Журнал РАДИОЛОЦМАН, декабрь 2016
Maria Guerra
Electronic Design
В 1964 году вы подали патент на биполярные логические ТТЛ схемы с диодами Шотки. В 1969 году Intel выпустила свой первый продукт, в котором использовалась ТТЛ Шоттки. Можете ли вы объяснить, как получился такой патент? Знали ли в Intel о работе, которую вы проделали за 5 лет до этого?
Первые разработанные мною транзисторы с коллектором, шунтированным диодом Шоттки, были использованы в усилителях, которые я проектировал для работы с фотодиодами в оптических приемниках. Без шунтирования диодом Шоттки большой сигнал на оптическом входе привел бы к насыщению входа биполярного транзистора. Накопление неосновных носителей убило бы полосу пропускания оптического приемника. У инженера из соседнего офиса была аналогичная проблема с насыщением логических ТТЛ схем на биполярных транзисторах. Поскольку транзисторы в стандартных ТТЛ вентилях работают в режиме насыщения, скорость переключения устройства ограничивало время накопления неосновных носителей в каждом переходе. Я использовал опыт, полученный при работе с усилителями оптических приемников, и применил его к биполярным логическим схемам. Вообще говоря, транзисторы, шунтированные диодом Шоттки, находят применение не только в логических схемах, однако особенно широко используются именно в логических устройствах.
Когда я подавал патентную заявку на логическую схему с диодами Шоттки, для металлического контакта в диоде Шоттки использовался алюминий. Алюминий не позволял получить высокий выход годных диодов Шоттки на кремнии. С алюминием нужно быть очень осторожным, чтобы не допустить перегрева в процессе производства; в противном случае некоторая его часть может диффундировать в кремний и образовать P-N переход. Когда все сделано должным образом, на основе алюминия можно изготовить хороший диод Шоттки. Наладить надежный производственный процесс позволила разработка силицида платины. В связи с тем, что мой патент находился в стадии рассмотрения, информация об использовании диодов Шоттки еще не раскрывалась.
Патент был получен в августе 1969 года. В том же году Intel выпустила свой первый продукт – i3101 – 64-битную микросхему статической памяти с произвольным доступом на основе биполярной логики ТТЛ с диодами Шоттки. В 1971 году TI представила семейство ТТЛ микросхем серии 74S с использованием диодов Шоттки, предназначенных для высокоскоростных приложений. Маломощные микросхемы с диодами Шоттки, получившие обозначение 7400LS, появились пять лет спустя и вызвали подлинную революцию в логических схемах. Одним из тех, кто возглавлял работы по созданию маломощных схем Шоттки для логических приложений, был Тим Б. Смит (Tim B. Smith). Используя мой патент, TI заставила Intel остановить выпуск линейки ТТЛ с диодами Шоттки, начатый в то время. В результате Intel перешла на КМОП интегральные схемы. Мой коллега Фред Стритер (Fred Strieter) в шутку сказал, что своим успехом Intel отчасти обязана мне.
 |
||
| С этого начиналась Intel: биполярное ОЗУ i3101. (Фото CPU zone). |
||
Позже вы были награждены в Texas Instruments, верно?
Да. Я получил награду за инновации имени Патрика Э. Хэггерти (Patrick E. Haggerty) в 1985 году за изобретение логики ТТЛ с диодом Шоттки. Пэт Хаггерти был президентом TI, когда я там работал, но награда была учреждена спустя годы после того, как в 1969 году я покинул TI, чтобы присоединиться к Spectronics. Видимо, ТТЛ с диодами Шоттки принесли TI кучу денег.
Можете ли вы кратко рассказать о своей роли в Spectronics? Вы продолжили работать над улучшением светодиодов?
В Spectronics я служил вице-президентом по исследованиям. Я продолжал работать над оптоэлектроникой, включая проектирование и разработку кремниевых фотодиодов, фототранзисторов, фотодарлингтонов и GaAs светодиодов. Кроме того, я спроектировал и разработал бóльшую часть специального испытательного оборудования, используемого для калибровки и контроля компонентов. Светодиод эволюционировал в вертикально-излучающий лазер (VCSEL), и вскоре мы вышли на рынок с VCSEL-диодом. VCSEL стал рабочей лошадкой в волоконно-оптических сетях крупных серверных станций, обрабатывающих все наши электронные письма и интернет-трафик в таких местах, как, например, Google. Волоконно-оптическая связь – это то, чем я занимался после ухода из TI. Honeywell до сих пор производит и продает инфракрасные светодиоды, которые используются в оптических изоляторах, устройствах дистанционного управления и автомобильных системах предотвращения столкновений. Инфракрасные светодиоды по-прежнему востребованы в 2016 году, через 54 года после того, как в 1962 году мы выпустили светодиод SNX-100.
Летом 2015 года вы официально вышли на пенсию после 58 лет работы в отрасли. С тех пор вы принимали участие в каких-либо проектах?
Я консультировал одну стартап-компанию, но в настоящее время активно в чем-либо не участвую. Я наслаждаюсь жизнью на пенсии.
В 2014 году было объявлено, что Нобелевская премия по физике присуждена изобретателям синего светодиода. Какой была ваша реакция, когда вы услышали эту новость?
Я был рад за них. В то время, когда мы с Гари патентовали GaAs инфракрасный светодиод, TI за каждую поданную заявку на патент платила $1. С годами все, конечно, изменилось.
Есть много людей, считающих, что вы не получили того признания, которое заслуживаете за изобретение светодиода. Много ли к вам обращалось людей, пишущих о светодиодах в историческом контексте?
В 1978 году Том Хилтин (Tom Hyltin) опубликовал книгу под названием «Цифровые электронные часы» (Digital Electronic Watch), в которой отмечал значение нашего светодиода для разработки цифровых часов. Я очень тесно контактировал с ним по работе во время службы в TI. Он был техническим руководителем проекта первой твердотельной радарной системы. После ухода из TI он основал собственную компанию по производству жидкокристаллических дисплеев. В 1998 году Карлин Стэфенс (Carlene Stephens) из Центра им. Лемельсона Смитсоновского института использовала книгу Тома в качестве основы для веб-проекта под названием «Кварцевые часы» (The Quartz Watch). Несколько лет назад Центр им. Лемельсона переделал свой сайт и убрал эту веб-функцию, чтобы выполнить некоторые обновления. Насколько я знаю, они все еще не закончили ее восстановление.
В 2012 году Майк Уилан (Mike Whelan) из Технического центра Эдисона выстроил на их сайте последовательность событий, происходивших в мире светодиодов. Там он упомянул Гари и меня и включил несколько параграфов о нашем светодиоде. В ноябре прошлого года Майк опубликовал статью, написанную мною в соавторстве с моим внуком Томасом Оконом (Thomas Okon), и посвященную разработке светодиода в TI в 1960-е годы. За много лет Томас очень хорошо изучил эту историю и использовал полученные знания, чтобы описать мою биографию в Википедии. В 2013 году Южный методистский университет удостоил меня степени почетного доктора наук за вклад в области оптоэлектроники, включая изобретение светодиода. Почетной степени на этой церемонии был удостоен также Кей Бейли Хатчисон (Kay Bailey Hutchison), бывший сенатор от штата Техас. В том же году Парижская высшая школа выдала мне диплом с отличием. За двадцать лет до этого (в 1993 году) я был назван выдающимся выпускником Парижского начального колледжа. Париж, штат Техас – это город, где я вырос и учился в школе до поступления в Техасский университет A&M. В 1986 году Техасский университет A&M официально признал меня своим выдающимся выпускником.
В 2014 году после объявления о присуждении Нобелевской премии по физике изобретателям синего светодиода со мной связалась писательница Диана Тотцке (Deana Totzke) из Техасского университета A&M. Она написала хорошую статью о моем участии в создании светодиода. Она высказала мнение, что я был бы логичным кандидатом на получение Нобелевской премии. Ее предложение польстило мне, однако не знаю, будет ли когда-либо инфракрасный светодиод привлекать столько же внимания, сколько имеет видимый светодиод. Я думаю, что в аудитории средств массовой информации многие либо не знают о том, как работают инфракрасные светодиоды, либо думают, что если инфракрасный свет не виден невооруженным глазом, то это не светодиод. У меня была хорошая, долгая карьера в полупроводниковой промышленности, и я доволен тем, чего смог достичь. Я не планирую, затаив дыхание, дожидаться Нобелевской премии.
Считаете ли вы себя изобретателем инфракрасного светодиода, арсенид галлиевого инфракрасного светодиода или просто светодиода?
Полагаю, для меня подошел бы титул изобретателя арсенид галлиевого инфракрасного светодиода, однако отвечать на этот вопрос немного затруднительно. Мы подали патентную заявку (US 3,293,513) в августе 1962 года, однако патент был выдан лишь 20 декабря 1966 года. Потребовалось четыре года на выдачу, поскольку в патентном ведомстве США его сочли похожим на материалы, полученные из General Electric, RCA и Лаборатории Линкольна Массачусетского технологического института. Когда в бюро патентов проверили инженерные тетради каждого, они обнаружили, что самые ранние записи сделали Гари Питтман и я, поэтому патент получили мы. С тех пор в патентном бюро правила изменились. Теперь патент выдают тому, кто первый подаст на него заявку, а не тому, у кого будут самые ранние записи в тетради.
Сразу же после того, как Гари и я подали заявку на патент, мы приступили к проекту производства инфракрасных диодов. В октябре 1962 года мы объявили о выходе первого коммерческого светодиодного продукта – арсенид галлиевого (GaAs) инфракрасного светодиода SNX-100. В том же месяце Ник Холоньяк из General Electric представил свой доклад о красном излучении из светодиода на основе фосфида арсенида галлия (GaAsP). В октябре 1963 года мы выпустили первый коммерческий полусферический светодиод SNX-110. В мае 1965 года Ник подал заявку на патент (U.S. 3,249,473), который был выдан в мае 1966 года.
 |
||
| GaAs светодиод Texas Instruments SNX-100 в металлическом транзисторном корпусе TO-18. (Фото Wikipedia). |
||
До недавнего времени я не знал, что в 1958 году Рубин Браунштейн (Rubin Braunstein) и Игон Лоенберг (Egon Loebner) из RCA подали патентную заявку на германиевый светодиод. Патент (U.S. 3,102,201) был выдан в августе 1963 года, через год после того, как подали заявку мы. Рубина Браунштейна я не знал, но знал Игона Лоенберга, когда работал в TI, однако я никогда не слышал, чтобы кто-то делал светодиод из германия. Германий имеет запрещенную зону с прямым переходом (около 0.85 эВ), а это означает, что он должен иметь излучательную рекомбинацию в инфракрасном диапазоне с длиной волны примерно 1.4 мкм. Как я понимаю, они подавали на германиевый диод постоянный ток и получали ток излучательной рекомбинации в объеме (области) перехода, и безызлучательную рекомбинацию на задней поверхности кристалла напротив перехода. Насколько я знаю, в RCA никогда не пытались сделать на основе этого патента коммерческий компонент. Я предполагаю, что он был бы очень медленным из-за большого времени жизни носителей в объеме кристалла германия, так как они должны были бы диффундировать электроны на глубину 0.007 дюймов через толщу кристалла германия, чтобы довести их до безызлучательной рекомбинации на обратной стороне кристалла.
Мне сказали, что все мы шли по стопам русского ученого Олега Лосева, который умер в 1942 году. Видимо, он видел световое излучение, исходящее от точечных диодов на основе карбида кремния. Я думаю, что на самом деле он незаслуженно забыт.
В июле 1966 года вы с Бобом Кроуфордом (Bob Crawford) подали заявку на патент на «Двоичный дешифратор». Видимо, это было первым постоянным запоминающим устройством, сделанным с использованием МОП-транзисторов. Можете ли вы объяснить, как появился этот патент, и какого его значение для первых калькуляторов?
В 1964 году я был назначен в TI ответственным за разработки исследовательских подразделений оптоэлектроники и МОП-структур. Отдел оптоэлектроники создал монолитный светодиодный элемент видимого света, состоящий из матрицы красных светодиодов 3×5, способной отображать числа от 0 до 9. В устройстве не было средства управления матрицей, поэтому Боб Кроуфорд (Bob Crawford) из отдела МОП-структур и я разработали P-канальную схему МОП-дешифратора для преобразования двоичных чисел в их десятичные представления. МОП-схема заработала с первого раза и была внедрена в высотомер кабины симулятора самолета. В марте того же года TI показала этот высотомер на выставке IEEE в Нью-Йорке. Подавая заявку на патент в июле 1966 года, мы назвали устройство «Двоичный дешифратор». В то время мы не знали, что это устройство, по сути, являлось МОП ПЗУ.
В первом портативном цифровом калькуляторе, который Джек Килби совместно с Джерри Мерримэном (Jerry Merryman) и Джеймсом Ван Тасселем (James Van Tassel) из TI изобрел в декабре 1966 года, использовались биполярные транзисторы и интегральные схемы. Я подозреваю, что арифметические операции в этом первом калькуляторе выполнялись на схемном уровне, а не хранились в памяти. Так было до того, пока МОП ПЗУ не стало использоваться в в качестве постоянной памяти программ, выполнявших различные арифметические операции. МОП-транзисторы были предпочтительнее биполярных, так как потребляли меньше энергии и имели меньшие размеры.
В начале 1970-х годов TI выпустила свою первую линейку калькуляторов. К началу 1980-х годов в большинстве портативных калькуляторов использовалась МОП-технология, основанная, однако, на транзисторах с N-канальным кремниевым затвором. В 1986 году TI подала жалобу в Комиссию по международной торговле в отношении нескольких японских фирм, изготавливающих микросхемы, которые потенциально нарушали наш патент на МОП ПЗУ. В то время я работал на Honeywell, и TI вызвала меня в Вашингтон для дачи показаний. Было установлено, что японскими фирмами наши права не нарушались, поскольку между способами реализации наших и их схем МОП ПЗУ было достаточно большое число различий. К 1987 году наш патент истек. Срок действия патента составляет лишь 17 лет.
Можете ли вы кратко рассказать о ваших совместных работах в TI (если таковые имеются) с Джерри Мерримэном (Jerry Merryman) и Джеймсом Ван Тасселем (James Van Tassel)?
Я ежедневно встречался с обоими на работе, но непосредственно в создании цифрового карманного калькулятора не участвовал. Джерри Мерримэн является одним из самых умных, самых изобретательных инженеров среди всех, с кем мне когда-либо доводилось работать. Он посещал в школу в Техасском A&M, но так никогда ее и не закончил. На работу в TI его приняли по рекомендации Вальтера Матзена. Вальтер иногда вел занятия у Джерри. В соавторстве с Джерри я получил два патента. Один из них, поданный в декабре 1966 года, описывал оптотермический аудиоусилитель. Это был тот же месяц, когда его команда разработала первую рабочую модель цифрового калькулятора.
Какой совет вы хотели бы дать будущим поколениям исследователей в полупроводниковой промышленности?
Держите глаза открытыми и не бойтесь принять то, что представляется вам новым подходом. Вы не знаете, когда откроете что-то новое и интересное. Держа глаза открытыми, я за всю свою карьеру получил 72 патента США и написал множество опубликованных статей.
