Ez alkalommal egy kerek százéves születésnapot ünnepelhetünk meg, Jack St. Clair Kilby 1923-ban ezen a napon született egy kis amerikai városban, hogy aztán innen elindulva egészen a fizikai Nobel-díjig vezessen az útja. A díjátadáson úgy vezették fel, mint a modern digitális világ megteremtőjét, mégis sokan nem ismerik a nevét. A mostani megemlékezésben megismerhetjük életútját, találmányait és átélhetjük egy újabb Nobel-díj megszületésének a történetét.

Jack Kilby 1923. november 8-án született Missouri államban, Jefferson City-ban. Apja, Hubert Kilby egy helyi szolgáltatótársaság igazgatója volt, anyja Vina Freitag Kilby szintén értelmiségi foglalkozást űzött. Mindketten a University of Illinois BSc diplomásai voltak. Kilby megszületése után átköltöztek Kansas államba, Great Bend-be és Kilby ott végezte a tanulmányait. Amikor 1938-ban egy nagy vihar miatt megszűnt az áramszolgáltatás, akkor Hubert Kilby átsétált egy távolabbi szomszédhoz, aki rádióamatőr volt és rajta keresztül kért segítséget. Vitte magával a fiát, Jacket is, aki először tágra nyílt szemekkel nézte a berendezéseket, majd nekiállt segíteni a szomszédnak a rádiókapcsolat felvételében, aki közben röviden bevezette Jacket ebbe a hobbiba. Napokon keresztül így tartották a kapcsolatot a külvilággal, mivel a vihar kidöntötte a villanyoszlopokat és a távközlés is megbénult. Eközben Jack – aki minden alkalommal vele ment – teljesen beleszerelmesedett a rádióamatőrök tevékenységébe. Be is iratkozott egy rádióamatőr klubba, hamarosan letette a vizsgát és a tapasztaltabbak segítségével megépítette a saját adóvevőjét. Ekkor határozta el, hogy villamosmérnök szeretne lenni. A BSc diplomáját 1947-ben ő is a University of Illinois kötelékében szerezte meg, akárcsak szülei, de utána a University of Wisconsin-Madison felé vette az útját, itt kapta meg az MSc diplomáját 1950-ben. Eközben már a Globe-Union Centralab nevű divíziójában dolgozott, ahol rádiókhoz, televíziókhoz és hallókészülékekhez gyártottak részegységeket. Még 1947-ben feleségül vette Barbara Annegerst, akivel már együtt költöztek át Wisconsinba.

1958-ban állást váltott, felvették a Texas Instrumenthez, így átköltöztek Dallasba. Ez volt ugyanis akkor az egyetlen cég, amelyik hajlandó volt az elektronikus komponensek miniatürizálásával foglalkozni, ami Kilby vágya volt. Akkoriban a „tyranny of numbers”, a „számok zsarnokoskodása” volt a tervezők legnagyobb problémája, amikor elkezdtek összetett rendszereket tervezni. A Texas Instrument akkor már gyártott tranzisztorokat is, de a megtervezett eszközökben az elemek hatalmas száma és a huzalozás bonyolultsága riasztó volt, ezt hívták „tyranny of numbers”-nek. A cég a Micro-Module elvet szerette volna megvalósítani, aminek az volt az alapötlete, hogy egységesre tervezik az egyes elemek méretét és formáját, s egy-egy Micro-Module már tartalmazza a huzalozást is. Ezekből a modulokból építettek volna összetettebb elektronikai eszközöket. Kilby – aki már találkozott az áramkörtervezés ezen problémájával a Globe-Unionnál, hamar bebizonyította, hogy ez az út nem járható, hatalmas költséggel lehet csak így megépíteni komplex áramköröket. Hittek is neki, meg nem is, azonban közben nyár lett és a cég két hétre leállt, az összes dolgozó elmehetett szabadságra – kivéve a frissen belépett Kilby-t, neki még nem járt ez a lehetőség. Két hetes magányában átgondolta a problémát és arra jutott, hogy egy félvezetőket gyártó cég leginkább félvezetőkkel tudja megoldani ezeket a problémákat. Ehhez azonban arra volt szükség, hogy a félvezető lapkán ne csak tranzisztorokat, hanem ellenállásokat és kapacitív elemeket is ki lehessen alakítani. Főnökének, Willis Adcocknak tetszett a gondolat, de nem tudta elképzelni, ez hogyan lenne megvalósítható. Az elutasítás helyett az egyetlen okos megoldást választotta: azt kérte Kilby-től, hogy mutassa be a gyakorlatban, hogy ez a gondolat megvalósítható. Cserébe lehetőséget kapott arra, hogy a Texas Instrument laborját szabadon használhassa próbálkozásai céljára.

Kilby első lépésben diszkrét ellenállásokat és kapacitív elemeket hozott létre elképzelései alapján germánium félvezetőkön a labor személyzetének a segítségével. Amikor ez sikerült, akkor ezekből egy igen egyszerű áramkört huzalozott össze és megmutatta az eredményt Adcocknak. Természetesen ez még nem integrált áramkör volt, hiszen ugyanúgy diszkrét elemeket huzalozott össze, mint addig, de ezek mindegyike már germánium félvezetőn lett megvalósítva. Ezzel azonban sikerült Adcockot megnyernie a gondolatnak, aki ettől kezdve támogatta Kilby elképzelését és arra bíztatta, hogy hozzon létre egy demonstratív bemutatót.

Kilby olyan áramkört keresett, ami elég jól demonstrálja a megoldás életképességét, de nem túl bonyolult. Végül egy fázistolós oszcillátor létrehozása mellett döntött, amihez egy tranzisztor és néhány passzív elem elégséges. A szükséges elemeket már egyetlen germánium félvezetőn valósította meg, de a huzalozást még fémhuzalokkal oldotta meg. Az elkészült félvezető áramkört egy üveglapra ragasztotta fel, hogy stabilitást adjon neki, hiszen a tokozást akkor még nem ismerték, mint gyártástechnológiai megoldást. Ezzel a modellel készült a bemutatóra, amit a cég vezetése számára szerveztek meg.

A bemutatóra 1958. szeptember 12-én került sor, ahogy annak a 60 éves évfordulóján már megemlékeztünk. A bemutatón a cég elnöke és CEO-ja, Mark Sheperd is részt vett. Az egy lapkán kialakított „deszkamodell” tökéletesen működött, s ez eldöntötte, hogy a Texas Instrument a Micro-Module elv helyett az integrált áramkörök irányában fog tovább haladni.

A bemutató sikere után Kilby, mint gyakorlott mérnök azonnal nekiállt a szabadalom kidolgozásának, amit 1959. február 6-án nyújtott be. Ő maga sem tudta, hogy mennyire érdemes volt sietnie a szabadalom benyújtásával, pár hónappal később, 1959. július 30-án ugyanis a Fairchild Semiconductor mérnöke, Robert Noyce Kilby-től teljesen függetlenül benyújtott a szabadalmát az integrált áramkörre. Az elsőség így Kilby nevéhez fűződik, de Noyce igen sokat tett azért, hogy az integrált áramkörök a mai tokozott formájukban, szilíciumlapkán valósuljanak meg.

Kilby a bemutató sikere után az integrált áramkörök katonai, ipari és mindennapi alkalmazásának a lehetőségeit kereste, ezt is sikeresen végezte a Texas Instrumentnél. Kidolgozta a hőprinter megvalósításának a lehetőségét, amit már 1965. október elsején szabadalmaztatott Alexander Richardsonnal és Stephen P. Emmonssal hármasban. Erre a szabadalmi védettséget 1970. február 17-én kapták meg US 3 496 333-os lajstromszámon.

Kilby 1970-től szabadságoltatta magát, hogy független feltalálóként tudjon továbbdolgozni, de nem lépett ki a TI-től. Először a kézi számológép kifejlesztésével foglalkozott, amit Jerry Merryman-nal és James Van Tassellel együtt találtak fel, amivel a TI óriási piacot mondhatott magáénak hosszú ideig. Az első változat szabadalmát is hárman jegyzik, ezt 1972 december 21-én nyújtották be és US 3 819 921-es lajstromszámon kapták meg a szabadalmi védettséget 1974. június 25-én. Ebbe a szabadalomba már beletervezték a mini hőprintert is, bár az első megvalósított példányokban ez még nem volt benne. Utána a napfény elektromos árammá konvertálása foglalkoztatta, ebben is sikereket ért el, megteremtve a mai napelemek korai változatát. 1978 és 1984 között a texasi A&M Egyetem kitüntetett professzoraként tevékenykedett a villamosmérnöki fakultáson.

1983-ban ment nyugdíjba a Texas Instrumenttől, de ez nem jelentette azt, hogy befejezte volna az aktív tevékenységét. Hosszú ideig még kormányzati és ipari projektek konzultánsaként tevékenykedett és közben két cég igazgatótanácsi tagja volt. Életében számos kitüntetést kapott és kilenc egyetem is díszdoktorává fogadta. Sok más elismerés mellett 1969-ben megkapta a National Medal of Science, 1990-ben a National Medal of Technology kitüntetést és már 1982-ben bekerült Nemzeti Feltalálók Csarnokába, a National Inventors Hall of Fame-be. A legnagyobb elismerés azonban 2000-ben érte, amikor a reggeli kávéja készítése közben kapta a telefonhívást, hogy neki ítélték a fizikai Nobel-díjat. Ahogy elmondta, teljesen váratlanul érte a hír, egyáltalán nem számított ekkora elismerésre. A díj átvételekor elmondott beszédébe beleszőtte Robert Noyce nevét, aki addigra már nem volt az élők sorában, így sosem derült ki, hogy megosztva kapták volna meg a Nobel-díjat vagy sem. Pedig már életükben is közös nevet kaptak a szakmában, őket hívták „fairchildren”-nek, ami szójáték a Fairchild cég nevéből adódott, de egyben a korrektségüket is fémjelezte.

Robert Kilby még öt évig élvezhette a Nobel-díj fényét, 2005. június 20-án hunyt el Dallasban, 81 éves korában. Addigra már két leánygyermekétől öt lányunokája született, Kilby mondta is, hogy ő a lányokra specializálódott. Szobra ma Dallasban a Texas Instrument Plaza-n, a texasi egyetem campusa előtt áll. A 2021-ben felállított szobor egyik kezében stílszerűen egy zsebkalkulátor, a másikban pedig egy integrált áramkör kapcsolási sémája látható. Ugyancsak szobrot kapott Great Bendben, ahol ifjúkorát töltötte, de itt a szobor mondanivalójának a középpontban nem a találmányai, hanem a tudás ifjúság számára történő átadása áll.

Kilby szerénységére jellemző, hogy amikor a Nobel-díj átadáson bemutatták, mint a modern digitális világ megteremtőjét, akkor ez ellen erősen tiltakozott. A beszédében erre a következőképpen válaszolt:

A nyúl és a hód ülnek a Colorado-folyó mellett az erdőben és a Hoover-gátat bámulják az erőmű mellett. „Ezt a gátat is te csináltad?” – kérdezi a nyúl. „Jaj, dehogy, de én adtam hozzá az alapötletet.” -válaszolja a hód.

Nos, az alapötletet valóban Kilby adta az integrált áramkörök megteremtéséhez, utána pedig ehhez nagyon sokan hozzáadták a maguk gondolatait. A tranzisztor feltalálása után ez volt a következő lépcső, ami a mai digitális világ kialakulásához elvezetett.

 

dr. Bartolits István