《創新者們》選摘(4):8叛徒與微晶片時代誕生

2015-10-05 05:20

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德州儀器公司的聲明有如閃電般狠狠重擊快捷半導體公司。諾宜斯兩個月前才剛寫下的概念,居然有人捷足先登,令他大失所望,深恐德州儀器就此占盡競爭優勢。

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諾宜斯版微晶片

不同的人以不同的方式達成相同的創新,這樣的情形在科技史上屢見不鮮。諾宜斯和快捷的同事一直設法從另一個方向探索微晶片的可能性。當時他們碰到的棘手問題是:電晶體效能不彰,許多都不管用。只要沾染一點點灰塵或接觸到某些氣體,甚至是些許碰撞,電晶體就可能失效。

快捷的物理學家赫爾尼也是八叛徒之一,他想出一個聰明的解方。在矽電晶體的表面加上一層薄薄的氧化矽,用來保護底下的矽,作用就好像蛋糕上面塗的糖霜一樣。他在實驗日誌中寫道:「在電晶體表面⋯⋯ 加上氧化層,能保護接面不受汙染。」

這種方法叫做「平面製程」,因為矽上面會有一層氧化的平面。1959 年1 月(當時基爾比已經有了微晶片的構想,但還未申請專利和公開新發明),赫爾尼清晨淋浴時突然靈光一閃:可以在具保護作用的氧化層上面開一些小窗口,讓雜質準確的在某些部位擴散,創造出規畫中的半導體特性。諾宜斯愛極了這個「在繭中打造電晶體」的概念,將之比擬為「在叢林中設置手術室—把病人放在塑膠袋中動手術,如此一來,就不會有一堆叢林裡的蒼蠅停在傷口上了。」

專利律師的功能是保護好的構想,但有時也能激發好點子,平面製程就是好例子。有一天,諾宜斯打電話給快捷的專利律師勞爾斯(John Ralls),請他準備專利申請事宜。於是,勞爾斯開始盤問赫爾尼、諾宜斯和其他同事:平面製程有哪些實際的功能?勞爾斯詳細調查的目的,是希望申請專利時能把所有想像得到的最廣泛用途都納入。諾宜斯還記得:「勞爾斯挑戰我們:『從專利權保護的角度來看,我們還能用這些概念來做什麼?』」

赫爾尼設計平面製程,只是為了製造出更穩定可靠的電晶體。當時他們還沒有想到,平面製程一旦開了小窗口,就能在矽片上蝕刻各種類型的電晶體和其他電子元件。但勞爾斯鍥而不捨的追問,刺激諾宜斯深入思考,他在1 月不斷的和摩爾腦力激盪,在黑板上塗塗寫寫,並且把各種想法記在筆記本上。

諾宜斯的第一個領悟是,有了平面製程之後,層層電晶體之間就不再有突出的小線路,取而代之的是印刷在氧化層上的微小銅線,如此一來,電晶體的製程變得更穩定,時間也會縮短。諾宜斯由此產生第二個洞見:既然可以用這些印上去的銅線連接電晶體的各個區域,那麼豈不是也可用它來連接同一矽片上的不同電晶體。有了這種開窗的平面製程技術,你可以在矽片上摻入雜質,在同一個矽片上鋪設多個電晶體,而印刷上去的銅線可以把所有電晶體連結為電路。他走進摩爾的辦公室,在黑板上把概念畫給摩爾看。

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