Das Halbleiterunternehmen aus einer anderen Welt: Die Siliconix-Geschichte, Teil 4

In den 15 Jahren ihrer Zusammenarbeit seit ihrer Heirat im Jahr 1947 sammelten Frances und Bill Hugle das gesamte technische Know-how, das sie für die Herstellung von Transistoren und ICs benötigten. Ausgehend von ihren Bemühungen, in den Stuart Labs Edelsteine ​​herzustellen, entwickelten sie Techniken zum Züchten von Kristallbarren, zum Glühen dieser Barren und zum Dotieren mit Verunreinigungen. In den Jahren, in denen sie bei der DH Baldwin Piano Company optische Encoder-Technologie entwickelten, entwickelten sie die Technologie zum Aufbringen dünner Halbleiterfilme und den Einsatz von Photolithographie zur Strukturierung von Bildern auf Leiterplatten und optischen Datenträgern. In Westinghouse waren sie in den späten 1950er und frühen 1960er Jahren an der Entwicklung von Reinräumen und der Halbleiterfertigung im Stil der 1950er Jahre beteiligt. Zu diesem Zeitpunkt hatten sie alles, was sie brauchten, um ein Halbleiterfertigungsunternehmen zu gründen, und genau das taten sie. Tatsächlich haben sie im Silicon-Valley-Stil zwei oder drei davon ins Leben gerufen.

Die Hugles waren Ende 1960 nach Thousand Oaks, Kalifornien, gezogen, um Westinghouse beim Aufbau seines Astroelektroniklabors zu unterstützen. Dieses Labor war Teil des Molekularelektronikprogramms von Westinghouse für die US-Luftwaffe und widmete sich der Entwicklung miniaturisierter elektronischer Komponenten namens FEBs (funktionale elektronische Blöcke), die auf Halbleitern basierten, aber keine echten ICs waren. Die Fähigkeiten und Kenntnisse, die die Hugles in dieser Phase ihrer Karriere erlangten, veranlassten sie, Ende 1961 oder Anfang 1962 mit der Planung der Gründung eines eigenen Halbleiterunternehmens zu beginnen.

Im März 1962 gründeten Frances und Bill Hugle Siliconix in Sunnyvale, Kalifornien. Das Investitionskapital kam von einem alten Freund der Familie, der DH Baldwin Piano Company, der Electronic Engineering Company of California und W. van Allen Clark, Jr. von der Sippican Corporation. Obwohl Siliconix nicht aus Fairchild Semiconductor hervorgegangen ist, zog das Unternehmen Mitarbeiter von dort und mehreren anderen frühen Halbleiterherstellern an, darunter Fairchild, Motorola, Pacific Semiconductor, Rheem, US Semcor, Texas Instrument und Westinghouse. Dick Lee von Texas Instruments schloss sich der Einladung der DH Baldwin Piano Company an und wurde deren Präsident. Wie bei Joint Ventures zwischen Frances und Bill Hugle üblich, wurde Frances Hugle Direktorin für Forschung und Entwicklung des Unternehmens.

Bemerkenswert ist, dass sich Siliconix von Anfang an auf die FET-Herstellung konzentrierte. Dieser Fokus unterscheidet Siliconix von anderen Halbleiterherstellern, die zu dieser Zeit allesamt bipolare Produkte herstellten. Doch die Verbindung zum früheren Arbeitgeber der Hugles, Westinghouse, war eindeutig in einer Beschreibung des Unternehmens enthalten, die in einem Buch mit dem Titel „Research and Development: A List of Small Business Concerns Interested in Performing Research and Development“ veröffentlicht wurde, das 1963 von der veröffentlicht wurde US-amerikanische Kleinunternehmensverwaltung. Die Beschreibung der Aktivitäten von Siliconix im Buch lautet:

„Integrierte Schaltkreise, molekulare und funktionale elektronische Blöcke, einschließlich Dünnschichtschaltungen, Multielement- und elektrisch verbundene Transistoren sowie Geräte für die Verarbeitung, unipolare Feldeffekttransistoren, Dünnschichttransistoren und Tunneleffekte. Miniaturisierte mehrstufige Thermoskanne -elektrische Kühlboxen und Fotodetektoren.

Die Begriffe „molekulare und funktionale elektronische Blöcke“ erinnern an Westinghouses einzigartiges Molekularelektronikprogramm, wie in Teil 3 dieser Artikelserie besprochen. Nur Westinghouse und die US Air Force verwendeten diese Terminologie.

Bevor FETs zuverlässig hergestellt werden konnten, mussten viele technische Hürden überwunden werden. In einem von Walter Barney verfassten und in der Ausgabe des Electronics Magazine vom 18. März 1968 veröffentlichten Artikel mit dem Titel „MOS-Zug kommt ins Rollen“ wird Arthur Evans zitiert, der damals Chefingenieur bei Siliconix war:

„Während einer Studie für die Lockheed Electronics Co. beseitigte Siliconix Inc. drei herkömmliche Schwierigkeiten beim Bau zuverlässiger MOS-Geräte: Ionenwanderung im Oxid, die zu großen Schwankungen der Schwellenspannungen führte, und Kriechleckpfade zwischen Source und Drain, die durch verursacht wurden Ionen im Oxid und Oxiddurchschlag durch elektrostatische Spannungen.

„Siliconix hat herausgefunden, dass die Verwendung von mit Phosphor imprägnierten Oxiden und das Bedecken des Gate-Oxids mit Metall unmittelbar nach seiner Bildung, ein Schritt, den auch GI [General Instrument, ein weiterer früher MOS-Halbleiterhersteller] unternommen hat, die Schwellenspannungen stabilisiert. In einem Fall wurden Geometrien geändert , so dass die Quelle ein Punkt ist, der vollständig von einem kreisförmigen Gate umgeben ist, eliminiert Kriechlecks; und der Bau von Zenerdioden parallel zu jedem Gate, so dass Ladungen zum Substrat weitergeleitet werden, bevor die Spannung groß genug ist, um das Oxid zu durchstoßen, reduziert elektrostatischer Durchschlag. Letzteres Problem löste National durch die Umstellung auf 100-Silizium, das einen geringeren pn-Übergangsdurchbruch zwischen Gate- und Basismaterial aufweist als 111; der pn-Übergang kann somit das Gate-Oxid schützen.“

Um zu sehen, was das Unternehmen in seinen Anfängen entwickelte, ist es hilfreich, einen Blick auf die Patente zu werfen, die Frances Hugle während ihrer Zeit bei Siliconix erteilt wurden:

Verfahren zur Herstellung ultrafeiner Halbleiter, US-Patent Nr. US3165430A, eingereicht am 21. Januar 1963, erteilt am 12. Januar 1965

„Die erwähnte Präzision erreiche ich, indem ich bei der Verarbeitung des Geräts, bei dem minimale Abmessungen erforderlich sind, völlig von der fotografischen Methode abweiche. Zur Erzielung der Resistfunktion wird eine Metallbeschichtung verwendet, die mechanisch geritzt wird, anstatt fotografisch belichtet und entwickelt zu werden.

„Ein Ziel meiner Erfindung ist es, ein Maß an Präzision in der Halbleiterfertigung zu erreichen, das bisher nicht erreichbar war.“

Halbleiter-Ätz- und Oxidationsverfahren, Patentnummer US3258359A, eingereicht am 8. April 1963, erteilt am 28. Juni 1966

„Nach wiederholten Versuchen, das Ätzen und Oxidieren nacheinander im selben System durchzuführen, habe ich herausgefunden, dass alle Kontaminationsprobleme beseitigt sind, wenn der Wasserdampf nicht chemisch gebildet wird, bis sich seine Komponenten am verarbeiteten Halbleitermaterial befinden. Ich erfülle diese Anforderung durch den Einsatz von a Form der Wasser-Gas-Reaktion im umgekehrten Gleichgewicht. Anstelle von Dampf als einer der Komponenten, wie es bei der Herstellung von Wasserstoff in den bekannten künstlichen Gaswerken der Fall ist, entsteht Dampf durch die Kombination von Wasserstoff- und Kohlendioxidgasen an der Oberfläche des Halbleiters Die Oberfläche wird im Ofen auf einer hohen Temperatur gehalten.

„Ein Ziel meiner Erfindung ist es, zwei bisher inkompatible Verarbeitungsschritte in einem Gehäuse in der Halbleiterfertigung zu erreichen.“

Horizontal ausgerichtete Sperrschichttransistorstruktur, Patentnummer US3246214A, angemeldet am 22. April 1963, erteilt am 12. April 1966

„Ich konnte eine neue Struktur bilden, in der die Grenzflächen zwischen horizontal angeordneten Elementen liegen. Dies wird erreicht, indem die Basis aus zwei Dotierungskonzentrationen gebildet wird; leicht dotiert in einem kleinen und ringförmigen Teil des Elements, das das trägt.“ Arbeitsgrenzflächen und hochdotiert im großen tragenden Teil des Elements, der auch als Hauptkörper der Halbleiterstruktur fungiert. Tatsächlich ist der Arbeitsteil der Struktur horizontal, ein Element im Verhältnis zum anderen, auf dem hochdotierten Element angeordnet Teil des Basiselements.“

Verfahren zur Herstellung einer horizontalen Transistorstruktur, Patentnummer US3328214A, eingereicht am 22. April 1963, erteilt am 27. Juni 1967

„Ein Verfahren zur Herstellung eines Transistors mit horizontal angeordneten Elementen.

„Ein Körper mit hoher Leitfähigkeit bildet eine tragende Basis. Auf diesem Körper wird eine Epitaxieschicht mit entgegengesetzter Leitfähigkeit gebildet, deren äußerer Teil horizontal den Kollektor bildet. Als nächstes wird über der Epitaxieschicht eine Maske gebildet und mit ihr versehen eine Öffnung. Eine Arbeitsbasis wird mit der Trägerbasis verbunden, indem eine erste Dampfverunreinigung durch die Öffnung diffundiert. Ein Emitter wird innerhalb des Volumens der Arbeitsbasis gebildet, indem eine zweite Dampfverunreinigung durch dieselbe Öffnung diffundiert und die zweite Diffusion auf diese Weise gestoppt wird um eine ringförmige Arbeitsbasis zu erhalten.

Diese Patente legen nahe, dass sich Frances Hugle bei Siliconix auf die Entwicklung individueller Transistorstrukturen und Herstellungsverfahren konzentrierte. Zu den ersten von Siliconix produzierten und verkauften Geräten gehörten P-Kanal-Übergangs-FETs, N-Kanal-Übergangs-FETs, MOSFETs, FET-Arrays und Leistungs-MOSFETs. Das Unternehmen führte 1963 auch bipolare DTL-Logikchips ein.

Vishay begann 1998 mit dem Kauf großer Anteile an Siliconix-Aktien und hatte im Jahr 2005 im Wesentlichen das gesamte Unternehmen übernommen. Heute ist die detaillierte Frühgeschichte des Unternehmens auf der aktuellen Vishay Siliconix-Website weitgehend verschwunden, aber Sie können immer noch Teile davon finden Geschichte mit etwas sorgfältiger Websuche.

Obwohl es wenig Beachtung findet, gründeten die Hugles ungefähr zur gleichen Zeit, als sie Siliconix gründeten, ein weiteres Halbleiterunternehmen. Dieses Unternehmen, Opto-Electronic Devices (OED), stellte CdS-, CdSe- und CdSSe-Fotozellen her. Diese Produkte erinnern deutlich an die Fotoleiter- und optoelektronische Arbeit von Hugles für optische Encoder bei der DH Baldwin Piano Company in den 1950er Jahren. Als unabhängiges Unternehmen war OED nur von kurzer Dauer. Gene Weckler, der 1962 und 1963 als Produktentwicklungsingenieur für das Unternehmen arbeitete, war für die Entwicklung, Bewertung und Anwendung von II-VI-Verbindungsfotoleitergeräten verantwortlich. Weckler arbeitete für die Shockley Transistor Corporation, bevor er zu OED kam. Er wurde schließlich ein Pionier im Design von CMOS-Bildsensoren. Als Weckler 2013 von der International Image Sensor Society einen Preis für sein außergewöhnliches Lebenswerk erhielt, schrieb er, dass OED „unterfinanziert und nicht gut verwaltet“ sei. Sigma Instruments, ein auf die Dünnschichtverarbeitung spezialisierter Hersteller, kaufte Opto-Electronic Devices im November 1963, machte daraus eine Tochtergesellschaft und übernahm seine Fotozellen-Produktlinie.

Nachdem sie das Unternehmen im März 1962 gegründet hatten, verließen die Hugles Siliconix Ende 1963. Sie gründeten sofort ein weiteres Halbleiterunternehmen in Sunnyvale – Stewart-Warner MicroCircuits – wobei Frances Hugle erneut als Direktorin für Forschung und Technik fungierte. Auch wenn der Name Stewart-Warner MicroCircuits unbekannt erscheint, ist die Muttergesellschaft Stewart-Warner Automobilenthusiasten ein Begriff. Stewart-Warner aus Chicago war ein altmodischer Hersteller von Armaturenbrettanzeigen für Autos. Sein erstes Produkt war der Tachometer für das Ford Model T. Das Unternehmen hatte in den 1950er Jahren eine Elektronikabteilung gegründet, die als Auftragnehmer für Militär- und Luft- und Raumfahrtausrüstung tätig war. Das Unternehmen baute auch Radios und Fernseher. Die South Wind Division von Stuart-Warner lieferte Wärmetauscher für die Mondlandefähre, die während der Apollo-Weltraummissionen auf dem Mond landete. Es gibt kaum Beweise dafür, wie die Hugles im Silicon Valley eine Verbindung zu Stewart-Warner hatten, aber Bill Hugle war ein hartnäckiger und tatkräftiger Netzwerker und Dealmaker, sodass er offenbar irgendwie eine Verbindung zur Muttergesellschaft hatte.

Stewart-Warner MicroCircuits war völlig anders als Siliconix. Statt einzelner Transistoren konzentrierte sich Stewart-Warner auf die Herstellung von ICs: zuerst DTL, dann TTL und ECL. Allerdings dauerte der Aufenthalt der Hugles bei Stewart-Warner MicroCircuits nur wenig länger als ihr Aufenthalt bei Siliconix. In der Ausgabe des Electronics Magazine vom 26. Januar 1966 wurde berichtet:

„Die Stewart-Warner Corp. ändert die Führungsbesetzung bei einer ihrer Tochtergesellschaften, Stewart-Warner MicroCircuits, Inc. Jack Coffey, zuvor im Geschäftsbereich Stewart-Warner Electronics tätig, hat die Position des General Managers und Executive Vice President der Tochtergesellschaft übernommen. und John P. Gates wird Manager für Technik und Fertigung. Gates war zuvor Manager für digitale integrierte Schaltkreise in der Halbleiterabteilung von Fairchild Camera & Instrument Corp.. Ersetzt wird William Hugle, Executive Vice President. Der Status seiner Frau Frances Hugle, Direktor für Technik und Forschung, ist immer noch im Zweifel.

Natürlich verließ Frances Hugle das Unternehmen schnell, nachdem ihr Mann ersetzt worden war. Wenn Sie sich fragen, warum die Hugles Stewart-Warner verlassen haben: Es scheint eine Meinungsverschiedenheit über die grundsätzliche Ausrichtung des Unternehmens gewesen zu sein, wie in einem Artikel mit dem Titel „The Worrisome IC“ beschrieben, der am 4. September auf den Nachrichtenseiten des Unternehmens erschien. Ausgabe des Electronics Magazine von 1967, ohne Quellenangabe:

„[Stewart-Warner MicroCircuits] hingegen glaubte, dass in DTL ein größeres Potenzial steckte, und ließ seine TTL-Linie vor Monaten im Rahmen einer Managementumbildung fallen.“

Das war im Nachhinein eine sehr schlechte Entscheidung. TTL-Chips übertrafen schnell die DTL-Geräte auf dem Markt. Angesichts dieser Art der Entscheidungsfindung durch die Muttergesellschaft ist es kein Wunder, dass die Hugles das Unternehmen genau zu diesem Zeitpunkt verließen.

Ein Jahr nach ihrem Ausscheiden aus Stewart-Warner MicroCircuits veröffentlichte Bill Hugle einen ausführlichen Artikel über digitale ICs in der Januarausgabe 1967 des Computer Design Magazine, in dem er im Impressum als beitragender Herausgeber aufgeführt ist. Der Artikel mit dem Titel „Integrierte Logikschaltungen: Eine vergleichende Bewertung“ enthielt Informationen über digitale RTL-, DTL-, TTL-, ECL- und MOS-ICs aus der tiefen Perspektive einer Person, die eng an der Herstellung dieser Geräte beteiligt war. Der Artikel bespricht viele der Herausforderungen bei der Entwicklung jedes IC-Typs auf der Ebene einzelner Geräte, und als ich ihn las, hatte ich das starke Gefühl, dass er aus einem internen Dokument von Stewart-Warner MicroCircuits übernommen wurde, das Bill Hugle möglicherweise in der Mitte geschrieben hatte -1960er Jahre, um die Gründe für die Herstellung einer Produktlinie zu erläutern, die mehrere Logikfamilien umfasste. Eine der Schlussfolgerungen des Artikels war:

„Keine integrierte Logikschaltungsform ist allen anderen für alle Anwendungen überlegen. Für jede Anwendung sollte der Systemdesigner die grundlegenden Kompromisse jeder Logikleitung analysieren.“

Es ist klar, dass Bill Hugle ein Verfechter einer breiten digitalen IC-Produktlinie war und möglicherweise nichts mit einem Unternehmen zu tun haben wollte, das sich ausschließlich auf DTL-Teile konzentrierte. Zur gleichen Zeit verließ Frances Hugle Stewart-Warner MicroCircuits, was durch die Ernennung von John P. (Jack) Gates zum Konstruktions- und Fertigungsleiter nahegelegt wurde, als Jack Coffey die Leitung des Unternehmens übernahm. Stewart-Warner MicroCircuits machte die DTL-Entscheidung später rückgängig und bot in den 1970er Jahren mehrere bipolare und MOS-Logikfamilien sowie maskenprogrammierbare Transistor- und Gate-Arrays an, doch die Hugles waren zu diesem Zeitpunkt längst verschwunden.

Laut Jack Coffeys Nachruf erwarb Philips Electronics 1978 Stewart-Warner MicroCircuits, und dieser Name verschwand schnell von der Liste der Halbleiterhersteller und verschwand fast im Nebel der Zeit. Bei eBay können Sie immer noch ICs mit der Marke Stewart-Warner-Chips zum Verkauf finden. Diese Relikte beweisen, dass das Unternehmen einst existierte.

Der Ausstieg der Hugles aus Stewart-Warner gegen Ende 1965 oder Anfang 1966 markierte auch das Ende ihrer direkten Beteiligung an Halbleiterherstellern. Obwohl sie keine anderen Halbleiterhersteller gründeten, bedeutete ihr Abschied von Stewart-Warner MicroCircuits nicht das Ende ihrer Arbeit in der Halbleiterindustrie. Das Paar beschloss, die Herstellung von Chips einzustellen und sein gesammeltes Fachwissen zu nutzen, um anderen Unternehmen bei der Herstellung dieser Chips zu helfen, was im letzten Artikel dieser Serie zusammen mit Tod, Politik und Spionagevorwürfen besprochen wird.

Hinweis: Diese Geschichte von Frances und Bill Hugle ist im Internet spärlich dokumentiert, und diese Artikelserie wäre ohne die Hilfe und Unterstützung des Enkels der Hugles, Jake Loomis, und des Gründers von TechSearch, Jan Vardaman, nicht möglich gewesen war maßgeblich an der Schaffung eines IEEE-Stipendienprogramms im Namen von Frances Hugle beteiligt, das teilweise von Jake Loomis‘ Mutter und Frances Hugles Tochter Linda Hugle finanziert wurde.

Verweise

Umfrage unter Leistungshalbleiterherstellern für Nippon Kokan KK, Semiconductor Industry Group. Dataquest, Dezember 1986.

„Der MOS-Zug kommt ins Rollen“, Walter Barney, Electronics Magazine, 18. März 1968, S. 173-187.

„Der besorgniserregende IC“, Electronics Magazine, 4. September 1967, S. 23.

„Integrated Logic Circuits: A Comparative Evaluation“, William B. Hugle, Computer Design Magazine, Januar 1967, S. 36-47.

„Forschung und Entwicklung: Eine Liste von Kleinunternehmen, die an der Durchführung von Forschung und Entwicklung interessiert sind“, US Small Business Administration, 1963.

Nachruf auf Jack O'Neal Coffey