miniatura| Canvi de vàlvules de buit a l'ordinador ENIAC . Cap a la dècada del 1940, alguns dispositius computacionals van arribar a un nivell en què les pèrdues per fallades i temps d'inactivitat superaven els beneficis econòmics.El primer xip de circuit integrat (CI) monolític planar es va demostrar el 1960. La idea d'integrar circuits electrònics en un sol dispositiu va néixer quan el físic i enginyer alemany Werner Jacobi va desenvolupar i patentar el primer amplificador integrat transistors conegut el 1949 i l'enginyer de ràdio britànic Geoffrey Dummer va proposar integrar una varietat de components electrònics estàndard en un cristall semiconductor monolític el 1952. Un any més tard, Harwick Johnson va presentar una patent per a un prototip de circuit integrat. Entre 1953 i 1957, Sidney Darlington i Yasuo Tarui ( Laboratori Electrotècnic ) van proposar dissenys de xips similars on diversos transistors podien compartir una àrea activa comuna, però no hi havia aïllament elèctric que els separés entre si.
Aquestes idees no van poder ser implementades per la indústria fins que es va produir un gran avenç a finals de 1958. Tres persones de tres empreses nord-americanes van resoldre tres problemes fonamentals que dificultaven la producció de circuits integrats. Jack Kilby, de Texas Instruments, va patentar el principi d'integració, va crear els primers prototips de circuits integrats i els va comercialitzar. La invenció de Kilby va ser un circuit integrat híbrid (IC híbrid), en lloc d'un xip de circuit integrat monolític (IC monolític). Entre finals de 1958 i principis de 1959, Kurt Lehovec de Sprague Electric Company va desenvolupar una manera d'aïllar elèctricament components d'un cristall semiconductor, utilitzant l'aïllament de la unió p-n .
El primer xip de circuit integrat monolític va ser inventat per Robert Noyce de Fairchild Semiconductor . Va inventar una manera de connectar els components del circuit integrat (metal·lització d'alumini) i va proposar una versió millorada d'aïllament basada en la tecnologia de procés planar desenvolupada per Jean Hoerni . El 27 de setembre de 1960, utilitzant les idees de Noyce i Hoerni, un grup de Jay Last a Fairchild Semiconductor va crear el primer circuit integrat semiconductor operatiu. Texas Instruments, que tenia la patent de la invenció de Kilby, va iniciar una guerra de patents, que es va resoldre el 1966 amb l'acord de llicències creuades.
No hi ha consens sobre qui va inventar el circuit integrat. La premsa americana dels anys seixanta va nomenar quatre persones: Kilby, Lehovec, Noyce i Hoerni; als anys setanta la llista es va escurçar a Kilby i Noyce. Kilby va ser guardonat amb el Premi Nobel de Física l'any 2000 «per la seva participació en la invenció del circuit integrat». A la dècada del 2000, els historiadors Leslie Berlin, Bo Lojek i Arjun Saxena van restablir la idea de múltiples inventors de circuits integrats i van revisar la contribució de Kilby. Els xips de circuits integrats moderns es basen en el circuit integrat monolític de Noyce, en lloc del circuit integrat híbrid de Kilby.
Desenvolupaments previs Esperant un avenç miniatura|Canviant tubs de buit a l'ordinador ENIAC. Durant i immediatament després de la Segona Guerra Mundial es va observar un fenomen anomenat "la tirania dels nombres", és a dir, alguns dispositius computacionals van assolir un nivell de complexitat en què les pèrdues per fallades i temps d'inactivitat superaven els beneficis esperats. Cada Boeing B-29 (posat en servei el 1944) transportava entre 300 i 1000 vàlvules de buit i desenes de milers de components passius. El nombre de vàlvules de buit va arribar a milers en els ordinadors avançats i a més de 17.000 en l' ENIAC (1946). Cada component addicional reduïa la fiabilitat d'un dispositiu i allargava el temps de resolució de problemes . L'electrònica tradicional va arribar a un punt mort i un major desenvolupament dels dispositius electrònics va requerir la reducció del nombre dels seus components.
La invenció del primer transistor el 1947 va fer preveure una nova revolució tecnològica. Els escriptors de ficció i els periodistes van anunciar l'aparició imminent de "màquines intel·ligents" i la robotització de tots els aspectes de la vida. Tot i que els transistors van reduir la mida i el consum d'energia, no van poder resoldre el problema de la fiabilitat dels dispositius electrònics complexos. Al contrari, l'acumulació densa de components en dispositius petits en va dificultar la reparació. Tot i que la fiabilitat dels components discrets va arribar al límit teòric a la dècada del 1950, no hi va haver cap millora en les connexions entre els components..
La idea d'integració miniatura|Generador integrat de Johnson (1953; variants amb condensadors agrupats i distribuïts). Les inductàncies L, la resistència de càrrega Rk i les fonts Бк i Бб són externes. Uvых - Sortida U. Els primers desenvolupaments del circuit integrat es remunten al 1949, quan l'enginyer alemany Werner Jacobi ( Siemens AG ) va presentar una patent per a un dispositiu amplificador de semiconductors semblant a un circuit integrat que mostrava cinc transistors en un substrat comú en una disposició amplificadora de 3 etapes amb dos transistors treballant "cap per avall" com a convertidor d'impedància. Jacobi va revelar que els audiòfons petits i barats eren aplicacions industrials típiques de la seva patent. No s'ha informat d'un ús comercial immediat de la seva patent. El 7 de maig de 1952, l'enginyer de ràdio britànic Geoffrey Dummer va formular la idea de la integració en un discurs públic a Washington:
Dummer més tard es va fer famós com "el profeta dels circuits integrats", però no com el seu inventor. El 1956 va produir un prototip de circuit integrat mitjançant el creixement a partir de la fosa, però el Ministeri de Defensa del Regne Unit va considerar el seu treball poc pràctic, a causa de l'alt cost i els paràmetres inferiors del circuit integrat en comparació amb els dispositius discrets.
El maig de 1952, Sidney Darlington va presentar una sol·licitud de patent als Estats Units per a una estructura amb dos o tres transistors integrats en un sol xip en diverses configuracions; l'octubre de 1952, Bernard Oliver va presentar una sol·licitud de patent per a un mètode de fabricació de tres transistors planars connectats elèctricament en un cristall semiconductor.
El 21 de maig de 1953, Harwick Johnson va presentar una sol·licitud de patent per a un mètode per formar diversos components electrònics (transistors, resistències, condensadors agrupats i distribuïts) en un sol xip. Johnson va descriure tres maneres de produir un oscil·lador integrat d'un transistor. Tots ells utilitzaven una tira estreta d'un semiconductor amb un transistor bipolar en un extrem i diferien en els mètodes de producció del transistor. La tira actuava com una sèrie de resistències; els condensadors agrupats es formaven per fusió, mentre que les unions pn de polarització inversa actuaven com a condensadors distribuïts. Johnson no va oferir un procediment tecnològic i no se sap si va produir un dispositiu real. El 1959, Jack Kilby va implementar i patentar una variant de la seva proposta.
El 1957, Yasuo Tarui, al Laboratori Electrotècnic del MITI, prop de Tòquio, va fabricar un transistor " quadrupol ", una forma de transistor unipolar (d'efecte de camp ) i un transistor de unió bipolar en el mateix xip. Aquests primers dispositius presentaven dissenys on diversos transistors podien compartir una àrea activa comuna, però no hi havia aïllament elèctric que els separés entre si.
Electrònica funcional Les principals empreses d'electrònica dels EUA ( Bell Labs, IBM, RCA i General Electric ) van buscar una solució a la "tirania dels nombres" en el desenvolupament de components discrets que implementaven una funció determinada amb un nombre mínim d'elements passius connectats. Durant l'era de les vàlvules de buit, aquest plantejament permetia reduir el cost d'un circuit a costa de la seva freqüència de funcionament. Per exemple, una cel·la de memòria dels anys 40 constava de dos tríodes i una dotzena de components passius i funcionava a freqüències de fins a 200 kHz . Es podria aconseguir una resposta de MHz amb dos pentodes i sis díodes per cel·la. Aquesta cel·la es podia substituir per un tiratró amb una resistència de càrrega i un condensador d'entrada, però la freqüència de funcionament d'aquest circuit no superava uns quants kHz
El 1952, Jewell James Ebers dels Bell Labs va desenvolupar un prototip d'anàleg d'estat sòlid del tiratró: un transistor de quatre capes o tiristor . William Shockley va simplificar el seu disseny a un "díode de quatre capes" de dos terminals ( díode Shockley ) i va intentar la seva producció industrial. Shockley esperava que el nou dispositiu substituís el relé polaritzat de les centrals telefòniques ; tanmateix, la fiabilitat dels díodes Shockley era inacceptablement baixa i la seva empresa va entrar en declivi.
Al mateix temps, es van dur a terme treballs en circuits de tiristors a Bell Labs, IBM i RCA. Ian Munro Ross i L. Arthur D'Asaro (Bell Labs) van experimentar amb cèl·lules de memòria basades en tiristors. Joe Logue i Rick Dill (IBM) estaven construint comptadors utilitzant transistors de monounió. J. Torkel Wallmark i Harwick Johnson (RCA) van utilitzar tant tiristors com transistors d'efecte de camp . Els treballs de 1955–1958 que utilitzaven tiristors de germani van ser infructuosos. Només a l'estiu de 1959, després que els invents de Kilby, Lehovec i Hoerni es fessin públics, D'Asaro va informar d'un registre de desplaçament operatiu basat en tiristors de silici. En aquest registre, un cristall que contenia quatre tiristors va substituir vuit transistors, 26 díodes i 27 resistències. L'àrea de cada tiristor oscil·lava entre 0,2 i 0,4 mm², amb un gruix d'aproximadament 0,1 mm. Els elements del circuit es van aïllar gravant solcs profunds.
Des del punt de vista dels partidaris de l'electrònica funcional, l'era dels semiconductors, el seu plantejament permetia eludir els problemes fonamentals de la tecnologia dels semiconductors. Els fracassos de Shockley, Ross i Wallmark van demostrar la fal·làcia d'aquest plantejament: la producció en massa de dispositius funcionals es veia obstaculitzada per barreres tecnològiques.
Tecnologia del silici miniatura|400x400px|Comparació de tecnologies de taula (esquerra) i planes (Hoerni, dreta). Les dimensions es mostren de manera esquemàtica. Els primers transistors estaven fets de germani . A mitjans de la dècada de 1950, això va ser substituït pel silici, que podia funcionar a temperatures més altes. El 1954, Gordon Kidd Teal de Texas Instruments va produir el primer transistor de silici, que es va comercialitzar el 1955. També el 1954, Fuller i Dittsenberger van publicar un estudi fonamental de la difusió en el silici, i Shockley va suggerir utilitzar aquesta tecnologia per formar unions pn amb un perfil determinat de concentració d'impureses.
A principis de 1955, Carl Frosch de Bell Labs va desenvolupar l'oxidació humida del silici, i Frosch, Moll, Fuller i Holonyak van dur a terme més investigacions durant els dos anys següents. Més tard, el 1958, Frosch i Lincoln Derick van proposar que les capes d'òxid de silici podrien protegir les superfícies de silici durant els processos de difusió i que es podrien utilitzar per a l'emmascarament de la difusió. Aquest descobriment accidental va revelar el segon avantatge fonamental del silici respecte al germani: al contrari que els òxids de germani, la sílice "humida" és un aïllant elèctric físicament fort i químicament inert.
Tres problemes de la microelectrònica La creació del circuit integrat es va veure obstaculitzada per tres problemes fonamentals, que van ser formulats per Wallmark el 1958: