Das Halbleiterunternehmen, das aus einer anderen Welt kam: die Siliconix-Geschichte, Teil 1

May 12, 2023

Ab den 1940er Jahren gründeten Bill Hugle und Frances Sarnat Hugle Technologieunternehmen, die sie immer tiefer in die Halbleiterbranche einführten. Gemeinsam starteten sie die Entwicklung präziser optischer Encoder, gründeten die Halbleiterhersteller Siliconix und Stewart-Warner MicroCircuits und entwickelten Halbleiterfertigungsanlagen sowohl an der Ost- als auch an der Westküste der USA. Unterwegs erlebte das Paar viele geschäftliche Rückschläge und genug rechtliche und politische Intrigen, um mehrere Leben zu füllen, doch ihre Geschichte ist im Wesentlichen unerzählt. Bis jetzt.

Wenn Sie sich die berühmte Tabelle der frühen Halbleiterhersteller ansehen, die Don Hoefler für SEMI erstellt hat, das ursprünglich als Semiconductor Equipment and Materials Institute bekannt war, werden Sie zwei Ausreißer zu Beginn der Geschichte der Transistor- und IC-Herstellung erkennen. (Hoefler prägte den Begriff „Silicon Valley“, als er 1971 eine mehrteilige Artikelserie für Electronic News mit dem Titel „Silicon Valley USA“ schrieb.) Diese beiden Ausreißer in der Halbleiterfertigung sind Siliconix und Stewart-Warner MicroCircuits. Auf Hoeflers Diagramm scheinen diese Unternehmen aus dem Nichts aufzutauchen, anstatt sich von Fairchild Semiconductor abzuspalten, wie es bei 24 anderen Halbleiterunternehmen auf dem Diagramm der Fall war. Allerdings sind diese beiden Halbleiterhersteller nicht aus dem Nichts aufgetaucht. Sie existieren aufgrund eines parallelen Universums der Chipherstellung, in dem Fairchild bei ihrer Entstehung keine so große Rolle spielte.

In der Genealogie der Silicon-Valley-Start-ups erscheinen Siliconix und Stewart-Warner MicroCircuits als eigenständige Unternehmen. Ungeachtet dessen, was in der Tabelle steht, wurden beide von Bill und Frances Hugle gegründet. Bildnachweis: SEMI

Diese Geschichte beginnt in Chicago, gegen Ende des Zweiten Weltkriegs, und nicht im Silicon Valley. Bill Hugle und Frances Sarnat waren in der High School ein Paar und Bill machte Monate vor ihrem Abschluss im Jahr 1944 einen Heiratsantrag. Die beiden besuchten gemeinsam die University of Chicago. Bill schloss die Universität im März 1946 ab und Frances schloss sein Studium drei Monate später ab. Beide haben einen PhB-Abschluss (Bachelor of Philosophy) in Chemie. Sie heirateten im Juni 1947, etwa zur gleichen Zeit, als Walter Brattain und John Bardeen in den Bell Labs den ersten Punktkontakttransistor bauten. Einen Monat nach der Heirat des Paares begann Bill als Chemiker für die Linde Air Products Company in Süd-Chicago zu arbeiten.

Linde stellte damals ungefärbte künstliche Saphire her. Das Unternehmen entwickelte dieses Geschäft während des Krieges, da Edelsteine ​​als Lager in allen Arten von mechanischen Instrumenten, Zifferblättern und Uhren verwendet wurden. Ab 1940 förderte die Regierung der Vereinigten Staaten die Entwicklung der inländischen Herstellung künstlicher Edelsteine, da die internationale Lieferkette für natürliche Edelsteine ​​mit zunehmendem Krieg in Europa fragwürdig wurde. Linde hat zwei Jahre damit verbracht, den Herstellungsprozess für künstliche Saphire zu perfektionieren, bei dem natürlich vorkommende Korundkristalle (Aluminiumoxid) bei hohen Temperaturen in einem Wasserstoff-/Sauerstoffofen geschmolzen werden, um einen Edelsteinbarren oder eine Kugel herzustellen.

Linde schaltete bereits im Februar 1943 Zeitschriftenanzeigen mit der Überschrift „… und wir machten einen Saphir“. Der Haupttext der Anzeige beschrieb den Saphirherstellungsprozess und erläuterte, wie das Unternehmen zwei Jahre damit verbrachte, den Prozess zu entwickeln. Das Hauptbild der Anzeige zeigte eine leuchtende Kugel aus geschmolzenem Korund in einem Wasserstoff-/Sauerstoffofen und versprach, dass es in der Zukunft Edelsteine ​​in Schmuckqualität geben wird. Am Ende der Anzeige erschien ein Slogan, der den Leser aufforderte, US-Kriegsanleihen und Briefmarken zu kaufen. Diese Anzeige lag mehr als vier Jahre vor der Anstellung von Bill Hugle im Unternehmen.

Linde stellte künstliche Saphire mithilfe eines im 19. Jahrhundert entwickelten Verfahrens namens Verneuil-Flammenfusionsverfahren her, bei dem ein kontrollierter Wasserstoff-Sauerstoff-Ofen zum Schmelzen des kristallinen Materials verwendet wird. Das Einbringen der richtigen Menge an chemischen Verunreinigungen – Titandioxid und Eisen zur Herstellung von blauen Sternsaphiren oder Chrom zur Herstellung von Rubinen – verleiht den Edelsteinen Farbe und Charakter. Farbe und Charakter sind nicht besonders wichtig, wenn Sie Edelsteine ​​für Instrumentenlager herstellen; Tatsächlich behauptet Linde in seiner Werbung, dass farblose Saphire härtere Lager ergeben, doch diese Eigenschaften sind bei der Herstellung künstlicher Edelsteine ​​für Schmuck äußerst wichtig.

1948 gründeten Frances und Bill Hugle Hyco-Ames in Chicago mit anfänglicher finanzieller Unterstützung von Frances‘ Vater Nathan Sarnat. Das Paar plante, künstliche Edelsteine ​​für Schmuck herzustellen, insbesondere Sternsaphire und Rubine. In der Zwischenzeit arbeitete Bill weiterhin für Linde Air Products, sodass Frances Direktorin für Forschung und Entwicklung des Unternehmens und Bill „Berater“ des Unternehmens wurde. Frances entwarf und baute einen automatisierten Verneuil-Flammenschmelzofen zur Herstellung der Edelsteine.

Die Hugles suchten nach einem Investor, um das Startup-Geschäft auszubauen, und fanden einen: den New Yorker Anwalt und Privatdetektiv John G (Steve) Broady. Im Oktober 1948 wurde Hyco-Ames zu Stuart Laboratories und erbte den Auftrag und die Ausrüstung zur Edelsteinherstellung von Hyco-Ames. Bill trat von Linde zurück, um VP und General Manager bei Stuart Labs zu werden. Frances wurde Leiterin für Forschung und Entwicklung des Unternehmens. Broady wurde Geschäftsführer des Unternehmens. Im Februar 1949 zogen Bill, Frances und Stuart Labs in eine kommerzielle Einrichtung in North Bergen, New Jersey.

Bill und Frances begannen mit dem Besuch von Graduiertenkursen in Kristallographie und Röntgenbeugung am Polytechnical Institute of Brooklyn, um sich auf die Verbesserung des Herstellungsprozesses künstlicher Edelsteine ​​vorzubereiten. Im selben Monat wurde Steve Broady wegen Abhörverschwörung angeklagt. Ihm und vier seiner Angestellten wird vorgeworfen, an einem Abhörbetrug gegen den Präsidenten des Bezirks Manhattan, Hugo Rogers, und die Aktionäre eines Autohändlers in Brooklyn beteiligt gewesen zu sein. Broady wurde von den Anklagen freigesprochen, aber er war noch nicht über den Berg. Es scheint, dass er und seine Mitarbeiter auch die Telefone mehrerer Unternehmen abgehört haben, darunter Bristol-Meyers, ER Squibb, die Knoedler Art Galleries und der Vorstandsvorsitzende von Pepsi-Cola. Er würde schließlich wegen Abhörvorwürfen verurteilt werden.

Im November 1949 ereigneten sich zwei bedeutende Ereignisse im Rahmen der Edelsteinherstellung der Hugles. Zunächst gelang es Stuart Labs, Sternsaphire in Schmuckqualität herzustellen. In einer Bestandsaufnahme zum Jahresende waren „188 Sternrubine und 6000 Karat Boule“ aufgeführt. Als Ausgleich zu dieser guten Nachricht erteilte das US-Patent- und Markenamt im selben Monat ein Patent für das Verfahren zur Herstellung künstlicher Saphire an Linde Air Products.

Stuart Labs begann im Februar 1950 mit der Massenproduktion von Edelsteinen und einen Monat später reichte Linde eine Klage wegen Patentverletzung gegen Bill Hugle ein. Im Juni begannen die Umsätze von Stuart Labs zu leiden, weil potenzielle Kunden von der Klage erfuhren. Ende 1950 oder Anfang 1951 stellte Stuart Labs seine Geschäftstätigkeit aufgrund mangelnder Umsätze ein.

Zur Verteidigung der Patentklage argumentierte der Anwalt von Bill Hugle, dass das Linde-Verfahrenspatent ungültig sei, weil es auf der Verneuil-Methode beruhe, die Jahrzehnte zuvor, im Jahr 1883, entwickelt worden sei. Der Anwalt behauptete auch, dass die Stuart Labs-Version des Verfahrens weitgehend ungültig sei verbesserte und produzierte überlegene synthetische Edelsteine ​​mit weitaus besserer Klarheit als die bei Linde hergestellten.

Das US-Bezirksgericht von New Jersey hat diese Angelegenheit aufgedeckt. Im Mai 1951 entschied das Gericht gegen Stuart Labs und für Union Carbide, die zu diesem Zeitpunkt Linde übernommen hatte. Die Feststellungen des Gerichts waren recht kurz:

1. Das Burdick und Glenn-Patent Nr. 2.488.507 zur Herstellung künstlicher Saphire war gültig.

2. Das Burdick and Glenn-Patent Nr. 2.488.507 wurde vom Beklagten Bill Hugle verletzt.

Bill Hugle legte gegen den Fall Berufung ein, und ein Jahr später bestätigte das US-Berufungsgericht Third Circuit die Entscheidung des Untergerichts. Zu diesem Zeitpunkt gab es Stuart Labs jedoch bereits nicht mehr.

Obwohl Stuart Labs ein katastrophaler geschäftlicher Misserfolg war, haben Frances und Bill Hugle durch das Unternehmen viel wertvolles Fachwissen gewonnen. Die Züchtung von Germaniumkristallen, deren Konzept der Herstellung von Saphirkugeln sehr ähnlich ist, wurde plötzlich von der explodierenden Halbleiterindustrie nachgefragt. Die Hugles hatten auch viel über das Glühen gewachsener Kristallkugeln gelernt, um die Eigenschaften des Materials zu verbessern. Darüber hinaus lernten sie, wie man Kristallen präzise Mengen an Verunreinigungen hinzufügt, was in der Halbleiterindustrie als „Dotierung“ bezeichnet wird und die bei der Herstellung von n- und p-Typ-Halbleitermaterial für die Transistor- und IC-Herstellung unerlässlich ist.

Stuart Labs verwandelte sich schnell in Stuart Industries und begann mit der Herstellung von Nicht-Edelstein-Kristallen für Unternehmen der Elektronikindustrie, darunter Standard Electronic Research Corporation (SERC), einen New Yorker Hersteller elektronischer Präzisionsinstrumente. Gleichzeitig begannen Bill und Frances mit der Suche nach einem Vollzeitarbeitgeber.

Das Paar war fest entschlossen, zusammenzuarbeiten, und so schrieben sie mehrere Unternehmen an, in der Hoffnung, gleichzeitig Stellen für beide Ehepartner zu finden. Sie erhielten Ablehnungsschreiben unter anderem von IBM, Battelle Labs, Hughes Aircraft und Texas Instruments. Keines dieser Unternehmen war bereit, Paare einzustellen. Auch wenn dies unausgesprochen blieb, war es zu dieser Zeit für Unternehmen selten, weibliche Ingenieure und Wissenschaftler einzustellen, ob alleinstehend oder nicht. Dennoch fanden die Hugles Anfang 1953 trotz aller Widrigkeiten einen willigen Arbeitgeber in Cincinnati, Ohio.

Die Firma, die die Hugles engagierte, war die DH Baldwin Piano Company, über die ich bereits geschrieben habe. Baldwin war einer der ursprünglichen Käufer einer Transistorpatentlizenz von Bell Labs, obwohl das Unternehmen nie Transistoren unter Verwendung dieser Patente hergestellt hat. In den frühen 1950er Jahren baute Baldwin elektronische Orgeln auf Röhrenbasis, die auf einem patentierten subtraktiven Synthesedesign von Winston Kock basierten. (Siehe „The Transistor at 75: The First Makers, Teil 2“ und „Winston Kock: Der richtige Ort, die richtige Zeit, die richtige Idee.“) Die Hugles wussten es noch nicht, aber ihre Arbeit sollte einen völlig anderen Verlauf nehmen Richtung, die ihnen bei ihren zukünftigen Halbleiterprojekten sehr helfen würde.

Obwohl sie an der falschen US-Küste lebten und vielleicht ein oder zwei Jahrzehnte zu früh waren, hatten die Hugles die wichtigste Direktive des Silicon Valley bereits erfolgreich umgesetzt: Schnell scheitern.

Hinweis: Die Geschichte von Frances und Bill Hugle ist im Internet nur spärlich dokumentiert, und diese Artikelserie wäre ohne die Hilfe und Unterstützung des Enkels der Hugles, Jake Loomis, und des Gründers von TechSearch, Jan Vardaman, nicht möglich gewesen maßgeblich an der Schaffung eines IEEE-Stipendienprogramms im Namen von Frances Hugle beteiligt, das teilweise von Jake Loomis‘ Mutter und Frances Hugles Tochter Linda Hugle finanziert wurde.