La solution de dioxyde de silicium

Pas de sacs en plastique, ni de vis métalliques, ni de mégots de cigarettes. Non, l'artefact humain le plus courant aujourd'hui est le transistor, inventé il y a 60 ans ce mois-ci par les physiciens des Bell Labs John Bardeen et Walter Brattain. Des millions de ces commutateurs subminiatures peuplent les ordinateurs, les téléphones portables, les jouets, les appareils électroménagers et tout ce qui porte une puce. Il est difficile de savoir exactement combien de transistors existent, mais il y a plusieurs années, Gordon Moore, fondateur d'Intel Corp. et auteur de la célèbre loi de Moore, a fait une supposition éclairée : plus de 1018, soit un quintillion, de transistors sont produits chaque année. "Nous fabriquons plus de transistors par an que le nombre de caractères imprimés dans tous les journaux, magazines, livres, photocopies et imprimés d'ordinateur", m'a récemment dit Moore. "Et nous vendons ces transistors pour moins que le coût d'un personnage dans le Sunday New York Times."

Derrière la croissance explosive que connaît la production de transistors depuis 1960 se cache une avancée technologique majeure. Aujourd'hui, les fabricants de puces impriment essentiellement des transistors sur des tranches de silicium. C'est une méthode de fabrication enracinée dans le processus d'impression mécanique créé par Johannes Gutenberg il y a plus de 500 ans, bien que beaucoup plus complexe, bien sûr. Moore lui-même a joué un rôle de premier plan dans le développement de la technologie de fabrication de transistors dans les années 1960 lorsqu'il était directeur de recherche chez Fairchild Semiconductor Corp., à Palo Alto, en Californie. Mais une grande partie du mérite de cette avancée révolutionnaire revient à un pionnier des semi-conducteurs moins connu et Cofondateur de Fairchild. Le héros méconnu de ce chapitre charnière de l'histoire de l'électronique - l'invention du transistor planaire - est Jean Hoerni.

Un physicien théoricien d'origine suisse, Hoerni, ainsi que sept autres rebelles déterminés partageant les mêmes idées - Moore, Robert Noyce, Jay Last, Sheldon Roberts, Eugene Kleiner, Julius Blank et Victor Grinich - ont fondé Fairchild en 1957 [voir photo, " Le Fairchild Huit"]. Ils ont tous contribué, directement ou indirectement, à la nouvelle technologie, mais aucun autant que Hoerni. Il y a cinquante ans, assis seul dans son bureau, il a élaboré un type de transistor radicalement nouveau : un appareil plus compact et plus plat dont les parties sensibles étaient protégées par une fine couche de dioxyde de silicium. L'idée brillante de Hoerni, plus que tout autre facteur, a permis à la jeune entreprise de commencer à imprimer des transistors sur silicium. Les transistors planaires s'avéreraient beaucoup plus fiables et fonctionneraient bien mieux que d'autres conceptions, rendant de fait les offres de la concurrence obsolètes.

The Fairchild Eight : de gauche à droite, Gordon Moore, Sheldon Roberts, Eugene Kleiner, Robert Noyce, Victor Grinich, Julius Blank, Jean Hoerni et Jay Last.Photo-illustration : Wayne Miller/Magnum Photos/Fairchild Semiconductor

Le processus planaire a également facilité l'interconnexion de transistors voisins sur une plaquette, ouvrant la voie à une autre réalisation de Fairchild : les premiers circuits intégrés commerciaux. Alors que d'autres entreprises réalisaient les grands avantages de la technologie planaire et commençaient à l'adopter sur leurs propres lignes de production, l'idée élégante de Hoerni a contribué à faire de la Silicon Valley l'épicentre mondial de la microélectronique.

Les derniers mois de 1957 était une période d'anticipation chez Fairchild alors que les fondateurs organisaient les laboratoires et les lignes de production de la nouvelle entreprise dans un groupe de bâtiments au 844 Charleston Road à Palo Alto. En septembre de la même année, les huit scientifiques et ingénieurs avaient démissionné en masse du Shockley Semiconductor Laboratory, à Mountain View, à environ 2 kilomètres. Ils ont été irrités par le style de gestion autoritaire de son fondateur, le pionnier du transistor William Shockley, et sa poursuite de projets de R&D difficiles au détriment de produits utiles et vendables. Ils ont donc persuadé la Fairchild Camera and Instrument Corp. de Syosset, NY, une entreprise cherchant à diversifier ses activités, de fonder Fairchild Semiconductor. Les huit fondateurs prévoyaient d'utiliser les techniques de traitement du silicium qu'ils avaient apprises sous Shockley pour fabriquer et vendre des transistors avancés à grande vitesse.

Leur timing n'aurait pas pu être meilleur. Le 4 octobre 1957, l'Union soviétique lance Spoutnik I en orbite, déclenchant une course spatiale effrénée avec les États-Unis. Des millions de personnes dans le monde ont regardé vers le ciel pour observer la preuve impressionnante et indéniable que les Soviétiques avaient une grande longueur d'avance. Pendant ce temps, le sénateur Lyndon B. Johnson (D-Texas) a mené des enquêtes du Congrès sur la façon dont l'administration Eisenhower aurait pu permettre à un tel "écart de missiles" de se produire. L'URSS détenant un avantage majeur dans la plus grande poussée de ses missiles, l'industrie aérospatiale américaine a cherché tous les moyens imaginables pour réduire la taille et le poids de ses charges utiles et de ses satellites. "On parlait beaucoup de la densité d'emballage des fonctions électroniques à la fin des années 1950", se souvient Noyce dans une interview de 1975, archivée dans le IEEE History Center. "C'était l'ère des missiles, et les coûts de transport d'ici à la Russie étaient très élevés." Le besoin de petits circuits électroniques ultralégers basés sur des transistors en silicium fiables a fait de ces dispositifs un marché prometteur pour Fairchild.

Cet automne-là, les fondateurs de Fairchild ont travaillé fébrilement pour que tout soit opérationnel. Moore a mis en place des fours à diffusion conçus pour imprégner les tranches de silicium de fines couches d'impuretés micrométriques - des éléments chimiques tels que le bore, le phosphore ou l'aluminium qui modifient les caractéristiques électriques du silicium pour former les éléments constitutifs d'un transistor. Le métallurgiste Sheldon Roberts s'est chargé de développer des cristaux de silicium de haute pureté à partir desquels les tranches pourraient être tranchées. Noyce et Last ont développé des méthodes pour faire de la photolithographie et du masquage d'oxyde, par lesquelles ils pourraient définir des ouvertures précises dans une fine couche de dioxyde de silicium sur la surface de la tranche; les impuretés diffuseraient à travers ces ouvertures dans le silicium sous-jacent. D'autres cofondateurs se sont lancés dans la fabrication, les tests et la vente des appareils de haute technologie aux clients de l'aérospatiale.

Et puis il y avait Hoerni. Théoricien titulaire non pas d'un mais de deux doctorats, des universités de Cambridge et de Genève, il était venu aux États-Unis pour poursuivre des études postdoctorales à Caltech. En 1956, Shockley a attiré le physicien de 32 ans loin du milieu universitaire et lui a confié des calculs théoriques des taux de diffusion. Au début, Hoerni était cloîtré dans un bureau séparé, mais il n'arrêtait pas de venir fouiner dans le laboratoire du bâtiment principal, ce qui lui a donné des informations précieuses sur la diffusion à l'état solide. Plus tard, à Fairchild, tandis que les autres travaillaient à la construction ou à l'installation d'équipements, il s'asseyait la plupart du temps dans son bureau et « griffonnait dans son carnet », m'a dit Moore.

Le 1er décembre 1957, Hoerni attrapa son nouveau cahier de laboratoire impeccable et commença à écrire une entrée intitulée "Méthode de protection des jonctions pn exposées à la surface des transistors au silicium par des techniques de masquage d'oxyde". Dans un gribouillis lâche et fluide entrecoupé de trois dessins simples, il a décrit une nouvelle façon révolutionnaire de fabriquer des transistors, contrairement à tout ce qui avait été tenté auparavant.

Les transistors au silicium les plus avancés à cette époque étaient appelés transistors mesa parce qu'ils ressemblaient aux plateaux du sud-ouest américain, les couches d'impuretés s'étendant latéralement comme les strates rocheuses colorées [voir illustration, "Mesa vs. Planar"]. Ces transistors se composaient essentiellement de trois couches d'impuretés empilées verticalement, chacune riche en électrons (type n) ou en électrons déficients, mieux connus sous le nom de trous (type p). Le principal inconvénient de la structure mesa est que ses jonctions pn, les interfaces entre les couches où se produit l'activité électrique du transistor, sont exposées sur les bords. Des poussières ou des gouttes d'humidité peuvent contaminer les interfaces sensibles et perturber leur comportement électrique normal.

Mesa vs. Planar : Vues latérales d'un mesa (à gauche) et d'un transistor planaire, d'après un rapport préparé par Hoerni en 1960. Illustration : Computer History Museum

L'idée de Hoerni était de protéger les jonctions pn en maintenant la couche d'oxyde en place sur le silicium après le processus de diffusion ; la pratique courante à l'époque consistait à graver cette couche, en découvrant les jonctions. "La couche d'oxyde ainsi obtenue fait partie intégrante [sic] de l'appareil", écrit-il dans son carnet ce jour-là, "et protégera les jonctions autrement exposées de la contamination et des éventuelles fuites électriques dues à la manipulation, au nettoyage et à la mise en conserve ultérieurs. de l'appareil."

C'était une conception brillante mais trop en avance sur son temps. L'approche de Hoerni nécessiterait des étapes de fabrication supplémentaires, et la fabrication de transistors mesa était déjà à la limite du possible. Bell Labs et Western Electric avaient produit des prototypes de mesas, mais aucune entreprise n'en avait vendu un sur le marché libre.

Au début de 1958, Fairchild obtint sa première commande d'achat de transistors en silicium auprès de la Federal Systems Division d'IBM, qui prévoyait de les utiliser dans l'ordinateur de bord qu'il concevait pour le bombardier B-70. Fairchild, qui n'avait même pas de prototypes, a relevé le formidable défi de fournir de véritables appareils fonctionnels. Pour maximiser les chances de succès, les cofondateurs ont décidé de développer deux types différents de transistors mesa. Un groupe sous Moore a poursuivi les transistors npn, qui étaient considérés comme plus faciles à fabriquer, tandis que Hoerni a formé un autre groupe pour se plonger dans les versions pnp.

Le travail de Last et Noyce sur les méthodes optiques nécessaires pour transférer les motifs définissant les caractéristiques d'un transistor sur la tranche de silicium était crucial pour ces deux efforts. Lors d'un voyage à San Francisco, ils ont acheté trois objectifs de 16 millimètres dans un magasin d'appareils photo et les ont utilisés pour fabriquer un appareil photo à répétition, un engin qui produisait des réseaux rectangulaires de minuscules images identiques sur des plaques photographiques, appelées masques. Les travailleurs ont fait briller la lumière à travers les masques sur une résine photosensible spéciale qui avait été déposée sur la couche de surface d'oxyde de la plaquette. Lorsqu'ils ont ensuite rincé la plaquette dans un acide puissant, cela a gravé les zones éclairées, exposant le silicium en dessous. De fines couches d'impuretés ont ensuite été diffusées dans le silicium à travers les ouvertures résultantes. En utilisant de telles techniques, Fairchild pourrait traiter par lots des centaines de transistors identiques sur une seule plaquette.

Une autre percée a été l'utilisation d'un seul métal pour établir les connexions électriques au silicium de type n et de type p, une approche qui a grandement simplifié le processus de fabrication. Moore avait lutté avec ce problème, essayant de nombreux métaux différents, lorsque Noyce est passé par son laboratoire tôt un jour et a suggéré l'aluminium. En tant qu'impureté de type p, l'aluminium se lie facilement au silicium de type p mais établit souvent une jonction pn bloquant le courant lorsqu'il est déposé sur du silicium de type n. Moore a trouvé un moyen de contourner ce problème en commençant par du silicium de type n qui contenait plus d'impuretés que d'habitude. Le groupe de Moore a mis en production ses transistors npn en mai 1958, bien avant l'équipe de Hoerni, qui avait choisi d'utiliser l'argent pour les contacts électriques.

Pour protéger les jonctions sensibles du mesa, chaque transistor a été emballé dans une boîte métallique hermétiquement scellée de la taille d'un pois, puis testé. Fairchild a expédié les cent premiers d'entre eux à IBM dans les délais prévus en juillet, facturés 150 $ US chacun. Le mois suivant, au salon de l'électronique WESCON, les fondateurs découvrent avec joie qu'ils sont les seuls à disposer de transistors mesa en silicium sur le marché. "Nous avons raflé l'industrie !" Noyce a déclaré, exultant lors d'une réunion Fairchild quelques jours plus tard.

À propos de la seule personne à Fairchild ne célébrant pas était Hoerni. Homme fier, charmant, mais irascible et souvent instable, descendant d'une famille de banquiers suisses, il était vexé que son approche pnp ait été ignorée. Mais il était aussi un anticonformiste obstiné dont les feux créatifs étaient attisés par l'adversité. Non seulement Hoerni n'a pas abandonné, mais il a entrepris de développer un transistor encore meilleur. Plus tard cette année-là, il est revenu aux idées écrites dans les premières pages de son cahier. La couche d'oxyde pourrait-elle en effet être utilisée pour protéger les jonctions pn sensibles ? Il y avait des indications que cela pourrait. Ce printemps-là, des rapports étaient parvenus des Bell Labs selon lesquels la couche d'oxyde protégeait en effet le silicium en dessous. Pourquoi pas les jonctions aussi ?

Avec un doctorat en physique des cristaux, Hoerni s'est rendu compte que les atomes d'impuretés traversant les minuscules ouvertures de la couche d'oxyde se diffuseraient latéralement presque aussi bien que vers le bas dans la structure cristalline du silicium. Ce qui signifiait que les interfaces de jonction se recroquevillaient sous la couche d'oxyde entourant une ouverture, à quelques micromètres plus loin de ses bords. Si elle était laissée en place au lieu d'être gravée, il s'est dit que la couche d'oxyde pourrait protéger ces jonctions.

Mais l'appareil envisagé par Hoerni serait non seulement plus difficile à fabriquer, mais sa structure allait à l'encontre de la sagesse conventionnelle. Surtout chez Bell Labs et Western Electric, la couche d'oxyde était considérée comme "sale" - remplie d'impuretés après le processus de diffusion - et devait donc être retirée.

Pendant ce temps, de sérieuses inquiétudes ont commencé à émerger à la fin de 1958 et au début de 1959 au sujet des transistors mesa que Fairchild vendait. Certains des appareils connaissaient des instabilités d'amplification et d'autres fonctionnaient mal. Un client important a signalé qu'un transistor avait soudainement cessé de fonctionner. Un technicien de Fairchild a finalement retracé les défaillances à de minuscules particules de poussière et à des fragments de soudure piégés à l'intérieur des boîtes. Les points étaient attirés vers les jonctions par les forts champs électriques qui s'y trouvaient. Dans une procédure de contrôle de la qualité ultérieure connue sous le nom de test du robinet, les travailleurs tapotaient sur les boîtes avec des gommes à crayons, essayant de déloger tous les morceaux qui pourraient court-circuiter les jonctions. Si cela se produisait, le transistor était jeté. Ce furent des jours anxieux pour la jeune entreprise impétueuse, car de tels échecs dans son seul produit menaçaient son existence même.

La poursuite résolue de Hoerni d'un transistor plus fiable s'est avérée opportune. Dans ce que Moore m'a décrit comme une "expérience maladroite" destinée à évaluer les idées de Hoerni, un technicien a délibérément laissé la couche d'oxyde au-dessus de l'une des jonctions pn d'un transistor mesa. Lorsqu'il a été testé, il avait une stabilité d'amplification nettement meilleure, ce qui suggère que Hoerni était vraiment sur quelque chose. Le 14 janvier 1959, il fit taper deux de ses pages de cahier en tant que divulgation officielle et les envoya à John Ralls, l'avocat en brevets de Fairchild. À part quelques corrections mineures et de meilleurs dessins, il était identique à l'entrée de carnet qu'il avait écrite plus d'un an plus tôt.

Un problème avec l'approche de Hoerni - et une partie de la raison pour laquelle personne ne l'a tenté au début - était que sa structure de transistor était plus complexe que celle du mesa, nécessitant un quatrième masque photolithographique pour le fabriquer. La caméra pas à pas de Last et Noyce ne pouvait accueillir que trois masques. Mais qu'en février dernier "le jury a truqué un quatrième masque" à cet effet, se souvient-il dans un récent entretien téléphonique. Le 2 mars, Hoerni a écrit une autre entrée dans son cahier intitulée "Une méthode de fabrication de transistors PNP avec des jonctions protégées par un oxyde". Dans deux autres pages de texte et de dessins, il a indiqué spécifiquement comment fabriquer un tel appareil, tout en utilisant toujours obstinément de l'argent pour les contacts électriques sur la face supérieure. À ce moment-là, ses techniciens transformaient déjà ses idées novatrices en processus de fabrication réels.

Mais tous ces progrès sont survenus à une époque de bouleversements chez Fairchild. La même semaine que Hoerni notait ses idées de fabrication, Edward Baldwin, qui avait été embauché de Hughes Electronics Corp. pour occuper le poste de directeur général de Fairchild, est parti brusquement pour fonder Rheem Semiconductor à Mountain View, emmenant avec lui cinq personnes clés de la fabrication. division. Après l'insistance persistante des autres cofondateurs de Fairchild, Noyce est intervenu pour le remplacer et Moore a repris le poste de Noyce en tant que directeur de recherche.

Silicon Flatland : ci-dessus à partir du haut, un premier prototype de transistor planaire fabriqué par fairchild au printemps 1959 ; un modèle en coupe du premier transistor planaire commercial de la société, le 2n1613, initialement commercialisé en avril 1960; l'un des premiers circuits intégrés réalisés par l'équipe de développement de Jay Last au printemps 1960 ; et un prototype de circuit à bascule planaire fabriqué à l'automne 1960.Photos : En haut (2) : Fritz Goro/Time & Life Pictures/Getty Images ; En bas (2) : Fairchild Semiconductor

La semaine suivante, Hoerni a invité plusieurs collègues à assister à une démonstration de son nouveau prototype de transistor. Au microscope, il ne ressemblait à aucun autre appareil Fairchild. Moins d'un millimètre de diamètre, il était complètement plat - aucune mesa ne dépassait au milieu. Tout ce qui était visible était un point métallique circulaire entouré d'un anneau métallique, plus la couche superficielle d'oxyde entre eux. Il ressemblait à une cible en œil de boeuf dont une partie était tirée comme une larme, ce qui facilitait la fixation d'un fil [voir photos, "Silicon Flatland"].

Ce qui s'est passé ensuite n'est pas clair. Certains observateurs ont affirmé que Hoerni avait soudainement craché sur son transistor, pour démontrer qu'un tel abus scandaleux n'avait aucun effet néfaste sur les jonctions protégées par l'oxyde. Mais Last et Moore ne se souviennent pas qu'il ait craché, et Moore souligne que la salive aurait court-circuité les fils métalliques de l'appareil. Même ainsi, la démonstration était dramatique et convaincante, m'a dit Last. "Oh, c'est dommage que Baldwin ait dû partir la semaine dernière", se souvient-il en plaisantant par la suite.

Les choses ont évolué rapidement après cela. Il était évident que la création de Hoerni était beaucoup plus robuste et fiable que les mesas. Et il s'est également avéré qu'il avait des courants de fuite beaucoup plus faibles - de petits filets dans le mauvais sens qui peuvent sérieusement dégrader les performances du transistor. Dans un rapport Fairchild publié l'année suivante, Hoerni a observé que les courants de fuite dans son appareil étaient généralement inférieurs à un nanoampère, soit aussi peu que 1% de ceux des transistors mesa.

La question lancinante dans l'esprit de tout le monde était : Pouvons-nous fabriquer ces transistors en quantité ? Au départ, le processus planaire ne produisait que quelques transistors fonctionnels sur 100, bien pire que le processus mesa. Mais au fur et à mesure que divers problèmes, tels que des trous d'épingle dans la couche d'oxyde, ont été résolus, les rendements ont augmenté et les doutes se sont évaporés. En avril 1960, Fairchild a vendu son premier transistor planaire, le 2N1613 - un cylindre métallique d'environ un demi-centimètre de diamètre et presque aussi haut, avec trois petites pattes métalliques dépassant en dessous.

Quelques mois plus tard, Noyce et Moore décrétèrent que désormais tous les transistors de la société seraient planaires. Alors que d'autres entreprises de semi-conducteurs telles que Rheem, Motorola et Texas Instruments avaient commencé à produire des transistors mesa à des prix compétitifs, Fairchild s'est lancé avec audace dans une nouvelle direction prometteuse. Bientôt, les fabricants d'avionique ont commencé à exiger des transistors planaires en raison de leur fiabilité inégalée. La division Autonetics de North American Aviation, par exemple, a insisté pour utiliser les transistors planaires de Fairchild dans les systèmes de guidage et de contrôle du missile Minuteman.

Fairchild a finalement autorisé le processus planaire à d'autres fabricants de transistors, même Bell Labs et Western Electric. Soit les autres entreprises ont suivi l'exemple de Fairchild, soit elles ont quitté l'industrie.

Bien avant Fairchild réussi à commercialiser l'appareil de Hoerni, Noyce avait commencé à réfléchir à ce que l'entreprise pourrait faire d'autre avec l'approche planaire. Dans son entretien de 1975, il a crédité l'avocat en brevets Ralls d'avoir mis au défi l'équipe de Fairchild d'envisager d'autres applications qui pourraient découler de la nouvelle façon de fabriquer des transistors. Noyce s'est rendu compte qu'en laissant la couche d'oxyde en place, "la surface du silicium était alors recouverte de l'un des meilleurs isolants connus de l'homme". Ce qui signifiait que les connexions électriques pouvaient être réalisées en déposant des bandes de métal - comme les contacts en aluminium que le groupe de Moore avait mis au point - au-dessus de la couche d'oxyde. Les bandes seraient automatiquement isolées des composants en dessous.

Le 23 janvier 1959, peu de temps après que Hoerni eut tapé sa divulgation de brevet, Noyce écrivit une entrée dans son propre carnet : « Dans de nombreuses applications, il serait désormais souhaitable de fabriquer plusieurs dispositifs sur un seul morceau de silicium afin de pouvoir réaliser des interconnexions entre les appareils dans le cadre du processus de fabrication, et ainsi réduire la taille, le poids, etc., ainsi que le coût par élément actif." Son article a duré quatre pages supplémentaires et a inclus l'idée cruciale d'utiliser la couche d'oxyde comme isolant sous les connexions. Il a également décrit un moyen d'isoler les éléments du circuit - pas seulement les transistors mais aussi les résistances, les condensateurs et les diodes - les uns des autres en insérant entre eux des jonctions p supplémentaires, qui permettent la circulation du courant dans une seule direction.

Noyce a-t-il d'abord reconnu l'importance de ces idées ? À cette époque, les chercheurs des Bell Labs, de Fairchild et d'ailleurs avaient souvent un collègue qui témoignait et signait immédiatement des idées importantes et potentiellement brevetables. Noyce, par exemple, avait été témoin de l'entrée de Hoerni en décembre 1957. Curieusement, cependant, personne n'a été témoin de l'entrée de Noyce, ce qui suggère qu'il ne considérait pas cela comme si important lorsqu'il l'a écrit.

À cette époque, «l'idée monolithique» de fabriquer des circuits électroniques complets et robustes dans un seul morceau de silicium, de germanium ou d'un autre semi-conducteur devenait à la mode. L'armée, la marine et l'armée de l'air américaines faisaient chacune la promotion de leurs propres approches pour animaux de compagnie et finançaient des contrats de R&D dans l'industrie. L'intégration monolithique était considérée comme un moyen de surmonter la «tyrannie des nombres» déplorée par le vice-président des Bell Labs, Jack Morton. Il avait prévenu qu'au fur et à mesure que le nombre de composants de circuit augmentait, la probabilité d'une panne de circuit augmentait également [voir « Comment les laboratoires Bell ont raté la puce » IEEE Spectrum, décembre 2006]. Mais que se passerait-il si vous fabriquiez des composants fiables et les interconnectiez dans une seule puce semi-conductrice ? Dans ce cas, vos chances de construire des circuits complexes réussis pourraient être beaucoup plus élevées.

En août 1958, Jack Kilby de Texas Instruments avait conçu un moyen de fabriquer de tels circuits intégrés en silicium. Il a même construit un prototype d'oscillateur basé sur l'idée, en utilisant des transistors mesa au germanium, qui étaient alors facilement disponibles chez TI. Mais alors que l'approche ultérieure de Noyce impliquait des bandes métalliques déposées sur une couche d'oxyde, l'appareil de Kilby utilisait des "fils volants" pour établir les connexions électriques. TI a annoncé publiquement cette percée le 6 mars 1959 lors d'un rassemblement de l'Institute of Radio Engineers (un prédécesseur de l'IEEE) à New York. Le président de TI, Mark Shepherd, s'est vanté qu'il s'agissait "du développement le plus important de Texas Instruments depuis que nous avons divulgué la disponibilité commerciale du transistor au silicium".

La nouvelle de la réussite de TI parvint à Fairchild au moment même où les turbulences de sa direction s'amenuisaient et que Hoerni était sur le point de faire la démonstration de son nouveau transistor. Plus tard ce mois-là, Noyce a convoqué une réunion pour discuter de la manière de répondre à TI et a révélé ses réflexions sur la manière d'interconnecter plusieurs appareils en silicium. À ce moment-là, il devenait évident que le processus planaire de Hoerni offrait des avantages majeurs dans la fabrication de tels circuits intégrés. Hoerni, Last, Moore et les autres cofondateurs ont longuement discuté de cette possibilité, en mettant l'accent sur le pragmatique. "Chacun d'entre nous pourrait penser à dix choses que nous pourrions faire, mais nous en écarterions alors neuf ou même dix comme irréalisables", a déclaré Last lors d'une récente conversation téléphonique. "Nous étions concentrés sur la fabrication de choses qui fonctionnaient."

De ce ragoût créatif a émergé un autre concept crucial, que les historiens ont jusqu'à présent négligé. Avec le transistor planaire, il était désormais facile de placer les trois contacts électriques - vers l'émetteur, la base et le collecteur - d'un côté de la tranche de silicium. À première vue, cela peut sembler une amélioration marginale, mais cette fonctionnalité, plus le fait qu'un seul métal tel que l'aluminium pouvait être utilisé pour former les connexions, signifiait que Fairchild pouvait désormais, en fait, imprimer des circuits électriques - des transistors et tout —sur silicium. Comme les motifs typographiques d'encre imprimés sur du papier par une presse à imprimer, les motifs des dispositifs à semi-conducteurs individuels et des interconnexions métalliques pouvaient désormais être imposés par photolithographie sur un seul côté d'une tranche.

Hoerni a été le premier à publier le concept de mettre tous les contacts électriques d'un côté. Dans sa demande de brevet pour une "méthode de fabrication de dispositifs semi-conducteurs", déposée le 1er mai 1959, il présente l'idée presque en aparté, après avoir révélé une structure plus proche de celle de la mesa, avec des contacts des deux côtés de la plaquette. Dans le brevet beaucoup plus célèbre de Noyce, "Semiconductor Device and Lead Structure", déposé trois mois plus tard, la caractéristique unilatérale est un aspect fondamental de sa structure de circuit intégré planaire. Mais aucun des deux cahiers de laboratoire ne mentionne l'idée, suggérant qu'elle a probablement émergé des discussions fécondes de ce printemps et qu'elle a ensuite été ajoutée aux demandes de brevet.

En tout état de cause, cette particularité du processus planaire a donné à Fairchild un énorme avantage dans la réalisation de l'idée monolithique.

Pour mettre en œuvre cette nouvelle technologie, Dernier groupe formé à l'automne 1959, visant à fabriquer des circuits intégrés basés sur le procédé planaire de Hoerni. Il a fallu encore 18 mois avant que les premières micropuces commerciales, la série Micrologic de Fairchild, n'atteignent le marché. Mais Fairchild a quand même sorti sa micropuce plus de six mois avant TI, qui n'a réussi qu'après avoir commencé à utiliser la technologie planaire qu'elle avait sous licence de Fairchild.

Pour atteindre cet objectif, l'équipe de Last a dû surmonter plusieurs obstacles importants. Les tolérances étaient beaucoup plus strictes sur le positionnement des caractéristiques physiques de ces puces, ce qui signifiait que les différents masques devaient être alignés plus précisément. Trouver un moyen d'isoler électriquement leurs composants était également un problème épineux. L'idée de Noyce d'insérer des jonctions pn dos à dos entre des composants individuels s'est avérée une solution efficace, ouvrant la porte à la commercialisation en mars 1961.

Mais Hoerni et Last n'étaient pas là pour partager les festivités. Ils étaient devenus désenchantés par la hiérarchie Fairchild de plus en plus stratifiée et la détérioration des relations avec son parent new-yorkais. Ils ont également estimé que le service marketing de Fairchild s'opposait aux micropuces car elles concurrenceraient directement les principaux produits de l'entreprise, les transistors et les diodes. Hoerni et Last sont donc partis pour démarrer une autre opération de semi-conducteurs, la division Amelco de Teledyne, dans le but de produire des circuits intégrés.

Amis proches depuis leurs jours à Shockley Lab, les deux passaient souvent leurs week-ends ensemble à faire de la randonnée dans les déserts et les montagnes du sud-ouest. Last se souvient que Hoerni avait une endurance incroyable et pouvait marcher pendant des heures avec peu de nourriture ou d'eau. Pour alléger son fardeau, il ne transportait qu'un vieux sac de couchage étriqué. Lorsque les températures devenaient trop froides, il le bourrait de journaux – affirmant autrefois que le Wall Street Journal fournissait le plus de chaleur supplémentaire.

En deux ans, cependant, Hoerni a commencé à avoir des problèmes avec la nouvelle société. Au milieu d'une crise de trésorerie en avril 1963, les dirigeants de Teledyne ont suggéré qu'il soit réaffecté de directeur général d'Amelco à directeur de la recherche par mesure de réduction des coûts. Le physicien suisse de mauvaise humeur n'a pas apprécié l'idée. Au lieu de cela, il a décidé de quitter l'entreprise et a commencé à chercher d'autres alternatives commerciales.

Bien que leur relation ait été "plutôt glaciale" après la décision de Hoerni, dit Last, ils se sont quand même dirigés ce printemps-là pour une ascension de 3000 mètres dans les montagnes Inyo à l'est de la Sierra Nevadas. Épuisés, ils ont atteint le sommet au crépuscule, juste avant qu'un front froid ne passe et que les températures ne chutent. Malgré leurs différences, les deux se sont blottis ensemble le reste de la nuit pour ne pas geler. "Nous sommes descendus le lendemain matin, sommes retournés dans la région de la baie et avons poursuivi nos discussions commerciales glaciales", se souvient Last des années plus tard, lors d'un service commémoratif pour son ami.

Alors que Last est resté chez Teledyne jusqu'à la fin des années 1970, Hoerni est allé travailler pour Union Carbide, créant sa division semi-conducteurs. En 1967, il s'est aventuré dans une autre direction, fondant Intersil Corp., avec des investisseurs européens, pour fabriquer des micropuces pour les montres numériques ; c'était la première entreprise à produire de tels circuits basse tension et basse puissance basés sur la technologie CMOS (complémentaire métal-oxyde-semi-conducteur). L'année suivante, Moore et Noyce ont abandonné Fairchild pour lancer Intel à Santa Clara, en Californie, au cœur de ce qui est rapidement devenu la Silicon Valley.

Pendant les trois décennies suivantes, Hoerni est resté actif en tant qu'investisseur et consultant dans l'industrie des semi-conducteurs. Il s'est également impliqué dans des initiatives philanthropiques et a poursuivi ses randonnées à travers le monde. Il est décédé à Seattle le 12 janvier 1997, l'année où le transistor a eu 50 ans. Bien que souvent négligé dans l'histoire des semi-conducteurs, il faut se souvenir de lui comme de la personne qui a conçu le pont essentiel entre ce dispositif révolutionnaire à semi-conducteurs et le circuit intégré, qui est devenu si omniprésent aujourd'hui.

Rédacteur en chef Michael Riordan enseigne l'histoire de la physique et de la technologie à l'Université de Stanford et à l'Université de Californie à Santa Cruz.

Pour d'excellents comptes rendus des premiers travaux de Fairchild et de leurs implications plus larges, voir "The Role of Fairchild in Silicon Technology in the Early Days of 'Silicon Valley'" de Gordon Moore et "Two Communications Revolutions" de Jay Last, tous deux dans Actes de l'IEEE, Vol. 86, n° 1 (janvier 1998).

Deux livres récents qui abordent en détail la technologie planaire et les origines du circuit intégré au silicium sont Making Silicon Valley: Innovation and the Growth of High Tech, 1930–1970 (MIT Press, 2006) de Christophe Lécuyer et The Man Behind the Micropuce : Robert Noyce et l'invention de la Silicon Valley (Oxford University Press, 2005). Une critique des deux livres est parue dans le numéro d'avril 2006 de IEEE Spectrum.

Le Computer History Museum explore l'histoire des semi-conducteurs sur http://www.computerhistory.org/semiconductor.