37° 24′ 17.68″ N, 122° 6′ 38.62″ W
Man hört die Leute in dieser Gegend recht oft sagen, dass es keinen eigentlichen Ort mit dem Namen Silicon Valley gibt und das ist wahr – es handelt sich vielmehr um einen einzigen langen Industrievorort, der die Städte zwischen San Francisco und San Jose umfasst. Hier die einschlägigen Kultstätten zu finden, ist eine beachtliche Leistung.
Da die Gründer von Hewlett-Packard frühe Wegbereiter des Silicon Valley waren, ist die Garage, in der das Unternehmen seinen Anfang nahm, ein guter Orientierungspunkt (siehe Kapitel 90). Apple hat seinen Namen von den Apfelplantagen in diesem Gebiet (die mittlerweile von nichtssagenden Gebäuden abgelöst wurden). Doch der Ort, auf den das »Silicon« in Silicon Valley zurückzuführen ist, liegt in der 391 San Antonio Road in Mountain View. Heute befindet sich in diesem Gebäude ein Lebensmittelgeschäft, das lokale Landwirtschaftserzeugnisse verkauft. Um die Bedeutung des Gebäudes für das Silicon Valley zu verstehen, müssen wir bis in die 1950er zurückblicken.
1956 eröffneten William Shockley und eine Gruppe von Ingenieuren im Haus Nummer 391 das Shockley Semiconductor Laboratory. Shockley war Miterfinder des Transistors (mehr über Transistoren in Der Transistor und die NAND-Logik) und gewann den Nobelpreis im gleichen Jahr, in dem er das Silicon Valley mit begründete. Das neue Unternehmen (eigentlich eine Ausgliederung eines größeren Unternehmens) plante die Entwicklung von Halbleitern aus Silizium anstelle des weiter verbreiteten Germaniums.
Der erste Transistor
Als die Erfinder des Transistors (Shockley, John Bardeen und Walter Brattain) versuchten, ihre Erfindung patentieren zu lassen, stießen sie auf ein Problem: In den 1920ern ließ sich der österreichisch-ungarische Physiker Julius Lilienfeld bereits einen Transistor patentieren. Lilienfeld hatte 1925 in einem US-Patent einen Feldeffekttransistor beschrieben, und einen weiteren im Jahr 1928. Shockley und sein Team konnten ihren Punktkontakttransistor erst 1947 realisieren.
Der Punktkontakttransistor (entwickelt von Bardeen und Brattain) bestand aus einem Germanium-Block (einem Halbleitermaterial) auf dem ein V-förmiges Stück Kunststoff angebracht war. Am Kunststoff waren zwei Blätter Goldfolie befestigt, die das Germanium am V-Punkt berührten. Diese lagen sehr nah beieinander, waren elektrisch aber nicht miteinander verbunden (siehe Abbildung 84.1).
Abbildung 84.1 Der erste Transistor; zur Verfügung gestellt von the Porticus Centre (www.porticus.org)
Das Germanium war auf einer Metallplatte platziert. Die Metallplatte und die Goldfolien bildeten drei Verbindungen mit dem Germanium. Mittels eines Stroms, der durch eine der Goldfolien und durch die Metallbasis floss, wurde der Fluss zwischen der Basis und der anderen Goldfolie gesteuert – der Transistor konnte sowohl als Schalter als auch als Verstärker genutzt werden.
Die Funktionalität des Punktkontakttransistors lag darin begründet, dass beim Anlegen eines Stroms zwischen dem Goldkontakt und der Basis die Oberfläche des Germaniums zu einem P-dotierten Halbleiter wurde (d.h. es waren zu wenig Elektronen vorhanden, daher das P für »positiv«). Der Rest des Germaniums hingegen war ein natürlicher N-dotierter Halbleiter (mit einem Überschuss an Elektronen, daher das N für »negativ«). Ein zwischen zwei Kontakten angelegter Strom führte also zu einem PN-Übergang (ein Bereich, an dem P- und N-dotiertes Material aufeinandertreffen), durch den der zwischen dem zweiten Goldkontakt und der Basis fließende Strom gesteuert wurde.
Shockley erfand danach den Bipolartransistor, der aus drei Halbleiterschichten besteht, die in Form zweier NP- oder PN-Übergänge (also NPN oder PNP, siehe Photovoltaik) angeordnet sind. Dieser Transistor hat den Vorteil, dass zur Steuerung nur ein sehr geringer Strom notwendig ist, während der Punktkontakttransistor einen relativ starken Strom benötigt.
In den 1920ern beschrieb Lilienfeld noch einen weiteren Transistor – den FET oder Feldeffekttransistor (Abbildung 84.2). Im Gegensatz zum Bipolartransistor und zum Punktkontakttransistor, bei denen der Kontakt, der den Transistor steuert, elektrisch mit dem Halbleiter verbunden ist, besitzt ein FET ein »Gate«, das vom Rest isoliert ist.
Bei einem FET steuert das Gate den Strom, der zwischen den beiden als Source und Drain bezeichneten Kontakten fließt. Source und Drain sind mit einem N-dotierten Halbleiter verbunden (der über freie Elektronen verfügt). Zwischen Source und Drain befindet sich ein P-dotierter Halbleiter, der als Isolator dient.
Wird eine Spannung zwischen Gate und Source angelegt (die Source ist negativ), dann wird ein »Kanal« im P-dotierten Halbleiter erzeugt, durch den Elektronen fließen können. Da das Gate vom P-dotierten Material isoliert ist, fließen die Elektronen von Source nach Drain. Der Kanal entsteht, weil das elektrische Feld eine Sperrschicht (ein Ungleichgewicht zwischen positiver und negativer Ladung) im P-dotierten Material erzeugt und die positiv geladenen »Löcher« vom Gate weg geleitet werden. Innerhalb der Sperrschicht können die Elektronen frei fließen.
Der FET hat einen großen Vorteil gegenüber den beiden anderen Transistortypen: Es fließt kein Strom zwischen Gate und Source. Dadurch wird der Stromverbrauch reduziert.
Der Punktkontakttransistor wurde zuerst entwickelt, dann folgte der Bipolartransistor, doch der lachende Dritte war Lilienfelds Feldeffekttransistor – dieser Transistortyp steckt in Mikroprozessoren und anderen Halbleiter-Chips, die in Ihrem Computer, Ihrem Mobiltelefon oder Ihrem MP3-Player eingesetzt werden.
Die Firma existierte nicht lange. 1957 führte die Kombination aus Shockleys Persönlichkeit und der Tatsache, dass sein Schwerpunkt auf der reinen Forschungsarbeit (statt der Entwicklung von Produkten) lag, zur Kündigung von acht Mitarbeitern seiner Belegschaft. Diese gründeten dann Fairchild Semiconductor (siehe Kapitel 85). Diese Männer, manchmal die »treulosen Acht« genannt, waren Julius Blank, Victor Grinich, Jean Hoerni (der die Planartechnik zur Herstellung integrierter Schaltungen erfand), Eugene Kleiner (der die bahnbrechende Risikokapital-Firma Kleiner Perkins gründete), Jay Last, Gordon Moore und Robert Noyce, die später Intel gründeten, sowie Sheldon Roberts. Fairchild produzierte 1959 die ersten integrierten Schaltungen und viele Ex-Mitarbeiter des Unternehmens gründeten die ersten Silicon Valley-Startups.
Das Produkt, dessen Entwicklung Shockley eigentlich interessierte, war der Thyristor. Ein normaler Transistor besteht aus drei Halbleiterschichten, der Thyristor besitzt vier (siehe Abbildung 84.3). Ein Transistor verhält sich nur dann wie ein Schalter, wenn ein Strom an seiner Basis anliegt – ansonsten schaltet er ab. Ein Thyristor benötigt nur kurzzeitig Strom an seinem Gate, um die Schalterfunktionalität zu aktivieren. Der Schalter bleibt dann aktiv, bis der durchfließende Strom ausbleibt.
Shockley konnte keinen kommerziellen Thyristor entwickeln – das gelang später anderen – und wurde schließlich Professor an der Universität Stanford. Dennoch ist die von ihm gegründete Firma wegen seiner Weggefährten und deren Fokussierung auf die Produktion von Halbleitern aus Silizium der Geburtsort des Silicon Valley.
Leider gibt es heute im Haus mit der Nummer 391 nicht viel Technik zu sehen, aber es liegt nur ein kurzes Stück von der HP-Garage und dem Fairchild-Gebäude entfernt und ist wegen seiner historischen Bedeutung einen Abstecher im Rahmen eines Silicon Valley-Ausflugs durchaus wert. Vergessen Sie nicht, ein paar Äpfel zu kaufen, wenn Sie dort sind!
Wenn Sie die Koordinaten in Ihr GPS (oder bei Google Maps) eingeben, finden Sie das Gebäude mit Leichtigkeit. Es gibt eine kleine Website unter http://www.shockleytransistor.com/, die von ehemaligen Mitarbeitern und Freunden gepflegt wird.