Halbleiterelektronik, Entwicklung der
Halbleiter waren bereits im 19 Jahrhundert bekannt und wurden auch als Gleichrichter genutzt. Da aber weder Eigenschaften genauer untersucht waren noch die technischen Voraussetzungen für die Herstellung von Halbleitern mit bestimmten Eigenschaften bestanden, konzentrierten sich Physik und Technik zunächst auf die Entwicklung von Elektronenröhren und deren Anwendung.
Der entscheidenden Durchbruch gelang 1947-1949 mit der Entdeckung des Transistoreffekts.
Erste Anwendungen von Transistoren kamen ab 1953 auf den Markt (Hörgeräte, Transistorradios).
In den sechziger Jahren begann die Entwicklung von Chips. 1965 konnte man 30 Bauelemente auf einem Chip unterbringen, heute sind es weit über eine Million.
Die ersten Halbleiter
Bereits im 19. Jahrhundert wurden Halbleiter für verschiedene Zwecke (z.B. Fotometer, Gleichrichter) von Wissenschaftlern genutzt. Erklären konnte man die Leitungsvorgänge in Halbleitern aber noch nicht. So war es auch nicht möglich, Halbleiter mit ganz bestimmten Eigenschaften in größeren Stückzahlen herzustellen. Die Entwicklung in Physik und Technik konzentrieren sich deshalb auf Elektroröhren und ihre Anwendung.
Bis in die 30er Jahre des 20. Jahrhunderts nutzte man in der sich entwickelnden Nachrichtentechnik vor allem Elektronenröhren, aber kaum Halbleiter. Auch die ersten größeren Computer wurden entweder mit Relais oder mit Elektronenröhren gebaut. Der Großrechner ENIAC (electronic numerical integrator and computer), der 1945 an der Universität von Pennsylvania (USA) entwickelt wurde, hatte 18 000 Röhren, eine Masse von 30 t und eine elektrische Leistung von 150 kW.
Die Erfindung des Transistors
Durch Forschungsarbeiten in den 40er Jahren, vor allem in den USA, lernte man die Leitungsvorgänge in Halbleitern zu verstehen und gezielt zu nutzen. Der entscheidende Durchbruch für die Halbleiter-Elektronik gelang 1947-1949 mit der Entdeckung des Transistoreffekts durch die Amerikaner WALTER HOUSER BRATTAIN (1902-1987), JOHN BARDEEN (1908-1991) und WILLIAM SHOCKLEY (1910-1989), die dafür 1956 den Nobelpreis für Physik erhielten.
1948 meldeten sie ein verstärkendes Halbleiterbauelement zum Patent an, das die Elektronenröhre als Verstärker ersetzen konnte. 1949 wurde die Anordnung funktionstüchtig aufgebaut. Es handelte sich dabei zunächst um einen Bipolartransistor.
Der Transistor hatte gegenüber der Elektronenröhre die entscheidenden Vorteile, dass er kleiner war und viel weniger elektrische Energie verbrauchte.
Die ersten Anwendungen kamen schnell auf den Markt, z.B. 1953 ein Hörgerät und 1954 das erste Radio mit Transistorverstärker. In den 50er Jahren wurden dann auch Feldeffekttransistoren (FET) gebaut und die Planartechnik zur Herstellung dieser Transistoren entwickelt.
Diese Herstellungstechnik war die entscheidende Grundlage für eine weitere wichtige Entwicklung in der Halbleiter-Elektronik - die Herstellung von integrierten Schaltkreisen, auch IC (integrated circuits) oder Chip genannt.
Eine neue Etappe - die Herstellung von Chips
1958 gelang es erstmals, mehrere Transistoren einschließlich ihrer Verbindungen als eine Schaltung auf einer Siliciumscheibe unterzubringen. 1965 konnte man 30 Bauelemente auf einen Chip bringen. Heute sind es weit über eine Million Bauelemente, die auf einem Chip zu einer Schaltung gehören.
Diese Miniaturisierung der Elektronik geht unaufhaltsam weiter.
Die Vorteile der integrierten Schaltungen auf Chips gegenüber den Schaltungen aus einzelnen Bauelementen bestehen darin, dass sie noch weniger Material und Energie benötigen, in großen Stückzahlen zu geringen Preisen herstellbar sind und sehr zuverlässig arbeiten. Außerdem konnten aufgrund der geringen Abmessungen neue Anwendungsgebiete für die Elektronik erschlossen werden.
Vor allem die Personalcomputer (PC), in denen ein oder mehrere Mikroprozessoren enthalten sind, finden in vielen Bereichen unseres heutigen Lebens Anwendung.
Mikroprozessoren sind Chips, die die besondere Eigenschaft haben, dass sie programmierbar sind. Damit können z.B. Maschinen gesteuert werden. Die Mikroelektronik und die Computertechnik haben die gesamte Arbeitswelt entscheidend verändert und werden dies weiter tun.
