La solución de dióxido de silicio

Ni bolsas de plástico, ni tornillos metálicos, ni colillas. No, el artefacto humano más común hoy en día es el transistor, inventado hace 60 años este mes por los físicos de Bell Labs John Bardeen y Walter Brattain. Millones de estos interruptores subminiatura pueblan computadoras, teléfonos celulares, juguetes, electrodomésticos y cualquier otra cosa que lleve un microchip. Es difícil saber exactamente cuántos transistores hay, pero hace varios años, Gordon Moore, fundador de Intel Corp. y autor de la famosa Ley de Moore, hizo una conjetura: más de 1018, es decir, un quintillón, transistores se producen anualmente. "Hacemos más transistores por año que la cantidad de caracteres impresos en todos los periódicos, revistas, libros, fotocopias e impresiones de computadora", me dijo Moore recientemente. "Y vendemos estos transistores por menos del costo de un personaje en el Sunday New York Times".

Detrás del crecimiento explosivo que ha experimentado la producción de transistores desde 1960 hay un gran logro tecnológico. Hoy en día, los fabricantes de chips esencialmente imprimen transistores en obleas de silicio. Es un método de fabricación arraigado en el proceso de impresión mecánica originado por Johannes Gutenberg hace más de 500 años, aunque mucho más complejo, por supuesto. El propio Moore desempeñó un papel principal en el desarrollo de la tecnología de fabricación de transistores durante la década de 1960 cuando era director de investigación en Fairchild Semiconductor Corp., en Palo Alto, California. Pero gran parte del crédito por ese avance revolucionario pertenece a un pionero de semiconductores menos conocido y Cofundador de Fairchild. El héroe anónimo de este capítulo fundamental en la historia de la electrónica, la invención del transistor plano, es Jean Hoerni.

Un físico teórico nacido en Suiza, Hoerni, junto con otros siete rebeldes decididos y de ideas afines (Moore, Robert Noyce, Jay Last, Sheldon Roberts, Eugene Kleiner, Julius Blank y Victor Grinich) fundaron Fairchild en 1957 [ver foto, " Los ocho de Fairchild"]. Todos contribuyeron, directa o indirectamente, a la nueva tecnología, pero ninguno tanto como Hoerni. Hace cincuenta años, sentado solo en su oficina, elaboró ​​un tipo de transistor radicalmente nuevo: un dispositivo más compacto y plano cuyas partes sensibles estaban protegidas bajo una fina capa de dióxido de silicio. La brillante idea de Hoerni, más que cualquier otro factor, permitió que la incipiente empresa comenzara a imprimir transistores en silicio. Los transistores planos demostrarían ser mucho más fiables y funcionarían mucho mejor que otros diseños, lo que dejaría obsoletas las ofertas de la competencia.

The Fairchild Eight: desde la izquierda, Gordon Moore, Sheldon Roberts, Eugene Kleiner, Robert Noyce, Victor Grinich, Julius Blank, Jean Hoerni y Jay Last.Foto-ilustración: Wayne Miller/Magnum Photos/Fairchild Semiconductor

El proceso planar también facilitó la interconexión de transistores vecinos en una oblea, allanando el camino hacia otro logro de Fairchild: los primeros circuitos integrados comerciales. A medida que otras empresas se dieron cuenta de las grandes ventajas de la tecnología planar y comenzaron a adoptarla en sus propias líneas de producción, la elegante idea de Hoerni ayudó a establecer a Silicon Valley como el epicentro mundial de la microelectrónica.

Los últimos meses de 1957 Fueron tiempos de anticipación en Fairchild, ya que los fundadores organizaron los laboratorios y las líneas de producción de la nueva empresa en un grupo de edificios en 844 Charleston Road en Palo Alto. En septiembre de ese año, los ocho científicos e ingenieros habían renunciado en masa al Laboratorio de Semiconductores Shockley, en Mountain View, a unos 2 kilómetros de distancia. Estaban irritados por el estilo de gestión de mano dura de su fundador, el pionero de los transistores William Shockley, y su búsqueda de proyectos difíciles de I+D a expensas de productos útiles y vendibles. Entonces persuadieron a Fairchild Camera and Instrument Corp. de Syosset, Nueva York, una empresa que buscaba diversificar su negocio, para fundar Fairchild Semiconductor. Los ocho fundadores planearon utilizar las técnicas de procesamiento de silicio que habían aprendido con Shockley para fabricar y vender transistores avanzados de alta velocidad.

Su momento no podría haber sido mejor. El 4 de octubre de 1957, la Unión Soviética puso en órbita el Sputnik I, iniciando una frenética carrera espacial con Estados Unidos. Millones en todo el mundo miraron hacia el cielo para ver la asombrosa e innegable evidencia de que los soviéticos tenían una gran ventaja inicial. Mientras tanto, el senador Lyndon B. Johnson (D-Texas) encabezó las investigaciones del Congreso sobre cómo la administración de Eisenhower pudo haber permitido que surgiera tal "brecha de misiles". Con la URSS teniendo una gran ventaja en el mayor empuje de sus misiles, la industria aeroespacial de EE. UU. buscó todas las formas imaginables de reducir el tamaño y el peso de sus cargas útiles y satélites. "Se habló mucho sobre la densidad de empaquetamiento de las funciones electrónicas a fines de la década de 1950", recordó Noyce en una entrevista de 1975, que está archivada en el Centro de Historia de IEEE. "Era la Era de los Misiles, y los costos de transporte de aquí a Rusia eran muy altos". La necesidad de circuitos electrónicos pequeños y ultraligeros basados ​​en transistores de silicio confiables convirtió a estos dispositivos en un mercado prometedor para Fairchild.

Ese otoño, los fundadores de Fairchild trabajaron febrilmente para poner todo en marcha. Moore instaló hornos de difusión diseñados para impregnar obleas de silicio con capas delgadas de micrómetros de impurezas, elementos químicos como boro, fósforo o aluminio que alteran las características eléctricas del silicio para formar los bloques de construcción de un transistor. El metalúrgico Sheldon Roberts asumió la tarea de cultivar cristales de silicio de alta pureza de los que se pudieran cortar las obleas. Noyce y Last desarrollaron métodos para hacer fotolitografía y enmascaramiento de óxido, mediante los cuales podían definir aberturas precisas en una capa delgada de dióxido de silicio en la superficie de la oblea; las impurezas se difundirían a través de estas aberturas hacia el silicio subyacente. Otros cofundadores profundizaron en la fabricación, prueba y venta de dispositivos de alta tecnología a clientes aeroespaciales.

Y luego estaba Hoerni. Teórico con no uno sino dos doctorados, de las Universidades de Cambridge y Ginebra, había venido a Estados Unidos para realizar estudios posdoctorales en Caltech. En 1956, Shockley alejó al físico de 32 años de la academia y lo asignó para hacer cálculos teóricos de las tasas de difusión. Al principio, Hoerni estaba enclaustrado en una oficina separada, pero siguió viniendo y husmeando en el laboratorio del edificio principal, lo que le proporcionó información valiosa sobre la difusión de estado sólido. Más tarde, en Fairchild, mientras los demás trabajaban en la construcción o instalación de equipos, él se sentaba principalmente en su oficina y "garabateaba en su cuaderno", me dijo Moore.

El 1 de diciembre de 1957, Hoerni agarró su nuevo y nítido cuaderno de laboratorio y comenzó a escribir una entrada titulada "Método para proteger las uniones pn expuestas en la superficie de los transistores de silicio mediante técnicas de enmascaramiento de óxido". En un garabato suelto y fluido intercalado con tres dibujos simples, describió una nueva y revolucionaria forma de fabricar transistores, diferente a todo lo que se había intentado antes.

Los transistores de silicio más avanzados en ese momento se llamaban transistores de mesa porque se parecían a las mesetas del suroeste de Estados Unidos, las capas de impurezas se extendían lateralmente como los coloridos estratos rocosos [ver ilustración, "Mesa vs. Planar"]. Estos transistores consistían básicamente en tres capas de impurezas apiladas verticalmente, cada una rica en electrones (tipo n) o deficiencias de electrones, más conocidas como agujeros (tipo p). El principal inconveniente de la estructura de mesa es que sus uniones pn, las interfaces entre las capas donde se produce la actividad eléctrica del transistor, están expuestas en los bordes. Pedazos de polvo o gotas de humedad pueden contaminar las interfaces sensibles y alterar su comportamiento eléctrico normal.

Mesa vs. Planar: vistas laterales de una mesa (izquierda) y un transistor plano, de un informe que Hoerni preparó en 1960. Ilustración: Museo de Historia de la Computación

La idea de Hoerni era proteger las uniones pn manteniendo la capa de óxido en su lugar sobre el silicio después del proceso de difusión; la práctica estándar en ese momento era grabar esa capa, dejando al descubierto las uniones. "La capa de óxido así obtenida es una parte integrante [sic] del dispositivo", escribió en su cuaderno ese día de diciembre, "y protegerá las uniones expuestas de la contaminación y posibles fugas eléctricas debido a la posterior manipulación, limpieza y enlatado. del dispositivo".

Fue una concepción brillante pero demasiado adelantada a su tiempo. El enfoque de Hoerni requeriría pasos de fabricación adicionales, y hacer transistores de mesa ya estaba en los límites de lo posible. Bell Labs y Western Electric habían producido prototipos de mesas, pero ninguna empresa había vendido una en el mercado abierto.

A principios de 1958, Fairchild obtuvo su primera orden de compra de transistores de silicio de la División de Sistemas Federales de IBM, que planeaba utilizarlos en la computadora de a bordo que estaba diseñando para el bombardero B-70. Fairchild, que ni siquiera tenía prototipos, se enfrentó al formidable desafío de entregar dispositivos de trabajo reales. Para maximizar las posibilidades de éxito, los cofundadores decidieron desarrollar dos tipos diferentes de transistores mesa. Un grupo dirigido por Moore persiguió los transistores npn, que se pensaba que eran más fáciles de fabricar, mientras que Hoerni formó otro grupo para profundizar en las versiones pnp.

Crucial para ambos esfuerzos fue el trabajo que Last y Noyce estaban haciendo sobre los métodos ópticos necesarios para transferir los patrones que definen las características de un transistor a la oblea de silicio. En un viaje a San Francisco, compraron tres lentes de 16 milímetros en una tienda de cámaras y los usaron para fabricar una cámara de paso y repetición, un artilugio que producía matrices rectangulares de imágenes diminutas e idénticas en placas fotográficas, llamadas máscaras. Los trabajadores proyectaron luz a través de las máscaras sobre una resina fotosensible especial que se había depositado en la capa superficial de óxido de la oblea. Cuando posteriormente enjuagaron la oblea en un ácido poderoso, las áreas iluminadas fueron grabadas, exponiendo el silicio debajo de ellas. A continuación, se difundieron finas capas de impurezas en el silicio a través de las aberturas resultantes. Usando tales técnicas, Fairchild podría procesar por lotes cientos de transistores idénticos en una sola oblea.

Otro gran avance fue el uso de un solo metal para hacer las conexiones eléctricas con silicio tipo n y tipo p, un enfoque que simplificó enormemente el proceso de fabricación. Moore había estado luchando con este problema, probando muchos metales diferentes, cuando Noyce pasó por su laboratorio temprano un día y sugirió aluminio. Como impureza de tipo p, el aluminio se une fácilmente al silicio de tipo p, pero a menudo establece una unión pn que bloquea la corriente cuando se deposita sobre el silicio de tipo n. Moore encontró una forma de solucionar este problema comenzando con silicio de tipo n que tenía más impurezas de lo habitual. El grupo de Moore puso en producción sus transistores npn en mayo de 1958, mucho antes que el equipo de Hoerni, que había optado por utilizar plata para los contactos eléctricos.

Para proteger las uniones sensibles de la mesa, cada transistor se empaquetó en una lata de metal herméticamente sellada del tamaño de un guisante y luego se probó. Fairchild envió los primeros cien de ellos a IBM a tiempo en julio, facturados a 150 dólares cada uno. Al mes siguiente, en la feria comercial de electrónica WESCON, los fundadores descubrieron con deleite que eran los únicos con transistores de mesa de silicio en el mercado. "¡Hemos conquistado la industria!" Noyce dijo, exultante en una reunión de Fairchild unos días después.

Sobre la única persona en Fairchild no estaba celebrando Hoerni. Un hombre orgulloso, encantador, pero irascible y, a menudo, volátil, descendiente de una familia de banqueros suizos, estaba molesto porque su enfoque pnp había sido pasado por alto. Pero también era un inconformista testarudo cuyos fuegos creativos fueron avivados por la adversidad. Hoerni no solo no se dio por vencido, sino que se dispuso a desarrollar un transistor aún mejor. Más tarde ese año, volvió a las ideas escritas en las primeras páginas de su cuaderno. ¿Se podría usar la capa de óxido para proteger las uniones pn sensibles? Había indicios de que podría. Esa primavera, habían llegado informes de Bell Labs de que la capa de óxido protegía al silicio que se encontraba debajo. ¿Por qué no las uniones también?

Con un doctorado en física de cristales, Hoerni se dio cuenta de que los átomos de impurezas que entraban por las diminutas aberturas en la capa de óxido se difundirían hacia los lados casi tan bien como hacia abajo en la estructura cristalina del silicio. Lo que significaba que las interfaces de unión se enrollarían debajo de la capa de óxido que rodea una abertura, solo unos micrómetros más allá de sus bordes. Si se deja en su lugar en lugar de ser grabado, pensó, la capa de óxido podría proteger esas uniones.

Pero el dispositivo que Hoerni imaginó no solo sería más difícil de fabricar, sino que su estructura iría en contra de la sabiduría convencional. Especialmente en Bell Labs y Western Electric, la capa de óxido se consideraba "sucia" (llena de impurezas después del proceso de difusión) y, por lo tanto, tenía que eliminarse.

Mientras tanto, comenzaron a surgir serias preocupaciones a fines de 1958 y principios de 1959 sobre los transistores de mesa que Fairchild vendía. Algunos de los dispositivos experimentaban inestabilidades de amplificación y otros no funcionaban correctamente. Un cliente importante informó que un transistor había dejado de funcionar repentinamente por completo. Un técnico de Fairchild eventualmente rastreó las fallas hasta pequeñas partículas de polvo y fragmentos de soldadura atrapados dentro de las latas. Las motas fueron atraídas a las uniones por los fuertes campos eléctricos allí. En un procedimiento de control de calidad posterior que se conoció como la prueba del toque, los trabajadores golpeaban las latas con borradores de lápiz, tratando de desalojar cualquier trozo que pudiera provocar un cortocircuito en las uniones. Si eso sucedía, el transistor se descartaba. Esos fueron días angustiosos para la joven empresa temeraria, porque tales fallas en su único producto amenazaban su propia existencia.

La búsqueda resuelta de Hoerni de un transistor más confiable demostró ser oportuna. En lo que Moore me describió como un "experimento chapucero" destinado a evaluar las ideas de Hoerni, un técnico dejó deliberadamente la capa de óxido encima de una de las uniones pn en un transistor de mesa. Cuando se probó, tenía una estabilidad de amplificación sustancialmente mejor, lo que sugiere que Hoerni realmente estaba en lo cierto. El 14 de enero de 1959, mecanografió dos de las páginas de su cuaderno como divulgación formal y las envió a John Ralls, el abogado de patentes de Fairchild. Aparte de algunas correcciones menores y mejores dibujos, era idéntico a la entrada del cuaderno que había escrito más de un año antes.

Un problema con el enfoque de Hoerni, y parte de la razón por la que nadie lo intentó al principio, fue que la estructura de su transistor era más compleja que la de la mesa y requería una cuarta máscara fotolitográfica para fabricarla. La cámara de paso y repetición de Last y Noyce solo podía acomodar tres máscaras. Pero ese febrero, Last "arregló por jurado una cuarta máscara" para este propósito, recordó en una entrevista telefónica reciente. El 2 de marzo, Hoerni escribió otra entrada en su cuaderno titulada "Un método de fabricación de transistores PNP con uniones protegidas con óxido". En dos páginas más de texto y dibujos, indicó específicamente cómo fabricar un dispositivo de este tipo, aunque todavía usaba obstinadamente plata para los contactos eléctricos en la parte superior. Para entonces, sus técnicos ya estaban transformando sus ideas novedosas en procesos de fabricación reales.

Pero todo ese progreso se produjo en un momento de agitación en Fairchild. La misma semana en que Hoerni estaba anotando sus ideas de fabricación, Edward Baldwin, que había sido contratado por Hughes Electronics Corp. para servir como gerente general de Fairchild, partió abruptamente para fundar Rheem Semiconductor en Mountain View, llevándose consigo a cinco personas clave de la fabricación. división. Después de la insistencia persistente de los otros cofundadores de Fairchild, Noyce lo reemplazó y Moore asumió el puesto de Noyce como director de investigación.

Silicon Flatland: arriba desde arriba, uno de los primeros prototipos de transistor plano fabricado por Fairchild en la primavera de 1959; un modelo recortado del primer transistor plano comercial de la empresa, el 2n1613, comercializado inicialmente en abril de 1960; uno de los primeros circuitos integrados realizados por el equipo de desarrollo de Jay Last en la primavera de 1960; y un prototipo de circuito biestable plano fabricado en el otoño de 1960. Fotos: Arriba (2): Fritz Goro/Time & Life Pictures/Getty Images; Abajo (2): Fairchild Semiconductor

La semana siguiente, Hoerni invitó a varios colegas a ver una demostración de su nuevo prototipo de transistor. Bajo un microscopio, parecía diferente a cualquier otro dispositivo Fairchild. Con menos de un milímetro de ancho, era completamente plano, ninguna mesa sobresalía en el medio. Todo lo que era visible era un punto metálico circular con un anillo de metal alrededor, además de la capa superficial de óxido entre ellos. Parecía un blanco de diana con una parte extraída como una lágrima, lo que facilitaba la conexión de un cable [ver fotos, "Silicon Flatland"].

Lo que sucedió después no está claro. Algunos observadores han afirmado que Hoerni de repente escupió en su transistor, para demostrar que un abuso tan escandaloso no tuvo efectos nocivos en las uniones protegidas por óxido. Pero Last y Moore no lo recuerdan realmente escupiendo, y Moore señala que la saliva habría provocado un cortocircuito en los cables metálicos del dispositivo. Aun así, la demostración fue dramática y convincente, me dijo Last. "Caramba, es una lástima que Baldwin tuviera que irse la semana pasada", recuerda bromeando después.

Las cosas se movieron rápidamente después de eso. Era obvio que la creación de Hoerni era mucho más robusta y confiable que las mesas. Y también demostró tener corrientes de fuga mucho más bajas: pequeñas gotas en sentido contrario que pueden degradar seriamente el rendimiento del transistor. En un informe de Fairchild publicado el año siguiente, Hoerni observó que las corrientes de fuga en su dispositivo eran generalmente inferiores a un nanoamperio, o tan solo el 1 por ciento de las de los transistores de mesa.

La pregunta persistente en la mente de todos era: ¿Podemos fabricar estos transistores en cantidad? Inicialmente, el proceso planar producía solo unos pocos transistores en funcionamiento de cada 100, mucho peor que el proceso mesa. Pero a medida que se resolvieron varios problemas, como los pequeños agujeros en la capa de óxido, los rendimientos aumentaron y las dudas se evaporaron. En abril de 1960, Fairchild vendió su primer transistor plano, el 2N1613, un cilindro de metal de aproximadamente medio centímetro de diámetro y casi igual de alto, con tres patitas de metal que sobresalían por debajo.

Unos meses más tarde, Noyce y Moore decretaron que en adelante todos los transistores de la empresa serían planos. Mientras que otras empresas de semiconductores como Rheem, Motorola y Texas Instruments habían comenzado a producir transistores de mesa a precios competitivos, Fairchild audazmente avanzó en una nueva dirección prometedora. Pronto, los fabricantes de aviónica comenzaron a demandar transistores planos debido a su confiabilidad inigualable. La división Autonetics de North American Aviation, por ejemplo, insistió en utilizar los transistores planos de Fairchild en los sistemas de guía y control del misil Minuteman.

Fairchild finalmente autorizó el proceso planar a otros fabricantes de transistores, incluso a Bell Labs y Western Electric. O las otras empresas siguieron el ejemplo de Fairchild o abandonaron la industria.

Mucho antes de Fairchild logró comercializar el dispositivo de Hoerni, Noyce había comenzado a pensar en qué más podría hacer la compañía con el enfoque planar. En su entrevista de 1975, le dio crédito al abogado de patentes Ralls por desafiar al equipo de Fairchild a considerar otras aplicaciones que podrían surgir de la nueva forma de fabricar transistores. Noyce se dio cuenta de que al dejar la capa de óxido en su lugar, "la superficie del silicio tenía uno de los mejores aislantes conocidos por el hombre cubriéndola". Lo que significaba que las conexiones eléctricas podían hacerse depositando tiras de metal, como los contactos de aluminio que el grupo de Moore había perfeccionado, encima de la capa de óxido. Las tiras se aislarían automáticamente de los componentes debajo.

El 23 de enero de 1959, no mucho después de que Hoerni escribiera a máquina la divulgación de su patente, Noyce escribió una entrada en su propio cuaderno: "Ahora, en muchas aplicaciones, sería deseable hacer varios dispositivos en una sola pieza de silicio para poder realizar interconexiones entre dispositivos como parte del proceso de fabricación, y así reducir tamaño, peso, etc., así como el costo por elemento activo”. Su entrada continuó durante otras cuatro páginas e incluyó la idea crucial de usar la capa de óxido como aislante debajo de las conexiones. También describió una forma de aislar los elementos del circuito, no solo los transistores, sino también las resistencias, los capacitores y los diodos, entre sí insertando entre ellos uniones p adicionales, que permiten el flujo de corriente en una sola dirección.

¿Reconoció Noyce la importancia de estas ideas al principio? En aquellos días, los investigadores de Bell Labs, Fairchild y otros lugares a menudo tenían un colega que presenciaba de inmediato y firmaba ideas importantes y potencialmente patentables. Noyce, por ejemplo, había presenciado la entrada de Hoerni en diciembre de 1957. Curiosamente, sin embargo, nadie presenció la entrada de Noyce, lo que sugiere que no la consideró tan importante cuando la escribió.

En esa época, la "idea monolítica" de fabricar circuitos electrónicos completos y resistentes en una sola pieza de silicio, germanio u otro semiconductor se estaba poniendo de moda. El Ejército, la Armada y la Fuerza Aérea de los EE. UU. promovían cada uno sus propios enfoques favoritos y financiaban contratos de investigación y desarrollo en la industria. La integración monolítica se consideró una forma de superar la "tiranía de los números" de la que se lamentaba el vicepresidente de Bell Labs, Jack Morton. Había advertido que a medida que aumentaba la cantidad de componentes del circuito, también aumentaba la probabilidad de falla del circuito [consulte "Cómo Bell Labs perdió el microchip" IEEE Spectrum, diciembre de 2006]. Pero, ¿qué pasaría si fabricara componentes confiables y los interconectara en un solo chip semiconductor? Entonces, sus probabilidades de construir circuitos complejos exitosos podrían ser mucho mayores.

En agosto de 1958, Jack Kilby de Texas Instruments había ideado una forma de hacer tales circuitos integrados en silicio. Incluso construyó un prototipo de oscilador basado en la idea, utilizando transistores de mesa de germanio, que entonces estaban disponibles en TI. Pero mientras que el enfoque posterior de Noyce involucró tiras de metal depositadas sobre una capa de óxido, el dispositivo de Kilby usó "cables voladores" para hacer las conexiones eléctricas. TI anunció públicamente este avance el 6 de marzo de 1959 en una reunión del Instituto de Ingenieros de Radio (un predecesor del IEEE) en la ciudad de Nueva York. El presidente de TI, Mark Shepherd, se jactó de que era "el desarrollo más significativo de Texas Instruments desde que divulgamos la disponibilidad comercial del transistor de silicio".

La noticia del logro de TI llegó a Fairchild justo cuando la agitación de su gestión estaba amainando y Hoerni estaba a punto de demostrar su nuevo transistor. Más tarde ese mes, Noyce convocó una reunión para discutir cómo responder a TI y reveló sus ideas sobre cómo interconectar varios dispositivos en silicio. Para entonces, se hizo evidente que el proceso planar de Hoerni ofrecía importantes ventajas en la creación de tales circuitos integrados. Hoerni, Last, Moore y los otros cofundadores discutieron esa posibilidad extensamente, con énfasis en lo pragmático. "Cualquiera de nosotros podría pensar en diez cosas que podríamos hacer, pero luego descartaríamos nueve o incluso diez de ellas como poco prácticas", dijo Last en una conversación telefónica reciente. "Nos enfocamos en hacer cosas que funcionaran".

De este guiso creativo surgió otro concepto crucial, que los historiadores han pasado por alto hasta ahora. Con el transistor planar, ahora era fácil colocar los tres contactos eléctricos (al emisor, la base y el colector) en un lado de la oblea de silicio. A primera vista, podría parecer solo una mejora marginal, pero esta característica, más el hecho de que se podía usar un solo metal como el aluminio para formar las conexiones, significaba que Fairchild ahora podía, de hecho, imprimir circuitos eléctricos: transistores y todo lo demás. —sobre silicio. Al igual que los patrones tipográficos de tinta impresos en el papel por una imprenta, los patrones de los dispositivos semiconductores individuales y las interconexiones metálicas ahora podrían imponerse fotolitográficamente en un solo lado de una oblea.

Hoerni fue el primero en publicar el concepto de colocar todos los contactos eléctricos en un solo lado. En su solicitud de patente para un "Método de fabricación de dispositivos semiconductores", presentada el 1 de mayo de 1959, presentó la idea casi como un aparte, después de revelar una estructura más cercana a la de la mesa, con contactos en ambos lados de la oblea. En la patente mucho más famosa de Noyce, "Dispositivo semiconductor y estructura de conductores", presentada tres meses después, la característica de un solo lado es un aspecto fundamental de su estructura de circuito integrado planar. Pero el cuaderno de laboratorio de ninguno de los dos menciona la idea, lo que sugiere que probablemente surgió de las fértiles discusiones de toma y daca de esa primavera y luego se agregó a las solicitudes de patentes.

En cualquier caso, esa característica especial del proceso planar le dio a Fairchild una tremenda ventaja para realizar la idea monolítica.

Para implementar esta nueva tecnología, Formó un grupo por última vez en el otoño de 1959, con el objetivo de fabricar circuitos integrados basados ​​en el proceso planar de Hoerni. Pasaron otros 18 meses antes de que los primeros microchips comerciales, la serie Micrologic de Fairchild, llegaran al mercado. Pero Fairchild salió con su microchip más de seis meses antes que TI, que tuvo éxito solo después de que comenzó a usar la tecnología plana que había obtenido de Fairchild.

Para lograr este objetivo, el equipo de Last tuvo que superar varios obstáculos importantes. Las tolerancias eran mucho más estrictas en el posicionamiento de las características físicas de estos chips, lo que significaba que las diversas máscaras debían alinearse con mayor precisión. Encontrar una manera de aislar eléctricamente sus componentes también fue un problema espinoso. La idea de Noyce de insertar uniones pn consecutivas entre componentes individuales demostró ser una solución eficaz y abrió la puerta a la comercialización en marzo de 1961.

Pero Hoerni y Last no estaban presentes para compartir las celebraciones. Se habían desencantado con la jerarquía cada vez más estratificada de Fairchild y el empeoramiento de las relaciones con su matriz de Nueva York. También pensaban que el departamento de marketing de Fairchild se oponía a los microchips porque competirían directamente con los principales productos de la empresa: transistores y diodos. Así que Hoerni y Last partieron para iniciar otra operación de semiconductores, la división Amelco de Teledyne, con el objetivo de producir circuitos integrados.

Amigos cercanos desde sus días en Shockley Lab, los dos a menudo pasaban los fines de semana juntos haciendo caminatas en los desiertos y montañas del suroeste. Last recuerda que Hoerni tenía una resistencia increíble y podía caminar durante horas con poca comida o agua. Para aligerar su carga, solo llevaba un diminuto y viejo saco de dormir. Cuando las temperaturas bajaban demasiado, lo rellenaba con periódicos; una vez afirmó que The Wall Street Journal proporcionaba la mayor cantidad de calor adicional.

Sin embargo, en dos años, Hoerni comenzó a tener problemas con la nueva empresa. En medio de una crisis de efectivo en abril de 1963, los ejecutivos de Teledyne sugirieron que fuera reasignado de gerente general de Amelco a director de investigación como medida de reducción de costos. Al malhumorado físico suizo no le gustó la idea. En cambio, decidió dejar la empresa y comenzó a buscar otras alternativas comerciales.

Aunque su relación era "bastante helada" después de la decisión de Hoerni, dice Last, todavía salieron esa primavera para una escalada de 3000 metros en las montañas Inyo al este de Sierra Nevada. Agotados, llegaron a la cumbre al anochecer, justo antes de que un frente frío los atravesara y las temperaturas cayeran en picado. A pesar de sus diferencias, los dos se acurrucaron juntos el resto de la noche para no congelarse. "Bajamos a la mañana siguiente, regresamos al Área de la Bahía y continuamos nuestras heladas discusiones de negocios", recordó Last años después, durante un servicio conmemorativo para su amigo.

Mientras Last permaneció en Teledyne hasta fines de la década de 1970, Hoerni comenzó a trabajar para Union Carbide y estableció su división de semiconductores. En 1967 se aventuró en otra dirección y fundó Intersil Corp., con inversores europeos, para fabricar microchips para relojes digitales; fue la primera empresa en producir tales circuitos de bajo voltaje y baja potencia basados ​​en tecnología CMOS (semiconductor de óxido de metal complementario). Al año siguiente, Moore y Noyce abandonaron Fairchild para lanzar Intel en Santa Clara, California, en el corazón de lo que pronto se conoció como Silicon Valley.

Durante las tres décadas siguientes, Hoerni permaneció activo como inversor y consultor en la industria de los semiconductores. También se involucró en iniciativas filantrópicas y siguió caminando por todo el mundo. Murió en Seattle el 12 de enero de 1997, el año en que el transistor cumplió 50 años. Aunque a menudo se le pasa por alto en la historia de los semiconductores, debe ser recordado como la persona que diseñó el importantísimo puente desde este revolucionario dispositivo de estado sólido hasta el circuito integrado, que se ha vuelto tan omnipresente hoy en día.

El editor colaborador Michael Riordan enseña historia de la física y la tecnología en la Universidad de Stanford y la Universidad de California, Santa Cruz.

Para obtener excelentes relatos de los primeros trabajos de Fairchild y sus implicaciones más amplias, consulte "The Role of Fairchild in Silicon Technology in the Early Days of 'Silicon Valley" de Gordon Moore y "Two Communications Revolutions" de Jay Last, ambos en Proceedings of the IEEE, vol. 86, No. 1 (enero de 1998).

Dos libros recientes que entran en gran detalle sobre la tecnología planar y los orígenes del circuito integrado de silicio son Making Silicon Valley: Innovation and the Growth of High Tech, 1930–1970 de Christophe Lécuyer (MIT Press, 2006) y The Man Behind the Microchip: Robert Noyce y la invención de Silicon Valley (Oxford University Press, 2005). Una reseña de ambos libros apareció en la edición de abril de 2006 de IEEE Spectrum.

El Museo de Historia de la Computación explora la historia de los semiconductores en http://www.computerhistory.org/semiconductor.