Geschichte der Halbleitertechnik

Die Geschichte der Halbleitertechnik beginnt im Jahr 1823 als ein Mann namens v. J. J. Berzellus das Silizium entdeckte. Silizium ist heute das bestimmende Halbleitermaterial in elektronischen Schaltkreisen, obwohl man anfangs mit anderen Halbleitermaterialien arbeitete.

Gleichrichtereffekt

Im Jahr 1874 entdeckte Ferdinand Braun den Gleichrichtereffekt. Heute immer noch ein wesentlicher Bestandteil, um aus Wechselstrom den Gleichstrom zu machen. Ab 1925 wurden dann die ersten Kupferoxidul-Gleichrichter industriell eingesetzt. In den Jahren darauf gab es kaum wesentliche Erfindungen in der Halbleitertechnik Die Elektronik wurde noch von den Röhren bestimmt.

Der Transistor

Erst im Jahr 1947 kam es zu einer bahnbrechenden Erfindung: dem Transistor. Die drei jungen Wissenschaftler Bardeen, Brattain und Shockley aus den USA hatten sich 1945 zusammengetan. Heraus kam ein Halbleiter aus Germanium, der den Stromfluss beeinflussen konnte. Das dieses neue elektronische Bauelement eine ernstzunehmende Konkurrenz für die damalige unverzichtbare Elektronenröhre war, konnte noch keiner ahnen. Dabei hatten die drei Wissenschaftler nichts anderes ereicht, als dass sie den Strom mittels eines elektrischen Signals steuerten. Der Transistor war geboren.
Es dauerte jedoch noch 10 Jahre bis man erkannte, dass der Transistor eine absolute Neuerung war. Auf dem Weg zur Serienproduktion kam es zur Entwicklung von Zonen und Sperrschichten mit Fremdatomen in den Halbleitern. Heute nennt man das Dotierung.
Als die drei Wissenschaftler 1956 für ihre Entwicklung mit dem Physik-Nobelpreis ausgezeichnet wurden, gab es schon die ersten transistorbestückten Geräte zu kaufen. Die ersten tragbaren Radios wurden einfach nur Transistor genannt. Diese entwickelten sich zum Statussymbol. Die Rangfolge im Freundeskreis sich nach der Anzahl der Transistoren im Transistorradio. Genauso wie es heute wichtig ist, wie viel Watt die Hifi-Anlage herausblasen kann oder wie hoch der Mikroprozessor getaktet ist.
Obwohl der Transistor hochgelobt wurde, hatte er einen Nachteil: Er ließ sich im Gegensatz zur Röhre nicht leistungslos Ansteuern. Dieser Grund führte zur Entwicklung des Feldeffekt-Transistors. Dessen hochohmiger Eingangswiderstand im Tera-Ohm-Bereich hatte ähnliche Eigenschaften wie die Röhre. Auch der Ausgangswiderstand im leitenden Zustand, der fast 0 Ohm hatte war traumhaft.

Diode, Thyristor und Triac

Zum eigentlichen Transistor entwickelten sich parallel spezielle Halbleiterbauteile. Allen voran die Diode. Aber auch Thyristor und Triac, die dafür geeignet sind um tausende von Ampere zu schalten. Doch der Transistor konnte nicht überall die Röhre verdrängen. Noch heute werden (Bild-)Röhren in Fernsehern und Oszilloskopen verwendet. Auf diesem Gebiet führten beispielsweise Flüssigkristall- und LCD-Bildschirme bei Notebooks zu Neuentwicklungen.

Integrierter Schaltkreis

Die Entwicklung des Transistors brachte neue Möglichkeiten zur Herstellung von Schaltungen in der Elektronik. Die amerikanische Firma Texas Instruments (TI) ließ den ersten "Integrierten Schaltkreis" bauen. Doch es war nicht die Elektronik-Industrie, sondern das Militär stellte viel Geld zur Verfügung. Auch die aufkommende Raumfahrt stellte immer mehr Anforderungen an die elektronischen Bauteile. Und genau hier waren die integrierten Schaltungen gefordert. Diese waren hinsichtlich ihrer Zuverlässigkeit, Leistungsfähigkeit, der geringe Platz- und Gewichtsbedarf nicht zu überbieten. Für die zivilen Anforderungen kam damals die legendäre und heute noch benutzte 74-Serie von TTL-ICs heraus. Dadurch, dass diese ICs jedoch viel Strom verbrauchten, wurden bald neuere 74-Familien entwickelt (z. B. Low-Power-Schottky), die weniger Strom verbrauchten und sich mit einer schnelleren Frequenz betreiben ließen.
Eine neue, darauffolgende IC-Art war die CMOS-Technologie. Sie hatte hinsichtlich ihres geringen Stromverbrauchs, Störsicherheit und Arbeitsgeschwindigkeit ausgezeichnete Eigenschaften.

Mikroprozessor

Mit der Entwicklung der Mikroprozessoren übernahm die Halbleitertechnik alle Bereiche unseres Lebens. Es gab kaum noch ein technisches Gerät ohne Halbleiter-Elektronik. Grundlegende Entdeckungen sind dafür rar geworden. Stattdessen wurde die Technik immer weiterentwickelt und alles machbare in elektronische Produkte integriert.
Wenn man die Entwicklung der Integrierten Schaltkreise betrachtet, erkennt man, dass die Dichte und die Menge der Transistor-Funktionen in den Chips immer größer werden. Der Grund dafür ist, dass die Elektronik-Industrie immer leistungsfähigere und schnellere Schaltkreise braucht.

Dieser Entwicklung scheint inzwischen physikalische Grenzen gesetzt zu sein. Kleinere Halbleiterstrukturen und höhere Schaltgeschwindigkeiten sind zu einem Problem geworden.

Mehr dazu: Probleme der modernen Halbleitertechnik

Zeitstrahl

Weitere interessante Themen:

• Probleme der modernen Halbleitertechnik
• Halbleiterphysik / Halbleitertechnik
• Zukunft und Design moderner digitaler Schaltkreise von Thomas Schaerer
• Der Strom der Zeit
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