從電子管到集成電路的“芯”路歷程

■文/王國(guó)強(qiáng)

從第一塊集成電路誕生到現(xiàn)在，正好一甲子。重溫這段“芯”路歷程，對(duì)當(dāng)今中國(guó)的創(chuàng)新不無(wú)裨益。

“中興事件”不僅把人們的目光聚焦在高端芯片上，而且把人們帶回到電子學(xué)及其技術(shù)創(chuàng)新的歷史長(zhǎng)河中。電子管、晶體管、半導(dǎo)體材料、集成電路、大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路等一系列的技術(shù)發(fā)明和創(chuàng)新構(gòu)成了無(wú)線(xiàn)電電子學(xué)的發(fā)展之旅，推動(dòng)著電子信息產(chǎn)業(yè)的不斷轉(zhuǎn)型升級(jí)。如今，人類(lèi)社會(huì)正進(jìn)入以互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能為主要特征的新的發(fā)展階段，而推動(dòng)這一發(fā)展的主要原動(dòng)力仍是60年前電子學(xué)最為偉大的發(fā)明——集成電路。

電子管引領(lǐng)了無(wú)線(xiàn)電電子技術(shù)的發(fā)展

電子學(xué)是關(guān)于電在真空、氣體或半導(dǎo)體中傳導(dǎo)的科學(xué)和技術(shù)，是20世紀(jì)的關(guān)鍵性學(xué)科，決定著整個(gè)技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向。電子器件、元件和電路作為各種電子設(shè)備、電子系統(tǒng)的基礎(chǔ)單元，始終發(fā)揮著技術(shù)創(chuàng)新的先導(dǎo)作用。從某種意義上講，無(wú)線(xiàn)電電子學(xué)的發(fā)展史就是電子器件的演變史。

●電子管的誕生

19世紀(jì)80年代，愛(ài)迪生效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)和電磁波存在的證實(shí)標(biāo)志著電子學(xué)的誕生。1883年，美國(guó)著名發(fā)明家愛(ài)迪生（Thomas Edison）發(fā)現(xiàn)在通電加熱的燈絲和鋼絲之間有微弱的電流通過(guò)，這一現(xiàn)象也被稱(chēng)為愛(ài)迪生效應(yīng)。1884年，英國(guó)科學(xué)家弗萊明（John A. Fleming）重復(fù)了類(lèi)似的實(shí)驗(yàn)。1895年，意大利工程師馬可尼（Guglielmo Marconi）在赫茲實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上成功地進(jìn)行了距離為2.5千米的無(wú)線(xiàn)電報(bào)傳送實(shí)驗(yàn)。此后，無(wú)線(xiàn)電報(bào)傳送距離不斷延伸并取得巨大成功，馬可尼成為無(wú)線(xiàn)電報(bào)系統(tǒng)的發(fā)明人。1896年，馬可尼電報(bào)公司成立，弗萊明受聘為該公司的顧問(wèn)，并從事電報(bào)接收機(jī)關(guān)鍵電子器件粉末檢波器的改進(jìn)工作。粉末檢波器是1891年由法國(guó)物理學(xué)家布朗利（édouard Branly）發(fā)明的，復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和較差的功率嚴(yán)重影響著電報(bào)通信的效率。1904年，弗萊明根據(jù)愛(ài)迪生效應(yīng)，用真空二極管作為無(wú)線(xiàn)電波檢波裝置，大大改善了電報(bào)檢波裝置的性能。真空二極管除檢波外，還有變交流電為直流電的整流作用。真空二極管是人類(lèi)歷史上第一只電子器件，它的成功點(diǎn)燃了電子管的火炬，照亮了一代又一代電子器件的發(fā)展道路。

●電子管“王朝”的建立

與粉末檢波器相比，二極管的性能的確好很多，但它的檢波效率還很低，輸出信號(hào)還很弱。1906年，美國(guó)從事無(wú)線(xiàn)電信號(hào)檢波工作的德福雷斯特（Lee de Forest）發(fā)現(xiàn)，在二極管的負(fù)極和正極之間加入一個(gè)柵極后，電信號(hào)顯著增強(qiáng)，于是第一只三極管誕生了。最初幾年，人們只是把它作為靈敏的探測(cè)器和檢波器，并不了解它還具有放大作用。事實(shí)上，三極管就是一個(gè)放大器。1919年，德國(guó)人朔特基（Walter H. Schottky）提出在柵極和正極之間加一個(gè)簾柵極的思想。1926年，英國(guó)人朗德（Henry J. Round）實(shí)現(xiàn)了朔特基的想法，發(fā)明了四極管。同年，荷蘭的霍爾斯特（Gilles Holst）和泰勒根（Bernard D. H.Tellegen）發(fā)明了五極管。這些多極真空管統(tǒng)稱(chēng)電子管。

電子管的相繼問(wèn)世，促進(jìn)了電子工業(yè)的興起。1920年，美國(guó)威斯汀豪斯公司在匹茲堡開(kāi)設(shè)了世界上第一座無(wú)線(xiàn)電電臺(tái)。1921年，美國(guó)無(wú)線(xiàn)電股份有限公司成立，將分屬于馬可尼、貝爾電話(huà)、通用電氣、西屋和阿姆斯特等公司的有關(guān)專(zhuān)利匯集起來(lái)，生產(chǎn)電子管的大工廠(chǎng)在世界各地相繼建立，電子管進(jìn)入大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的新階段。1925年，隨著無(wú)線(xiàn)電廣播的發(fā)展，收音機(jī)開(kāi)始上市。同年，英國(guó)人貝爾德（John L. Baird）制造出第一臺(tái)能傳輸圖像的機(jī)械式電視機(jī)。到20世紀(jì)30年代末，電子管已經(jīng)滲透到各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，成為無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的“天之驕子”，一種無(wú)可替代的產(chǎn)品。直到40年代和50年代前期，電子管仍處于蓬勃發(fā)展的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，全世界每年生產(chǎn)的各種電子管達(dá)到數(shù)億只。

晶體管迎來(lái)電子信息產(chǎn)業(yè)的拐點(diǎn)

真空電子器件的發(fā)展帶動(dòng)了各種電子設(shè)備的發(fā)展，使無(wú)線(xiàn)電通信、電話(huà)、廣播、電視等電子信息產(chǎn)業(yè)成為當(dāng)時(shí)世界工業(yè)體系中最為龐大的產(chǎn)業(yè)之一。20世紀(jì)30年代，電子管小型化催生出的一種新型半導(dǎo)體電子器件登上了電子技術(shù)的歷史舞臺(tái)。

●半導(dǎo)體的興起

電子管小型化能夠縮小體積、減輕重量、提高性能和降低電耗，符合市場(chǎng)的基本需求。隨著第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)ENIAC的出現(xiàn)，電子管的缺點(diǎn)更加明顯。這臺(tái)電子計(jì)算機(jī)共用電子管約1.8萬(wàn)只，體積有90立方米，質(zhì)量達(dá)30噸，占地面積為167平方米，耗電量高達(dá)150千瓦時(shí)。另外，隨著電子設(shè)備功能的擴(kuò)大和要求的提高，電子管的使用壽命和可靠等缺點(diǎn)也成為亟待解決的問(wèn)題。

電子管小型化技術(shù)的探索使“半導(dǎo)體”晶體終于從泯沒(méi)無(wú)聞的狀態(tài)浮現(xiàn)出來(lái)。與導(dǎo)體、絕緣體相比，半導(dǎo)體材料的發(fā)現(xiàn)較晚。1833年，英國(guó)物理學(xué)家法拉第（Michael Faraday）最早發(fā)現(xiàn)硫化銀的電阻隨著溫度的升高而下降。1839年，法國(guó)物理學(xué)家貝克萊爾（Henri Becquerel）發(fā)現(xiàn)了半導(dǎo)體光伏效應(yīng)。1873年，英國(guó)工程師史密斯（Willoughby Smith）發(fā)現(xiàn)了半導(dǎo)體的光電效應(yīng)。1874年，德國(guó)物理學(xué)家布勞恩（Karl F. Braun）發(fā)現(xiàn)了半導(dǎo)體的整流效應(yīng)。1879年，美國(guó)物理學(xué)家霍爾（Edwin Hall）發(fā)現(xiàn)了半導(dǎo)體的霍爾效應(yīng)，即垂直于磁場(chǎng)放置的通有電流的半導(dǎo)體會(huì)出現(xiàn)橫向電壓。1911年，半導(dǎo)體概念被德國(guó)物理學(xué)家貝德克爾（Karl Baedeker）首次命名使用。從1910年到1930年，人們對(duì)各種被認(rèn)為是半導(dǎo)體的物質(zhì)進(jìn)行了大量研究，雖然并沒(méi)有取得突破性進(jìn)展，但是半導(dǎo)體的技術(shù)應(yīng)用引起了人們的強(qiáng)烈興趣。1906年，人們用金剛砂晶體做成了一個(gè)簡(jiǎn)單的礦石檢波器，因一度被用在收音機(jī)上而風(fēng)行一時(shí)，但很快讓位給真空二極管檢波器。

20世紀(jì)20年代末到30年代初，半導(dǎo)體的理論研究出現(xiàn)了突破。1928年，瑞士裔美國(guó)物理學(xué)家布洛赫（Felix Bloch）首開(kāi)能帶理論之先河。1929年，德裔英國(guó)物理學(xué)家派爾斯（Rudolf Peierls）提出微擾理論。1931年，英國(guó)物理學(xué)家威爾遜（Harold A.Wilson）在能帶理論的基礎(chǔ)上，提出半導(dǎo)體的物理模型，并利用能帶理論給出半導(dǎo)體的明確定義，奠定了半導(dǎo)體物理的理論基礎(chǔ)。1939年，朔特基提出有關(guān)整流理論的許多重要論斷，認(rèn)為金屬與半導(dǎo)體間存在能障，并提出著名的擴(kuò)散理論。隨著無(wú)線(xiàn)電應(yīng)用波段延伸到短波、超短波，真空二極管的檢波性能呈現(xiàn)出嚴(yán)重不足。科學(xué)家認(rèn)識(shí)到在“電子管”框架下的研發(fā)不能從根本上解決問(wèn)題，必須從基礎(chǔ)研究入手進(jìn)行顛覆式創(chuàng)新，因此人們開(kāi)始把視野投向了當(dāng)時(shí)新興的半導(dǎo)體。

●晶體管的問(wèn)世

半導(dǎo)體的理論研究和技術(shù)應(yīng)用的進(jìn)展為新型電子器件的誕生奠定了理論和技術(shù)條件。1925年，貝爾實(shí)驗(yàn)室的建立標(biāo)志著美國(guó)工業(yè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)入基礎(chǔ)研究和技術(shù)發(fā)展相結(jié)合的成熟階段，為新型電子器件的誕生提供了新型的研究范式。1945年，貝爾實(shí)驗(yàn)室成立了以肖克利（William Shockley）和摩根（Stanley Morgan）領(lǐng)導(dǎo)的固體物理研究小組，其中肖克利還成立以布拉頓（Walter Brattain）、皮爾遜（Gerald Pearson）、吉布尼（Robert Gibney）和巴?。↗ohn Bardeen）為核心成員的固體物理半導(dǎo)體研究分組。根據(jù)分工，皮爾遜研究硅晶體和鍺晶體的特性，布拉頓研究半導(dǎo)體的表面現(xiàn)象，肖克利和巴丁負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)的理論解釋。根據(jù)肖克利的安排，巴丁著手研究“場(chǎng)效應(yīng)”檢驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)用鍺晶體代替硅晶體時(shí)，出現(xiàn)了肖克利預(yù)測(cè)的場(chǎng)效應(yīng)現(xiàn)象。1947年11月21日，在測(cè)量晶體上電位分布時(shí)巴丁向布拉頓偶然建議，用一根金屬的尖端刺到硅片上，通過(guò)改變周?chē)娊赓|(zhì)的電壓來(lái)改變點(diǎn)觸下方的硅晶體的電阻，由此控制流入到接觸點(diǎn)上的電流。此后，他們用鍺晶體代替硅晶體，用各種方法不斷縮小兩個(gè)接觸點(diǎn)之間的距離，終于在12月16日出現(xiàn)了功放系數(shù)高達(dá)450%的奇跡，一種新型的電子器件誕生了。1948年6月30日，這種新型電子器件被正式命名為晶體管（transistor）。

肖克利因在關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有在場(chǎng)而錯(cuò)失點(diǎn)接觸晶體管的發(fā)明。1949年，肖克利提出PN結(jié)和面結(jié)型晶體管理論，并在實(shí)驗(yàn)室研制出結(jié)型晶體管。結(jié)型晶體管因優(yōu)勢(shì)明顯，很快取代了點(diǎn)接觸晶體管，獲得了廣泛應(yīng)用。此后，相繼出現(xiàn)PNP合金管、合金擴(kuò)散管和臺(tái)面晶體管等。1952年，肖克利發(fā)明結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其基本理論。1953年，肖克利研制出硅結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管。1956年，因肖克利對(duì)三種晶體管及其制作工藝都做出了重大貢獻(xiàn)，與巴丁、布拉頓一起獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。同年，我國(guó)第一只點(diǎn)接觸鍺合金晶體管在林守武、林蘭英的領(lǐng)導(dǎo)下研制成功。1957年，受雇于索尼公司的江崎玲于奈（Leo Esaki）制成了隧道二極管。同年，美國(guó)仙童半導(dǎo)體公司利用硅晶片上熱生長(zhǎng)二氧化硅工藝制造出世界上第一只硅平面晶體管。1960年美國(guó)埃及裔科學(xué)家阿塔拉（Martin Atalla）和韓裔科學(xué)家江大原（Dawon Kahng）發(fā)明了硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）。

●半導(dǎo)體器件的發(fā)展

晶體管雖然從技術(shù)意義上完成了革命，但是在實(shí)際應(yīng)用中要代替電子管還不得不面臨市場(chǎng)的考驗(yàn)。1951年，用合金方法制造的鍺晶體管已經(jīng)問(wèn)世，有了比較穩(wěn)定的放大性能，但實(shí)際應(yīng)用上還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如電子管，存在著頻率特性差、噪聲大、功率低、壽命短等缺點(diǎn)。

隨著工藝結(jié)構(gòu)的不斷改進(jìn)，鍺、硅等半導(dǎo)體材料的純度逐漸提高，晶體管的優(yōu)勢(shì)日漸顯現(xiàn)，晶體管和晶體二極管開(kāi)始進(jìn)入大規(guī)模生產(chǎn)階段。1953年，晶體管助聽(tīng)器上市。1954年，美國(guó)印第安納波利斯市工業(yè)發(fā)展工程師協(xié)會(huì)研制的世界上第一臺(tái)超小型晶體管收音機(jī)上市，售價(jià)僅49.95美元。1955年，晶體管助聽(tīng)器和收音機(jī)開(kāi)始走向國(guó)際市場(chǎng)。1956年，用擴(kuò)散方法制作晶體管獲得成功，晶體管的頻率性能和功率容量大大提高，晶體管技術(shù)步入成熟階段，各種高頻晶體管陸續(xù)問(wèn)世。電子設(shè)備的晶體管化，使電阻器、電容器、線(xiàn)圈、繼電器、電路插件等電子元件日益變小，可靠性和壽命大幅度提高。晶體管的出現(xiàn)使人們對(duì)半導(dǎo)體材料有了更深入的研究，發(fā)現(xiàn)了更多的“神奇”功能，制造出五花八門(mén)的各種半導(dǎo)體器件，如自動(dòng)化設(shè)備中的光敏電阻、太陽(yáng)能電池、應(yīng)力測(cè)量裝置、氣敏報(bào)警器等，半導(dǎo)體器件成為電子學(xué)的寵兒。

集成電路開(kāi)啟微電子技術(shù)新時(shí)代

晶體管的不斷小型化帶動(dòng)了制造工藝的創(chuàng)新，而從合金工藝制作到平面工藝制作的創(chuàng)新使晶體管小型化邁出更大的一步。平面工藝不僅把半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)推進(jìn)到大批量生產(chǎn)的新階段，而且為集成電路的誕生奠定了工業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)。

●集成電路的問(wèn)世

晶體管的小型化雖然把電子設(shè)備的小型化提高到一個(gè)新境界，但是隨著計(jì)算機(jī)、人造衛(wèi)星、航空航天等技術(shù)的突飛猛進(jìn)，晶體管的小型化仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足社會(huì)的需求，特別是軍方的需求。為減少電子設(shè)備的重量和體積，不僅晶體管要更小化，電阻、電容器、繼電器等電子元件也要更小化。于是，人們開(kāi)始在電子設(shè)備的高密度上進(jìn)行各種嘗試和努力，出現(xiàn)了“微模組件”式的電子設(shè)備，即先把各種電子元件設(shè)法密集地裝配在一起，再疊成立體結(jié)構(gòu)。但是，這樣的努力離航空航天等精密電子設(shè)備的要求仍存在很大的距離。能否按照電子線(xiàn)路的要求，把晶體管、晶體二極管及其他必要的元件統(tǒng)統(tǒng)集合在一塊半導(dǎo)體晶片上？這似乎是一個(gè)自然的問(wèn)題。

1952年，英國(guó)皇家雷達(dá)站工程師達(dá)默（Geoffrey Dummer）提出了這種集成化電路的設(shè)想。1958年5月，受雇于美國(guó)德州儀器公司的基爾比（Jack Kilby）立刻開(kāi)始了晶體管電路的小型化研究。9月12日，基爾比終于用鍺塊制成電阻器，用PN結(jié)鍺晶體做成電容器，并將鍺晶體管等裝在玻璃板上的鍺晶片上。然后，他用蝕刻法在幾個(gè)器件間刻出溝道，用金導(dǎo)線(xiàn)將它們連接，形成一個(gè)完整的電路，成為有史以來(lái)第一個(gè)制成的集成電路（有時(shí)也稱(chēng)微電子或者芯片）。1958年底，基爾比和他的同事用帶氧化物層的硅塊制成電容器，用擴(kuò)散法制成擴(kuò)散層電阻器，用硅結(jié)晶體管制做出集成相移振蕩器電路，并申請(qǐng)了專(zhuān)利?；鶢柋纫惨虼藰s獲2000年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

1959年，美國(guó)仙童半導(dǎo)體公司的諾伊斯（Robert Noyce）用平面工藝制做出硅集成電路，真正實(shí)現(xiàn)了單片集成電路，成為后來(lái)集成電路發(fā)展的原型。1960年，第一塊MOS集成電路誕生。1962年，世界上出現(xiàn)了第一塊僅有12個(gè)晶體管和電阻的集成電路正式商品，標(biāo)志著第三代電子器件正式登上歷史的舞臺(tái)。1965年，美國(guó)英特爾公司的創(chuàng)始人摩爾（Gordon Moore）提出著名的摩爾定律，認(rèn)為芯片上可容納的元件每隔18～24個(gè)月便會(huì)增加1倍，性能也將提升1倍。集成電路的發(fā)明為微電子學(xué)、微電子技術(shù)的發(fā)展開(kāi)辟了道路，并按照摩爾定律預(yù)測(cè)的速度不斷發(fā)展，對(duì)現(xiàn)代工業(yè)的影響日益深遠(yuǎn)。

●制造工藝的創(chuàng)新

集成電路離不開(kāi)材料及其制造工藝的創(chuàng)新。晶體管是集成電路的核心器件，其性能依賴(lài)于鍺或硅的純度。1948年，肖克利在制作結(jié)型晶體管時(shí)，物理化學(xué)家蒂爾（Gordon Teal）和工程師利特爾（John B. Little）曾幫助他制成了第一臺(tái)拉晶機(jī)，從熔晶中制成了PN結(jié)，并用摻入雜質(zhì)的方法制成NPN結(jié)單晶體。正如后來(lái)的研究者評(píng)價(jià)所說(shuō)：“肖克利無(wú)論設(shè)計(jì)出什么種類(lèi)的放大器，也只能是一些供自己消遣的草圖而已?！币簿褪钦f(shuō)，沒(méi)有半導(dǎo)體材料的提純和生長(zhǎng)單晶以及摻入雜質(zhì)的技術(shù)，高性能的晶體管就不可能誕生。

同樣，沒(méi)有硅氧化物掩膜、電路圖印刷、蝕刻和擴(kuò)散技術(shù)，平面式晶體管和集成電路也不可能實(shí)現(xiàn)，微電子技術(shù)的發(fā)展更無(wú)從談起。1957年，人們發(fā)現(xiàn)了硅表面的二氧化硅具有阻止雜質(zhì)向硅內(nèi)擴(kuò)散的作用，直接導(dǎo)致硅平面工藝技術(shù)的出現(xiàn)。所謂平面工藝，就是制作平面晶體管時(shí)的每一道工序都是在半導(dǎo)體晶體片表面很淺的平面層內(nèi)進(jìn)行的，氧化、光刻、擴(kuò)散、離子注入是其重要的工序環(huán)節(jié)。1960年，盧爾（H. H. Loar）和克里斯坦森（H. Christensen）發(fā)明了外延工藝。1970年，斯皮勒（E. Spiller）和卡斯泰拉尼（E.Castellani）發(fā)明了光刻工藝。光刻機(jī)是芯片制作的核心設(shè)備，原理與古老印刷業(yè)中的照相制版相同。在摩爾定律的驅(qū)動(dòng)下，光刻工藝曝光方式經(jīng)歷了20世紀(jì)60年代的接觸式光刻機(jī)／接近式光刻機(jī)、70年代的投影式光刻機(jī)、80年代的步進(jìn)式光刻機(jī)／步進(jìn)式掃描光刻機(jī)／浸入式光刻機(jī)及現(xiàn)在的EUV光刻機(jī)的變革，技術(shù)上跨越了1微米、0.5微米、0.18微米、90納米、65納米、45納米等節(jié)點(diǎn)。光刻技術(shù)的不斷創(chuàng)新推動(dòng)著集成電路技術(shù)的發(fā)展。

超大規(guī)模集成電路成為現(xiàn)代工業(yè)的根基

自集成電路問(wèn)世，無(wú)線(xiàn)電電子設(shè)備就掀起了“集成化”運(yùn)動(dòng)。從電子計(jì)算機(jī)到各種電子儀器，從航空航天的復(fù)雜電子設(shè)備到工業(yè)自動(dòng)化控制裝備，以及如今的云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新興產(chǎn)業(yè)，集成電路按照摩爾定律速度不斷發(fā)展。

●大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)

集成電路按照集成度的高低可分為小規(guī)模集成電路、中規(guī)模集成電路、大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路。一般認(rèn)為，單塊芯片上包含數(shù)十個(gè)元件為小規(guī)模，100個(gè)以上至1000個(gè)為中規(guī)模，1000個(gè)以上為大規(guī)模，10萬(wàn)個(gè)以上為超大規(guī)模。集成電路的快速發(fā)展是技術(shù)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然結(jié)果。提高集成電路的集成度符合人們的直觀想象，整個(gè)線(xiàn)路系統(tǒng)、整個(gè)無(wú)線(xiàn)電設(shè)備統(tǒng)統(tǒng)放在單塊芯片上不僅能大大節(jié)約勞動(dòng)成本，而且大規(guī)模集成電路和少量元件的簡(jiǎn)單集成電路工藝過(guò)程并無(wú)多大的不同。另外，20世紀(jì)60年代電子計(jì)算機(jī)已日益深入到國(guó)民經(jīng)濟(jì)、科學(xué)研究和國(guó)防等各個(gè)部門(mén)，用小規(guī)模集成電路組裝無(wú)論是成本還是技術(shù)都無(wú)法令人滿(mǎn)意。MOS晶體管因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、所占芯片面積小以及多個(gè)管子集成時(shí)無(wú)須增加“隔離”措施等優(yōu)點(diǎn)，所以1967年美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室制成了第一塊大規(guī)模集成電路，并很快被推進(jìn)到工業(yè)生產(chǎn)和實(shí)際應(yīng)用中，占據(jù)了重要地位。

半導(dǎo)體存儲(chǔ)器一直被看作集成度增長(zhǎng)的代表性產(chǎn)品，從存儲(chǔ)容量的字節(jié)數(shù)1千位擴(kuò)大到4千位、16千位、64千位、256千位和1兆位。20世紀(jì)70年代末，美國(guó)英特爾公司提出隨機(jī)邏輯大規(guī)模集成電路，發(fā)明計(jì)算機(jī)中央處理單元（CPU）集成電路，為計(jì)算機(jī)的微型化創(chuàng)造了條件。1977年，一個(gè)芯片上約有15萬(wàn)個(gè)管子的超大規(guī)模集成電路面世。1988年，16MB的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（DRAM）問(wèn)世，一個(gè)芯片上集成了3500萬(wàn)個(gè)管子，標(biāo)志著集成電路進(jìn)入特大規(guī)模集成時(shí)代。

●集成電路的產(chǎn)業(yè)發(fā)展

集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展源于人們對(duì)信息數(shù)量和質(zhì)量的需求以及集成電路技術(shù)的進(jìn)步，已滲透到國(guó)計(jì)民生的每個(gè)角落，成為社會(huì)發(fā)展的重要支撐。集成電路產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了三次大的變革。20世紀(jì)70年代是以加工制造為主導(dǎo)的集成電路產(chǎn)業(yè)的形成期，其主要產(chǎn)品是微處理器、存儲(chǔ)器以及標(biāo)準(zhǔn)通用邏輯電路，集成電路設(shè)計(jì)只是一個(gè)附屬部門(mén)。80年代是以集成電路設(shè)計(jì)主導(dǎo)的集成電路產(chǎn)業(yè)的成長(zhǎng)期，其主要產(chǎn)品是微處理器、微控制器及專(zhuān)用集成電路。在這個(gè)時(shí)期，無(wú)晶圓集成電路設(shè)計(jì)公司或設(shè)計(jì)部門(mén)紛紛成立，代工工廠(chǎng)開(kāi)始崛起。90年代，隨著互聯(lián)網(wǎng)的興起，集成電路產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)形成了設(shè)計(jì)、制造、封裝和測(cè)試獨(dú)立成行的專(zhuān)業(yè)化格局，設(shè)計(jì)業(yè)成為產(chǎn)業(yè)的“龍頭”。

集成電路產(chǎn)業(yè)主要分布在美國(guó)、日本、歐洲、韓國(guó)和中國(guó)臺(tái)灣，形成了各具特色的集成電路產(chǎn)業(yè)。美國(guó)是集成電路技術(shù)的發(fā)源地，擁有英特爾、德州儀器、美光以及高通、博通無(wú)晶圓設(shè)計(jì)公司等大型企業(yè)，居世界領(lǐng)先地位。日本在1964年研制集成電路，成為世界上第二個(gè)擁有集成電路技術(shù)的國(guó)家。韓國(guó)的集成電路產(chǎn)業(yè)始于20世紀(jì)70年代，以存儲(chǔ)器為主，在全球市場(chǎng)占據(jù)了多數(shù)份額，形成壟斷局面。中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)則起步于80年代，形成了完備的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)在1956—1978年間取得了不小的成就。例如，1956年有了第一只晶體管，1965年制成了DTL型邏輯電路，1972年研制出第一塊PMOS型LSI電路，1976年自主研制了1000萬(wàn)次的大型電子計(jì)算機(jī)。在1979—2000年間，從技術(shù)引進(jìn)到重點(diǎn)支持，我國(guó)集成電路企業(yè)技術(shù)上有了積累，產(chǎn)業(yè)上有了發(fā)展，但不順利。2000年以后，在中央和地方各項(xiàng)政策的支持和鼓舞下，中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，并取得了一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“中國(guó)芯”，但與國(guó)際先進(jìn)水平相比核心技術(shù)還存在著較大差距。

從第一塊集成電路誕生到現(xiàn)在，正好一甲子。重溫這段“芯”路歷程，對(duì)當(dāng)今中國(guó)的創(chuàng)新不無(wú)裨益。社會(huì)需求是重大創(chuàng)新的源泉，電子器件的小型化、集成化為電子技術(shù)的創(chuàng)新指明了方向。重大的原始創(chuàng)新離不開(kāi)深入的理論研究，沒(méi)有固體物理理論的突破，難以想象晶體管、集成電路的出現(xiàn)?！爸信d”被美國(guó)禁“芯”，突顯引進(jìn)人才比引進(jìn)技術(shù)更重要，硅谷是世界高科技創(chuàng)新的中心，更是世界人才聚集的高地。新技術(shù)轉(zhuǎn)化為新產(chǎn)品離不開(kāi)好的創(chuàng)新環(huán)境，貝爾實(shí)驗(yàn)室所營(yíng)造的公平競(jìng)爭(zhēng)的創(chuàng)新環(huán)境成就了一個(gè)互補(bǔ)協(xié)作的攻堅(jiān)團(tuán)隊(duì)。

集成電路誕生大事記

1895年意大利工程師馬可尼的無(wú)線(xiàn)電報(bào)傳送實(shí)驗(yàn)成功，馬可尼成為無(wú)線(xiàn)電報(bào)系統(tǒng)的發(fā)明人。

1904年英國(guó)科學(xué)家弗萊明發(fā)明了第一只真空二極管。

1906年美國(guó)工程師德福雷斯特發(fā)明了第一只真空三極管。

1931年英國(guó)物理學(xué)家威爾遜提出半導(dǎo)體的物理模型，給出半導(dǎo)體的明確定義。

1939年德國(guó)人朔特基提出著名的擴(kuò)散理論。

1947年美國(guó)科學(xué)家巴丁、布拉頓發(fā)明了點(diǎn)接觸晶體管。

1949年美國(guó)科學(xué)家肖克利成功研制出結(jié)型晶體管。

1953年美國(guó)科學(xué)家肖克利研制出硅結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管。

1957年日本索尼公司的江崎玲于奈制成了隧道二極管。

美國(guó)仙童半導(dǎo)體公司制造出世界上第一只硅平面晶體管。

1958年美國(guó)德州儀器公司的基爾比制成有史以來(lái)第一個(gè)制成的集成電路。

1959年美國(guó)仙童半導(dǎo)體公司的諾伊斯用平面工藝制做出硅集成電路。

1965年美國(guó)英特爾公司的創(chuàng)始人摩爾提出著名的摩爾定律。

1967年美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室制成了第一塊大規(guī)模集成電路。

1970年斯皮勒和卡斯泰拉尼發(fā)明了光刻工藝。

1977年一個(gè)芯片上約有15萬(wàn)個(gè)管子的超大規(guī)模集成電路面世。

1988年16MB的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（DRAM）問(wèn)世，一個(gè)芯片上集成了3500萬(wàn)個(gè)管子，標(biāo)志著集成電路進(jìn)入特大規(guī)模集成時(shí)代。