IC(集成电路)的发明
创始人
2025-07-09 11:38:06
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在构建当今IT社会的过程中.集成电路(IC)的发明所扮演的角色极为重要,难以用言语尽述,2004年,在为了纪念IEEESpectrum杂志创刊40周年而进行的问卷调查中.英特尔公司时任董事长克雷格·巴雷特(CraigBarrett)这样回答:“如果没有IC.那么个人电脑和移动电话可能会变得像大楼一样庞大。这句话简洁地表明了IC发明所具有的巨大影响力。今天的IT社会正是由IC的发明及其后续的技术创新所带来的。

晶体管发明后大约10年:即20世纪50年代后半期.半导体开始广泛应用于军事需求、计算机、民用设备等多个领域。随着系统变得更大、更复杂,出现的问题就是部件之间相互连接数量的增加。由于布线数量和焊接点的增多、系统的性能、成本、可靠性、重量和尺寸等方面都受到了极大的限制。这个问题被称为“数量的暴政”(TyrannyofNumbers).作为产业界的共同问题人们从各个角度寻求解决方案,推进技术开发。

尤其是军工产业高度重视这个问题。在美苏两大国对崎的冷战时期,能够将洲际弹道导弹发射得更远是一个重大的课题。这一需求的精被概括为“Onepound lighter.onemilefurther.”,即“再轻一磅,再多飞一英里(更轻更远)。”这表达了军工的愿望。

德州仪器公司(TI)也为了应对这一挑战与军方进行了共同开发。他们采用了一种被称为微型模块(micro-module)的技术、该技术将晶体管、电阻、电容器等电子器件安装在超小型尺寸模块上、公司的杰克·基尔比也是开发成员之一.他对这种方式提出了疑问,经过反复思考后提出了一种超越上述做法的独特方案。由此产生的想法就是“单片集成”的概念。所谓“单片”(monolithic)原意是“一块石头”的形容词,即在一块半导体基板上集成各种电子器件的方法,这也是今天IC的基本概念。

基尔比发明IC是在1958年7月24日。正如这个日期所示.那天是盛夏时节,大多数同事都在休假。当时34岁的他因为刚从其他公司转职过来,还没有获得休假.因此独自留在了实验室。然而世纪的大发明就在这个时候诞生了。

基于他的想法,振荡申路的样品制作很快就开始了。同年9月1日完成的样品在高管们的见证下成功起振。以此为契机。TI公司决定将基尔比发明的单片IC方式作为主要方向。取代微型模块方式。

而在另一边,仙童公司的罗伯特·诺伊斯几平晚了半年.在1959年1月23日,基于平面技术(在平坦的基板上讲行布线的方式)构思了IC的基本概念,并在研究笔记上记录下来。虽然诺伊斯比基尔比晚了一步,但诺伊斯的发明包含了今天IC实现中不可或缺的基本要素。也就是说,基尔比的发明中,基板上元器件之间的连接是通过打线来实现的,而诺伊斯的方式是通过在基板氧化膜上蒸镀金属膜来实现的。从今天的角度来看,诺伊斯的方式更为优美简洁、更先进。

IC的发明者,是发明了基本概念的基尔比,还是发明了更具实用性方法的诺伊斯?在此后的十年间,围绕专利权的归属问题,展开了一场法庭斗争。期间法庭斗争的经过在T·R·里德著的《TheChip》(日译《芯片的制造》、草思社,1986年)中有详细的描述:但在这里我们只介绍其概要。

实际上在发明IC的时间点上,诺伊斯是落后于基尔比的,但由干诺伊斯的专利申请时间点更早,因此最初的专利被授予了诺伊斯。然而,由于基尔比证明了其研究笔记上的记载比诺伊斯更早,因此形势逆转,专利变成了基尔比的,但争议并未因能解决。此后,举行了关于双方专利立场的听证会,由于一位半身体权威人士的证言,大意是“仅凭基尔比的一项专利实际上无法制造IC",判决再次对诺伊斯有利。对此,基尔比全力以赴进行后击。就这样。在来回往复的争议中,TI公司和仙童公司的顶层进行了会谈,最终决定IC的发明由基尔比和诺伊斯共同分享,直到今天,还有“基尔比和诺伊斯是IC的共同发明者”这样的麦述。

时间来到了1991年10月。由于Advante公司的关照,在基尔比访日时,我有幸与他共进晚餐,最初留下的强烈印象是他那威风凛凛的体格。其次,他不矫揉造作,用低沉而粗厚的声音缓缓地交谈,就像平原上的大河级缓流淌一样沉稳

能够直接玲听“世纪大发明人”满怀深情地讲述当时的情形,确实是一件荣耀目有益的事情。图1-6是当时拍摄的照片。

图16与IC的发明者杰克·基尔比(左)愉快交谈

基尔比在2000年获得了诺贝尔物理学奖,遗撼的是,那时诺伊斯已经去世,因此这可能被认为是基尔比的单独获奖。基尔比本人也偶尔会提到,“关于IC,诺伊斯也有类似的想法,并且也考虑了实现手段”,如果诺伊斯还健在的话、诺贝尔奖(与专利的情况一样)可能会是两人共享的。

接着,仙童公司最初将IC作为商品发售,那是在1961年的事情。由于其中的有源器件使用了双极型晶体管,因此被称为双极型IC。此后、IC领域经历了各种技术开发的历程,成为半导体技术创新的核心:一直发展到今天。

到了1964年,TI公司以及其他公司发布了MOSIC.接着在1968年.RCA公司发布CMOSIC。

CMOSIC的特点是功耗极低.但由于速度慢目价格昂贵.起初仅限干军工等特殊领域。促使它开始被大量生产的契机是,在日本它被应用干钟表和计算器。当时,半导体主流产品,如内存和微处理器等:使用的是NMOSIC。

到了1970年末,虽然CMOS的高速化技术由日立开发出来但并没有成为半导体主流器件。关于这一历程的详细情况,将在第3章中进行详细描述。

目前.半导体技术的开发需要大量技术人员和巨额资金。虽然不能简单地将发明IC的当时与现在进行比较,但基尔比和诺伊斯的发明都是在没有依赖大量资源的情况下,仅凭一位技术人员的洞察力和想象力而实现的。这表明,在技术开发过程中、对未来的洞察力和想象力远比人数和资金的多寡重要。

来源:芯片的较量:日美半导体风云/(日)牧本次生著:(美)杨骏等译.--北京:机械工业出版社.2025.6.ISBN978-7-111-78433-3

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