Sechzig Jahre integrierte Schaltung

Geschrieben am 11.09.2018 von

Am 12. September 1958 führte der Ingenieur Jack Kilby in der Firma Texas Instruments ein zehn Millimeter langes Schaltelement vor. Es vereinte verschiedene Funktionen in einem Germanium-Kristall. Damit war es die erste integrierte Schaltung. Aus dem bescheidenen Anfang entwickelte sich die wichtigste Innovation der jüngeren Technikgeschichte. Im Jahr 2000 erhielt Kilby den Nobelpreis für Physik.

„Die Königlich Schwedische Akademie der Wissenschaften hat beschlossen, den Nobelpreis in Physik für das Jahr 2000 an Forscher und Erfinder zu verleihen, deren Arbeiten die Basis zu der modernen Informationstechnologie, IT, gelegt haben; und zwar speziell durch ihre Erfindung schneller Transistoren, Laserdioden sowie integrierter Schaltkreise (Chips).“

Obige Meldung ging am 10. Oktober 2000 über die Nachrichtenkanäle der Welt, und sie liegt auch im Video vor. Der Preis wurde damals geteilt. Zwei Viertel erhielten der Russe Schores Alfjorow und der gebürtige Deutsche Herbert Krömer, der im August den 90. Geburtstag feierte. Die restliche Hälfte und damit 4,5 Millionen schwedische Kronen – was einer halben Million Euro entsprach – bekam der Amerikaner Jack Kilby. Die preiswürdige Leistung war, um die Akademie zu zitieren, sein Anteil an der Entwicklung des integrierten Schaltkreises.

Jack Kilbys Geniestreich: Die integrierte Schaltung vom 12. September 1958. Der Transistor sitzt rechts auf dem länglichen Kristall. (Foto Texas Instruments)

Die Entwicklung lag schon eine Weile zurück; Kilbys Tat geschah vor sechzig Jahren, am 12. September 1958 im texanischen Dallas. Dort saß das 1930 unter dem Namen Geophysical Service gegründete und später umbenannte Unternehmen Texas Instruments. Jack Kilby wurde 1923 im Bundesstaat Missouri geboren; er wuchs im benachbarten Kansas auf, wo sein Vater ein Elektrizitätswerk leitete. Den Krieg machte er als Funker der US Army in Indien mit. 1947 schloss er in der Heimat sein Ingenieurstudium ab.

Anschließend fing Kilby beim Elektro- und Elektronikhersteller Centralab in Milwaukee an. Hier baute er in den 1950er-Jahren die Transistorabteilung auf und erwarb daneben zwölf Patente. Seine Zukunft sah er aber bei einer größeren Firma; im Mai 1958 wechselte er zu Texas Instruments. Als neu eingestellter Mitarbeiter durfte er noch keinen Sommerurlaub nehmen. In den ausgestorbenen Räumen der Fabrik ließ er seine Gedanken schweifen; sie kreisten um das Problem, viele elektronische Bauteile auf wenig Raum unterzubringen.

Die betreffende Seite aus Kilbys Laborbuch. (Foto Computer History Museum)

Zuvor bestand die Lösung darin, einzelne Transistoren möglichst klein oder möglichst rationell zu fertigen. Am 24. Juli 1958 traf Jack Kilby der Geistesblitz. Wäre es nicht möglich, ein einziges Stückchen Halbleiter – die Grundlage für Transistoren und andere Bauelemente – für mehrere Schaltkreise zu verwenden? Kilbys Chef Willis Adcock erlaubte, aus seinem Urlaub zurück, praktische Versuche. Am 25. August 1958 stellte Kilby eine Schaltung allein aus Silizium-Elementen zusammen. Sie waren aber noch räumlich voneinander getrennt.

Zweieinhalb Wochen später lagen drei neue Schaltkreise vor. Jeder war um ein Kristall aus dem Halbleiter Germanium herum gesponnen und realisierte einen Phasenschieber. Die Schaltung, auch Oszillator genannt, lieferte einen hochfrequenten Wechselstrom. Die Kristalle maßen 10,2 mal 1,6 Millimeter und trugen einen Transistor und einen Kondensator; sie wurden durch Ätzen hervorgerufen. Auf der Unterseite befanden sich Kontakte, die am Germanium elektrische Widerstände erzeugten. Verbunden wurde alles durch Golddrähte.

Jack Kilby um 1960. (Foto Texas Instruments)

Am 12. September 1958 führte Kilby seine Erfindung in der Firma vor; anwesend waren sein Chef und einige Kollegen. Alles klappte hervorragend; der Bildschirm des Oszilloskops zeigte eine Schwingung von 1,3 Megahertz. Die Texas-Instruments-Forscher perfektionierten die Technologie. Im März 1959 gab die Firma sie öffentlich bekannt. Sie trug noch die Bezeichnung „solid circuit“, zu Deutsch Festkörperschaltung. Ein Jahr später erschien das erste kommerzielle Produkt, der Flipflop-Schaltkreis TI 502.

Der Ausdruck „integrated circuit“, kurz IC, verbreitete sich ab 1961. Völlig integriert waren die frühen Texas-Instruments-Bauelemente aber nicht; sie wiesen noch immer feine Drähte auf. Die IC im heutigen Sinne entwickelte erst die Firma Fairchild Semiconductor in Kalifornien. Wir haben sie im Blog vorgestellt. Ihre Planar-Technik platzierte eine komplette Schaltung in ein Siliziumplättchen, den vielgerühmten Mikrochip. Auch Texas Instruments übernahm das Verfahren – es gab dazu schlicht keine Alternative.

„Solid Circuit“ von Texas Instruments mit den typischen Drähten. (Foto Computer History Museum)

Kilby ließ sich nicht entmutigen und schuf den Thermodrucker und den Taschenrechner. Ab 1970 arbeitete als freier Erfinder. Er interessierte sich besonders für die Solartechnik. Von 1978 bis 1984 lehrte er an einer Technischen Hochschule in Texas. Jack Kilby starb 2005 in Dallas. Im Internet lebt er weiter; hier ist die ihm gewidmete Seite seiner alten Firma. In unserem Eingangsbild (Foto Texas Instruments) ist er, wie immer etwas unzufrieden, mit dem Laborbuch von 1958 zu sehen.

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