המצאת שבב הסיליקון

הידעתם ששבב הסיליקון המשמש כיום באלקטרוניקה הוא למעשה רכיב צבאי מחודש? למרות שהוא נוצר במקור למטרה אחרת לגמרי, רכיב זה מצא כעת את דרכו לאלקטרוניקה מודרנית רבות. במאמר זה, נחקור את ההיסטוריה של שבב הסיליקון, ממקורותיו בצבא ועד לשימוש המודרני שלו באלקטרוניקה.

המצאת שבב הסיליקון

שבב הסיליקון הוא למעשה המצאה צבאית, שנוצרה כדי לפתור בעיה ספציפית. במלחמת העולם השנייה, בעלות הברית נתקלו בבעיה גדולה במאמציהן לשמור על תקשורת גרמנית בסוד ממדינות הציר. בעצם, בעלות הברית יירטו את כל השידורים האלחוטיים הגרמניים והצליחו לפענח ולהבין את רובם. עם זאת, בעלות הברית התקשו לקרוא את ההודעות הגרמניות המוצפנות, או ה"נקיות". הסיבה לכך, כפי שאולי ניחשתם, היא שהגרמנים השתמשו במערכת הצפנה מתוחכמת.

בעלות הברית ניסו מספר גישות שונות לשבירת ההצפנה הגרמנית, אך כולן לא הצליחו בסופו של דבר. ככל שהמלחמה התארכה, ההתמקדות של בעלות הברית בפיצוח הקודים הגרמניים עברה יותר ויותר למאמץ לבנות מכונה שתוכל "לפענח" את המסרים הגרמניים.

ההיסטוריה המוקדמת של שבב הסיליקון

סיפורו של שבב הסיליקון מתחיל בתחילת שנות ה-1900, כאשר חוקרים בגרמניה, ארה"ב ובמקומות אחרים החלו להתנסות עם מוליכים למחצה. חוקרים אלה ניסו לתכנן מוליך חשמלי יעיל יותר מהמתכות ששימשו בחוט באותה תקופה. בשנת 1907, פיזיקאי גרמני בשם וילהלם שלמאייר הגיש פטנט על מה שהוא כינה "מוליך חשמלי חדש". הוא קרא למנצח החדש הזה "סיליקון", והשם תקוע.

במהלך 10 השנים הבאות לערך, חוקרים ומדענים שונים החלו להתנסות בשימוש בסיליקון לבניית רכיבים והתקנים חשמליים. עם זאת, היה זה מהנדס גרמני בשם רוברט אסור אשר מיוחס להמצאת שבב הסיליקון הראשון. בשנת 1915, אשור קיבל פטנט על "שיטה חדשה ומשופרת לייצור התקני מוליכים למחצה". שבב הסיליקון הראשון הזה נחשב לעתים קרובות לגודל של בול דואר, אם כי חשוב לציין שהרכיבים על שבבי הסיליקון המוקדמים היו קטנים יותר.

המהפכה הדיגיטלית ושבב הסיליקון

שבב הסיליקון מצא את דרכו למכשירים אלקטרוניים במהלך מלחמת העולם השנייה, כאשר הצבא הגרמני החל להשתמש בהם בתכנון צינורות רדיו. צינורות רדיו אלו שימשו לשידור וקליטת אותות רדיו. הסיליקון היה פחות יקר ושופע יותר מאשר גרמניום, ששימש בדור הקודם של הצינורות, ולכן הצבא הגרמני החל להשתמש ביותר סיליקון בצינורות שלו.

לאחר המלחמה, כוחות בעלות הברית לכדו מספר מסמכים מדעיים גרמניים שהסבירו את תכונות הסיליקון וכיצד ניתן להשתמש בו ברכיבים אלקטרוניים. ידע זה הוביל לגידול עצום בייצור רכיבי סיליקון למכשירים אלקטרוניים.

שבב הסיליקון בייצור היום

שבב הסיליקון המודרני יכול לנוע בגודל של כמה סנטימטרים רבועים ועד לגודל של חדר. הסוג הנפוץ ביותר של שבב סיליקון בייצור כיום הוא לוח מעגלים קטן עם מעגלים משולבים (ICs). ICs אלה הם אבני הבניין הבסיסיות של האלקטרוניקה המודרנית. הם מבצעים מגוון עצום של פונקציות, כולל פועלים כמתגים, מגברים והתקני אחסון זיכרון.

ישנם סוגים רבים של מעגלים משולבים (ICs), אך הנפוצים ביותר מפורטים להלן.

טרנזיסטורים - אלו הם המתגים על שבב הסיליקון, המאפשרים לו להוליך חשמל.

דיודות - אלו הם ה"רכיבים הפעילים" המאפשרים לטרנזיסטור להדליק ולכבות את החשמל.

נגדים - אלה מאפשרים לך להתאים את זרימת החשמל.

קבלים - אלה אוגרים חשמל ומשחררים אותו בחזרה למעגל בעת הצורך.

משרנים - אלה מאטים את מהירות האותות האלקטרוניים העוברים דרכם.

לאן הולך שבב הסיליקון?

במבט אל העתיד, אנו יכולים לראות כי שבב הסיליקון רק הולך להיות חשוב יותר בתעשיית האלקטרוניקה. עלות השבבים ממשיכה לרדת, ומספר הפונקציות שניתן לארוז על שבב בודד הולך וגדל. יתרה מכך, מספר הפונקציות שניתן לבצע באמצעות שבב בודד גדל בהתמדה.

כמה חזק הוא שבב סיליקון?

שבב סיליקון עם מעגלים משולבים הוא ללא ספק חזק יותר מאשר אחד בלי. לדוגמה, שבב סיליקון יחיד עם מעגלים משולבים יכול להתאים ליכולת הטיפול בכוח של ספק כוח מתקדם. למעשה, שבב סיליקון בודד יכול בדרך כלל להתמודד עם יותר כוח ממה שמספר ספקי כוח מסורתיים יכולים לספק.

סיכום

שבב הסיליקון מילא תפקיד מרכזי בפיתוח האלקטרוניקה המודרנית. זה פותח במקור עבור מטרה שונה לחלוטין, אבל הרכיבים הצבאיים המחודשים שלו הפכו אותו לחלק חשוב ממכשירי אלקטרוניקה מודרניים רבים.

המצאת שבב הסיליקון הייתה צעד חשוב קדימה בתחום האלקטרוניקה, והמשך השימוש בו רק יגדל עם הזמן.