La société de semi-conducteurs d'un autre monde : l'histoire de Siliconix, partie 3

Après avoir passé cinq ans au sein de la société DH Baldwin Piano à développer des photocellules pour encodeurs optiques, Bill et Frances Hugle étaient prêts à relever un nouveau défi. Selon les archives familiales, Bill est parti pour Youngwood, en Pennsylvanie, à l'extérieur de Pittsburgh en 1958 pour aider Westinghouse à mettre en place une nouvelle salle blanche dans son usine de semi-conducteurs de cette ville. Frances a suivi avec leurs quatre enfants en février 1960. Cependant, les Hugles ne resteront pas longtemps en Pennsylvanie. À la fin de 1960, ils avaient déménagé à Thousand Oaks, en Californie, les rapprochant de plus en plus de la Silicon Valley.

De grandes choses se passaient pour Westinghouse en 1958 lorsque Bill Hugle a commencé à travailler dans l'usine de Youngwood de l'entreprise à l'extérieur de Pittsburgh, en Pennsylvanie. La miniaturisation était le nom du jeu à l'époque, et l'US Air Force était devenue très enthousiasmée par "l'électronique moléculaire". La quête de la miniaturisation a commencé au début des années 1950 avec le projet Tinkertoy, mené par le National Bureau of Standards des États-Unis et financé par l'US Navy. Pour ne pas être en reste, l'US Army Signal Corps a financé le programme Micromodule (ou "Micro-module") chez RCA. Le projet Tinkertoy était basé sur la technologie des tubes, tandis que le programme Micromodule était basé sur des transistors discrets. Les deux programmes cherchaient à développer des méthodes automatisées pour la fabrication de petits modules électroniques fiables construits à partir d'empilements de cartes de circuits imprimés miniatures en céramique et de composants électroniques discrets.

L'US Air Force rêvait encore plus grand, adoptant les idées introduites par le professeur Arthur von Hippel du MIT, qui proposait le développement de blocs solides de matière qui mettraient en œuvre des fonctions électroniques. Le professeur von Hippel a suggéré que des fonctions électroniques complexes pourraient être construites à partir de structures physiques uniques en utilisant «l'ingénierie moléculaire». Au lieu d'utiliser des composants électroniques préfabriqués tels que des tubes, des transistors, des résistances, des condensateurs et des inducteurs, von Hippel a suggéré qu'il devrait être possible de construire des dispositifs fonctionnels à partir d'atomes et de molécules individuels.

Le concept "Molecular Electronics" du professeur von Hippel a trouvé un écho chez les dirigeants des semi-conducteurs de Westinghouse, et la société a commencé à travailler avec l'US Air Force en 1957, dans le but de décrocher un contrat de développement. Avec le recul d'aujourd'hui, il est évident que les circuits intégrés correspondent précisément à la description de von Hippel, mais le circuit intégré ne sera inventé qu'en 1959, ce n'est donc pas la direction initiale prise par Westinghouse pour l'US Air Force.

Westinghouse, l'un des premiers licenciés des brevets de transistors de Bell Labs, produisait déjà des lingots de silicium ultra-pur et monocristallin pour fabriquer des semi-conducteurs, en mettant l'accent sur les redresseurs de puissance et les transistors de puissance. Le programme d'électronique moléculaire a été considéré comme une extension de ces travaux.

George C. Sziklai, un ingénieur de l'équipe du vice-président de l'ingénierie John A. Hutcheson, a lancé un programme pour évaluer le concept d'électronique moléculaire de von Hippel. Le plan du programme comprenait des idées pour un bloc qui convertirait 110 volts ca en 9 volts cc en utilisant l'effet thermoélectrique Seebeck et un autre bloc qui mettrait en œuvre un circuit de temporisation RC en exploitant une interface capacitive entre deux matériaux résistifs différents.

Des représentants de Westinghouse ont rencontré le personnel du centre de recherche de l'Air Force Cambridge à la base aérienne de Hanscom près de Bedford, dans le Massachusetts, pour présenter leurs idées sur l'ingénierie des systèmes moléculaires, et la visite a suscité l'intérêt de plusieurs branches militaires. Pour poursuivre sur cette lancée, Westinghouse a créé un laboratoire de développement avancé à l'état solide au sein de la division Youngwood Semiconductor pour poursuivre la technologie de l'électronique moléculaire. C'était en 1958, la même année où Bill Hugle se rendit à l'usine de Westinghouse Youngwood pour aider à mettre en place une salle blanche.

En février 1959, le laboratoire de développement avancé de l'état solide de Westinghouse a soumis une « proposition d'électronique moléculaire : approche dendritique » au centre du système aéronautique de l'US Air Force de l'Air Mobility Command à la base aérienne de Wright-Patterson à Dayton, Ohio. Le processus de fabrication proposé développerait un ruban de germanium continu qui permettrait de fabriquer des transistors et d'autres dispositifs à une vitesse de 6 à 12 pouces par minute. Le rendement de ce processus de fabrication "Transistors-by-the-inch" a été projeté de manière optimiste pour être "très proche de 100%". Seymour W. Herwald de Westinghouse prédisait que l'approche dendritique permettrait de produire automatiquement des blocs électroniques fonctionnels, tels que les récepteurs radio et les amplificateurs, sur un contrat de semi-conducteur continu à partir d'un groupe de forces de semi-conducteur à partir d'un groupe de forces de semi-conducteur à partir d'un forage de forcer à partir d'un forcement de la maison de Westinghouse. en avril 1959.

En mars 1959, John D. Husher, un récent diplômé du BSEE, a rejoint le laboratoire de développement avancé de la division Youngwood Semiconductor. Il est devenu intrigué par l'idée de produire quatre transistors à partir d'une seule matrice de transistor de puissance en faisant une coupe peu profonde à travers la base supérieure et les couches d'émetteur du transistor pour créer des îlots semi-conducteurs isolés qui fonctionneraient comme quatre transistors séparés avec un collecteur commun. Travaillant sur le projet pendant les pauses déjeuner, Husher a construit un support pour une matrice de transistor de puissance à partir d'une plaque en acier inoxydable, a fixé une matrice de transistor de puissance sur le support et l'a sablé avec des coquilles de noix pour couper le grand transistor en quatre transistors plus petits avec un collecteur commun. Husher s'est alors rendu compte qu'il pouvait également façonner des résistances et des condensateurs à partir des mêmes îlots surélevés et qu'il pouvait utiliser des fils d'or pour connecter tous ces composants ensemble afin de créer un circuit électronique complet sur une seule puce. Ce travail semble se situer quelque part entre le concept de CI câblé à la main de Jack Kilby chez Texas Instruments et le concept de CI planaire de Robert Noyce chez Fairchild Semiconductor.

Husher a développé quelques conceptions utilisant cette technique, notamment un amplificateur audio, des paires de transistors Darlington à gain élevé et un amplificateur vidéo. Son directeur, Herbert Henkels, a reconnu que l'idée de Husher répondait aux objectifs du programme d'électronique moléculaire. Henkels s'est arrangé pour emprunter un avion privé à un de ses amis, le golfeur Arnold Palmer, et s'est envolé de Pennsylvanie vers la base aérienne de Wright-Patterson pour rencontrer les responsables du laboratoire technique électronique de l'Air Force. Là, lui et Husher ont présenté les dispositifs fabriqués à la main comme prototypes d'un nouveau programme de recherche Westinghouse pour construire des blocs électroniques fonctionnels (FEB). En quelques mois, ETL a réorienté les fonds du contrat d'électronique moléculaire pour développer davantage l'approche de fabrication FEB de Husher. Husher a ensuite conçu et fabriqué des FEB supplémentaires, notamment des circuits récepteurs radio à conversion unique et un amplificateur IF monopuce.

Lors d'une réunion en janvier 1960 avec l'Air Research and Development Command de l'US Air Force à Andrews Air Force Base dans le Maryland, Westinghouse a présenté huit appareils produits pour le contrat de développement de l'électronique moléculaire :

· Un amplificateur audio de cinq watts directement en cascade

· Un amplificateur vidéo à deux étages

· Un amplificateur sélectif en fréquence avec filtre coupe-bande dans une boucle de rétroaction autour de la structure de l'amplificateur

· Une variété de multivibrateurs, y compris bistable [flip-flop], monostable [one-shot] et astable [oscillateur]

· Un potentiomètre variable basé sur l'addition logarithmique de deux entrées

· Une variété de commutateurs à semi-conducteurs multipositions (y compris un commutateur "OU", un commutateur multiple NPNP Dynistor et un commutateur multiple NPNP Trinistor avec électrode de déclenchement)

· Un convertisseur analogique-numérique utilisant un oscillateur à relaxation NPNP

· Un refroidisseur Peltier à deux étages pour refroidir les détecteurs infrarouges aux températures de fonctionnement appropriées.

Seul le refroidisseur Peltier a été fabriqué en tant que dispositif électronique moléculaire comme décrit dans la proposition originale. Sept des huit appareils n'étaient pas des appareils d'électronique moléculaire. L'amplificateur audio intègre plusieurs transistors diffusés interconnectés fabriqués sur un substrat commun. Les autres appareils utilisaient les techniques de fabrication de Husher. Une image de trois appareils d'électronique moléculaire est apparue dans un article publié dans le numéro de mai 1960 de "Westinghouse Engineer":

Blocs électroniques fonctionnels (FEB) d'électronique moléculaire fabriqués par Westinghouse en 1960 pour le contrat d'électronique moléculaire de l'US Air Force. Crédit image : Westinghouse

Ces dispositifs à semi-conducteurs semblent quelque peu rudimentaires aujourd'hui, mais ils étaient certainement des dispositifs électroniques de pointe en 1960. Ignorant les manières disparates de fabrication de ces prototypes FEB, l'US Air Force a accordé une prolongation de financement de 2,6 millions de dollars au programme original d'électronique moléculaire de Westinghouse, et le projet a continué, mais l'écriture était bientôt sur le mur. La fin était proche pour Molecular Electronics. En 1962, MIT Lincoln Labs a sélectionné le circuit intégré de porte NOR à 3 entrées de Fairchild Semiconductor pour construire les ordinateurs de guidage Apollo, et la fortune du circuit intégré basé sur le processus de fabrication planaire est partie de là.

Westinghouse a créé une division d'électronique moléculaire en 1962, mais en 1963, Westinghouse avait commencé à roder et à polir des tranches de silicium à utiliser comme substrats pour les circuits intégrés planaires, comme tous les autres fabricants de semi-conducteurs. La division d'électronique moléculaire de Westinghouse a survécu pendant plusieurs années, mais les produits semi-conducteurs commerciaux et militaires de la division ne sont rapidement plus que des circuits intégrés. Westinghouse a continué à utiliser l'ancien nom pendant quelques années encore parce que l'US Air Force l'aimait et la société a simplement élargi le sens de l'expression pour inclure les circuits intégrés.

Les Hugles n'ont pas attendu pour voir la fin du programme d'électronique moléculaire de Westinghouse en Pennsylvanie. Bien que la famille ait déménagé du New Jersey en Pennsylvanie en février 1960, selon les archives familiales, en octobre de cette année-là, ils avaient déménagé de 2500 miles à Thousand Oaks, en Californie. La question est, pourquoi les Hugles ont-ils soudainement quitté la Pennsylvanie pour la banlieue nord-ouest de Los Angeles ? Qu'est-ce qui a soudainement attiré Bill et Frances Hugle en Californie à la fin des années 1960 ?

Les archives familiales n'ont fourni aucun indice sur les raisons du déménagement, mais après d'intenses recherches sur Google, Internet a finalement révélé une forte possibilité. En 1961, Westinghouse a ouvert un laboratoire d'astroélectronique pour la recherche en électronique moléculaire, principalement dans le cadre de contrats avec l'US Air Force, avec un effectif de 300 personnes. Le laboratoire d'astroélectronique était situé dans le Rancho Conejo Center for Light Industry, un parc industriel conçu pour attirer l'explosion de nouvelles entreprises aérospatiales surgissant dans le sud de la Californie à cette époque. Le parc industriel était situé à l'extrémité est de Newbury Park, en bordure de Thousand Oaks.

Une photo Westinghouse PR de 1962 et vendue sur Ebay il y a quelques mois montre un technicien travaillant sur un banc propre, fabriquant un appareil d'électronique moléculaire. Heureusement, le site de conservation d'enchères WorthPoint.com a capturé l'image de la photo de la liste eBay d'origine, l'a cataloguée et, plus important encore, a capturé une image de la légende au dos de la photo :

« NEWBURY PARK, Californie, 21 mars – Des appareils électroniques moléculaires contenant des détails trop petits pour être visibles sauf au microscope sont créés au laboratoire d'astroélectronique de Westinghouse, où des travaux sur des systèmes électroniques avancés pour l'espace et la défense sont en cours.

Bill Hugle n'a pas travaillé seul à Westinghouse. Les archives familiales et la nécrologie de Frances Hugle confirment qu'elle a également travaillé pour Westinghouse en Pennsylvanie et en Californie et a été impliquée à la fois dans la production et la conception de semi-conducteurs. Le déménagement à Thousand Oaks, près d'une installation de Westinghouse dédiée au développement de l'électronique moléculaire, suggère fortement que les Hugles étaient impliqués dans le programme d'électronique moléculaire de Westinghouse. Cependant, le séjour des Hugles dans le sud de la Californie devait être de longue durée.

En moins d'un an, Bill et Frances Hugle avaient déménagé dans la Silicon Valley pour créer une entreprise de semi-conducteurs. En travaillant chez Westinghouse, d'abord en Pennsylvanie puis dans le sud de la Californie, les Hugles avaient finalement absorbé suffisamment de compétences techniques pour devenir fabricants de puces. En plus de leur sens aigu des affaires et de leurs relations acquises en créant et en rejoignant plusieurs entreprises technologiques, Frances et Bill Hugle étaient maintenant prêts à démarrer leur première entreprise de semi-conducteurs : Siliconix.

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

Les concepts et les capacités de l'électronique moléculaire, Dr SW Herwald, vice-président de la recherche, Westinghouse Electric Corporation, Westinghouse Engineer, mai 1960, pp 66-70.

Westinghouse : Microcircuit Pioneer from Molecular Electronics to ICs, Edgar A. Sack et David A. Laws, IEEE Annals of the History of Computing, janvier-mars 2012, pp 74-82.

"Guerriers de banlieue: les communautés de cols bleus et de ciel bleu de l'industrie aérospatiale du sud de la Californie", Layne Karafantis et Stuart W. Leslie, Journal of Planning History, volume 18, numéro 1, 2019, pp 3-26.