Från elektronrör till integrerade kretsar - och sedan?

Av Jan-Ivar Askelin

De första datorerna innehöll 20 000 elektronrör. Någon enstaka gång kanske alla fungerade som det var tänkt. Det gick bara några timmar mellan felen. Det amerikanska bombplanet B 29 - den typ som fällde atombomberna - hade tusen elektronrör. Så långt hade alltså elektroniken kommit när mänskligheten gick in i den nya eran, atomåldern.

Men elektronrörens tid var utdömd. De skulle komma att ersättas av transistorn som i år fyller 50 år. John Bardeen, William Brattain och William Shockley arbetade vid Bell Telephone och det var där som de dopade germanium och så var transistorn född. Trion fick 1956 Nobelpriset för i fysik för sitt epokgörande arbete. John Bardeen knep ett Nobelpris till 1972.

I jämförelse med elektronröret var transistorn en revolution. Den tog mycket mindre plats, den fungerade i rumstemperatur, var pålitligare och mycket strömsnålare. Med transistorn kom batteriradion, en radio som man kunde ta med sig på badstranden eller i hängmattan. Texas Instrument kom med den första fickradion 1954.

Vardagen hade förändrats men det var naturligtvis inte behovet av radio på fritiden som fick transistorn att bli så betydande. Utan det var datorn. Bara några år före transistorn hade den första digitala datorn konstruerats. Datorer innehöll redan då miljoner transistorer (mot hundratals miljoner transistorer idag). För att datorn ska fungera måste transistorerna fungera. Med transistorn kunde en dator klara inte bara ett par timmar i sträck - utan flera dagar.

Datorerna hade emellertid redan tagit över så viktiga delar av såväl civila som militära funktioner att datorerna måste bli tillförlitligare. Felen uppkom egentligen inte i själva komponenterna utan i de ledningar, kontakter och annat som kopplade ihop transistorer och andra delar.

Lösningen på problemet blev att koppla ihop komponenter och ledningar i en enhet, den integrerade kretsen. Och den kretsen etsades in på en liten bit av ren kisel, ett material som användes även i transistorerna.

Och där är vi nu, dataåldern har blivit kiselåldern. I mitten på 1960-talet myntade halvledaringenjören Gordon Moore det som kom att kallas Moores lag. Han sade att var 18:e månad fördubblas chipsens kapacitet mätt i hur många transistorer som går att packa i ett chips. I över 20 år har han blivit sannspådd, men det blir allt svårare att med tillgänglig teknik hänga med i svängarna.

Här är några exempel på vad som görs.

Kiselplattan som är utgångsmaterialet för chipsen är vanligtvis 20 cm i diameter. Genom att öka diametern från 15 till 20 kan man tillverka 75 procent fler chips i en omgång och priset per enhet sjönk med mer än 15 procent. Men varför stanna vid 20 cm? Nu planeras för 30 cm skivor. Visserligen kommer en fabrik för dessa stora skrivor att kosta cirka två miljarder dollar. Men det är välinvesterade pengar. Man kan nämligen få in ytterligare 75 proc fler chips per skiva och sänka enhetspriset med ytterligare 20 procent.

Världens största processortillverkare har slagit sig samman med amerikanska energidepartementet för att göra de smala ledningarna i kretsarna ännu smalare. 250 miljoner dollar ska investeras på tre år. Lockbetet är en mikroprocessor som går dubbelt så fort. Dagens smalaste linjer är 0,25 mikrometer breda. En mikrometer, är en tusendels mm. Mikroprocesstillverkaren Intels hedersordförande och grundare Gordon Moore - där dök han upp igen - sade att man kanske kan komma ned till 0,13 mikrometer. Men sedan är det stopp och det beror på att den litografiska metoden för att påföra mönster på chipsen med UV-ljus inte räcker till. Kretsen får inte vara bredare än ljusets våglängd. Lösningen är att skapa ett extremt ultraviolett ljus med ännu kortare våglängd.

IBM har efter tio år arbete hittat en metod som gör det möjligt att använda koppar istället för aluminium. Koppar, som är ett idealiskt material i elektriska komponenter, borde vara bättre än aluminium därför att koppar är en bättre ledare och därmed borde en tunnare ledning kunna göra samma jobb. Kruxet är att koppar urlakar kisel. Lösningen är att hitta ett material som kan placeras mellan kopparkretsen och kiseln. Detta material ska vara isolerande, robust, kunna fästa vid både koppar och kisel och inte reagera med dessa material. Denna tulipanaros säger sig nu IBM ha hittat och aktierna steg med fem procent på en dag.

Från FOA-tidningen nr 4-1997 - www.foi.se/framsyn