原标题:世界半导体集成电路发展史(超细、超全)

半导体集成电路发展史

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集成电路从产生到成熟大致经历了如下过程:电子管——晶体管——集成电路——超大规模集成电路

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晶体管的演变

集成电路的前奏——电子管、晶体管

电子管,是一种在气密性封闭容器中产生电流传导,利用电场对真空中的电子流的作用以获得信号放大或振荡的电子器件。由于电子管体积大、功耗大、发热厉害、寿命短、电源利用效率低、结构脆弱而且需要高压电源的缺点,很快就不适合发展的需求,被淘汰的命运就没躲过。

晶体管,是一种固体半导体器件,可以用于检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制和许多其它功能。晶体管很快就成为计算机“理想的神经细胞”,从而得到广泛的使用。虽然晶体管的功能比电子管大了很多,但由于电子信息技术的发展,晶体管也越来越不适合科技的发展,随之出现的就是能力更强的集成电路了。

集成电路的诞生

几根零乱的电线将五个电子元件连接在一起,就形成了历史上第一个集成电路。虽然它看起来并不美观,但事实证明,其工作效能要比使用离散的部件要高得多。历史上第一个集成电路出自杰克-基尔比之手。当时,晶体管的发明弥补了电子管的不足,但工程师们很快又遇到了新的麻烦。为了制作和使用电子电路,工程师不得不亲自手工组装和连接各种分立元件,如晶体管、二极管、电容器等。

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我国的集成电路产业起步相对来说比较晚,在20世纪60年代中期。到现在已经形成了产品设计、芯片制造、电路封装共同发展的态势。我们相信,随着我国经济的发展和对集成电路的重视程度的提高,我国集成电路事业也会有更大的发展。

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集成电路史上最著名的10个人

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1,2.3.肖克利、巴丁和布拉顿——晶体管的发明人

晶体管是集成电路的基本,没有晶体管的发明,就不可能发明集成电路,因此我们把肖克莱、巴丁和布拉顿三人放到集成电路发展史中传奇人物第一位。

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这三个人中大家最熟悉的应该是肖克利了,他被称为“晶体管之父”,利用他的名声,招募了一批杰出的年青科学家,其中有大名鼎鼎的“八叛逆”,为后续的仙童公司、英特尔公司等一大批知名半导体公司创立打下了基础。

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6.琼•赫尔尼(Jean Hoern)——奠定了硅作为电子产业中关键材料的地位

琼•赫尔尼,“八叛逆” 之一。1924年出生于瑞士,分别在剑桥大学和日内瓦大学取得博士学位。

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1952年,
移居美国在加州理工大学工作,受到威廉·肖克利赏识,几年后加入肖克利半导体公司,然而受不了肖克利的家长制作风,1957年9月,包括琼·赫尔尼在内的八个骨干工程师从肖克利半导体公司辞职。肖克利在震惊之余极其愤怒,称他们为“八个叛逆。”这八个叛逆后来对硅谷的发展起了极其重要的影响。他们组建了仙童公司(Fairchild),1959年,Jean
Hoerni发明了平面工艺使用一种叫做光学蚀刻的处理方法,这种方法有些类似于利用底片冲洗照片的过程。开始,他用的是一片锗或硅。然后他在上面喷洒上一层叫做光阻剂的物质。如果你把光照在上面,光阻剂就会变得坚硬,然后你就可以用一种特殊的化学药品清除掉没有被光照射到的光阻剂。所以,赫尔尼就创造了一个光罩,它就像一张底片,上面有一簇小孔,用来过滤掉不清洁的东西,然后让它在光线中翻动。在化学洗涤之后,金属板上只要是留下光阻剂的地方,杂质就不会散落到下面。来解决平面晶体管的可靠性问题,因而使半导体生产发生了革命性的变化。堪称为“20世纪意义最重大的成就之一”,并称其奠定了硅作为电子产业中关键材料的地位。

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4.杰克•基尔比(Jack S. Kilby)——集成电路之父

杰克•基尔比(Jack
Kilby,1923年11月8日-2005年6月20日)。1958年,34岁的基尔比加入德州仪器公司。

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1958年9月12日,基尔比研制出世界上第一块集成电路,成功地实现了把电子器件集成在一块半导体材料上的构想,并通过了德州仪器公司高层管理人员的检查。请记住这一天,集成电路取代了晶体管,为开发电子产品的各种功能铺平了道路,并且大幅度降低了成本,使微处理器的出现成为了可能,开创了电子技术历史的新纪元,让我们现在习以为常一切电子产品的出现成为可能。

伟大的发明与人物总会被历史验证与牢记,2000年基尔比因为发明集成电路而获得当年的诺贝尔物理学奖。这份殊荣,经过四十二年的检验显得愈发珍贵,更是整个人类对基尔比伟大发明的充分认可。诺贝尔奖评审委员会的评价很简单:“为现代信息技术奠定了基础”。

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5.罗伯特•诺伊斯(Robert Noyce)——科学、商业双料巨人

罗伯特•诺伊斯,“八叛逆” 之一。

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他是一位科学界和商业界的奇才。他在基尔比的基础上发明了可商业生产的集成电路,使半导体产业由“发明时代”进入了“商用时代”。同时,还共同创办了两家硅谷最伟大的公司:一个是曾经有半导体行业“黄埔军校”之称的-仙童(Fairchild)公司,一个是当今世界上最大设计和生产半导体的科技巨擎英特尔公司。

一个人同时置身科学界和企业界,最终还能功德圆满,实属罕见,而诺伊斯却做到了,他已经成为半导体工业的象征人物,人们尊敬的称他为:“硅谷市长”。这位“硅谷市长”的成就也成为半导体行业工程师日夜奋斗的目标。

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7.戈登•摩尔(Gordon Moore)—— 一个人一个行业的定律

戈登•摩尔“八叛逆” 之一。1929年1月3日,戈登·摩尔出生在距离旧金山南部的一个小镇。

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1954年获物理化学博士学位,1956年同诺伊斯一起创办了传奇般的仙童(Fairchild)公司,主要负责技术研发。1968年在诺伊斯辞职后,戈登·摩尔跟随而去一起创办了Intel,1975年成为公司总裁兼CEO。

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10.张忠谋——集成电路代工产业的缔造者

一个人定义了一个产业,一个人开创了一个新的代工时代,一个人让整个集成电路行业更有活力,这个人就是张忠谋。

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27岁的张忠谋效力于德州仪器公司,并且一干就是25年。1985年,受台湾方面邀请,张忠谋辞去在美国的高薪职位返回台湾,出任台湾工业技术研究院院长,致力于台湾半导体业的崛起和产业升级,1987创建了全球第一家专业代工公司——台湾积体电路制造股份有限公司(台积电)开创了半导体代工时代。

在台积电之前集成电路行业的模式都是一样的:所有的集成电路都是自己设计自己做,Intel、三星等公司集芯片设计和生产于一体,全能但庞大臃肿。正是这种大而全的设计生产方式,带来了高成本,高门槛的弊端,放慢了整个集成电路行业的步伐。

看到这一商业机会的张忠谋,大胆成为第一家“纯”晶圆代工公司,不与客户竞争,不设计或生产自有集成电路,只帮助半导体公司生产已经设计成型的集成电路。正是这种模式为台积电带来巨大财富的同时也创造了两个新的行业-晶圆代工厂,Fabless(无生产线集成电路设计公司)。由于省去了费用高昂的晶圆制造环节,集成电路行业整体门槛降低,诞生了一大批新生的具有活力的集成电路设计公司,为整个集成电路行业带来了新活力与创意。

2007年,英特尔宣布与台积电同时生产45纳米工艺的芯片。这标志着台积电在技术提高方面如此可靠,以至于像英特尔这样的国际性大芯片公司都决定停止或放缓自己生产技术的发展步伐,把更多的精力放在技术研发领域。同时传统芯片公司NXP和德州仪器公司也宣布,将停止开发一些芯片生产技术,转而与台积电等亚洲晶圆代工企业制造芯片,集成电路细分工时代全面到来,一个崭新的更具活力的集成电路行业展现在我们面前。

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8.安迪•格罗夫(Andy Grove)——微处理器之王狂妄的匈牙利人

“Only the paranoid
survive.”只有偏执狂才能生存。说这句话正是安迪·格罗夫。

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还记得没有电脑之前的生活吗?可以这样说,没有英特尔的微处理器,就算一万个年少轻狂才华横溢的比尔·盖茨也无济于事。从1987年接过英特尔的CEO接力棒之后,他不断以打破传统、挑战现有逻辑的战略思维,使微处理器这颗数字革命的心脏强劲跳动,为数字时代

提供源源不断的动力。同样地,没有安
迪·格罗夫,也就没有今天最成功的半导体公司英特尔。

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9.胡正明——FinFET等多种新结构器件的发明人

1947年出生于北京豆芽菜胡同,学术生涯始于加州大学伯克利分校。1973年在伯克利获得博士学位,并一直从事半导体器件的开发及微型化研究。

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胡正明教授是微电子微型化物理及可靠性物理研究的一位重要开拓者,对半导体器件的开发及未来的微型化做出了重大贡献。主要科技成就为:领导研究出BSIM,从实际MOSFET晶体管的复杂物理推演出数学模型,该数学模型于1997年被国际上38家大公司参与的晶体管模型理事会选为设计芯片的第一个且唯一的国际标准;发明了在国际上极受注目的FinFET等多种新结构器件;对微电子器件可靠性物理研究贡献突出:首先提出热电子失效的物理机制,开发出用碰撞电离电流快速预测器件寿命的方法,并且提出薄氧化层失效的物理机制和用高电压快速预测薄氧化层寿命的方法。首创了在器件可靠性物理的基础上的IC可靠性的计算机数值模拟工具。

作为顶级半导体专家,胡正明教授贡献卓著,他是IEEE
Fellow、美国工程院院士、中国工程院外籍院士。在台积电担任CTO时获得“台湾第一CTO”的雅号。但胡正明是一位真正的隐世高人,淡泊名利,一生都奉献给了最热爱的半导体产业,并且无怨无悔,用他自己的话说“如果我今天要重新再选一行的话,我还是会选半导体这一行”。2010年后,持续数十年的Bulk
CMOS工艺技术在20nm走到尽头,胡教授在20年前开始探索并发明的FinFET和FD-SOI工艺,成为半导体产业仅有的两个重要选择。因为他的两个重要发明,摩尔定律在今天得以再续传奇。

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