Pengantar Sirkuit Terpadu
Sirkuit terpadu, yang juga dikenal sebagai IC atau mikrochip, merupakan salah satu penemuan terbesar abad ke-21. Hampir semua produk elektronik yang kita gunakan saat ini mengandung chip terpadu. Jadi, tahukah Anda siapa sebenarnya penemu IC tersebut?
Penemu sirkuit terpadu
Gambaran Umum tentang Jack Kilby
- Pada tahun 1923, Kilby lahir di Missouri, Amerika Serikat.
- Pada tahun 1947, Kilby lulus dari Universitas Illinois di Urbana-Champaign.
- Pada tahun 1958, Kilby bergabung dengan Texas Instruments Semiconductor Corporation.
- Pada tahun 1958, Kilby menemukan sirkuit terpadu pertama dalam sejarah manusia.
- Pada tahun 2000, Kilby dianugerahi Hadiah Nobel Fisika atas penemuannya akan sirkuit terpadu.
- Pada tahun 2005, Kilby meninggal dunia karena kanker di Dallas, Texas, pada usia 81 tahun.
IC Germanium Pertama - 1958
Seperti yang telah disebutkan di atas, Kilby bergabung dengan Texas Instruments Semiconductor pada tahun 1958.
Pada saat itu, Texas Instruments dan Korps Komunikasi AS bekerja sama dalam sebuah proyek yang disebut Micromodule Initiative (Micromodule). Tujuan penelitian proyek ini adalah untuk menyatukan ukuran dan bentuk komponen elektronik PCB seperti transistor, resistor, dan kapasitor, sehingga dapat menstandarkan proses interkoneksi, mengurangi ruang sirkuit, serta mengurangi tingkat kesulitan dan kesalahan dalam penyolderan.
Kilby tidak menganggap ide proyek mikromodul masuk akal, sehingga ia mulai mengerjakan solusi yang lebih baik.
Awalnya, Kilby merancang penggantinya. Namun, setelah analisis biaya, ternyata biayanya terlalu tinggi untuk diproduksi massal. Akibatnya, ia terjebak dalam dilema penelitian.
Pada Agustus 1958, situasi berubah menjadi lebih baik. Terinspirasi oleh ilmuwan terkemuka Geoffrey Dummer dari Royal Radar Institute, Kilby menemukan bahwa sirkuit mikro yang sangat kecil yang terdiri dari banyak perangkat dapat diproduksi pada satu chip. Dengan kata lain, perangkat elektronik yang berbeda seperti resistor, kapasitor, dioda, dan transistor dapat diproduksi pada chip silikon dan dihubungkan dengan kabel tipis.
Ide luar biasa ini membuatnya sangat bersemangat. Hari itu, ia mencatat pemikirannya secara rinci di buku catatannya, dan bahkan merancang proses sirkuit lengkap, menulis hingga lima halaman penuh.
Segera setelah liburan berakhir, Kilby melaporkan idenya kepada atasannya langsung, Willis Adcock (yang saat itu menjabat sebagai direktur pengembangan Texas Instruments). Ia mengusulkan untuk membuat sirkuit pemicu sebagai verifikasi.
Reaksi pertama Willis Adcock adalah bahwa rencana tersebut agak rumit dan tidak dapat diandalkan. Namun, setelah banyak pertimbangan, ia dengan enggan menyetujui saran Kilby.
Maka Kilby mulai melaksanakan rencananya. Awalnya, Kilby berencana menggunakan "silikon" sebagai substrat untuk membuat sirkuit. Pada Agustus 1958, ia membuat transistor sambungan, resistor, dan kapasitor dari silikon (Si), tetapi tidak ada cara untuk mengintegrasikannya. Pada bulan September 1958, ia kemudian membuat sirkuit terpadu dari germanium (Ge) yang berukuran hanya 7/16 inci kali 1/16 inci. Sirkuit tersebut adalah osilator transistor tunggal dengan umpan balik RC, dan seluruhnya direkatkan ke kaca objek serta terlihat sangat kasar. Komponen-komponen sirkuit tersebut dihubungkan oleh kabel-kabel tipis yang berantakan.
Di hadapan rekan-rekannya, Kilby menghubungkan tegangan sepuluh volt ke input dan osiloskop ke output. Begitu sambungan terjalin, muncul gelombang osilasi dengan frekuensi 1,2 MHz dan amplitudo 0,2 volt di layar osiloskop.
Kilby berhasil, dan ia menciptakan sirkuit terpadu pertama di dunia yang terbuat dari satu bahan. Fungsi perangkat ini sangat sederhana, yaitu menghasilkan gelombang sinus.
Menariknya, chip pertama tersebut menggunakan germanium alih-alih silikon. Awalnya, industri memutuskan bahwa hal itu tidak layak dilakukan. Hanya militer AS yang tertarik pada konsep ini. Ia sendiri mengatakan: "Saat itu, hal itu hanyalah topik hiburan di konferensi teknologi. Namun, untungnya, militer AS mendukungnya.
Pada 6 Februari 1959, Texas Instruments dan Kilby mengajukan permohonan paten ke Kantor Paten Amerika Serikat. Dalam dokumen tersebut, Kilby menggambarkan perangkat barunya sebagai "bahan semikonduktor… di mana semua komponen sirkuit elektronik terintegrasi sepenuhnya".
Pada 6 Maret 1959, American Society of Radio Engineers (kemudian menjadi IEEE) mengadakan pertemuan tahunannya di New York. Texas Instruments menggelar konferensi pers yang sangat dinanti di Hotel Waldorf Astoria yang prestisius untuk secara resmi memperkenalkan penemuan Kilby.
Mark Shepherd, yang saat itu menjabat sebagai kepala divisi semikonduktor Texas Instruments (kemudian menjadi presiden Texas Instruments), mengatakan dalam konferensi pers: "Ini adalah penemuan terpenting sejak Texas Instruments mengumumkan masuknya perusahaan ke pasar transistor."
IC Silikon Pertama - 1959
Pada saat yang sama ketika Kilby menemukan sirkuit terpadu, seorang pria lain juga berhasil membuat terobosan di bidang IC. Orang tersebut adalah Robert Norton Noyce dari Fairchild Semiconductor. Ia juga merupakan salah satu pendiri Intel di kemudian hari.
Proses ini melibatkan penambahan lapisan silikon oksida pada wafer silikon sebagai lapisan isolasi. Kemudian, lubang-lubang dibuat pada lapisan silika isolasi ini, dan perangkat yang dibuat dengan teknologi difusi silikon dihubungkan ke lapisan aluminium.
Kelahiran teknologi planar memungkinkan Fairchild memproduksi transistor silikon berkinerja tinggi dengan ukuran yang sangat kecil dan memungkinkan penghubungan perangkat dalam sirkuit terpadu.
Pada tanggal 23 Januari 1959, Noyce menulis dalam catatan kerjanya: "Membuat berbagai perangkat pada wafer silikon yang sama dan menyatukannya menggunakan proses planar dapat menghasilkan sirkuit elektronik multifungsi." Teknologi ini dapat mengurangi ukuran, berat, dan biaya sirkuit.
Noyce terkejut ketika Texas Instruments mengumumkan penemuan Kilby. Noyce menyesali bahwa ia tidak bertindak cukup cepat. Di sisi lain, ia menemukan bahwa penemuan Kilby sebenarnya memiliki kelemahan yang serius.
Sirkuit terpadu Kilby dihubungkan oleh kabel-kabel yang melayang, yang sama sekali tidak dapat diproduksi secara massal dan tidak memiliki nilai praktis.
Ide Noyce adalah membuat cetakan negatif dari semua sirkuit dan komponen individu perangkat elektronik, lalu mengukirnya pada wafer silikon. Setelah wafer silikon diukir, seluruh sirkuit tersebut dapat langsung digunakan untuk merakit produk. Selain itu, metode deposisi evaporasi logam dapat menggantikan pengelasan kawat termal, sehingga sepenuhnya menghilangkan kawat terbang.
Pada 30 Juli 1959, Noyce mengajukan permohonan paten berdasarkan idenya: "Perangkat Semikonduktor – Struktur Kabel".
Penggunaan IC untuk Tujuan Komersial
Pada bulan Maret 1960, Texas Instruments secara resmi meluncurkan produk sirkuit terpadu komersial pertama di dunia, yaitu flip-flop biner multiresonansi silikon bistabil tipe 502, yang didasarkan pada rancangan Jack Kilby, dengan harga jual sebesar $450. Ini adalah chip komersial pertama yang dikembangkan oleh TI. Struktur internal chip tersebut ditunjukkan pada gambar di bawah ini:
Gambar berikut ini adalah diagram skematiknya. Dapat dilihat bahwa struktur chip ini sangat sederhana, terdiri dari dua transistor, empat dioda, enam resistor, dan dua kapasitor.
Pada tahun 1961, Fairchild Semiconductor meluncurkan sirkuit terpadu komersial pertama. Sejak saat itu, semua komputer, terutama papan induk komputer, telah menggunakan chip terpadu sebagai pengganti rangkaian transistor terpisah.
Setelah lahirnya sirkuit terpadu, sirkuit ini pertama kali digunakan di bidang militer (saat itu adalah periode paling sensitif dalam Perang Dingin). Pada tahun 1961, Angkatan Udara AS pertama kali menggunakan sirkuit terpadu yang terbuat dari wafer silikon, dan pada tahun 1962 sirkuit tersebut dipasang di ICBM Zouave.
Keberhasilan aplikasi militer telah mendorong perluasan pasar sipil. Pada tahun 1964, Zenith menggunakan sirkuit terpadu dalam alat bantu dengar, yang merupakan kali pertama sirkuit terpadu digunakan di bidang sipil. Sejak saat itu, biaya sirkuit terpadu secara bertahap menurun, proses pembuatannya terus ditingkatkan, dan sirkuit terpadu secara bertahap diterima oleh industri.
Pada tahun 1967, tim Kilby berhasil menyelesaikan pengembangan kalkulator miniatur baru, kalkulator genggam elektronik pertama di dunia, Pocketronic.
Pada tahun 1970, Intel memperkenalkan sirkuit terpadu DRAM (Dynamic Random Access Memory) pertama di dunia, yaitu 1103.
Pada tahun 1971, Intel memperkenalkan chip komputasi yang dapat diprogram pertama di dunia yang mencakup unit komputasi dan pengontrol – Intel 4004. Dengan 2.300 transistor, Intel 4004 adalah mikroprosesor pertama di dunia. Kelahirannya menandai dimulainya era mikrokomputer.
Sengketa Paten antara Kilby dan Noyce
Sejujurnya, penemuan Noyce lebih mendekati arti sirkuit terpadu dalam pengertian modern. Desain Neuss didasarkan pada proses planar substrat silikon, sedangkan desain Kilby didasarkan pada proses difusi substrat germanium. Dengan memanfaatkan keunggulan teknologi silikon Fairchild, sirkuit Neuss memang lebih canggih daripada sirkuit Kilby.
Namun, sirkuit terpadu hibrida Kilby sudah memiliki karakteristik sirkuit terpadu dan digunakan lebih awal.
Akibatnya, Texas Instruments milik Kilby dan Fairchild Semiconductor milik Noyce melancarkan perang paten yang sengit.
Mengenai gugatan tersebut, Kilby berkata: "Tidak ada yang akan menduga bahwa saya adalah orang pertama yang membuat sirkuit terpadu. Dr. Noyce adalah orang pertama yang melakukan apa yang ingin saya lakukan – menggunakan logam yang diuapkan untuk membuat kabel di antara perangkat. Pendekatan Dr. Noyce sangat berbeda dari apa yang saya lakukan. Dia mengatakan bahwa dia bersimpati kepada saya sebagai sesama penemu, tetapi saya tidak berpikir demikian.
Pengadilan Federal AS Mengabulkan Gugatan Para Penemu IC
Pada tahun 1966, pengadilan akhirnya mengakui Kilby sebagai penemu sirkuit terpadu (sirkuit terpadu hibrida), sementara hak penemuan atas proses pengemasan dan pembuatan sirkuit terpadu yang kini populer diberikan kepada Noyce.
Kilby dikenal sebagai "penemu sirkuit terpadu pertama," sementara Noyce adalah orang yang "mengembangkan teori sirkuit terpadu yang cocok untuk produksi industri."
Pada tahun yang sama, Texas Instruments dan Fairchild menandatangani perjanjian lisensi silang untuk berbagi paten sirkuit terpadu.
Pada tahun 1969, pengadilan federal AS memutuskan bahwa paten sirkuit terpadu yang diajukan oleh keduanya merupakan penemuan independen yang sejajar.
Secara total, Jack Kilby telah mengajukan lebih dari enam puluh paten penemuan. Ia dianugerahi Medali Sains Amerika pada tahun 1970.
Robert Noyce, yang penemuannya memegang lebih dari 16 paten, mendirikan Intel Semiconductor, yang kemudian membuat mikroprosesor pertama.
