Jack Kilby baute den ersten integrierten Schaltkreis bei Texas Instruments aus einem einzigen Material

Der Ende 1947 erfundene Transistor ersetzte die Vakuumröhre und machte Elektronik kleiner und weit zuverlässiger. Doch die Komplexität stieß an eine Wand: Auf Leiterplatten zusammengelötete Komponenten erreichten etwa zehntausend Transistoren, während die aufkommende Computerindustrie weit mehr benötigte. Die Königlich Schwedische Akademie der Wissenschaften stellte bei der Verleihung des Nobelpreises 2000 an Kilby fest, die Zahl der zusammengelöteten Transistoren sei zum begrenzenden Faktor geworden.

Jack Kilby trat 1958 bei Texas Instruments ein. Wie die Zusammenfassung seiner Vorlesung durch die Nobelstiftung festhält, enthält sein Notizbuch aus dem Sommer 1958 die erste Zeichnung eines integrierten Schaltkreises, in dem alle Komponenten aus demselben Material bestanden – der Transistor, die Widerstände und die Kondensatoren unmittelbar aus einem einzigen Halbleiterkörper gebildet, statt miteinander verdrahtet zu werden. Er reichte sein Patent „Miniaturized electronic circuits“ am 6. Februar 1959 ein; das US-Patentamt erteilte es am 23. Juni 1964 als Nummer 3.138.743.

Robert Noyce entwickelte unabhängig bei Fairchild die Version, die in die Fertigung ging – Silizium als Halbleiter, Siliziumdioxid als Isolator und Aluminium als Leiter. Die Nobelstiftung merkt an, Kilby habe zuerst eingereicht, Noyce habe von dieser Arbeit bei seiner Einreichung gewusst, und beide gälten als Erfinder des Chips.

Das Konzept wurde um 1960 von der Industrie angenommen, und Anwendungen folgten rasch – Kilby selbst war Miterfinder des Taschenrechners, einer der ersten Verwendungen, der 1964 auf den Markt kam. Die Komponentenzahlen stiegen dann nach dem Zeitplan, der als Mooresches Gesetz bekannt wurde, bis zu Chips mit Millionen von Komponenten zu weitgehend unveränderten Preisen.

Alle Komponenten aus einem Halbleiter, in einem Stück herstellen

Der Engpass waren nicht die Transistoren, sondern ihre Verbindungen: Jede Lötstelle zwischen diskreten Bauteilen war ein Kosten- und Ausfallfaktor, sodass Systeme dort nicht weiterwuchsen, wo das Löten aufhörte.

Widerstände und Kondensatoren aus demselben Halbleiter wie der Transistor zu bilden, bedeutete, dass der Schaltkreis als ein Körper in einem Prozess gefertigt werden konnte, nicht aus getrennten Teilen zusammengesetzt.

Ein einteiliger Schaltkreis ist batch-tauglich: Mehr davon herzustellen bedeutet, einen Fertigungszyklus zu wiederholen, nicht immer mehr Lötstellen von Hand zusammenzusetzen.

Die Idee ließ sich über Kilbys Labor hinaus verallgemeinern – Noyces Version aus Silizium, Oxid und Aluminium wurde der praktische Fertigungsweg, weshalb beide Männer als Erfinder gelten.

Wenn jede Verbindung ein Ausfallpunkt ist, besteht die Lösung nicht in besserer Verdrahtung, sondern in weniger zu verdrahtenden Teilen. Kilby fasste den Schaltkreis als ein Objekt aus einem Material neu auf, und die Obergrenze verschwand.

Die Industrie akzeptierte den integrierten Schaltkreis um 1960, und der Taschenrechner kam 1964 als eines seiner ersten Produkte auf den Markt. Die Komponentenzahlen stiegen stetig unter dem, was als Mooresches Gesetz bekannt wurde, bis zu Chips mit Millionen einzelner Komponenten zu weitgehend unveränderten Preisen. Noyces Silizium-und-Oxid-Form wurde zum Fertigungsstandard, und im Jahr 2000 verlieh die Königlich Schwedische Akademie der Wissenschaften Kilby die Hälfte des Nobelpreises für Physik „für seinen Anteil an der Erfindung des integrierten Schaltkreises“. Kilby sammelte im Laufe seiner Karriere rund 60 Patente an.