuwe technologieen de mogelijkheid
te produceren volgens een set van tevoren vastgestelde eisen (RIM,76).
Verdere ontwikkelingen van de transistor in de eerste helft van de ja
ren 60 waren veelal gekoppeld aan het IC-gebeuren. De IC komt verderop
ter sprake.
Een op de diskrete transistor gerichte ontwikkeling was de "overlay
transistor". Zij werd geintroduceerd door RCA in 1964. Zij was bedoeld
als vervanging van buizen in de eindtrap van militaire zendapparatuur.
De eerste "commerciele "overlay transistor" kon een vermogen produceren
van 10 Watt bij 100 MHz en 4 Watt bij 400 MHz (EID,160).
Er was ook vooruitgang op het theoretisch terrein van fundamenteel fy
sisch inzicht in de werking van een transistor. Een grote stap voor
waarts was het wiskundig model, dat Gummel in 1964 publiceerde. Daarna
zou een groot aantal publikaties over transistormodellen volgen (EID,160).
Tussen 1956 en 1962 waren ong; 6000 verschillende typen transistors ge
produceerd, waarvan ong. ~ deel nog verkrijgbaar was in 1962. Rond 1963
vertraagde de groei in het aantal verkrijgbare typen : veer 1963 be
droeg de groei 48% per jaar, daarna bleef deze op 18% (RIM,89,90).
De verbeteringen in de elektrische karakteristieken betroffen vooral
het frekwentiebereik. In 1960 waren transistors met een frekwentiebereik
tot ruim 1 GHz commercieel verkrijgbaar, in 1962 was dit frekwentiebe
reik opgelopen tot 2 a 3 GHz (RIM,90).
De nieuwe technologieen gaven betere en goedkopere transistors, die
aanle1iding gaven tot een toenemende diversificatie in de toepassingen.[%
Tabel geeft een globaal beeld van de markt voor de Amerikaanse transis-
tors in 1963. Ret grote aandeel van de militaire toepassingen wordt
Military Industrial Consumer
Space 33.0 Computers 41.6 Car radios 20.6Aircraft 22.8 Communications 16.0 PortableMissiles 20·3 Test and radios 12.6Communications 16.8 measuring 11.7 Organs andSurface systems 10.8 Controls 11.5 hearing aids 7.3Strategic systems 8.8 Other 11.5 Television 0·3Other 6·7
119.2 92.3 40.8
Tabel 12.
De markt voor de Amerikaanse transistors in 1963, verdeeld
naar de toepassingsgebieden, in miljoenen dollars (RIM,91).
hier nog eens benadrukt. Opvallend is het grote overwicht van de com
puter binnen de industriele toepassingen. Dit computeraandeel is even
groot als heiftotale kons~entenaandeel, terwijl de computers binnen de ~
1e/lft /,J'l.fMftt;;,.l:;~ ro·., 10% vQo .. "'et -t«-l v.Ql"t-1 ~"'fW-re,., o....tI.~ .. (Ito/ES~ IIImilitaire toepassingen hierin niet inbegrepen zijn. Op de konsumenten-
markt zijn de radio's met een aandeel van ong. 80% allesoverheersend.
Een van de vele nieuwe toepassingen van de transistor was de elektro
nische telefooncentrale. In 1960 begon Bell Laboratories een veldexpe-;
riment. De eerste elektronische telefooncentrale kwam in gebruik in de
v.s. in 1963 (EID,145). Volgens Braun en MacDonald experimenteerde G.B.
reeds in 1958 met een volledig elektronische telefooncentrale (RIM,1811.
Dit experiment maakte dUidelij~at voor een aantal schakelfunkties het
elektromechanische schakelen, m.b.v. reed-relais, de voorkeur verdiende
boven het elektronisch schakelen m.b.v. transistors (RIM,181). De com
putersturing in elektronische centrales was echter een belangrijke ont
wikkeling (EID,145). De eerste (semi-)elektronische telefooncentrale
kwam in G.B. in gebruik in 1966 (RIM,181). In N.L. kwam de eerste com
putergestuurde semi-elektronische telefooncentrale in 1971 in gebruik
(HJT,78). Ret telefoonnet is een goed voorbeeld van een duurzame toe
passing, waarin nieuwe mogelijkheden slechts zeer geleidelijk economisch
aantrekkelijk worden.
Ret wordt algemeen geaccepteerd dat de eerste minicomput:~"l". .tIT,~"l"d.ontwor-
pen door Digital Equipment Inc. in de V.S. in 1961 (EID,151). Zij kwam
in 1966 op de markt (?). IC's waren hierin nog niet toegepast (EID,151).
Andere vindingen, die werden gerealiseerd zonder IC's, maar die hun uit
eindelijke succes weI aan de IC te danken hadden, waren de elektronische
klok (Zwitserland, 1961), het elektronisch horloge (Zwitserland, 1962)
en de elektronische rekenmachine (G.B.,1963) (EID,150,154,156). De elek
tronische rekenmachine werd in 1963 in licentie geproduceerd in de V.S.
en Japan, waar het voordeel van goedkopere Japanse arbeidskrachten voor
het maken van de vele elektrische verbindingen leidde tot een Japanse
overheersing in de rabricage van rekenmachines gedurende de jaren 60
(EID,156; RIM,169).
t
In het begin van de jaren 60 was nog helemaal niet duidelijk welke van
de methoden van miniaturisatie de overhand zou krijgen. Microcircuits
leken destijds meer mogelijkheden te hebben dan micromodules. En inder
daad zijn microcircuits ontwikkeld tot het punt waar zij werden gekom
bineerd met IC's tot hybride schakelingen.llln hybride schakelingen zijn
de passieve komponenten, weerstanden en condensators, aanwezig als een
metaalfilm op een substraat van glas of keramiek en de aktieve komponen
ten, transistors en diodes, in op het substraat gemonteerde monolithische
IC's. Voordeel van deze hybride schakelingen t.o.v. IC's is de nauwkeu
righeid waarmee de waarden van weerstanden en condensators kunnen wor-1~
den geproduceerd, nadelen zijn de afmetingen en de kosten (RIM,110,.
Aanvankelijk dacht men dat de IC een modulaire methode als die van de
micromodule zou volgen (RIM,110). Uiteindelijk kreeg de IC toch de over
hand met de introduktie van de planaire techniek (RIM,112).
Behalve Fairchild startte ook Texas Instruments de commerciele produktie
van IC's in 1961 (IDT,16). Texas Instruments demonstreerde dat jaar op
een tentoonstelling een computer met IC's. De computer, van 280 gram en
100 em3
met 587 komponenten verving een voorgaande versie, die 48 keer
zoveel woog, 150 keer zo groot was en 14 keer zoveel komponenten bevat
te (RIM,115).
De kosten voqr het produceren van IC's waren oorspronkelijk zeer hoog,
maar de toek~mstige prijsdalingen van IC's zouden zelfs sneller verlopenI
dan was gebe~rd met transistors (RIM,117). Een zorg was de produktiei
opbrengst. D~ opbrengst van IC's, berekend als het produkt van de opI
brengsten vati de gebruikte komponenten in de diskrete versie, zou zeer
laag uitvall~n. En dan waren de in de IC's opgenomen verbindingen nog\
niet ingecalquleerd. De werkelijke opbrengsten bleken eehter veel hogerI!
dan volgens de bovenstaande berekening, aangezien de produktiefouten
niet "at random" optraden (RIM,115). De opbrengst bleef echter in de
eerste helft van de jaren 60 een ernstig probleem (RIM, 115).
De eerste commerciele toepassing van de IC was, evenals destijds van de
transistor, het hoorapparaat, in december 1963 (RIM,105).
De IG's waren de eerste jaren uitsluitend bipolair (RIM,117). Eind 1962
maakten Hofstein en Heiman van RCA de eerste unipolaire IC, een IC met
MOSFET's, of kortweg MOS (EID,152). De MOS was langzamer dan de bipo
laire IC, maar het vermogengebruik was lager, waardoor meer integratie
mogelijk was, de MOSFET kon op een kleiner oppervlak w?rden geprodu
ceerd dan de bipolaire transistor', de MOS vereiste minder stappen inflo 0
het produktieproces, wat haar goedkoper maakte (RIM,118; ECS,19,.
De eerste IG's waren digitaal. Verschillende logische families kwamen
kort na elkaar op de markt. Fairchild en Texas Instruments begonnen in
1961 met RTL (Resistor-Transistor-Logic). In ]962 volgde DTL (Diode
Transistor-Logic) en in ]963 TTL (Transistor-Transistor-Logic) (EID,149).
Deze verschillende logische families vertegenwoordigen verschillende
wijzen waarop de schakelingen zijn ontworpen. Het schakelingenontwerp
bepaalt mede de armetingen en de schakelsnelheid per logische funktie.
De eerste analoge (of lineaire) IC's waren operationele versterkers.
Zij werden in het begin van de jaren 60 geintroduceerd in de V.S.
Het ontwerp van analoge schakelingen voor IC's eiste een nieuwe benade
ring. Weerstanden en condensators moesten zoveel mogelijk worden verme
den, aangezien zij in een IC groter en duurder waren dan transistors en
diodes en omdat hun waarde niet nauwkeurig te produceren was. Spoelen
konden konden niet als zodanig worden gerealiseerd in een IC. Een grote
kracht van de IC was de mogelijkheid van het verkrijgen van eenperfek
te "match" van een paar transistors of weerstanden. Dit kon in het ont
werpen van schakelingen worden uitgebuit (EID,147).
De IC versnelde het proces van verschuiving van deveorkeur"~anpassieve
naar aktieve komponenten in schakelingen. Aangezien de aktieve komponen
ten vooral in de digitale schakelingen overwegen, betekende dit proces
tevens een verschuiving van analoge naar digitale schakelingen. Redenen.
voor deze verschuiving in voorkeur zijn voor de IG reeds hierboven ge~
noemd. Ook v66r het IC-tijdperk waren de kosten van aktieve komponenten
aan het dalen t.o.v. die van de passieve. Verder vormt de digitaleccom
puter een belangrijke markt, waarvan de uitbreidingsmogelijkheden vrij
weI onbeperkt zijn. Digitale systemen hebben een groot aantal aktieve
komponenten, en kunnen worden uitgebreid als een grotere capaciteit ge
wenst is. Bij analoge schakelingen is het aantal aktieve komponentenbe
perkt: bij analoge versterking is het optimum in enkele trappen bereikt
(MER,30; RIM,119; AIE,81).
Verdere verbeteringen van diskrete halfgeleiderprodukten, uitgezonderd
die voor speciale toepassingen als hoogvermogen-schakeltechniek en mic
rogolftechniek, werden gedragen door de ontwikkelingen in de IC-techno
logie (?).
Zo was de SOS (Silicon On Sapphire)-technologie een verbetering voor het
frekwentiebereik bij zeer hoge frekwenties en voor de schakelsnelheid
bij zeer hoge schakelsnelheden. Hierbij was het silicium substraat ver
vangen door een isolerend saffier substraat, waardoor parasitaire capa
citeiten aanzienlijk gereduceerd waren. De SOS-technologie werd voor het
eerst toegepast in de V.S. ~n 1963.Zij wordt gekombineerd met de MOS
technologie (EID,158).
General Electric kwam in 1963 met een pla~c omhulling voor niet-profes-
s ionele IC' s en trans is tors. Di t Je"ticl~"tot s..elk .,r!j~I''''9€'''\lG\''' di~"r.fi!;tt. litrItJ.f9f/eicJer-S
7I1Jj" (fW:J ,,). Plastic omhulling was overigens reeds bekend in de jaren
SO, maar was toen niet praktisch voor commercieel gebruik (IDT,17).
Voor de omhulling van professionele halfgeleiderprodukten had Western
Electric in 1964 een goedkope oplossing met de "beam lead" (IDT,17).
Een hoofdstuk apart vormde het halfgeleidermateriaal gallium arsenide.
In de eerste helft van de jaren 60 werden wel produkten ontwikkeld op
basis van gallium arsenide voor microgolf- en opto-elektronische toe
passingen, zoals de LED (Light Emitting Diode; G.B.,1960; V.S.,1962),
de Gunndiode (V.S.,1963) en de IMPATT (IMPact Avalanche Transit Time)
diode (V.S.,1964) (IES,35; EID,147,152,155,159).
Samengestelde halfgeleidermaterialen, zoals gallium arsenide, bleven
van relatief weinig praktische betekenis. Gallium-arseenprodukten waren
kostbaar. Zo kostte in 1963 een gallium-arseen transistor ongeveer 10
keer zoveel als een silicium transistor (RIM,66).
"Beam lead" gaf verbindingen, die geschikt waren voor hoge frekwenties~
In "beam lead" IC's waren de komponenten van elkaar geisoleerd door het
tussenliggende silicium weg te etsen. De komponenten hingen als eilanden
aan de stevige verbindingenstruktuur (?).
"
DE IC ALS DRAGER VAN DE TRANSISTOR
1965-heden
In de ont~ikkelingenvan de halfgeleiders staat n~196S de IC centraal.
Voorwaarde om een schakeling te integreren tot een IC was natuurlijk
een voldoende vraag om de hoge ontwerp- en fabricagekosten te kunnen
dekken. Men richtte zich aanvankelijk met zeer algemeen toepasbare stan
daard IC's op grote markten. De IC's werden geleidelijk aan complexer.
Er kwamen ook "dedicated" IC's voor specialistische toepassingen. Het
toepassingsgebied voor een IC kon worden uitgebreid door de~C program-. ,,_
+ i'J>c tA~it""c. Ie Meef ove"~<!~l'1e.... I ... ~ f~,..'(1f/4 1~66/7" bleeP. l,et tiL<JL1Ple.meerbaar taken ('?). eI • J • .aLi< _~. • , OJ r ~o ~<>a"cie /'1 ....: J"""', r .. Jc-t....s·_,...,... J .. tit ..,.r. Of' 0...,.40,. lMt;I\.> 90..) •
De integratie van diskrete komponenten tot schakelmngen op "chips" leid-
de ook tot integratie van bedrijven, die komponenten produceerden, en
bedrijven, die schakelingen en systemen bouwden (RIM,116; IDT,85).
Het ontwerpen van complexe IC's vroeg om verbetering van transistor-
modellen, waarmee schakelingen tevoren doorgerekend konden worden (BIC,
18). Bekende modellen waren het Ebers-Moll model en een in 1970 gepubli-
ceerde verbetering hiervan, het Gummel -Poon model (GDB,2.16).
Gunstig voor een hoge produktie-opbrengst zijn grote wafels (of plakken)
en een groot aantal IC's per wafel (GDB,0.4). De diameter van de wafels
was aanvankelijk 3 em, en nam in enkele stappen toe tot 10 em (AIE,87;
~J\M;'1"). Een groot aantal IC's per wafel betekende
een kleine oppervlakte per IC. Terwijl de eomplexiteit van de IC's toe
nam, werd de oppervlakte van een chip met een IC, dank zij verdere mini
aturisatie van de komponenten, slechts weinig groter;tdeze oppervlakte
is tegenwoordig ongeveer 1/3 cm2. (?). ~e. 4....f.t~"e .... pc,. ko"'I'0..e.,t J,.I..ee"t,""fler.... "~f Jo.I.l" (?).
De eomplexiteit of mate van integratie van een IC wordt op versehillende
wijzen tot uitdrukking gebraeht. Een uitdrukking is het aantal komponen
ten per IC. Het maximum aantal komponenten per IC nam toe van 1 in 1959
tot 1 miljoen in 1980. Dat betekent vrijwel een verdubbeling per jaar
(fig. 16). De verwachting is een enigszins afnemende groei, met 10 mil
joen komponenten per IC in 1985 (RAM,20). Het gemiddelde aantal kompo
nenten per IC blijft hierbij ver aehter; zij bedroeg 24 in 1963 en 64 .
in 1971 (RIM,118). Afhankelijk van het aantal komponenten per IC spreekt
men van SSI (Small Scale Integration) met 10 tot 100 komponenten, MSI
(Medium Scale Integration) met 100 tot 1000 komponenten, LSI (Large
Scale Integration) met lOaD tot 10.000 komponenten per IC. Aan het eind
van de jaren 70 ontwikkelde Japan VLSI (Very Large Scale Integration),
1979197419691964
lL--__---'-----'- ---JL...:..._...:.......:....-...l. --'
1959
16,384(16K)
4,096
- (4K)'5~ 1,024'0 (lK)i0-
256III-c:Qlc:0 640-E0u
16
Medium-Small-scale scaleintegration integration Large-scale integration
262,'44r-------,---r----~
(262K)
65,536il------+-+---(65K)
Fig. 16.
Maximum aantal komponenten per IC (Mi~,37).
waarbij het aantal komponenten per IC in de orde van 100.000 bedraagt.
Een reactie op de Japanse VLSI is het huidige Amerikaanse VHSIC(Very
High Speed IC)-progrannna. De VHSIC moet een VLSI-dichtheid hebben, maar
100 keer zo snel zijn (WES,15).J·:t\ct..le
De complexiteit van een\IC wordt ook wel uitgedrukt in bits. Een bit
komt overeen met een circuit, die in een logische funktie voorziet
(Voor de beschrijving van logische basisfunkties, alsook van andere
micro-elektronische begrippen, RAM, 96-116). Een andere naam voor zo'n
circuit is poort ("gate"). Zij komt.ongeveer overeen met een transistor
(7). B.v. LSI betreft dan ruwweg meer dan 100 bits.(RIM,119).
LSI is mogelijk gemaakt door de MOS-techniek (AEP,152). MOS was geschikt
voor halfgeleidergeheugens (1969; EID, 175), waarin de grote dichtheden
van MOS-IC's zwaarder telden dan de beperkte schakelsnelheden (?). De
MOS-produktie, m.n. gericht op de computergeheugenmarkt, maakte in decAu,eq
jaren 7& een snelle groei door! Er ontwikkelden zich vele varianten op,I.,de MOS-techniek, zoals de reeds genoemde SOSMOS (EID,37, TI78,180,183,
(41)8, I.O'J/1.tS,(I't, MJ,I?'g'; i/G/J 7" 7')186r. De grootste vooruitgang was de C-MOS (Complementary MOS) in 1968.
Tot 1968 bestond een MOS-IC geheel uit p-kanaals MOSFET's, of kortweg
MOST's, en later ook uit uitsluitend de snellere maar moeilijker te ma-
ken n-kanaals MOST's. De C-MOS kombineerde n-MOST's en p-MOST's in een
IC en was daardoor veel zuiniger in vermogenverbruik~ID,171;HEL,76).ee", \/.;\" d/i. ve~j, ..i.o.~d'. v-ers-:u va" C-Mos w., LoCHO' (I.oca ll" ol'.<(Jo',ecl C-IfO') • "",tw:klc-flc' ~OO.. PJ.,·/."s.';' ''175" (eJD~/eJ)De in figuur 16 genoemde "lk MOSRAM"(Random Acces Memory) is een geheu-
gen-IC van 1024 bits. De geheugen-IC's ontwikkelde zich in de jaren 70
van lk bits (1024 bits) tot 64k of 65k bits (65536 bits) (AIE,87.88;""€~I\b
EID.37.181.184.18Sf. Het in figuur 16 genoemde 65k"CCD (Charge-Coupled-
Device) memory" is een geheugen-IC. die bestaat uit een netwerk van MOS
capaciteiten (EID.17S; AiE.880Gvg~8.3~
Voor analoge schakelingen, waarin grote dichtheden minder belangrijk wa
ren. waren de bipolaire IC's geschikter (HEL.7S). Zoals zich op het ge
bied van de unipolaire IC's varianten ontwikkelden op de MOS, zo ont
wikkelden zich op het gebied van de bipolaire IC's varianten op de
reeds genoemde TTL. De bekendste varianten op de TTL zijn';'ECL (Emitter
Coupled Logic). I 2L (Integrated Injection Logic) en ISL (Integrated
Schottky Logic) (RAM.I09; AIE,87; EID,181; GDB,4.12-4.34, 8.13-8.15;
ECS,175). Hiervan bereik~de 12L, ontwikkeld door Philips in 1972, de
dichtheid van de C-MOS. I 2L is sneller dan C-MOS, maar is moeilijker
te maken.MOS bleef de voorkeur houden voor geheugen-IC's en de meesteII. f -
nieuwe toepassingen; bipolaire IC's ~qdde~ de vDorkeur. behalve voor
analoge schakelingen, voor snelle en speciale digitale toepassingen
(RAM, 108).
,,>00000
5 0000
10000
5°00
1000
.<:u 250cuEC 100.."c..~.. 50'"Q.,
In
,"('rv larg(' scale ,,-'intcg:ration .""
integrated circuits
transistors withsubminiature components
subminiature tuhes with subminiaturecomponents (Tinkertoy,'
miniature tuhes and conventional components
t940 1945 '95" 19,15 1960 1<\65 "lio "175
Year
Fig. 17.
Elektronische miniaturisatie (RIM,III).
In figuur 17 is de elektronische miniaturisatie in beeld gebracht m.b.v.
het aantal deeItjes per kubieke inch. OpvaIIend is de snelle groei van
dit aantal tijdens de stap van de transistor naar de IC in de eerste
helft van de jaren 60.
Grotere dichtheden waren aIleen mogelijk als ook de vermogensconsumptiep'e" poort
werd verlaagd. Globaal gezien nam het vermogenverbruikfelke 10 jaar met
een faktor 10 af, en wordt voortzetting van deze trend in de toekomst
verwacht: 10 mW in 1965, I mW in 1975, 0.1 mW in 1985 (Gallium-arseen)
en 0.01 mW in 1995 (Josephson junctions). (TIS,fig.6 en 7).
De schakeltijd nam elke 10 jaar eveneens af met een faktor 10, en ook
deze trend zal zich volgens de verwachtingen in de toekomst voortzetten:
de vertragingstijd per poort was 10 ns in 1965, I ns in 1975, en zal
0.1 ns in 1985 (gallium-arseen) en 0.01 ns in 1995 (Josephson junctions)
zijn (T1S,fig.6).
Voor de toepassing 1n computergeheugens met grote dichtheden wordt ook
geexperimenteerd met z.g. bubbelgeheugens ("bubble memories; EID,I?3).
Dit zijn echter geen halfgeleidergeheugens, maar magnetische geheugens.
De betrouwbaarheid per bit nam evenredig toe met de complexiteit van de.
IC. M.a.w. de betrouwbaarheid per IC bleef ongeveer constant; de fouten
kans is 1/10.000ste in 1000 uren, ofweI 1 in de 1000 jaren (GDB,0.3}.
Vergelijk dit met een gewone schakeltransistor, met een foutenkans van
2/100.000ste in 1000 uren, en een soldeerverbinding, met een foutenkans. ,.N" TIS ~.:.. ! en IIIvan 1/100.000ste 1n 1000 uren (AEP,153,15~). Jf/7'
.__ . -----,-~-._- .-'"--,..•.,.'"',.'~.~.. _.--- ~ ..__.._-~---
De verdergaande miniaturisatie stelde steeds hogere eisen aan
de produktie-methoden. Halverwege de jaren 60 begon de ionen-implantatie,
een oude methode waarmee Ohl en Shockley in 1949/50 experimenteerden,
economisch aantrekkelijk te worden, en veroverde zich daarna een plaats
naast de diffusie-methode. Bij ionenimplantatie gebeurt de dotering door
deeltjes m.b.v. een deeItjesversneller in het halfgeleidermateriaal te
schieten. De voordelen van deze methode t.o.v. gasdiffusie zijn: een
groter bereik in doteringsgraad, een nauwkeurigere dosering, zowel in
hoeveelheid als in plaats, keuzevrijheid in de volgorde omdat onderlig
gende lagen bereikt kunnen worden, geen verhitting. Nadeel is de grote
kapitaalinvestering voor de apparatuur. Voor zeer grote dichtheden kan
aIleen van ionenimplantatie gebruik worden gemaakt (GDB,1.7; RAM,99;
AIE,87) •
Bij het overbrengen van de patronen van de maskers, die ook bij ionen
implantatie worden gebruikt, op de silicium wafels door belichting
treedt enige onscherpte Ope Deze onscherpte is minder naarmate straling
7fvan een kortere golflengte wordt gebruikt. Daarom wordt geen zichtbaar
licht gebruikt, maar U.V. licht. Bij U.V. licht komen afmetingen tot
enkele micromters nog voldoende scherp over. Voor VLSI is het gebruik
van U.V. licht nog juist mogelijk. Voor nog kleinere afmetingen is men \if ~tr"5fra./h• (/{ftM)19L;
aangewezen op elektronenstralen die een nog kortere golflengte hebben4l)&,i·I'I
Er wordt reeds geexperimenteerd met afmetingen, die kleiner zijn dan een
micrometer: dit is het terrein van de submicrontechnologie •...~_._-------
De bekendste en meest veelzijdige IC is de microprocessor. Deze brak
i~969 door bij Intel in de V.S. N.a.v. een Japanse bestelling van zeer
complexe IC's voor rekenmachines kwam Hoff van Intel op het idee om de
complexiteit van de schakelingen te reduceren door de IC's programmeer
baar te maken, door de specifieke werking ervan afhankelijk te maken van
~n geheugen-IC's opgeslagen informatie. Hoff slaagde erin zo'n struktuur
te ontwerpen, dat de IC werkte als het rekendeel (de processor) van een
komputer.Het ontwerp, nu bekend onder de naam microprocessor, werd voor
het eerst succesvol toegepast in de Japanse rekenmachines (WES,II).
Aanvankelijk realiseerde men zich bij Intel niet dat er voor micropro
cessors en voor de kombinatie ervan met geheugen- en input/output-Ie's
tot een microcomputer een grote markt was weggelegd. Nadat dit besef was
doorgedrongen leidde verder ontwikkelingswerk bij Intel tot de eerste
microprocessor in 1971. De eerste microprocessors, waarvan er inmiddelsvelen war.eg, bereikten pas de markt in 1974 (MER, 74; EID,183).unaInanKel~jk van Intel resulteerde militaire onderzoeksopdrachten in de
V.S. tot de bouw van een microprocessor in 1969. Het is niet duidelijk
of dit ontwerp bij Intel bekend was. Later is dit ontwerp beschikbaar
gesteld voor industrieel gebruik (WES,12,13).
Niet alle ontwikkelingen in de halfgeleiders waren gericht op integratie.
In 1968 werd het eerste schakelelement van amorf halfgeleidermateriaal
commercieel geproduceerd (ElD,170). Voor de microgolftechniek werden
diverse nieuwe halfgeleiderprodukten ontwikkeld (EID,169,182). Elektro
optische halfgeleiders kregen meer aandacht. In 1975 werden optische
komponenten, w.o. een laser, analoog aan elektronische komponenten, ge
integreerd in een monolithisch kristal (ElD,184).
Wat transistors betreft: microgolftransistors werden populairder in de
tweede helft van de jaren 60 (AIE,86), transistors met een laag ruisni~
veau werden met succes ontwikkeld aan het eind van de jaren 60 en in de
jaren 70 (AEP,148).
Ret unieke van de halfgeleiderindustrie is haar grote kostendaling per
produkt per jaar. De meeste industrieen reduceren hun kosten, inflatie
gecorrigeerd, met 20 a 30% per verdubbeling van hun cumulatieve output.
Voor de IC-industrie is deze reduktie 28%. De spectaculaire prijsdalin
gen van de IC's zijn het gevolg van de ongekend snelle groei van de pro
duktie-aantallen. De cumulatieve output van de IC-industrie verdubbelde
bijna jaarlijks (MER,36).
Volgens de leercurven van figuur 18 was de prijsreduktie per verdubbe
ling van de cumulatieve output voor IC's 74% in de periode 1964/72 en
voor transistors 68% in de periode 1959/72. Dit geldt voor de V.S.
lOa
(74%)1967
1968196
197019711972
5 107 2 5 108 2 5 109
2Cumulative production (units)
Fig. 18.
Leercurven voor de halfgeleiderindustrie ~n de V.S.(Ml~3~)
Zolang de verdubbeling van de cumulatieve industriele output ongeveer
jaarlijks plaatsvond, was de jaarlijkse prijsreduktie overeenkomstig.
Zoals figuur 18 laat zien, ging dit niet meer op voor de transistors
in de periode vanaf 1967, toen de groei van de output aanzienlijk was
afgenomen. In de vier jaren van de periode 1968/72 verdubbelde de cumu
latieve output van transistors slechts een maal.
Voor IC's is de gemiddelde prijs na 1972 gestabiliseerd op ongeveer $1,
(MER,76; ?). De kosten van een gegeven elektronische funktie daalden
echter verder, omdat de complexiteit van de IC's intussen toenam(MER,36).
B.v. de kosten per bit zijn voor RAM-IC's gemiddeld met 28% per jaar
afgenomen, d.w.z. iedere 7 jaar 10 keer zo goedkoop geworden (RAM,22 ).
De verwachting is dat deze trend zich voortzet (fig. 19).
19831981197919771975
0·5
0.01 '--~'--~""""....i-.Io,..;...~.10,..;...",,",-"=""--'-"-
1973
0·2
~c:III 0·1.=!.-:c~a.ti0u 0·05
Rig. 14.
Kosten per bit voor RAM-Ie's in de V.S. (MER,40).
We gaan nu de groei in de halfgeleiderindustrie na 1965 nader bekijken.
Tabel 13 laat zien hoe de produktie van degeintegreerde halfgeleider
komponenten die van de diskrete halfgeleiderkomponenten in aantal in
een klap overtrof in de V.S. in 1965.
Discrete t'quivalents Total discrete Percentage of
Diodes and Integrated of integrated ('omponents or components inrectiners Transistors circuits circuits equivalents integrated
1M) (M) 1M) 1M) 1M) circuits
1963 6.7. 1 3°··9 4·5 108.0 1038.0 t04
1964 76•. 1 398.0 13. 8 331.· t491.3 :C~. 2
1965 107•.6 631.1 95·4 305•.8 4751-' 64·'1
1966 15.0.8 877-3 165.0 5.80.0 76 78.1 {)3.:';
1967 146 1.1 79'·1 17 8.8 858•. 4 10835.6 79 ,
1968 1618.8 951.7 ·47·3 1184°.4 t44 I0·9 8•.•
1969 '099· 7 1249. 1 4'3.6 '3721.6 .7074.4 87.6
197° 1866.0 976.9 49°·' '7451.' 3°'94. 1 90.6
197 1 1473. 1 880·7 635·' 4065•.8 43006 .6 94·5
Ta.pel 13.
Jaarlijkse halfgeleiderproduktie in de V.S. (RIM,112).
De waarde van de wereldomzet van IC's overtrof die van de diskrete half
geleiderkomponenten rond 1973 (tabel 14). De waarden in tabel 14 zijn
verzameld van verschillende bronnen, en zijn mogelijk niet aIle op de-
jaar
1970197619781990
wereldconsumptie in miljarden dollarshalfgeleiders IC's microprocessors
2,3 1,04,8 3,5 ?9,4 6,0 0,5
28,2 23,0 6,0
Tabel 14.
Wereldconsumptie van halfgeleiders (MER,34,77,79; RIM,121;
RAM,60).
zelfde W1Jze berekend. Volgens tabel 14 wordt een voortzetting van de
groei van de halfgeleiderconsumptie verwacht, waarbij de Ie's een toe
nemend aandeel zullen hebben, tot meer dan 80% in 1990. Van·~de Ie's zal
de microprocessor een steeds groter aandeel krijgen, tot meer dan 25% in
1990.
Van de wereldconsumptie van halfgeleiders nam van 1965 tot 1972 het Ame
rikaanse aandeel af en het Europese en het Japanse aandeel toe (tabel IS).
waarde van de halfgeleiderconsumptie als percentage van de Amerikaanse halfgeleiderconsumptie
G. B. +Fr .+W.Dtl.Japan
Tabel IS.
1965
1812
1970
2727
1972
3243
Waarde van de halfgeleiderconsumptie 1n G.B., Frankrijk en
West-Duitsland samen en in Japan als percentage van de half
geleiderconsumptie in de V.S. in 1965,1970 en 1972 (RIM,148).
M.n. het aandeel van Japan groeide sterk. Tegelijktertijd bleef het aan
dee I van de Amerikaanse produktie in de periode 1969/76 tussen de 48 en
57% van de wereldconsumptie (RIM,121). Riervan was een toenemend deel
voor export (RIM,147),m.n. naar Europa. Dit weerspiegelde zich in het~i€.tAw>1
marktaandeel va~bu1tenlandse dochterondernemingen en import samen in
Europese landen. Dit bedroeg in 1968: 52% in G.B., 48% in Frankrijk en
32% in West-Duitsland.~Retaandeel van Philips middels de dochteronder-lWO<S d_t'l:'kte'je", :,jQ.Dl"'#Ifff ~'t-J
nemingen in de genoemde drie Europese landeni (resp. 22% (Mullard),
22% (Radiotechnique Compelec) en 25% (Valvo). Ret Amerikaanse marktaan
deel was in de Europese landen in 1972 gestegen tot resp. 58%, 95% en
In Japan was dit slechts 12% (MER,81),,,,;trf,,:te,,,( ...jko"'s~',v""';""o,.t.
t grootste deel van deze percentages vertegenwoordigd~hetAmerikaanseaandeel· Voor Japan was dit percentage slechts 10% (IDT,144).
Een dergelijk beeld biedt ook de IC-consumptie en -produktie als we de
jaren 1976 en 1980 vergelijken (tabel 16).
1976 1980
Cons. Prod. Cons. Prod.
VS 54 71 42 64Japan 22 21 26 25West-Europa 20 8 26 10Rest van de wereld 4 6 1
Tabel 16.
Produktie en consumptie van IC's, 1n procenten (RAM,60).
Ook hier Z1en we een toenemend handelsoverschot van de V.S. tegenover
een toenemend handelstekort van Europa.\Japans ha~delsbalans blijft f' ~/.• • VIl'" e:l~ GwC>t*:~ J."-"r<.jl£~ "'l~""'. pl,. {,pi I ..., ...-t u,,- Qt,.....~ Va;'. • '" 10 .\
ongeveer 1n evenw1cht. v~" Jot l...Je~CtAytrod,,/JJ"" :_ {cSA" l'j..,l~ l-Je~... ~ €'er<t~t'.0s,iJQ ,.... (RAM}]!;."1... ck V.S'. 1-,,,0( 1'~:{.'JH e.-e.,. fli... k )'OoArltt.. ",,,,dli!'t./ ... ,. I.e!'" """Idle/, "J"E'l""J,~
Europa concentreert zich vooral op de analoge IC, terwij 1 de V. S. meer .s;.-",et,cl
d h f d d · . 1 h f h (101",',;aan ac t gee t aan e 191ta e IC. Europa ee teen voorsprong op et Me~'1~)
eerste, de V.S. op het tweede gebied. Beide, Europa en de V.S., dreigen
nu door Japan te worden voorbijgestreefd (RAM,14).
Er is nu een ontwikkeling gaande die Europa in een verder nadelige posi
tie dreigt te plaatsen. Analoge elektronica moet steeds meer van haar
terrein prijsgeven aan digitale elektronica. Ret voordeel van het ge
bruik van digitale signalen is de mogelijkheid om bij een gegeven sig
naalsterkte de gevoeligheid voor ruis en storingen te verminderen. De
digitale elektronica dringt zelfs door in traditioneel analoge gebieden
als geluid- en radio-apparatuur (RAM,15,16).
Een andere faktor die digitalisering bevordert ~s de integratie van di
verse vormen van communicatie, zoals spraak per telefoon,en digitale~
datatransmissie van en naar een computer, zoals bij viditel, op een net (?).
Ret militaire aandeel in de halfgeleidermarkt nam in de V.S. in de jaren
70 verder af. In 1972 was dit aandeel nag 24%. Nog aItijd hoog in ver
geIijking met de 14% in Europa en de 0% in Japan in hetzelfde jaar. De
Amerikaanse industrie richtte zich meer op de behoeften van de industrie
d k {De absolute waarde van het militaire aandeel in de V.S.
en e onsument. .. . d SwQ.f di:. rtd,,{i;;~'l. LJ(J.fJ../.e • :'\daalde ~n de J aren 70 n~et ver er0l-&>t oro e/J;,,! '10-erj"'~ (!.Its ,...)
Op de konsumentenmarkt deden IC's hun intrede niet vool 1966. Na een J
aarzelende start werden ze meer en meer gebruikt in tv's, radio's, mic
ro-ovens en elektronische rekenmachines (WES,11).
Rekenmachines werden wanaf de tweede helft van de jaren 60 met MOS-IC's
vervaardigd (RIM,169). Japan domineerde de rekenmachinemarkt. Vanaf 1971
nam ook de V.S. deel aan de produktie van rekenmachines (RIM,170).
In de jaren 70 brachten sterke prijsdalingen de rekenmachine binnen het
bereik van de konsument (RIM,170 tID 176). In 1975 bedroeg de wereldpro
duktie van rekenmachines in totaal 49 miljoen stuks met een totale waar
de van $1,5 miljard (RIM,173).
Na de rekenmachine deed het elektronisch horioge zijn intrede op de kon
sumentenmarkt. In 1975 bedroeg de totale produktie 3 miljoen stuks met
een totale waarde van $450 miljoen (RIM,176,177).
Uiteindelijk vormde de computer de grootste markt voor Ie's. In 1978
was het computeraandeel 40%, naast 30% voor konsumentengoederen en 30%
voor kapitaalgoederen (RAM,59).
In 1964 kandigde IBM zijn eerste computer met hybride IC's aan, in 1970
bracht IBM zijn eerste computer met monolithische IC's op de markt (WES,
10). In 1972 introduceerde Intel de eerste microcomputer (EID,179), en
in 1976 een computer met de complete elektronica op een printplaat,
inclusief programmeerbare input/output-IC's (EID,185).
am de rol van de transistor en de IC in de computer te demonstreren ver
gelijken we een aantal gegevens van de eerste buizencomputer, de ENIAC
van 1946, en een microcomputer van 1977 (tabelI7). Natuurlijk hebben
ook andere ontwikkelingen aan deze weergaloze verbeteringen bijgedragen.
Het meest opvallende is dat voor een grotere snelheid, een grotere capa
citeit, een veel grotere betrouwbaarheid, een veel zuiniger vermogen.tr-
77vermogen- betrouw- geheugen-
volume gewicht verbruik prijs snelheid baarheid capaciteit
ENIAC 30.000 60.000 50.000 100.000
m-comp. 1 20 10.000 >1
Tabel 17.
Vergelijking van de ENIAC-computer van 1946 en een microcomputer van
1977 d. m. v. verhoudingen (MER, 32; THO; 'SIC, 119) •
bruik en een veel betere hanteerbaarheid tesamen een prijs stond, die
maar liefst 100.000 keer zo laag is. Een microcomputer van 1977 kostte
$300,-, de prijs van een kleurentelevisie.
De gehele elektronische industrie, met een wereldomzet van $80 miljard
in 1976 (MER,35) en $150 miljard in 1981 (7), is meegegroeid met de
transistor en de IC. Figuur 20 laat de groei van de elektronische in
dustrie in de V.S., die meer dan de helft van de wereldproduktie voor
haar rekening neemt, zien over de periode 1910/77. De output van de
40
20
10
30
40
50
6C
1980196019501940
2nd World War
~ ~193019201910
10 1st World War
!
30
20
Figuur 20.
De groei van de elektronische industrie ~n de V.S. (ElD,8).
Amerikaanse elektronische industrie verdubbelde na 1919 gemiddeld iedere
vijf jaar (InT,7). Volgens de verwachtingen zal de groei zich tot 1990
~n hetzeIfde tempo voortzetten (tabel 18). Opvallend in figuur 20 zijn
de piek rond het jaar 1952 en de piek rond het jaar 1968. Deze pieken
komen overeen met de "hoogtepunten" in resp. de Koreaanse en de Viet
namese oorlog.
In tabel 18 staan de omzetwaarden in 1978 en de verwachte omzetwaarden
in 1990 genoemd van de belangrijkste elektronische toepassingsgebieden.
Millions of 1978U.S. Dollars
Telecommunication EquipmentAutomotive ElectronicsConsumer Electronics- Television Sets- RadiosComputers and Related Peripherals- Word Processing·Semiconductors- Discrete- Integrated Circuits- MicroprocessorsFactory Automation, includingProcess Control- InstrumentsMedical Equipment
1 Millions of 1977 U.S. Dollars.2 Millions of 1976 U.S. Dollars.
1978
32900'2410
133914999
186601745
34105490
470
922036205340 2
1990
8180018743
223069230
368605350
5230169905960
29 9001188011 100
Tabel 18.
De totale vraag naar enkele belangrijke elektronische produk
ten (RAM,60).
De sterke groei van de telecommunicatiesector hangt samen met de intre
de van elektronische informatiesystemen in bedrijven en geleidelijk aan
ook in huishoudens.Q..
Volgens de tabel gaat de elktronica in de automobielindustrie nu pas
goed doorbreken. De automobielindustrie voIgt de halfgeleiderontwikke
lingen niet snel. Zij heeft te maken met duurzame investeringen in de
produktielijnen, en met mensen die nog niet op het onderhoud van de elek
tronica in een auto zijn ingesteld (RIM,185,186,187).
Tenslotte zit achter de sterke groei in de automatisering van produktie
een toenemend gebruik van robots.
LITERATUURLIJST
AEP - Grivet, P.,Sixty years of electronics,ADvances in Electron. & Electron Phys., vol.50 (i980), p.89.
AlE - An Age of Innovation, The World of Electronics, 1930-2000,by the Editors of Electronics,McGraw-Hill, 1981.
BIC - Bouwstenen voor Geintegreerde Circuits,collegedictaat nr. 5.533, bij het college van F.M. Klaassen,Afdeling der Elektrotechniek, Technische Hogeschool Eindhoven,jan. 1980.
ECS - Dennis, W.H. ~~
Electronic Components and Systems (?). h 6' Z. ;EID - Dunnner, G. W.A. ,
Electronic Inventions and Discoveries,Pergamon Press, 1978.
ELB - Elektronische Bouwstenencollegedictaat nr. 5.555, bij het college van H. Groen..uijk,Afdeling der Elektrotechniek, Technische Hogeschool Eindhoven,jan. 1982.
FEE - Gosling, W., W.G. Townsend & J. Watson,Field-effect ElectronicsWiley- Interscience, 1971.
FEC - Hazeu, H.A.G.Fifty Years of Electronic Components, 1921-1971,N.V. Philips' Gloeilampenfabriek, Eindhoven, 1971.
GDB - Geintegreerde Digitale Bouwstenen,collegedictaat nr. 5.504,Afdeling der Elektrotechniek, Technische Hogeschool Eindhoven,najaar 1980.
HEL - Halfgeleider Elektronica,collegedictaat nr. 5.516, bij het college van F.M. Klaassen,Afdeling der Elektrotechniek, Technische Hogeschool Eindhoven,1981.
HJT - Honderd Jaar Telefoon: Geschiedenis van de Openbare Telefonie inNederland, 1881-1981,red. J.H. Schuilenga, J.D. Tours, J.G. Visser e.a.,Staatsbedrijf der Posterijen, Telegrafie en Telefonie, 1981.
IDT - Tilton, J.E.International Diffusion of Technology: The Case of Semiconductors,The Brookings Institution, Washington, 1971.
IES - Weiner, C.How the transistor emerged,IEEE Spectrum, jan. 1973, p.24.
- Lapidus, G.Tranststor family history,IEEE Spectrum, jan. 1973, p.34.
IME - Gosling, W.An Introduction tot Microelectronic Systems,McGraw-Hill, 1968.
MER - Noyce, R.N.,Microelectronics,The Microelectronics Revolution: The Complete Guide to the NewTechnology and its Impact on Society, red. T. Forester, BasilBlackwell, 1980, p.29.
- Braun, E.,From transistor to microprocessor,The Microelectronics Revolution: The Complete Guide to the NewTechnology and its Impact on Society, red. T. Forester, BasilBlackwell, 1980, p.72.
- Mackintosh, I.M.,Micros: the coming world war,The Microelectronics Revolution: The Complete Guide to the NewTechnology and its Impact on Society, red. T. Forester, BasilBlackwell, 1980, p.83.
OTP - Verbong, G.,De Ontwikkeling van de Transistor bij Philips,afstudeerverslag van de Afdeling der Natuurkunde, TechnischeHogeschool Eindhoven, mei 1981.
RAM - Maatschappelijke Gevolgen van de Micro-elektronica,rapport van de Adviesgroep Micro-elektronica (voorz. G.W. Rathenau),Staatsuitgeverij, 1980.
RIM - Braun, E. & S. MacDonald,Revolution in Miniature: The History and Impact of SemiconductorElectronics,Cambridge University Press, 1978.
SIC - Burkitt, A. & E. Williams,The Silicon Civilisation,Allen, 1980.
SVN - Vijf en Zeventig Jaar Statistiek van Nederland,Centraal Bureau voor de Statistiek,Staatsuitgeverij, 1975.
THD - Davidse, J.,Micro-elektronica,college op 26 maart 1982 in het kader van de cyclus Verkenningder Techniek, Afdeling Wijsbegeerte en Maatschappijwetenschappen,Technische Hogeschool Delft~
TIS - Colombo, U. & G. Lanzavecchia,The transition to an information society: "How do we manage thechange? What can R&D contribute ?",The Transition to an Information Society, EEC FAST Conference,London, jan. 1982.
TRA - Kendall, E.J.M.,Transistors,Pergamon, 1969.
VEL - Oosterhoudt, P. van & W.J. van Zeeuw,Vermogenselektronica,collegedictaat nr. 5.011,Afdeling der Elektrotechniek, Technische Hogeschool Eindhoven,maart 1978.
VGT - Verbong, G.,De Voorgeschiedenis van de Transistor,stageverslag van de Afdeling der Natuurkunde, TechnischeHogeschool Eindhoven, febr. 1980.
WES - Klerk, P. de,De rol van de militairen in de ontwikkeling van demikro-elektronika,Wetenschap & Samenleving, nr. 9, 1981, p.4.