Jack Kilby a construit le premier circuit intégré à partir d'un seul matériau chez Texas Instruments

Le transistor, inventé fin 1947, remplaça le tube à vide et rendit l'électronique plus petite et bien plus fiable. Mais la complexité se heurta à un mur : les composants soudés ensemble sur des cartes de circuits imprimés plafonnaient autour de dix mille transistors, alors que l'industrie informatique naissante en demandait bien davantage. L'Académie royale des sciences de Suède, en décernant à Kilby le prix Nobel 2000, nota que le nombre de transistors soudés ensemble était devenu le facteur limitant.

Jack Kilby rejoignit Texas Instruments en 1958. Comme le résumé de sa conférence par la Fondation Nobel le rapporte, son carnet de l'été 1958 contient le premier schéma d'un circuit intégré dans lequel tous les composants étaient faits du même matériau — le transistor, les résistances et les condensateurs formés directement à partir d'un seul corps semi-conducteur au lieu d'être câblés ensemble. Il déposa son brevet, « Miniaturized electronic circuits », le 6 février 1959 ; l'Office des brevets des États-Unis le lui accorda sous le numéro 3 138 743 le 23 juin 1964.

Robert Noyce, travaillant indépendamment chez Fairchild, développa la version qui fut fabriquée — le silicium comme semi-conducteur, le dioxyde de silicium comme isolant et l'aluminium comme conducteur. La Fondation Nobel note que Kilby déposa en premier, que Noyce connaissait ces travaux lorsqu'il déposa, et que tous deux sont considérés comme les inventeurs de la puce.

Le concept fut accepté par l'industrie vers 1960, et les applications suivirent rapidement — Kilby lui-même co-inventa la calculatrice de poche, l'une des premières utilisations, arrivée sur le marché en 1964. Le nombre de composants grimpa ensuite selon le rythme qui devint connu sous le nom de loi de Moore, jusqu'à des puces portant des millions de composants à des prix largement inchangés.

Fabriquer tous les composants à partir d'un seul semi-conducteur, en une seule pièce

Le goulot d'étranglement n'était pas les transistors mais leurs connexions : chaque joint soudé entre pièces discrètes était un coût et un point de défaillance, si bien que les systèmes cessaient de croître là où la soudure s'arrêtait.

Former les résistances et les condensateurs à partir du même semi-conducteur que le transistor signifiait que le circuit pouvait être fabriqué comme un seul corps en un seul procédé, et non assemblé à partir de pièces séparées.

Un circuit d'une seule pièce est compatible avec la production en série : en fabriquer davantage signifie répéter un seul cycle de fabrication, et non assembler toujours plus de joints à la main.

L'idée se généralisa au-delà du laboratoire de Kilby — la version de Noyce à base de silicium, d'oxyde et d'aluminium en devint la voie de fabrication pratique, ce qui explique que les deux hommes soient crédités.

Quand chaque joint est un point de défaillance, la solution n'est pas un meilleur câblage mais moins de pièces à câbler. Kilby reformula le circuit comme un seul objet fait d'un seul matériau, et le plafond disparut.

L'industrie accepta le circuit intégré vers 1960, et la calculatrice de poche arriva en 1964 comme l'un de ses premiers produits. Le nombre de composants augmenta régulièrement sous ce qui devint la loi de Moore, jusqu'à des puces comptant des millions de composants distincts à des prix largement inchangés. La forme de Noyce à base de silicium et d'oxyde devint la norme de fabrication, et en 2000 l'Académie royale des sciences de Suède décerna à Kilby la moitié du prix Nobel de physique « pour sa part dans l'invention du circuit intégré ». Kilby accumula environ 60 brevets au cours de sa carrière.