Pioniere der Halbleitertechnik

14.09.2026

Halbleitertechnik ist immer auch die Geschichte einzelner Menschen: Erfinder, deren Patente Jahrzehnte in der Schublade lagen, bevor die Fertigungstechnik so weit war, sie umzusetzen; Rivalen, die dieselbe Idee im selben Jahr unabhängig voneinander hatten; und mindestens ein Angestellter, der für eine milliardenschwere Erfindung zunächst nur eine müde Prämie sah. Die folgende Übersicht erzählt diese Geschichten von der ersten FET-Idee bis zur blauen LED.

Julius Edgar Lilienfeld (1882–1963)

Lilienfeld, österreichisch-ungarischer Physiker und später Professor in Leipzig, meldete 1925/26 in Kanada und den USA Patente auf ein „Verfahren zur Steuerung eines elektrischen Stroms“ an – im Kern die Beschreibung eines Feldeffekttransistors, rund zwanzig Jahre vor Bardeen, Brattain und Shockley. Ob er je ein tatsächlich funktionierendes Bauelement gebaut hat, ist unter Historikern umstritten; belastbare Messdaten publizierte er nie. Praktisch genutzt wurden seine Patente nicht, wissenschaftlich zitiert kaum – bekannt wurden sie erst, als Bell Labs Jahrzehnte später bei eigenen Patentanmeldungen auf sie stieß und ihre eigenen Ansprüche entsprechend vorsichtiger formulieren musste. Lilienfeld selbst zog sich später auf die Jungferninseln zurück und blieb der kommerziellen Halbleiterentwicklung fern.

Oskar Heil (1908–1994)

Unabhängig von Lilienfeld beschrieb der deutsche Physiker Oskar Heil 1934/35 in einem britischen Patent ein Bauelement, bei dem ein elektrisches Feld durch eine isolierende Schicht hindurch den Stromfluss in einem darunterliegenden Halbleiter oder Metallfilm steuert – im Prinzip ebenfalls ein Feldeffekttransistor. Heil, der eng mit seiner Frau, der Physikerin Agnesa Arsenjewa-Heil, zusammenarbeitete, verfolgte die Idee jedoch nicht weiter in Richtung eines gefertigten Bauelements, sondern wandte sich der Mikrowellentechnik zu, wo er zur Entwicklung von Laufzeitröhren beitrug. Auch sein Patent blieb, wie das von Lilienfeld, für Jahrzehnte technikgeschichtliche Fußnote statt Ausgangspunkt einer Bauelementefamilie.

Russell Ohl (1898–1987)

Bei den Bell Labs untersuchte Russell Ohl Ende der 1930er Jahre gereinigtes Silizium für Hochfrequenzanwendungen, als ihm 1940 ein gesprungener Siliziumbarren auffiel, der bei Beleuchtung eine deutliche Spannung erzeugte. Der Riss markierte zufällig die Grenze zwischen zwei Bereichen unterschiedlicher, unbeabsichtigter Verunreinigung – der erste dokumentierte p-n-Übergang. Ohls Entdeckung lieferte nicht nur die Grundlage der modernen Solarzelle, sondern auch das erste klare Verständnis dafür, dass Silizium sich durch gezielte Verunreinigungen in zwei komplementäre Leitungstypen einteilen lässt – die begriffliche Basis, auf der jede spätere Dioden- und Transistorentwicklung aufbaute.

John Bardeen, Walter Brattain und William Shockley (1908–1991 / 1902–1987 / 1910–1989)

Die drei bildeten bei den Bell Labs ein Team – aber kein harmonisches. Shockley leitete die Gruppe und hatte 1945 selbst ein feldeffektbasiertes Bauelement entworfen, das schlicht nicht funktionierte: Bardeens theoretische Arbeit zeigte, dass Oberflächenzustände an der Siliziumoberfläche das angelegte Feld abschirmten und es nie bis in den Halbleiter durchdringen ließen. Aus dieser Sackgasse heraus entwickelten Bardeen und Brattain im Dezember 1947 gemeinsam den Punktkontakttransistor – ein funktionsfähiges Bauelement, allerdings eines, das Shockley nicht selbst gebaut hatte und das er als technisch unelegant empfand. Verärgert darüber, bei der ersten Demonstration am 23. Dezember 1947 nicht dabei gewesen zu sein, entwarf Shockley binnen weniger Wochen im Alleingang den bipolaren Sperrschichttransistor (1948) – robuster und leichter fertigbar als der Punktkontakttransistor, aber ohne Bardeen und Brattain vorab einzuweihen. Das Verhältnis der drei blieb angespannt, obwohl sie sich 1956 gemeinsam den Nobelpreis für Physik teilten. Bardeen wechselte an die University of Illinois und gewann 1972 mit der BCS-Theorie der Supraleitung einen zweiten Physik-Nobelpreis – bis heute einzigartig. Shockley gründete 1956 in Mountain View das Shockley Semiconductor Laboratory; sein autoritärer, misstrauischer Führungsstil trieb im Jahr darauf acht seiner besten jungen Ingenieure zur Kündigung – die „Traitorous Eight“, die mit Fairchild Semiconductor den eigentlichen Gründungsmoment des Silicon Valley setzten.

Mohamed M. Atalla (1924–2009)

Der aus Ägypten stammende Ingenieur Atalla fand 1957/58 bei den Bell Labs heraus, dass eine thermisch gewachsene Siliziumdioxidschicht die Siliziumoberfläche wirksam passiviert und die störenden Oberflächenzustände neutralisiert, an denen frühere Feldeffektversuche gescheitert waren. Diese Oxidpassivierung war die entscheidende Voraussetzung dafür, dass ein MOS-Transistor überhaupt zuverlässig arbeiten konnte, und bildet bis heute die Grundlage jedes Gate-Oxids. Gemeinsam mit Dawon Kahng baute Atalla 1959/60 den ersten funktionierenden MOSFET. Später verließ er die Halbleiterforschung und gründete mit Atalla Technovation ein Unternehmen für Sicherheitstechnik im Bankwesen – seine Verschlüsselungstechnik für PIN-Eingabegeräte prägt bis heute jeden Geldautomaten.

Dawon Kahng (1931–1992)

Der koreanisch-amerikanische Ingenieur Kahng nutzte Atallas Oxidpassivierung, um 1959/60 bei den Bell Labs den ersten tatsächlich funktionierenden MOSFET zu bauen – jenes Bauelement, das Lilienfeld und Heil Jahrzehnte zuvor nur auf dem Papier beschrieben hatten. Kahng blieb dem Feld treu und entwickelte 1967 zusammen mit Simon Sze bei den Bell Labs den Floating-Gate-MOSFET – das Funktionsprinzip, auf dem später jeder Flash-Speicher aufbaute.

Jean Hoerni (1924–1997)

Der Schweizer Physiker Hoerni war eines der acht Fairchild-Gründungsmitglieder und entwickelte dort 1959 die Planartechnik: Eine schützende Oxidschicht bleibt während der gesamten Prozessierung auf dem Silizium liegen, Dotiergebiete werden durch Fenster in dieser Schicht hindurch diffundiert. Das Ergebnis war eine flache, robuste, vor Verschmutzung geschützte Bauelementoberfläche – die erste Fertigungstechnik, die sich wirklich reproduzierbar in Serie beherrschen ließ. Ohne die Planartechnik hätte Robert Noyce wenige Monate später keine Möglichkeit gehabt, mehrere Bauelemente auf einem Chip mit aufgedampften Metallbahnen zu verdrahten – Hoernis Prozess war die stille Voraussetzung für Noyces sichtbareren Durchbruch.

Jack Kilby (1923–2005)

Kilby war im Sommer 1958 gerade erst bei Texas Instruments angestellt und hatte deshalb noch keinen Anspruch auf die betriebsübliche Werksferien-Schließzeit – während seine Kollegen frei hatten, blieb er allein im Labor und baute alle nötigen Bauelemente eines Phasenschieberoszillators (Transistor, Widerstände, Kondensatoren) aus einem einzigen Stück Germanium, verdrahtet mit von Hand gelöteten „fliegenden“ Golddrähten. Am 12. September 1958 funktionierte die Schaltung – der erste integrierte Schaltkreis. Für diese Grundlagenerfindung erhielt Kilby im Jahr 2000 den Nobelpreis für Physik; Robert Noyce, dessen praktikablerer Gegenentwurf die eigentliche Massenfertigung ermöglichte, war da bereits zehn Jahre tot und konnte nicht posthum mitausgezeichnet werden.

Robert Noyce (1927–1990)

Nur wenige Monate nach Kilby, aber unabhängig von ihm, löste Noyce bei Fairchild Anfang 1959 dasselbe Problem eleganter: Statt handverdrahteter Golddrähte nutzte er Hoernis Planartechnik, um alle Bauelemente eines Schaltkreises direkt auf einem Siliziumplättchen anzuordnen und mit aufgedampften Aluminiumbahnen über der Oxidschicht zu verbinden – kein einziger externer Draht mehr nötig. Diese monolithische, planare Bauweise war es, die sich tatsächlich in Serie fertigen ließ. Zwischen Texas Instruments und Fairchild entbrannte ein jahrelanger Patentstreit um die Priorität der Erfindung, der erst 1966 durch eine gegenseitige Lizenzvereinbarung beigelegt wurde, ohne dass ein Gericht abschließend über die alleinige Urheberschaft entschied – heute gelten Kilby und Noyce als unabhängige Doppelerfinder des integrierten Schaltkreises. 1968 verließ Noyce Fairchild und gründete mit Gordon Moore Intel.

Gordon Moore (1929–2023)

Auch Moore gehörte zu den acht Fairchild-Gründern. Als Fairchilds Forschungsdirektor beobachtete er, dass sich die Zahl der Bauelemente pro integriertem Schaltkreis seit 1959 etwa jährlich verdoppelt hatte, und sagte 1965 in einem Artikel für das Magazin Electronics voraus, dieser Trend werde mindestens ein weiteres Jahrzehnt anhalten – die Geburtsstunde von „Moore’s Law“. 1975, auf der IEEE International Electron Devices Meeting, korrigierte er seine eigene Vorhersage anhand der inzwischen tatsächlich beobachteten Entwicklung: Die Verdopplung erfolge nicht mehr jährlich, sondern etwa alle zwei Jahre – in dieser Fassung ist das Gesetz bis heute geläufig. Die oft zitierte Variante „alle achtzehn Monate“ geht dagegen nicht auf Moore selbst zurück, sondern auf den späteren Intel-Manager David House, der Moores Transistorzahl-Verdopplung mit gleichzeitigen Geschwindigkeitssteigerungen einzelner Transistoren verrechnete, um eine Aussage über die Verdopplung der Rechenleistung abzuleiten. Moore gründete 1968 mit Noyce Intel, war von 1975 bis 1987 dessen Vorstandsvorsitzender und blieb bis 1997 Chairman.

Frank Wanlass (1933–2014)

Bei Fairchild beschrieb Wanlass 1963 zusammen mit Chih-Tang Sah das Prinzip der komplementären MOS-Logik: Ein PMOS- und ein NMOS-Transistor paarweise verschaltet, sodass im Ruhezustand praktisch kein Strom fließt. Das Patent wurde 1967 erteilt, blieb kommerziell aber zunächst eine Randerscheinung – erst RCA baute ab 1968 mit der CD4000-Serie CMOS-Logikbausteine, zunächst nur für Nischenanwendungen wie Digitaluhren und Raumfahrtelektronik, wo Stromverbrauch wichtiger war als Geschwindigkeit. Bis Wanlass’ Prinzip zur dominierenden Logiktechnologie der gesamten Branche wurde, vergingen rund zwanzig Jahre.

Robert Dennard (1932–2019)

Bei IBM ersetzte Dennard 1966/67 die bis dahin üblichen Sechs-Transistor-Speicherzellen durch eine einzige Zelle aus nur einem Transistor und einem Kondensator (DRAM) – ein Sprung in der Speicherdichte, der 1970 in Intels erstem kommerziellen DRAM-Baustein, dem 1103, mündete und bis heute das Grundprinzip jedes Arbeitsspeichers ist. 1974 formulierte Dennard zusätzlich die nach ihm benannte Skalierungsregel: Schrumpft man einen Transistor gleichmäßig, bleibt seine Leistungsdichte konstant, weil Spannung und Strom im selben Maß mitskalieren. Diese Regel funktionierte über Jahrzehnte als stiller Begleiter von Moore’s Law – bis sie um 2005/2006 an Leckströmen und physikalischen Grenzen der Skalierung zerbrach und die Industrie zwang, statt höherer Taktraten auf Mehrkernprozessoren zu setzen.

Federico Faggin (*1941)

Der italienisch-amerikanische Physiker Faggin entwickelte 1968 bei Fairchild den selbstjustierenden Silizium-Gate-Prozess, der MOS-Transistoren deutlich schneller und dichter machte als die bis dahin übliche Metall-Gate-Technik. 1970 wechselte er zu Intel und war dort als Chefdesigner maßgeblich dafür verantwortlich, aus Ted Hoffs Architekturkonzept tatsächlich einen fertigbaren Chip zu machen: den Intel 4004 (1971), den ersten kommerziell erhältlichen Ein-Chip-Mikroprozessor. Faggin gilt vielen als derjenige, der die Idee eines programmierbaren Universalprozessors erst in Silizium umsetzbar machte. 1974 gründete er mit Ralph Ungermann und Masatoshi Shima die Firma Zilog, die mit dem Z80 einen der erfolgreichsten Prozessoren der 8-Bit-Ära herausbrachte.

Marcian „Ted“ Hoff (*1937)

Als Intel 1969 einen Auftrag der japanischen Firma Busicom für einen Satz kundenspezifischer Rechnerchips übernahm, schlug Hoff vor, statt vieler fest verdrahteter Spezialchips einen einzigen, per Software programmierbaren Universalchip zu entwickeln – eine radikale Vereinfachung, die Busicoms Chipzahl drastisch reduzierte. Diese Architekturidee war der konzeptionelle Ursprung des Mikroprozessors; die eigentliche schaltungstechnische Umsetzung leisteten dann Faggin und Stanley Mazor (Befehlssatz) sowie der von Busicom entsandte Masatoshi Shima. Wer von den vieren als „Erfinder des Mikroprozessors“ gilt, wird bis heute diskutiert – Intel selbst würdigt alle vier gemeinsam als Team hinter dem Intel 4004.

Nick Holonyak Jr. (1928–2022)

Bei General Electric baute Holonyak 1962 aus Galliumarsenidphosphid die erste LED, die sichtbares Licht (Rot) hell genug abstrahlte, um praktisch nutzbar zu sein – zuvor hatten Leuchtdioden nur unsichtbares Infrarot erzeugt. Er gilt seither als „Vater der LED“. Später wechselte er als Professor an die University of Illinois Urbana-Champaign und leistete auch früh Beiträge zur Halbleiterlaserdiode. Bis zur praktisch nutzbaren blauen LED – dem fehlenden Baustein für weißes LED-Licht – sollten nach seiner roten LED noch drei weitere Jahrzehnte vergehen.

Isamu Akasaki und Hiroshi Amano (1929–2021 / *1960)

Am Nagoya Institute of Technology und später an der Universität Nagoya arbeiteten Akasaki und sein Doktorand Amano jahrelang an einem Problem, an dem reihenweise Forschungsgruppen weltweit gescheitert waren: hochwertige Galliumnitrid-Kristalle zu züchten. 1986 gelang der Durchbruch mit einer bei niedriger Temperatur aufgebrachten Aluminiumnitrid-Pufferschicht – Amano soll dafür, so wird berichtet, weit über tausend Versuche mit der MOCVD-Anlage unternommen haben. 1989 entdeckten die beiden, dass sich Magnesium-dotiertes GaN durch Beschuss mit niederenergetischen Elektronen (LEEBI) in p-leitendes Material verwandeln lässt – das fehlende Puzzlestück für einen funktionierenden p-n-Übergang und damit für die erste blaue LED überhaupt.

Shuji Nakamura (*1954)

Nakamura arbeitete ohne Doktortitel und weitgehend auf sich gestellt bei Nichia, einem kleinen, in der Branche kaum bekannten Chemieunternehmen in Tokushima. Er entwickelte 1990/91 sein eigenes Zwei-Strom-MOCVD-Reaktordesign, das deutlich hochwertigere GaN-Schichten lieferte als bisherige Verfahren, und fand einen entscheidend einfacheren Weg zur p-Dotierung: simples thermisches Ausheizen statt des aufwendigen Elektronenbeschusses von Akasaki und Amano – ein Verfahren, das sich viel leichter industriell skalieren ließ. 1993 brachte Nichia damit die erste kommerziell taugliche, helle blaue LED auf den Markt, kurz darauf folgten blaue Laserdioden und die weiße LED per Phosphor-Konversion. Nichia honorierte die Erfindung, die dem Unternehmen Milliardenumsätze bescherte, zunächst mit einer Prämie von umgerechnet rund 180 US-Dollar. Frustriert verließ Nakamura Nichia 1999 für eine Professur an der University of California, Santa Barbara, und verklagte seinen früheren Arbeitgeber 2001 auf angemessene Erfindervergütung. 2004 sprach ihm ein Tokioter Gericht zunächst umgerechnet rund 189 Millionen US-Dollar zu – ein in Japan beispielloser Betrag –, im Januar 2005 einigte man sich in der Berufung auf einen Vergleich über etwa 8,1 Millionen US-Dollar. Der Fall löste in Japan eine bis heute nachwirkende Reform des Rechts auf Arbeitnehmererfindervergütung aus.

Akasaki, Amano & Nakamura (—)

Für die Erfindung der blauen Leuchtdiode erhielten die drei 2014 gemeinsam den Nobelpreis für Physik. Das Nobelkomitee begründete die Auszeichnung ausdrücklich mit der gesellschaftlichen Tragweite: Erst die blaue LED machte, kombiniert mit Leuchtstoffen oder mit roten und grünen LEDs, helles, energiesparendes weißes Licht möglich – eine Lichtquelle, die seither Glühbirnen und Leuchtstoffröhren weltweit ersetzt und den Stromverbrauch für Beleuchtung drastisch senkt.