發明積體電路的地點,被列入歷史遺產:《一本書看懂晶片產業》選摘(1)

2019-09-08 05:10

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作者指出,今天,晶片的運用已經無處不在,深刻改變著我們的生活和工作。圖為半導體示意圖。(圖/wonderful@淘圖網)

作者指出,今天,晶片的運用已經無處不在,深刻改變著我們的生活和工作。圖為半導體示意圖。(圖/wonderful@淘圖網)

第二次世界大戰,是積體電路發明的重要起點,而在20世紀60年代的美蘇爭霸過程中,國防市場是美國積體電路的主要市場。

其中,1962年,德州儀器為「民兵──Ⅰ」型和「民兵──Ⅱ」型導彈制導系統研製的22套積體電路,是首次國防運用。次年,仙童半導體在142號專案「平面控制設備」(Surface Controlled Devices)研製過程中,弗蘭克·萬拉斯(Frank M. Wanlass)和薩支唐·沙赫(Chihtang Sah)首次提出了互補式金屬氧化物半導體(Complementary Metal Oxide Semiconductor,簡稱CMOS)技術,並在固態電路大會上確定了CMOS特徵──「靜態電源功率密度低,工作電源功率密度高,能夠形成高密度的場效應真空三極管邏輯電路」。

如今,全球絕大部分的積體電路都是基於CMOS工藝開發的,但是萬拉斯當年在為CMOS申請專利後沒幾天,便離開了仙童半導體,原因是仙童半導體宣佈沒有確切實驗資料前,不會採用CMOS技術。此後,美國無線電公司(Radio Corporation of America,也就是RCA)於1968年由亞伯·梅德溫(Albert Medwin)研發團隊成功開發了CMOS積體電路。此時,摩爾已經提出了摩爾定律,而貝爾實驗室則已使用比較完善的矽外延平面工藝製造了大型積體電路。

在這個歷程中,肖克利實驗室的失敗與仙童半導體的成功,與兩者對技術的認知不同有關。「電晶體之父」肖克利為積體電路技術的發展奠定了基礎電子元件的基石,但是在肖克利實驗室的開發中,電子元件是相互獨立存在的,無法實現大規模的生產。仙童半導體在摸索中找到了辦法,赫爾尼帶領團隊將氧化物的平面保留在矽的頂部,實現了電晶體的大規模生產。

一開始,諾伊斯將其稱為「單片電路構想」。1959年1月23日,諾伊斯在日記中寫下了靈感:「把多種元件放在單一矽片上將能夠實現工藝流程中的元件內部連接,這樣體積和重量就會減小,價格也會降低。」在認真審視赫爾尼的平面技術後,諾伊斯認為該技術可以把電晶體不同區域精確地連接起來:只需要把細金屬絲布在氧化物上,使元件和導線合成一體,所有的電晶體內部連接就可以在一次生產中實現。這便是積體電路的雛形。

在諾伊斯的矽基積體電路生產工藝實現前,位於達拉斯的德州儀器公司在國防用小型電腦設備的研製需求下,已經由34歲的基爾比完成了人類歷史上第一塊積體電路樣品。兩者相比,基爾比在鍺晶片上研製積體電路,而諾伊斯則將眼光瞄準了矽基積體電路;基爾比採用堪比外科醫生的全手工工藝完成,而諾伊斯則實現了積體電路的工廠化流水線生產。

從商業的角度看,諾伊斯的技術更為實用。不過,基爾比先以「微型電路」申請了專利,諾伊斯的策略則是「用平面處理技術製造的積體電路」申請專利,這也引發了德州儀器與仙童半導體之間長期的專利權訴訟,直到1969年法院判決認為諾伊斯和基爾比均為積體電路的發明人,二人所申請的專利均有效:積體電路的發明專利授予了基爾比,關鍵的內部連接技術專利則授予了諾伊斯。

在此之前的1966年,諾伊斯和基爾比同時被佛蘭克林學會授予了巴蘭丁獎章,基爾比被譽為「第一塊積體電路的發明家」,而諾伊斯則被認定「提出了適合於工業生產的積體電路理論」。2000年,基爾比因發明積體電路而獲諾貝爾物理學獎,諾貝爾獎評審委員會對其的評價是「為現代資訊科技奠定了基礎」。可惜的是,諾伊斯去世太早,與諾貝爾物理學獎擦肩而過。但是,諾伊斯發明積體電路的地點,後來被加州政府列入了歷史遺產。

如今,人們對積體電路、半導體、晶片這幾個詞已耳熟能詳。從概念上看,半導體是指導電性能介於導體與絕緣體之間的材料,積體電路是利用半導體材料製成的規模化電路集合,而晶片則是由積體電路形成的產品。今天,晶片的運用已經無處不在,深刻改變著我們的生活和工作。

《一本書看懂半導體晶片產業》新書分享會

時間:2019年9月8日下午3:00~4:30

地點:誠品信義店3樓Forum

主講人:謝志峰VS.胡照林(中芯國際台灣總經理)

*作者謝志峰為芯盟科技有限公司總經理,復旦大學微電子學院兼職教授。取得美國倫斯勒理工學院半導體物理專業博士後,曾就職於美國 Intel,並獲得Intel至高成就獎,並擁有十二項美國發明專利。共同作者陳大明為中國科學院上海科技查新咨詢中心副主任,中國科學院副研究館員,主要從事產業戰略研究,獲上海市科技情報成果獎。本文選自作者新著《一本書看懂晶片產業:給未來科技人的入門指南》

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