La société de semi-conducteurs d'un autre monde : l'histoire de Siliconix, partie 4

Au cours de leurs 15 années de collaboration depuis leur mariage en 1947, Frances et Bill Hugle ont accumulé tout le savoir-faire technique dont ils avaient besoin pour fabriquer des transistors et des circuits intégrés. De leurs efforts pour produire des pierres précieuses aux Stuart Labs, ils ont développé des techniques pour faire pousser des lingots de cristal, recuire ces lingots et les doper avec des impuretés. À partir de leurs années de développement de la technologie d'encodeur optique à la DH Baldwin Piano Company, ils ont développé la technologie pour déposer des films minces semi-conducteurs et utiliser la photolithographie pour modeler des images sur des cartes de circuits imprimés et des disques optiques. À Westinghouse, à la fin des années 1950 et au début des années 1960, ils ont participé au développement de salles blanches et à la fabrication de semi-conducteurs de style années 1950. À ce stade, ils avaient tout ce dont ils avaient besoin pour démarrer une entreprise de fabrication de semi-conducteurs, et c'est précisément ce qu'ils ont fait. En fait, dans le style de la Silicon Valley, ils en ont lancé deux ou trois.

Les Hugles avaient déménagé à Thousand Oaks, en Californie, à la fin des années 1960 pour aider Westinghouse à mettre en place son laboratoire d'astroélectronique. Ce laboratoire faisait partie du programme d'électronique moléculaire de Westinghouse pour l'US Air Force et était dédié au développement de composants électroniques miniaturisés appelés FEB (blocs électroniques fonctionnels) qui étaient basés sur des semi-conducteurs, mais n'étaient pas tout à fait des circuits intégrés. Les compétences et les connaissances que les Hugles ont acquises au cours de cette phase de leur carrière les ont incités à commencer à planifier la création de leur propre entreprise de semi-conducteurs d'ici la fin de 1961 ou le début de 1962.

En mars 1962, Frances et Bill Hugle ont fondé Siliconix à Sunnyvale, en Californie. Le capital d'investissement provenait d'un vieil ami de la famille, la DH Baldwin Piano Company, l'Electronic Engineering Company of California et W. van Allen Clark, Jr, de la Sippican Corporation. Bien que Siliconix ne soit pas sorti de Fairchild Semiconductor, il a attiré des employés de là-bas et de plusieurs autres premiers fabricants de semi-conducteurs, notamment Fairchild, Motorola, Pacific Semiconductor, Rheem, US Semcor, Texas Instrument et Westinghouse. Dick Lee de Texas Instruments s'est joint à l'invitation de la DH Baldwin Piano Company et en est devenu le président. Comme d'habitude avec les coentreprises entre Frances et Bill Hugle, Frances Hugle est devenue la directrice de la R&D de l'entreprise.

Notamment, Siliconix s'est concentré sur la fabrication de FET au tout début. Cette orientation distingue Siliconix des autres fabricants de semi-conducteurs, qui produisaient tous des produits bipolaires à l'époque. Pourtant, le lien avec l'ancien employeur des Hugles, Westinghouse, était clairement présent dans une description de l'entreprise publiée dans un livre intitulé "Research and Development: A List of Small Business Concerns Interested in Performing Research and Development", publié en 1963 par le Administration américaine des petites entreprises. La description du livre des activités de Siliconix se lit comme suit:

"Circuits intégrés, blocs électroniques moléculaires et fonctionnels, y compris circuits à couches minces, transistors multi-éléments et connectés électriquement, et équipements de traitement, transistors à effet de champ unipolaires, transistors à couches minces et effets tunnel. Thermos à plusieurs étages miniaturisés -Glacières électriques & photo-détecteurs."

Les termes "blocs électroniques moléculaires et fonctionnels" rappellent le programme unique d'électronique moléculaire de Westinghouse, comme indiqué dans la partie 3 de cette série d'articles. Seuls Westinghouse et l'US Air Force ont utilisé cette terminologie.

De nombreux obstacles techniques devaient être surmontés avant que les FET puissent être fabriqués de manière fiable. Un article intitulé « Le train en marche MOS commence à rouler », écrit par Walter Barney et publié dans le numéro du 18 mars 1968 d'Electronics Magazine, cite Arthur Evans, qui était alors ingénieur en chef chez Siliconix :

"Au cours d'une étude pour Lockheed Electronics Co., Siliconix Inc. a éliminé trois difficultés traditionnelles dans la construction de dispositifs MOS fiables. Il s'agissait de la migration des ions dans l'oxyde, entraînant de grandes variations des tensions de seuil, des chemins de fuite sournois entre la source et le drain causés par ions dans l'oxyde et la perforation de l'oxyde causée par les tensions électrostatiques.

"Siliconix a découvert que l'utilisation d'oxydes imprégnés de phosphore et le recouvrement de l'oxyde de grille avec du métal immédiatement après sa formation, une étape également franchie par GI [General Instrument, un autre des premiers fournisseurs de semi-conducteurs MOS], stabilisait les tensions de seuil. Modification des géométries, dans un cas , de sorte que la source soit un point, complètement encerclé par une grille circulaire, a éliminé les fuites furtives ; et la construction de diodes Zener en parallèle avec chaque grille, de sorte que les charges soient shuntées vers le substrat avant que la tension ne soit suffisamment grande pour percer l'oxyde, réduit ponction électrostatique. National a résolu ce dernier problème en passant au silicium 100, qui présente une rupture de jonction pn plus faible entre la grille et le matériau de base que le 111 ; la jonction pn peut ainsi protéger l'oxyde de grille."

Pour voir ce que l'entreprise développait à ses débuts, il est utile de regarder les brevets accordés à Frances Hugle pendant son séjour chez Siliconix :

Méthode de fabrication de semi-conducteurs ultra-fins, brevet américain numéro US3165430A, déposé le 21 janvier 1963, accordé le 12 janvier 1965

"J'obtiens la précision mentionnée en m'éloignant entièrement de la méthode photographique dans le traitement de l'appareil où des dimensions minimales sont requises. Un revêtement métallique est utilisé pour accomplir la fonction de réserve et celui-ci est tracé mécaniquement au lieu d'être exposé et développé photographiquement.

"Un objet de mon invention est de fournir un degré de précision dans la fabrication de semi-conducteurs qui était jusqu'à présent impossible à obtenir."

Processus de gravure et d'oxydation des semi-conducteurs, numéro de brevet US3258359A, déposé le 8 avril 1963, accordé le 28 juin 1966

"Après des tentatives répétées pour accomplir la gravure et l'oxydation successivement dans le même système, j'ai découvert que si la vapeur d'eau n'est pas formée chimiquement jusqu'à ce que ses composants soient au niveau du matériau semi-conducteur en cours de traitement, tous les problèmes de contamination sont éliminés. J'accomplis cette exigence en employant un Au lieu que la vapeur soit l'un des composants, comme c'est le cas dans la production d'hydrogène dans les usines à gaz artificielles connues, la vapeur est formée en combinant des gaz d'hydrogène et de dioxyde de carbone à la surface du semi-conducteur, ce qui surface est maintenue à haute température dans le four.

"Un objet de mon invention est d'accomplir deux étapes de traitement jusqu'ici incompatibles dans une seule enceinte dans la fabrication de semi-conducteurs."

Structure de transistor à jonction alignée horizontalement, numéro de brevet US3246214A, déposée le 22 avril 1963, accordée le 12 avril 1966

"J'ai pu former une nouvelle structure dans laquelle les interfaces sont entre des éléments disposés horizontalement. Ceci est accompli en formant la base de deux concentrations de dopage; légèrement dopé dans une petite partie de forme annulaire de l'élément qui porte le interfaces de travail et fortement dopées dans la grande partie de support de l'élément qui agit également comme le corps principal de la structure semi-conductrice En effet, la partie de travail de la structure est disposée horizontalement, un élément par rapport à l'autre, au-dessus de la partie fortement dopée partie de l'élément de base."

Procédé de fabrication d'une structure de transistor horizontale, numéro de brevet US3328214A, déposé le 22 avril 1963, accordé le 27 juin 1967

"Procédé de formation d'un transistor ayant des éléments disposés horizontalement.

"Un corps de conductivité élevée forme une base de support. Une couche épitaxiale de conductivité opposée est formée au-dessus de ce corps, la partie extérieure de cette couche, horizontalement, formant le collecteur. Un masque est ensuite formé sur la couche épitaxiale et il est pourvu de une ouverture. Une base de travail est jointe à la base de support en diffusant une première vapeur d'impureté à travers l'ouverture. Un émetteur est formé dans le volume de la base de travail en diffusant une deuxième vapeur d'impureté à travers la même ouverture et en arrêtant la deuxième diffusion de manière de manière à conserver une base de travail en forme d'anneau."

Ces brevets suggèrent que Frances Hugle se concentrait sur le développement de structures de transistors individuels et de processus de fabrication chez Siliconix. Les premiers dispositifs produits et vendus par Siliconix comprenaient des FET à jonction à canal P, des FET à jonction à canal N, des MOSFET, des matrices de FET et des MOSFET de puissance. La société a également introduit des puces logiques DTL bipolaires en 1963.

Vishay a commencé à acheter de gros morceaux d'actions Siliconix en 1998 et avait essentiellement acquis l'ensemble de l'entreprise en 2005. Aujourd'hui, l'histoire détaillée des débuts de l'entreprise a en grande partie disparu du site Web actuel de Vishay Siliconix, mais vous pouvez toujours trouver des morceaux de cela. historique avec quelques recherches assidues sur le Web.

Bien que cela reçoive peu d'attention, les Hugles ont lancé une autre société de semi-conducteurs à peu près au même moment où ils ont fondé Siliconix. Cette société, Opto-Electronic Devices (OED), fabriquait des cellules photoélectriques CdS, CdSe et CdSSe. Ces produits font clairement écho aux travaux photoconducteurs et optoélectroniques de Hugles pour les encodeurs optiques de la DH Baldwin Piano Company dans les années 1950. En tant qu'entreprise indépendante, OED a été de courte durée. Gene Weckler, qui a travaillé pour l'entreprise en 1962 et 1963 en tant qu'ingénieur de développement de produits, était responsable du développement, de l'évaluation et de l'application des dispositifs photoconducteurs composés II-VI. Weckler a travaillé pour Shockley Transistor Corporation avant de rejoindre OED. Il est finalement devenu un pionnier dans la conception de capteurs d'image CMOS. En 2013, alors qu'il recevait un Exceptional Lifetime Achievement Award de l'International Image Sensor Society, Weckler a écrit que l'OED était "sous-financé et mal géré". Sigma Instruments, un fabricant spécialisé dans le traitement des couches minces, a acheté Opto-Electronic Devices en novembre 1963, en a fait une filiale et a absorbé sa gamme de produits de cellules photoélectriques.

Après avoir lancé l'entreprise en mars 1962, les Hugles ont quitté Siliconix à la fin de 1963. Ils ont immédiatement fondé une autre société de semi-conducteurs à Sunnyvale - Stewart-Warner Microcircuits - avec Frances Hugle à nouveau en tant que directrice de la recherche et de l'ingénierie. Si le nom Stewart-Warner Microcircuits semble peu familier, la maison mère Stewart-Warner est bien connue des passionnés d'automobile. Stewart-Warner de Chicago était un ancien fabricant de jauges de tableau de bord pour voitures. Son premier produit était le compteur de vitesse pour le Ford Model T. La société avait lancé une division électronique dans les années 1950, qui était un entrepreneur d'équipements militaires et aérospatiaux. L'entreprise a également construit des radios et des téléviseurs. La division South Wind de Stuart-Warner a fourni des échangeurs de chaleur pour le module lunaire qui a atterri sur la lune lors des missions spatiales Apollo. Il y a peu de preuves sur la façon dont les Hugles de la Silicon Valley se sont connectés à Stewart-Warner, mais Bill Hugle était un réseauteur et un négociateur persistant et énergique, il semble donc avoir d'une manière ou d'une autre un lien avec la société mère.

Stewart-Warner Microcircuits était tout à fait différent de Siliconix. Au lieu de transistors individuels, Stewart-Warner s'est concentré sur la fabrication de circuits intégrés : d'abord DTL, puis TTL et ECL. Cependant, le séjour des Hugles chez Stewart-Warner Microcircuits n'a été qu'un peu plus long que leur séjour chez Siliconix. Le numéro du 26 janvier 1966 d'Electronics Magazine rapportait :

"La Stewart-Warner Corp. change la composition de la direction de l'une de ses filiales, Stewart-Warner Microcircuits, Inc. Jack Coffey, anciennement de la division Stewart-Warner Electronics, a pris la relève en tant que directeur général et vice-président exécutif de la filiale, et John P. Gates deviendra directeur de l'ingénierie et de la fabrication. Gates était auparavant directeur des circuits intégrés numériques à la division semi-conducteurs de Fairchild Camera & Instrument Corp.. William Hugle, vice-président exécutif, est remplacé. Le statut de sa femme, Frances Hugle, directeur de l'ingénierie et de la recherche, est toujours dans le doute."

Bien sûr, Frances Hugle est partie rapidement après le remplacement de son mari dans l'entreprise. Si vous vous demandez pourquoi les Hugles ont quitté Stewart-Warner, il semblerait qu'il s'agisse d'un désaccord sur l'orientation fondamentale de l'entreprise, comme décrit dans un article intitulé "The Worrisome IC", paru dans les pages d'actualités du 4 septembre. Édition 1967 d'Electronics Magazine, sans mention de crédit :

"[Stewart-Warner Microcircuits], d'autre part, pensait qu'il y avait un plus grand potentiel dans DTL et a abandonné sa gamme TTL lors d'un remaniement de la direction il y a des mois."

Ce fut une très mauvaise décision avec le recul. Les puces TTL ont rapidement éclipsé les appareils DTL sur le marché. Il n'est pas étonnant que les Hugles aient quitté l'entreprise quand ils l'ont fait, étant donné ce type de prise de décision par la société mère.

Un an après leur départ de Stewart-Warner Microcircuits, Bill Hugle a publié un article complet sur les circuits intégrés numériques dans le numéro de janvier 1967 de Computer Design Magazine, qui le répertorie comme rédacteur en chef sur la tête de mât. L'article, intitulé " Circuits logiques intégrés : une évaluation comparative " comprenait des informations sur les circuits intégrés numériques RTL, DTL, TTL, ECL et MOS du point de vue profond de quelqu'un qui avait été intimement impliqué dans la fabrication de ces dispositifs. L'article traite de nombreux défis liés au développement de chaque type de circuit intégré au niveau de l'appareil individuel et, en le lisant, j'ai eu le fort sentiment qu'il était adapté d'un document interne de Stewart-Warner Microcircuits que Bill Hugle aurait pu écrire au milieu -1960 pour expliquer les raisons de la fabrication d'une gamme de produits comprenant plusieurs familles logiques. L'une des conclusions de l'article était:

"Aucune forme de circuit logique intégré n'est supérieure à toutes les autres pour toutes les applications. Pour chaque application, le concepteur du système doit analyser les compromis de base de chaque ligne logique."

Il est clair que Bill Hugle était un défenseur d'une large gamme de produits IC numériques et ne voulait peut-être rien avoir à faire avec une entreprise qui se concentrait exclusivement sur les pièces DTL. Frances Hugle a quitté Stewart-Warner Microcircuits en même temps, comme le suggère l'installation de John P. (Jack) Gates en tant que directeur de l'ingénierie et de la fabrication lorsque Jack Coffey a repris les rênes de l'entreprise. Stewart-Warner Microcircuits renverserait plus tard la décision DTL et proposerait plusieurs familles logiques bipolaires et MOS ainsi que des transistors et des matrices de portes programmables par masque dans les années 1970, mais les Hugles étaient alors révolus depuis longtemps.

Selon la nécrologie de Jack Coffey, Philips Electronics a acquis Stewart-Warner Microcircuits en 1978, et ce nom a rapidement disparu de la liste des fabricants de semi-conducteurs, se perdant presque dans la nuit des temps. Vous pouvez toujours trouver des circuits intégrés de marque comme puces Stewart-Warner à vendre sur eBay. Ces reliques prouvent que l'entreprise a existé.

La sortie des Hugles de Stewart-Warner vers la fin de 1965 ou au début de 1966 a également marqué la fin de leur implication directe dans les entreprises de fabrication de semi-conducteurs. Bien qu'ils n'aient fondé aucun autre fabricant de semi-conducteurs, leur départ de Stewart-Warner Microcircuits n'a pas marqué la fin de leur travail dans l'industrie des semi-conducteurs. Le couple a décidé d'arrêter de fabriquer des puces et de commencer à utiliser leur expertise accumulée pour aider d'autres entreprises à les fabriquer, comme cela sera discuté dans le dernier article de cette série avec la mort, la politique et les allégations d'espionnage.

Remarque : Cette histoire de Frances et Bill Hugle est peu documentée sur Internet, et cette série d'articles n'aurait pas été possible sans l'aide et l'assistance du petit-fils des Hugles, Jake Loomis, et du fondateur de TechSearch, Jan Vardaman, qui a joué un rôle déterminant dans la création d'un programme de bourses IEEE au nom de Frances Hugle, financé en partie par la mère de Jake Loomis et la fille de Frances Hugle, Linda Hugle.

Les références

Enquête auprès des fabricants de semi-conducteurs de puissance pour Nippon Kokan KK, Semiconductor Industry Group. Dataquest, décembre 1986.

"Le train en marche MOS commence à rouler", Walter Barney, Electronics Magazine, 18 mars 1968, pp. 173-187.

"L'inquiétant IC", Electronics Magazine, 4 septembre 1967, p. 23.

« Circuits logiques intégrés : une évaluation comparative », William B Hugle, Computer Design Magazine, janvier 1967, pp. 36-47.

"Recherche et développement: une liste des petites entreprises intéressées par la recherche et le développement", US Small Business Administration, 1963.

Avis de décès de Jack O'Neal Coffey