Jack Kilby construiu o primeiro circuito integrado a partir de um único material na Texas Instruments

O transistor, inventado no final de 1947, substituiu a válvula a vácuo e tornou a eletrônica menor e muito mais confiável. Mas a complexidade atingiu um limite: os componentes soldados entre si em placas de circuito impresso chegavam a cerca de dez mil transistores, enquanto a indústria de computadores emergente precisava de muito mais. A Real Academia Sueca de Ciências, ao conceder a Kilby o Prêmio Nobel de 2000, observou que o número de transistores soldados entre si havia se tornado o fator limitante.

Jack Kilby ingressou na Texas Instruments em 1958. Conforme registra o resumo da palestra de Kilby feito pela Fundação Nobel, seu caderno do verão de 1958 contém o primeiro diagrama de um circuito integrado em que todos os componentes eram feitos do mesmo material — o transistor, os resistores e os capacitores formados diretamente a partir de um único corpo semicondutor, em vez de serem ligados por fios. Ele depositou sua patente, "Miniaturized electronic circuits", em 6 de fevereiro de 1959; o Escritório de Patentes dos EUA a concedeu com o número 3.138.743 em 23 de junho de 1964.

Robert Noyce, trabalhando de forma independente na Fairchild, desenvolveu a versão que foi para a fabricação — silício como semicondutor, dióxido de silício como isolante e alumínio como condutor. A Fundação Nobel observa que Kilby depositou primeiro, que Noyce conhecia esse trabalho quando depositou o seu, e que ambos são considerados inventores do chip.

O conceito foi aceito pela indústria por volta de 1960, e as aplicações vieram rapidamente — o próprio Kilby foi coinventor da calculadora de bolso, um dos primeiros usos, que chegou ao mercado em 1964. A contagem de componentes então subiu no ritmo que ficou conhecido como lei de Moore, chegando a chips com milhões de componentes a preços em grande parte inalterados.

Fazer todos os componentes a partir de um único semicondutor, em uma única peça

O gargalo não eram os transistores, mas suas conexões: cada junta soldada entre peças discretas era um custo e um ponto de falha, de modo que os sistemas pararam de crescer onde a soldagem parou.

Formar resistores e capacitores a partir do mesmo semicondutor do transistor significava que o circuito podia ser fabricado como um único corpo em um único processo, e não montado a partir de peças separadas.

Um circuito de uma única peça é compatível com produção em lote: fazer mais deles significa repetir um ciclo de fabricação, e não montar cada vez mais juntas à mão.

A ideia se generalizou para além do laboratório de Kilby — a versão de Noyce com silício, óxido e alumínio tornou-se a rota prática de fabricação, razão pela qual ambos os homens são creditados.

Quando cada junta é um ponto de falha, a solução não é uma fiação melhor, mas menos peças para ligar. Kilby reformulou o circuito como um único objeto feito de um único material, e o teto desapareceu.

A indústria aceitou o circuito integrado por volta de 1960, e a calculadora de bolso chegou em 1964 como um de seus primeiros produtos. A contagem de componentes subiu de forma constante sob o que se tornou a lei de Moore, chegando a chips com milhões de componentes separados a preços em grande parte inalterados. A forma de silício e óxido de Noyce tornou-se o padrão de fabricação, e em 2000 a Real Academia Sueca de Ciências concedeu a Kilby metade do Prêmio Nobel de Física "por sua parte na invenção do circuito integrado". Kilby acumulou cerca de 60 patentes ao longo de sua carreira.