Halbleiter, Transistoren und integrierte Schaltkreise

Als Halbleiter bezeichnet man Materialien, die unter verschiedenen Bedingungen Strom entweder leiten oder nicht. Prominentester Halbleiter in der Computerindustrie ist das Silizium, ein Halbmetall, das in gebundener Form sehr häufig auf der Erde vorkommt und gemessen am Gewicht rund ein Viertel der Erdrinde ausmacht. Als Siliziumdioxid kommt das Element als Quarz vor und ist Hauptbestandteil von Sand. Silizium (engl. "silicon") ist in Kombination mit einem winzigen Schalter (Transistor) heute Grundbaustein aller Computer-Prozessoren.

Den ersten Transistor, der die Halbleiter-Eigenschaften etwa des Siliziums oder Germaniums nutzt, haben 1948 drei Physiker der Bell Labs in den USA erfunden. In den 50er Jahren erhielten die Wissenschaftler dafür den Physik-Nobelpreis. Zuvor verwendete man für Rechenanlagen und zum Speichern winziger Mengen Daten Schaltkreise aus kleinen Vakuumröhrchen. Diese arbeiteten allerdings vergleichsweise unzuverlässig, mussten häufig ausgewechselt werden und hatten einen enormen Bedarf an Strom, da sie für den Betrieb erst vorgewärmt werden mussten. Gleichzeitig gaben die Röhrchen im Betrieb selbst große Mengen an Wärme ab.

Eine weitere Erfindung machte es schließlich möglich, dass der Transistor auf Halbleiterbasis zum Grundstein der gesamten Computer-Industrie wurde. Etwa zeitgleich forschten Ende der 1950er Jahre die Physiker Bob Noyce, einer der Gründerväter von Intel, und Jack Kilby, Ingenieur bei Texas Instruments, an der Entwicklung von so genannten integrierten Schaltungen. Im Unterschied zu den so genannten diskreten Halbleitern wurden dabei erstmals mehrere Transistoren auf einem einzigen Stück Halbleiter-Substrat aufgebracht. Bis zur Massenfertigung serienreifer Produkte dauerte es allerdings noch weitere zehn Jahre. Heute befinden sich bei modernen Prozessoren hunderte Millionen Transistoren auf einem winzigen Silizium-Plättchen.