Informatique - Partie 6
Transistors
Le concept de transistor à effet de champ a été proposé par Julius Edgar Lilienfeld en 1925. John Bardeen et Walter Brattain, alors qu'ils travaillaient sous la direction de William Shockley aux laboratoires Bell, ont construit le premier transistor fonctionnel, le transistor à point de contact, en 1947, suivi du transistor à jonction bipolaire de Shockley en 1948. À partir de 1955, les transistors ont remplacé les tubes à vide dans les ordinateurs, donnant naissance à la « seconde génération » d'ordinateurs. Comparés aux tubes à vide, les transistors présentent de nombreux avantages : ils sont plus petits et consomment moins d'énergie que les tubes à vide, dégageant ainsi moins de chaleur. Les transistors à jonction étaient beaucoup plus fiables que les tubes à vide et avaient une durée de vie plus longue et indéfinie. Les ordinateurs transistorisés pouvaient contenir des dizaines de milliers de circuits logiques binaires dans un espace relativement compact. Cependant, les premiers transistors à jonction étaient des dispositifs relativement encombrants, difficiles à fabriquer en série, ce qui les limitait à quelques applications spécialisées.
À l'Université de Manchester, une équipe dirigée par Tom Kilburn a conçu et construit une machine utilisant les transistors nouvellement développés à la place des tubes. Leur premier ordinateur transistorisé, le premier au monde, était opérationnel en 1953, et une seconde version y fut achevée en avril 1955. Cependant, la machine utilisait des tubes pour générer ses signaux d'horloge à 125 kHz et, dans ses circuits, pour lire et écrire sur sa mémoire à tambour magnétique ; il ne s'agissait donc pas du premier ordinateur entièrement transistorisé. Cette distinction revient au CADET de Harwell de 1955, construit par la division électronique de l'Établissement de recherche sur l'énergie atomique de Harwell.
Le transistor à effet de champ métal-oxyde-silicium (MOSFET), également appelé transistor MOS, a été inventé aux laboratoires Bell entre 1955 et 1960. Il s'agissait du premier transistor véritablement compact, miniaturisable et produit en série pour un large éventail d'applications. Grâce à sa grande évolutivité, à sa consommation énergétique bien inférieure et à sa densité supérieure à celle des transistors à jonction bipolaire, le MOSFET a permis la construction de circuits intégrés haute densité. Outre le traitement des données, il a également permis l'utilisation pratique des transistors MOS comme éléments de stockage de cellules mémoire, ce qui a conduit au développement des mémoires à semi-conducteurs MOS, qui ont remplacé les anciennes mémoires à noyau magnétique dans les ordinateurs. Le MOSFET a marqué la révolution des micro-ordinateurs et en est devenu le moteur. Le MOSFET est le transistor le plus utilisé dans les ordinateurs et constitue l'élément fondamental de l'électronique numérique.
Circuits intégrés
La prochaine grande avancée en matière de puissance de calcul est venue avec l'avènement du circuit intégré (CI). L'idée du circuit intégré a été conçue par Geoffrey W.A. Dummer, spécialiste des radars au Royal Radar Establishment du ministère de la Défense. Dummer présenta la première description publique d'un circuit intégré lors du Symposium sur les progrès des composants électroniques de qualité, qui se tenait à Washington, le 7 mai 1952.
Les premiers circuits intégrés fonctionnels furent inventés par Jack Kilby chez Texas Instruments et Robert Noyce chez Fairchild Semiconductor. Kilby exposa ses premières idées concernant le circuit intégré en juillet 1958 et démontra avec succès le premier exemplaire intégré fonctionnel le 12 septembre 1958. Dans sa demande de brevet du 6 février 1959, Kilby décrivit son nouveau dispositif comme « un corps de matériau semi-conducteur… dans lequel tous les composants du circuit électronique sont complètement intégrés ». Cependant, l'invention de Kilby était un circuit intégré hybride (CI hybride), et non une puce de circuit intégré monolithique. Ce circuit intégré comportait des connexions filaires externes, ce qui rendait sa production en série difficile.
Noyce proposa également sa propre idée de circuit intégré six mois plus tard que Kilby. Son invention fut la première véritable puce de circuit intégré monolithique. Sa puce a résolu de nombreux problèmes pratiques que celle de Kilby n'avait pas résolus. Fabriquée chez Fairchild Semiconductor, elle était en silicium, tandis que celle de Kilby était en germanium. Le circuit intégré monolithique de Noyce a été fabriqué selon le procédé planaire, développé par son collègue Jean Hoerni début 1959. Ce procédé planaire s'appuyait lui-même sur les travaux de Carl Frosch et Lincoln Derick sur la passivation de surface des semi-conducteurs par le dioxyde de silicium.
Les circuits intégrés monolithiques modernes sont principalement des circuits intégrés MOS (métal-oxyde-semiconducteur). Le premier circuit intégré MOS expérimental fabriqué était une puce à 16 transistors construite par Fred Heiman et Steven Hofstein chez RCA en 1962. General Microelectronics a ensuite lancé le premier circuit intégré MOS commercial en 1964, développé par Robert Norman. Après le développement du transistor MOS à grille auto-alignée (grille en silicium) par Robert Kerwin, Donald Klein et John Sarace aux Bell Labs en 1967, le premier circuit intégré MOS à grille en silicium avec grilles auto-alignées a été développé par Federico Faggin chez Fairchild Semiconductor en 1968. Le MOSFET est depuis devenu le composant le plus critique des circuits intégrés modernes.
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