La empresa de semiconductores de otro mundo: la historia de Siliconix, parte 3

Después de pasar cinco años en la empresa DH Baldwin Piano desarrollando fotocélulas para codificadores ópticos, Bill y Frances Hugle estaban listos para un nuevo desafío. Según los registros familiares, Bill se fue a Youngwood, Pensilvania, en las afueras de Pittsburgh, en 1958 para ayudar a Westinghouse a instalar una nueva sala limpia en su fábrica de semiconductores en esa ciudad. Frances siguió con sus cuatro hijos en febrero de 1960. Sin embargo, los Hugle no se quedaron en Pensilvania por mucho tiempo. A fines de 1960, se mudaron a Thousand Oaks, California, acercándolos cada vez más a Silicon Valley.

Grandes cosas le estaban sucediendo a Westinghouse en 1958 cuando Bill Hugle comenzó a trabajar en las instalaciones de Youngwood de la compañía en las afueras de Pittsburgh, Pensilvania. La miniaturización era el nombre del juego en ese momento, y la Fuerza Aérea de los EE. UU. se había entusiasmado mucho con la "electrónica molecular". La búsqueda de la miniaturización comenzó a principios de la década de 1950 con el Proyecto Tinkertoy, realizado por la Oficina Nacional de Normas de EE. UU. y financiado por la Armada de EE. UU. Para no quedarse atrás, el Cuerpo de Señales del Ejército de EE. UU. financió el programa Micromodule (o "Micro-module") en RCA. Project Tinkertoy se basó en tecnología de válvulas, mientras que el programa Micromodule se basó en transistores discretos. Ambos programas buscaban desarrollar métodos automatizados para fabricar módulos electrónicos pequeños y confiables construidos a partir de pilas de placas de circuito de cerámica en miniatura y componentes electrónicos discretos.

La Fuerza Aérea de EE. UU. soñó aún más, adoptando ideas presentadas por el profesor del MIT Arthur von Hippel, quien propuso el desarrollo de bloques sólidos de materia que implementarían funciones electrónicas. El profesor von Hippel sugirió que se podrían construir funciones electrónicas complejas a partir de estructuras físicas únicas usando "ingeniería molecular". En lugar de usar componentes electrónicos prefabricados como tubos, transistores, resistencias, capacitores e inductores, von Hippel sugirió que debería ser posible para construir dispositivos funcionales a partir de átomos y moléculas individuales.

El concepto de "electrónica molecular" del profesor von Hippel resonó entre los ejecutivos de semiconductores de Westinghouse, y la compañía comenzó a trabajar con la Fuerza Aérea de EE. UU. en 1957, con miras a conseguir un contrato de desarrollo. En retrospectiva, es evidente que los circuitos integrados se ajustan con precisión a la descripción de von Hippel, pero el circuito integrado no se inventó hasta 1959, por lo que esa no es la dirección inicial tomada por Westinghouse para la Fuerza Aérea de EE. UU.

Westinghouse, uno de los primeros licenciatarios de las patentes de transistores de Bell Labs, ya producía lingotes de silicio ultrapuro y monocristalino para fabricar semiconductores, con énfasis en los rectificadores de potencia y los transistores de potencia. El programa de Electrónica Molecular fue visto como una extensión de este trabajo.

George C. Sziklai, un ingeniero del personal del Vicepresidente Corporativo de Ingeniería John A. Hutcheson, inició un programa para evaluar el concepto de Electrónica Molecular de von Hippel. El plan del programa incluía ideas para un bloque que convertiría 110 voltios de CA en 9 voltios de CC usando el efecto termoeléctrico de Seebeck y otro bloque que implementaría un circuito de retardo de tiempo RC al explotar una interfaz capacitiva entre dos materiales resistivos diferentes.

Los representantes de Westinghouse se reunieron con el personal del Centro de Investigación de Cambridge de la Fuerza Aérea en la Base de la Fuerza Aérea Hanscom cerca de Bedford, Massachusetts, para presentar sus ideas para la ingeniería de sistemas moleculares, y la visita generó interés en varias ramas militares. Para continuar con el impulso, Westinghouse estableció un Laboratorio de Desarrollo Avanzado de Estado Sólido en la División de Semiconductores de Youngwood para buscar tecnología de electrónica molecular. Eso fue en 1958, el mismo año en que Bill Hugle fue a la planta de Westinghouse Youngwood para ayudar a instalar una sala limpia.

En febrero de 1959, el Laboratorio de Desarrollo Avanzado de Estado Sólido de Westinghouse presentó una "Propuesta para Electrónica Molecular: Enfoque Dendrítico" al Centro del Sistema Aeronáutico del Comando de Movilidad Aérea de la Fuerza Aérea de EE. UU. en la Base de la Fuerza Aérea Wright-Patterson en Dayton, Ohio. El proceso de fabricación propuesto haría crecer una cinta continua de germanio que permitiría fabricar transistores y otros dispositivos a una velocidad de 6 a 12 pulgadas por minuto. Se proyectó con optimismo que el rendimiento de este proceso de fabricación de "transistores por pulgada" sería "muy cercano al 100%". Seymour W. Herwald de Westinghouse predijo que el enfoque dendrítico haría posible producir automáticamente bloques electrónicos funcionales, como como receptores de radio y amplificadores, en una cinta continua de semiconductores a partir de una piscina de germanio fundido. La propuesta de Westinghouse ganó un contrato de desarrollo de 1,6 millones de dólares de la Fuerza Aérea de EE. UU. en abril de 1959.

En marzo de 1959, John D. Husher, un recién graduado de BSEE, se unió al laboratorio de Desarrollo Avanzado de la División de Semiconductores de Youngwood. Le interesó la idea de producir cuatro transistores a partir de un solo transistor de potencia haciendo un corte superficial a través de la base superior del transistor y las capas del emisor para crear islas de semiconductores aisladas que funcionarían como cuatro transistores separados con un colector común. Trabajando en el proyecto durante las pausas para el almuerzo, Husher construyó un soporte para una matriz de transistor de potencia a partir de una placa de acero inoxidable, instaló una matriz de transistor de potencia en la portadora y la golpeó con cáscaras de nuez para cortar el transistor grande en cuatro transistores más pequeños con un común. coleccionista. Luego, Husher se dio cuenta de que también podía fabricar resistencias y condensadores a partir de las mismas islas elevadas y que podía usar cables de oro para conectar todos estos componentes para crear un circuito electrónico completo en un dado. Este trabajo parece estar en una zona entre el concepto de IC cableado a mano de Jack Kilby en Texas Instruments y el concepto de IC planar de Robert Noyce en Fairchild Semiconductor.

Husher desarrolló algunos diseños utilizando esta técnica, incluido un amplificador de audio, pares de transistores Darlington de alta ganancia y un amplificador de video. Su gerente, Herbert Henkels, reconoció que la idea de Husher cumplía con los objetivos del programa de electrónica molecular. Henkels pidió prestado un avión privado a un amigo suyo, el golfista Arnold Palmer, y voló desde Pensilvania a la Base de la Fuerza Aérea Wright-Patterson para reunirse con los gerentes del Laboratorio Técnico Electrónico de la Fuerza Aérea. Allí, él y Husher presentaron los dispositivos hechos a mano como prototipos de un nuevo programa de investigación de Westinghouse para construir bloques electrónicos funcionales (FEB). En un par de meses, ETL redirigió los fondos del contrato de electrónica molecular para seguir desarrollando el enfoque de fabricación FEB de Husher. Luego, Husher diseñó y fabricó FEB adicionales, incluidos circuitos receptores de radio de conversión única y un amplificador de FI de un solo chip.

En una reunión de enero de 1960 con el Comando de Investigación y Desarrollo Aéreo de la Fuerza Aérea de los EE. UU. en la Base de la Fuerza Aérea Andrews en Maryland, Westinghouse presentó ocho dispositivos producidos para el contrato de desarrollo de Molecular Electronics:

· Un amplificador de audio de cinco vatios en cascada directa

· Un amplificador de video de dos etapas

· Un amplificador de frecuencia selectiva con filtro de muesca en un circuito de retroalimentación alrededor de la estructura del amplificador

· Una variedad de multivibradores que incluyen biestable [flip-flop], monoestable [one-shot] y astable [oscilador]

· Un potenciómetro variable basado en la suma logarítmica de dos entradas

· Una variedad de interruptores semiconductores multiposición (incluido un interruptor "O", un interruptor Dynistor NPNP múltiple y un interruptor Trinistor NPNP múltiple con electrodo de disparo)

· Un convertidor de analógico a digital que emplea un oscilador de relajación NPNP

· Un enfriador Peltier de dos etapas para enfriar los detectores de infrarrojos a las temperaturas de funcionamiento adecuadas.

Solo el enfriador Peltier se fabricó como un dispositivo de electrónica molecular como se muestra en la propuesta original. Siete de los ocho dispositivos no eran dispositivos electrónicos moleculares. El amplificador de audio integraba múltiples transistores difusos interconectados fabricados sobre un sustrato común. Los otros dispositivos emplearon las técnicas de fabricación de Husher. Una imagen de tres dispositivos de electrónica molecular apareció en un artículo publicado en la edición de mayo de 1960 de "Westinghouse Engineer":

Bloques electrónicos funcionales (FEB) de electrónica molecular fabricados por Westinghouse en 1960 para el contrato de electrónica molecular de la Fuerza Aérea de EE. UU. Crédito de la imagen: Westinghouse

Estos dispositivos semiconductores parecen algo toscos hoy en día, pero ciertamente eran dispositivos electrónicos de vanguardia en 1960. Ignorando las formas dispares en que se fabricaron estos prototipos FEB, la Fuerza Aérea de los EE. y el proyecto continuó, pero la escritura pronto estuvo en la pared. El final estaba cerca para Molecular Electronics. En 1962, MIT Lincoln Labs seleccionó el circuito integrado de compuerta NOR de 3 entradas de Fairchild Semiconductor para construir las computadoras de guía Apollo, y la fortuna del circuito integrado basado en el proceso de fabricación planar se disparó directamente desde allí.

Westinghouse estableció una División de Electrónica Molecular en 1962, pero en 1963, Westinghouse había comenzado a lapear y pulir obleas de silicio para usarlas como sustratos para circuitos integrados planos, al igual que cualquier otro fabricante de semiconductores. La División de Electrónica Molecular de Westinghouse sobrevivió durante varios años, pero los productos de semiconductores comerciales y militares de la división pronto se convirtieron en nada más que circuitos integrados. Westinghouse siguió usando el antiguo nombre durante algunos años más porque a la Fuerza Aérea de EE. UU. le gustaba y la empresa simplemente amplió el significado de la frase para incluir circuitos integrados.

Los Hugle no esperaron a ver el final del programa de Electrónica Molecular de Westinghouse en Pensilvania. Aunque la familia se había mudado de Nueva Jersey a Pensilvania en febrero de 1960, según los registros familiares, en octubre de ese año se habían mudado 2500 millas a Thousand Oaks, California. La pregunta es, ¿por qué los Hugle se mudaron repentinamente de Pensilvania a los suburbios del noroeste de Los Ángeles? ¿Qué atrajo repentinamente a Bill y Frances Hugle a California a finales de 1960?

Los registros familiares no proporcionaron ninguna pista sobre los motivos de la mudanza, pero después de una intensa búsqueda en Google, Internet finalmente arrojó una gran posibilidad. En 1961, Westinghouse abrió un Laboratorio de Astroelectrónica para la investigación en electrónica molecular, principalmente bajo contratos de la Fuerza Aérea de los EE. surgieron nuevas compañías aeroespaciales en el sur de California durante esa época. El parque industrial estaba ubicado en el extremo este de Newbury Park, bordeando Thousand Oaks.

Una foto de Westinghouse PR de 1962 y vendida en Ebay hace algunos meses muestra a un técnico trabajando en un banco limpio, fabricando un dispositivo de electrónica molecular. Afortunadamente, el sitio de selección de subastas WorthPoint.com capturó la imagen de la foto de la lista original de eBay, la catalogó y, lo que es más importante, capturó una imagen de la leyenda en la parte posterior de la foto:

"NEWBURY PARK, California, 21 de marzo: se crean dispositivos electrónicos moleculares que contienen detalles demasiado pequeños para ser visibles, excepto bajo un microscopio, en el Laboratorio de Astroelectrónica de Westinghouse, donde se está trabajando en sistemas electrónicos avanzados para el espacio y la defensa. Se muestra a Claudia Murray soldando alambre de oro puro de una milésima de pulgada de espesor a silicio en un dispositivo de estado sólido. El oro conduce la electricidad hacia o desde el dispositivo. Las manos del técnico trabajan dentro de una campana de plástico donde el aire está libre de polvo y la temperatura y la humedad están controladas.

Bill Hugle no trabajó solo en Westinghouse. Los registros familiares y el obituario de Frances Hugle confirman que ella también trabajó para Westinghouse tanto en Pensilvania como en California y estuvo involucrada tanto en la producción como en el diseño de semiconductores. El traslado a Thousand Oaks, cerca de una instalación de Westinghouse dedicada al desarrollo de Electrónica Molecular, sugiere fuertemente que los Hugle estaban involucrados en el programa de Electrónica Molecular de Westinghouse. Sin embargo, la estadía de los Hugle en el sur de California iba a ser de larga duración.

En un año, Bill y Frances Hugle se mudaron a Silicon Valley para iniciar una empresa de semiconductores. Al trabajar en Westinghouse, primero en Pensilvania y luego en el sur de California, los Hugles finalmente habían adquirido suficientes habilidades técnicas para convertirse en fabricantes de chips. Junto con la perspicacia comercial adquirida y las conexiones, obtenidas al iniciar y unirse a varias empresas de tecnología, Frances y Bill Hugle ahora estaban listos para iniciar su primera empresa de semiconductores: Siliconix.

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

Los conceptos y capacidades de la electrónica molecular, Dr. SW Herwald, vicepresidente de investigación, Westinghouse Electric Corporation, ingeniero de Westinghouse, mayo de 1960, págs. 66-70.

Westinghouse: Microcircuit Pioneer from Molecular Electronics to ICs, Edgar A. Sack y David A. Laws, IEEE Annals of the History of Computing, enero-marzo de 2012, págs. 74-82.

"Suburban Warriors: The Blue-Collar and Blue-Sky Communities of Southern California's Aerospace Industry", Layne Karafantis y Stuart W. Leslie, Journal of Planning History, volumen 18, número 1, 2019, páginas 3 a 26.