La empresa de semiconductores de otro mundo: la historia de Siliconix, parte 4

En sus 15 años de trabajo juntos desde que se casaron en 1947, Frances y Bill Hugle acumularon todos los conocimientos técnicos que necesitaban para fabricar transistores e circuitos integrados. A partir de sus esfuerzos para producir piedras preciosas en Stuart Labs, desarrollaron técnicas para cultivar lingotes de cristal, recocer esos lingotes y doparlos con impurezas. A partir de sus años desarrollando tecnología de codificador óptico en DH Baldwin Piano Company, desarrollaron la tecnología para depositar películas delgadas de semiconductores y usar fotolitografía para crear patrones de imágenes en placas de circuitos y discos ópticos. En Westinghouse, a fines de la década de 1950 y principios de la de 1960, participaron en el desarrollo de salas limpias y en la fabricación de semiconductores al estilo de la década de 1950. En ese momento, tenían todo lo que necesitaban para iniciar una empresa de fabricación de semiconductores, y eso fue precisamente lo que hicieron. De hecho, al estilo de Silicon Valley, comenzaron dos o tres.

Los Hugle se habían mudado a Thousand Oaks, California a fines de 1960 para ayudar a Westinghouse a establecer su Laboratorio de Astroelectrónica. Ese laboratorio era parte del programa de Electrónica Molecular de Westinghouse para la Fuerza Aérea de EE. UU. y estaba dedicado a desarrollar componentes electrónicos miniaturizados llamados FEB (bloques electrónicos funcionales) que se basaban en semiconductores, pero que no eran del todo circuitos integrados. Las habilidades y el conocimiento que los Hugle adquirieron en esta fase de sus carreras los impulsaron a comenzar a planificar la creación de su propia empresa de semiconductores a fines de 1961 o principios de 1962.

En marzo de 1962, Frances y Bill Hugle fundaron Siliconix en Sunnyvale, California. El capital de inversión provino de un viejo amigo de la familia, DH Baldwin Piano Company, Electronic Engineering Company of California, y W. van Allen Clark, Jr, de Sippican Corporation. Aunque Siliconix no surgió de Fairchild Semiconductor, atrajo empleados de allí y de varios otros fabricantes de semiconductores tempranos, incluidos Fairchild, Motorola, Pacific Semiconductor, Rheem, US Semcor, Texas Instrument y Westinghouse. Dick Lee de Texas Instruments se unió por invitación de DH Baldwin Piano Company y se convirtió en el presidente de la compañía. Como era habitual en las empresas conjuntas entre Frances y Bill Hugle, Frances Hugle se convirtió en directora de I+D de la empresa.

En particular, Siliconix se centró en la fabricación de FET desde el principio. Este enfoque diferencia a Siliconix de otros fabricantes de semiconductores, que en ese momento producían productos bipolares. Sin embargo, la conexión con el antiguo empleador de los Hugle, Westinghouse, estaba claramente presente en una descripción de la empresa publicada en un libro titulado "Investigación y desarrollo: una lista de empresas pequeñas interesadas en realizar investigación y desarrollo", publicado en 1963 por la Administración de Pequeñas Empresas de los Estados Unidos. La descripción del libro de las actividades de Siliconix dice:

"Circuitos integrados, bloques electrónicos moleculares y funcionales, incluidos circuitos de película delgada, transistores de elementos múltiples y conectados eléctricamente, y equipos para procesamiento, transistores de efecto de campo unipolares, transistores de película delgada y efectos de túnel. Termo miniaturizado de etapas múltiples -refrigeradores eléctricos y fotodetectores".

Los términos "bloques electrónicos moleculares y funcionales" recuerdan el exclusivo programa de electrónica molecular de Westinghouse, como se analiza en la Parte 3 de esta serie de artículos. Solo Westinghouse y la Fuerza Aérea de EE. UU. utilizaron esa terminología.

Hubo muchos obstáculos técnicos que superar antes de que los FET pudieran fabricarse de manera confiable. Un artículo titulado "El carro del MOS comienza a rodar", escrito por Walter Barney y publicado en la edición del 18 de marzo de 1968 de Electronics Magazine, cita a Arthur Evans, quien en ese entonces era el ingeniero jefe de Siliconix:

"Durante un estudio para Lockheed Electronics Co., Siliconix Inc. se deshizo de tres dificultades tradicionales en la construcción de dispositivos MOS confiables. Eran la migración de iones en el óxido, lo que generaba grandes oscilaciones en los voltajes de umbral, vías de fuga furtiva entre la fuente y el drenaje causadas por iones en el óxido y la perforación del óxido causada por voltajes electrostáticos.

"Siliconix descubrió que usar óxidos impregnados de fósforo y cubrir el óxido de puerta con metal inmediatamente después de su formación, un paso que también tomó GI [General Instrument, otro de los primeros proveedores de semiconductores MOS], estabilizó los voltajes de umbral. Cambio de geometrías, en un caso , de modo que la fuente sea un punto, completamente rodeado por una puerta circular, eliminó la fuga furtiva; y la construcción de diodos Zener en paralelo con cada puerta, de modo que las cargas se desvíen al sustrato antes de que el voltaje sea lo suficientemente grande como para perforar el óxido, reducido punción electrostática. National solucionó el último problema cambiando a 100 de silicio, que tiene una ruptura de la unión pn más baja entre la puerta y el material base que la 111; la unión pn puede proteger el óxido de la puerta".

Para ver lo que la empresa estaba desarrollando durante sus primeros días, es útil mirar las patentes otorgadas a Frances Hugle durante su tiempo en Siliconix:

Método de fabricación de semiconductores ultrafinos, número de patente de EE. UU. US3165430A, presentada el 21 de enero de 1963, otorgada el 12 de enero de 1965

"Logro la precisión mencionada al apartarme por completo del método fotográfico en el procesamiento del dispositivo donde se requieren dimensiones mínimas. Se emplea un revestimiento de metal para lograr la función de resistencia y esto se escribe mecánicamente en lugar de exponerse y revelarse fotográficamente.

"Un objeto de mi invención es proporcionar un grado de precisión en la fabricación de semiconductores que hasta ahora ha sido inalcanzable".

Proceso de grabado y oxidación de semiconductores, número de patente US3258359A, presentada el 8 de abril de 1963, otorgada el 28 de junio de 1966

"Después de repetidos intentos de realizar el grabado y la oxidación sucesivamente en el mismo sistema, descubrí que si el vapor de agua no se forma químicamente hasta que sus componentes estén en el material semiconductor que se está procesando, se eliminan todos los problemas de contaminación. Cumplo este requisito empleando un forma de la reacción agua gas en equilibrio inverso En lugar de que el vapor sea uno de los componentes, como lo es en la producción de hidrógeno en las plantas de gas artificial conocidas, el vapor se forma combinando hidrógeno y dióxido de carbono en la superficie del semiconductor, que la superficie se mantiene a alta temperatura en el horno.

"Un objeto de mi invención es lograr dos pasos de procesamiento hasta ahora incompatibles dentro de un recinto en la fabricación de semiconductores".

Estructura de transistor de unión alineada horizontalmente, número de patente US3246214A, presentada el 22 de abril de 1963, otorgada el 12 de abril de 1966

"He podido formar una nueva estructura en la que las interfaces están entre elementos que están dispuestos horizontalmente. Esto se logra formando la base de dos concentraciones de dopaje; ligeramente dopado en una parte pequeña y de forma anular del elemento que lleva el interfaces de trabajo y altamente dopado en la gran parte de soporte del elemento que también actúa como el cuerpo principal de la estructura del semiconductor.En efecto, la parte de trabajo de la estructura está dispuesta horizontalmente, un elemento en relación con el otro, encima del altamente dopado parte del elemento base".

Proceso para la fabricación de una estructura de transistor horizontal, número de patente US3328214A, presentada el 22 de abril de 1963, otorgada el 27 de junio de 1967

"Un proceso para formar un transistor que tiene elementos dispuestos horizontalmente.

"Un cuerpo de alta conductividad forma una base de soporte. Una capa epitaxial de conductividad opuesta se forma encima de ese cuerpo, la parte exterior de la cual capa, horizontalmente, forma el colector. A continuación, se forma una máscara sobre la capa epitaxial y se le proporciona una abertura. Una base de trabajo se une a la base de soporte mediante la difusión de una primera impureza de vapor a través de la abertura. Se forma un emisor dentro del volumen de la base de trabajo mediante la difusión de una segunda impureza de vapor a través de la misma abertura y deteniendo la segunda difusión de modo que como para retener una base de trabajo en forma de anillo".

Estas patentes sugieren que Frances Hugle se centró en desarrollar estructuras de transistores individuales y procesos de fabricación en Siliconix. Los primeros dispositivos producidos y vendidos por Siliconix incluyeron FET de unión de canal P, FET de unión de canal N, MOSFET, conjuntos de FET y MOSFET de potencia. La compañía también introdujo chips lógicos DTL bipolares en 1963.

Vishay comenzó a comprar grandes porciones de acciones de Siliconix en 1998 y prácticamente había adquirido toda la empresa en 2005. Hoy en día, la historia inicial detallada de la empresa ha desaparecido en gran medida del sitio web actual de Vishay Siliconix, pero todavía se pueden encontrar fragmentos de esa información. historia con un poco de búsqueda diligente en la Web.

Aunque recibe poca atención, los Hugle iniciaron otra empresa de semiconductores casi al mismo tiempo que fundaron Siliconix. Esa empresa, Opto-Electronic Devices (OED), fabricaba fotocélulas CdS, CdSe y CdSSe. Estos productos reflejan claramente el trabajo fotoconductor y optoelectrónico de Hugles para codificadores ópticos en DH Baldwin Piano Company durante la década de 1950. Como empresa independiente, OED duró poco. Gene Weckler, que trabajó para la empresa en 1962 y 1963 como ingeniero de desarrollo de productos, fue responsable del desarrollo, la evaluación y la aplicación de los dispositivos fotoconductores compuestos II-VI. Weckler trabajó para Shockley Transistor Corporation antes de unirse a OED. Eventualmente se convirtió en un pionero en el diseño de sensores de imagen CMOS. En 2013, mientras recibía un premio Exceptional Lifetime Achievement Award de la International Image Sensor Society, Weckler escribió que OED estaba "insuficientemente financiado y mal administrado". Sigma Instruments, un fabricante especializado en el procesamiento de películas delgadas, compró Opto-Electronic Devices en noviembre de 1963, lo convirtió en una subsidiaria y absorbió su línea de productos de fotocélulas.

Habiendo iniciado la empresa en marzo de 1962, los Hugle abandonaron Siliconix a fines de 1963. Inmediatamente fundaron otra empresa de semiconductores en Sunnyvale, Stewart-Warner Microcircuits, con Frances Hugle nuevamente como directora de investigación e ingeniería. Si el nombre Stewart-Warner Microcircuits parece poco familiar, la empresa matriz Stewart-Warner es familiar para los entusiastas de los automóviles. Stewart-Warner de Chicago era un fabricante antiguo de indicadores de tablero para automóviles. Su primer producto fue el velocímetro para el Ford Modelo T. La empresa había iniciado una división de electrónica en la década de 1950, que era un contratista de equipos militares y aeroespaciales. La empresa también construyó radios y televisores. La División de Vientos del Sur de Stuart-Warner suministró intercambiadores de calor para el Módulo Lunar que aterrizó en la Luna durante las misiones espaciales Apolo. Hay poca evidencia acerca de cómo los Hugles en Silicon Valley se conectaron con Stewart-Warner, pero Bill Hugle era un creador de redes y negociador persistente y enérgico, por lo que parece haberse conectado de alguna manera con la empresa matriz.

Stewart-Warner Microcircuits era completamente diferente de Siliconix. En lugar de transistores individuales, Stewart-Warner se centró en la fabricación de circuitos integrados: primero DTL, luego TTL y ECL. Sin embargo, la estadía de los Hugle en Stewart-Warner Microcircuits fue solo un poco más larga que su estadía en Siliconix. El número del 26 de enero de 1966 de Electronics Magazine informó:

"Stewart-Warner Corp. está cambiando la alineación ejecutiva en una de sus subsidiarias, Stewart-Warner Microcircuits, Inc. Jack Coffey, anteriormente en la división de Stewart-Warner Electronics, asumió el cargo de gerente general y vicepresidente ejecutivo de la subsidiaria, y John P. Gates se convertirá en gerente de ingeniería y fabricación. Gates anteriormente fue gerente de circuitos integrados digitales en la división de Semiconductores de Fairchild Camera & Instrument Corp.. Será reemplazado por William Hugle, vicepresidente ejecutivo. El estatus de su esposa, Frances Hugle, director de ingeniería e investigación, aún tiene dudas".

Por supuesto, Frances Hugle se fue rápidamente después de que su esposo fuera reemplazado en la empresa. Si se pregunta por qué los Hugle abandonaron Stewart-Warner, parecería haber sido un desacuerdo sobre la dirección fundamental de la compañía, como se describe en un artículo titulado "The Worrisome IC", que apareció en las páginas de noticias del 4 de septiembre. Edición de 1967 de Electronics Magazine, sin crédito de autor:

"[Stewart-Warner Microcircuits], por otro lado, pensó que había un mayor potencial en DTL y abandonó su línea TTL durante una reorganización de la administración hace meses".

Esa fue una muy mala decisión en retrospectiva. Los chips TTL eclipsaron rápidamente a los dispositivos DTL en el mercado. No es de extrañar que los Hugle dejaran la empresa cuando lo hicieron, dado ese tipo de toma de decisiones por parte de la empresa matriz.

Un año después de su salida de Stewart-Warner Microcircuits, Bill Hugle publicó un artículo completo sobre circuitos integrados digitales en el número de enero de 1967 de Computer Design Magazine, que lo incluye como editor colaborador en la cabecera. El artículo, titulado "Circuitos lógicos integrados: una evaluación comparativa", incluía información sobre circuitos integrados digitales RTL, DTL, TTL, ECL y MOS desde la profunda perspectiva de alguien que había estado íntimamente involucrado en la fabricación de estos dispositivos. El artículo analiza muchos de los desafíos en el desarrollo de cada tipo de IC a nivel de dispositivo individual y, al leerlo, tuve la fuerte sensación de que fue adaptado de un documento interno de Stewart-Warner Microcircuits que Bill Hugle podría haber escrito a mediados de -1960 para explicar las razones para fabricar una línea de productos que incluía varias familias lógicas. Una de las conclusiones del artículo fue:

"Ninguna forma de circuito lógico integrado es superior a todas las demás para todas las aplicaciones. Para cada aplicación, el diseñador del sistema debe analizar las compensaciones básicas de cada línea lógica".

Está claro que Bill Hugle era un defensor de una amplia línea de productos de circuitos integrados digitales y posiblemente no quería tener nada que ver con una empresa que se centraba exclusivamente en piezas DTL. Frances Hugle dejó Stewart-Warner Microcircuits al mismo tiempo, como lo sugirió la instalación de John P. (Jack) Gates como gerente de ingeniería y fabricación cuando Jack Coffey tomó las riendas de la empresa. Stewart-Warner Microcircuits luego revertiría la decisión de DTL y ofrecería varias familias lógicas bipolares y MOS, así como matrices de compuertas y transistores programables con máscara en la década de 1970, pero los Hugles ya no estaban.

Según el obituario de Jack Coffey, Philips Electronics adquirió Stewart-Warner Microcircuits en 1978, y ese nombre desapareció rápidamente de la lista de fabricantes de semiconductores, casi perdiéndose en la noche de los tiempos. Todavía puede encontrar circuitos integrados con la marca de chips Stewart-Warner a la venta en eBay. Estas reliquias prueban que la compañía alguna vez existió.

La salida de los Hugle de Stewart-Warner hacia fines de 1965 o principios de 1966 también marcó el final de su participación directa en las empresas de fabricación de semiconductores. Aunque no fundaron otros fabricantes de semiconductores, su salida de Stewart-Warner Microcircuits no marcó el final de su trabajo en la industria de los semiconductores. La pareja decidió dejar de fabricar chips y comenzar a usar su experiencia acumulada para ayudar a otras compañías a fabricarlos, como se discutirá en el artículo final de esta serie junto con la muerte, la política y las acusaciones de espionaje.

Nota: esta historia de Frances y Bill Hugle está escasamente documentada en Internet, y esta serie de artículos no hubiera sido posible sin la ayuda y asistencia del nieto de los Hugle, Jake Loomis, y el fundador de TechSearch, Jan Vardaman, quien fue fundamental en la creación de un programa de becas IEEE a nombre de Frances Hugle, financiado en parte por la madre de Jake Loomis y la hija de Frances Hugle, Linda Hugle.

Referencias

Encuesta de fabricantes de semiconductores de potencia para Nippon Kokan KK, Semiconductor Industry Group. Dataquest, diciembre de 1986.

"El carro de MOS comienza a rodar", Walter Barney, Electronics Magazine, 18 de marzo de 1968, pp. 173-187.

"The preocupante IC", Electronics Magazine, 4 de septiembre de 1967, p. 23

"Circuitos lógicos integrados: una evaluación comparativa", William B Hugle, Computer Design Magazine, enero de 1967, págs. 36-47.

"Investigación y desarrollo: una lista de empresas pequeñas interesadas en realizar investigación y desarrollo", Administración de Pequeñas Empresas de EE. UU., 1963.

Obituario de Jack O'Neal Coffey