【文章內(nèi)容簡介】 勢。 不斷的失敗他放棄了，轉(zhuǎn)向其他項目，巴丁和布拉頓繼續(xù)研究。在歷時兩年的研究工作中，巴丁和布拉頓偶然發(fā)現(xiàn)了一種不同卻成功的方法，最終研制出了晶體管放大器。 多年之后，肖克利回憶道：“我對小組成功的興奮之情因未能成功成為發(fā)明者之一而降低，我在這方面所做的努力至少有八年之久，我所經(jīng)歷的最大挫折就是在該項劃時代發(fā)明中自己所做的一切都是徒勞。” 雖然肖克利沒能成為晶體管的發(fā)明者之一，但他的研究為日后電子學及無線電通訊研究領域突破性的進展奠定了基礎。巴丁、布拉頓、肖克萊也因此而獲得１９５６年的諾貝爾物理學獎。 肖克利與第一個晶體管 集成電路的出現(xiàn) 晶體管的出現(xiàn)使電子設備體積縮小，耗電減少，可靠性提高。由于晶體管可形成大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，其售價便宜，使電子設備成本也大幅度降低。然而，電子元器件的這些變革，仍然滿足不了電子工業(yè)迅速發(fā)展的需求，以一臺中型電子計算機為例，它的電子元件數(shù)高達上百萬個，單機元件增多，暴露出晶體管自身的缺陷。 為了克服晶體管的這些弱點，科學家想盡辦法使它的體積變小，與之配套的電阻、電容、線圈、繼電器、開關等元件，也沿著小型化的道路被壓縮成微型電子元器件，晶體管最小的已達到只有小米粒一樣。然而，晶體管本身的小型化當然不是無限的，它達到一定程度后就很難再縮小了。 人們又轉(zhuǎn)而著手做改革裝配技術的嘗試，專家們將小型晶體管和其它小型元件，緊密地排在一起裝配在薄薄的帶有槽孔的絕緣基板上，用超聲波或電子束焊接好，再把安裝好的基板一塊塊地 重疊起來，構成一個高度密集的立方體，形成高密度裝配的“微模組件”。采用這種方法，最高可以把２００多萬個元件封裝在一立方米的體積中，這幾乎達到封裝密度的極限。 1952年，美國雷達研究所的科學家達默（ ）在一次電子元件會議上指出：“可以期待將電子設備制作在一個沒有引線的固體半導體板塊中，這種固體板塊由若干個絕緣的、導電的、整流的以及放大的材料層構成，各層彼此分割的區(qū)域直接連接，可以實現(xiàn)某種功能。” 1956年，美國材料科學專家富勒和賴斯發(fā)明了半導體生產(chǎn)的擴散工藝，為研制集成電路提供了具體工藝技術。 1958年，美國德克薩斯儀器公司的青年工程師基爾比，受達默思想的啟發(fā)，大膽地提出了用一塊半導體硅晶片制作一個完整功能電路的新方案。 他在研制微型組件的晶體管中頻放大器時，用一塊硅晶制成了包括電阻、電容在內(nèi)的分立元件實驗電路、實驗結果非常令人滿意。到 1958年底，他們已經(jīng)解決了半導體阻容元件和電路制作中的許多具體工藝問題，確定了集成電路的標準封裝尺寸，為大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)做好了各項準備。 基爾比的新發(fā)明 1959年，美國仙童公司的諾伊斯研究出一種二氧化硅的擴散技術和 PN結的隔離技術，從而完成了集成電路制作的全部工藝。緊接著，光刻技術和其他技術也相繼發(fā)明，以致人們可以把晶體管和其它功能的電子元件壓縮到一小塊半導體硅晶片上。 1961年，美國德克薩斯公司同美國空軍合作，首先利用集成電路制成第一臺試驗性計算機，該機共有 587塊集成電路，只有 285克，體積不到 100立方厘米，功耗僅僅 16瓦，運行可靠，工作準確無誤，充分顯示了集成電路的技術先進性和強大生命力。單塊晶片上能集成 100個以上門電路的集成電路稱為大規(guī)模集成電路。而把能在單塊芯片上集成 10000個門電路的集成電路稱為超大規(guī)模集成電路。隨著制作工藝的進步和新技術的應用，人們把一個線路系統(tǒng)或一臺電子設備所包含的所有晶體管和其它電子元件統(tǒng)統(tǒng)制在一塊晶片上，從而大大縮小了體積并提高了可靠性。 1969年出現(xiàn)了第一塊大規(guī)模集成電路，之后隨著大直徑硅單晶材料性能的提高及離于束和新隔離技術的應用，特別是光刻工藝精度的不斷提高，使制作在晶片上的電子元件的幾何尺寸越來越小，于是在70年代中期，超大規(guī)模集成電路問世了。 平面工藝的發(fā)明 集成電路的第一個商品 助聽器 : 發(fā)表于 1963年 12月，當時用的仍是雙極型晶體管。 1970年，通用微電子 (General Microelectronics)與通用儀器公司 (General Instruments)，解決了矽與二氧化硅界面間大量表面態(tài)的問題，開發(fā)出 MOS晶體管 (metaloxidesemiconductor， MOS)；因為MOS晶體管比起雙極型晶體管，功率較低、集積度高，制作也比較簡單，因而成為后來大型集成電路的基本元件。 60年代發(fā)展出來的平面工藝，可以把越來越多的 MOS元件放在一塊硅晶片上，從 1960年的不到十個元件，倍數(shù)成長到 1980年的十萬個，以及 1990年約一千萬個，這個每年加倍的現(xiàn)象稱為摩爾定律 (Moore’s law)，是摩爾 (Gordon Moore)在 1964年的一次演講中提出的，后來竟成了事實。 在微處理機方面， 1968年，諾宜斯和莫爾成立了英特爾 (Intel) 公司，不久，葛洛夫 (Andrew Grove) 也加入了， 1969年，一個日本計算機公司比吉康 (Busi) 和英特爾接觸，希望英特爾生產(chǎn)一系列計算機晶片，但當時任職于英特爾的霍夫 (Macian E. Hoff) 卻設計出一個單一可程式化晶片， 1971年 11月 15日，世界上第一個微處理器 4004誕生了，它包括一個四位元的平行加法器、十六個四位元的暫存器、一個儲存器 (accumulator) 與一個下推堆疊 (pushdown stack)，共計約二千三百個晶體管； 4004與其他唯讀存儲器、移位暫存器與隨機存取存儲器，結合成 MCS4微電腦系統(tǒng)； 在 1970年代，決定半導體工業(yè)發(fā)展方向的，有兩個最重要的因素： 半導體存儲器 (semiconductor memory) 與微處理機 (micro processor)。 4004 8008 8085 8088 CPU的發(fā)展初期 80186 80386 80286 80486 CPU的發(fā)展中期 Pentium PentiumIII Pentium Pro Pentium II PentiumIV CPU的發(fā)展后期 毫無疑問的， 存儲器與微處理器同等的重要 ， 1965年，快捷公司的施密特 (J. D. Schmidt) 使用 MOS技術做成實驗性的隨機存取存儲器。 1969年，英代爾公司推出第一個商業(yè)性產(chǎn)品，這是一個使用硅 閘極、 p型通道的 256位元隨機存取存儲器。存儲器發(fā)展過程中最重要的一步，就是 1969年， IBM的迪納 (R. H. Dennard) 發(fā)明了只需一個晶體管和一個電容器，就可以儲存一個位元的記憶單元；由于結構簡單，密度又高，現(xiàn)今半導體技術的發(fā)展常以動態(tài)隨機存取存儲器的容量為指標。 存儲器的發(fā)展 中國半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷史 1947年，美國貝爾實驗室發(fā)明了半導體點接觸式晶體管，從而開創(chuàng)了人類的硅文明時代。 1956年中國提出“向科學進軍”，國家制訂了發(fā)展各門尖端科學的“十二年科學技術發(fā)展遠景規(guī)劃”，明確了目標。根據(jù)國外發(fā)展電子器件的進程，提出了中國也要研究發(fā)展半導體科學，把半導體技術列為國家四大緊急措施之一。 中國半導體材料從鍺 (Ge)開始。通過提煉煤灰制備了鍺材料。1957年北京電子管廠通過還原氧化鍺，拉出了鍺單晶。 在鍺之后，很快也研究出其他半導體材料。 1959年天津拉制了硅(Si)單晶。 1962年又接制了砷化鎵 (GaAs)單晶，后來也研究開發(fā)了其它化合物半導體。 1957我國依靠自己的技術開發(fā)，相繼研制出鍺點接觸二極管和三極管(即晶體管 )。 為了加強半導體的研究，中國科學院于 1960年在北京建立了半導體研究所，同年在河北省石家莊建立了工業(yè)性專業(yè)研究所 第十三研究所。 硅器件開始搞的是合金管。 1962年研究成外延工藝，并開始研究采用照相制版、光刻工藝，河北半導體研究所在 1963年搞出了硅平面型晶體管，1964年搞出了硅外延平面型晶體管。 在平面管之前不久，也搞過錯和硅的臺面擴散管，但一旦平面管研制出來后，絕大部分器件采用平面結構，因為它更適合于批量生產(chǎn)。 半導體所屬工廠后改建為微電子中心所生產(chǎn)的開關管，供中國科學院計算研究所研制成第二代計算機。 隨后在北京有線電廠等工廠批量生產(chǎn)了 DJS121型鍺晶體管計算機，速度達到 1萬次以上。后來還研制出速度更快的 108機，以及速度達 28萬次、容量更大的 DJS320型中型計算機，該機采用硅開關管。 半導體器件 在有了硅平面工藝之后，中國半導體界也跟隨世界半導體開始研究半導體集成電路。 中國第一塊半導體集成電路究竟是由哪一個單位首先研制成功的 ？ 在相差不遠的時間里，有中國科學院半導體研究所，河北半導體研究所，它在 1965年 12月份召開的產(chǎn)品鑒定會上鑒定了一批半導體管，并在國內(nèi)首先鑒定了 DTL型 (二極管 晶體管邏輯 )數(shù)字邏輯電路。當時采用的還不是國外普遍使用的 PN結隔離，而是僅在國外文獻中有所報導的 Sio2介質(zhì)隔離，通過反外延方法制備基片。 在研究單位之后，工廠在生產(chǎn)平面管的基礎上也開始研制集成電路。北方為北京電子管廠，也采用介質(zhì)隔離研制成 DTL數(shù)字電路，南方為上海元件五廠，在華東計算機所的合作下，研制出采用 PN結隔離的 TTL型 (晶體管 晶體管邏輯 )數(shù)字電路，并在 1966年底，在工廠范圍內(nèi)首家召開了產(chǎn)品鑒定會鑒定了 TTL電路。 半導體集成電路 我國大陸半導體工業(yè) 我國半導體產(chǎn)業(yè)起步于 1950年代。 1965年，我國已自主研制成第一塊硅數(shù)字集成電路，僅比美國日本晚了幾年，而且勢頭不亞于同處于半導體發(fā)展初期的美國。在外部封鎖條件下，我國半導體產(chǎn)業(yè)，按照軍工主導、科研創(chuàng)新帶動模式，形成了自己的一套產(chǎn)業(yè)體系。國家曾組織三次全國規(guī)模的大規(guī)模集成電路（ LSI）大會戰(zhàn)，以邏輯電路、數(shù)字電路為主，主要為計算機配套，開發(fā)出了自己的 10 1 2 370計算機系列。而且自主開發(fā)出配套的設備、儀器、原料，形成了生產(chǎn)能力。 隨后的“文化大革命”耽誤了 10年。我們搞“文革”的 10年，正是美國在半導體制造技術獲得全面突破和進入大規(guī)模生產(chǎn)階段，日本半導體產(chǎn)業(yè)崛起的時期。 3 改革開放以來，面對國外巨大的技術優(yōu)勢，我國半導體發(fā)展模式經(jīng)歷了重大轉(zhuǎn)型。 1978年，無錫 742廠（今華晶廠）投資 ，從日本東芝引進全套彩電用線性集成電路生產(chǎn)線（ 5微米技術）， 1982年起投產(chǎn)， 1985年國家驗收通過。華晶的全套引進在當時是比較成功的項目。 分散引進， 33條生產(chǎn)線不見成效 “文革”結束后的 1980年代初，努力追趕國際水平。中國科學院北京、上海兩個半導體研究所，于 79年試制成功 4K存儲器， 1980年就做出 16K， 1985年做出了 64K存儲器。但是，在巨大的進口潮沖擊下，1980年代后期停止了在通用電路方面的追趕（ 256K存儲器的研發(fā)計劃被擱置），轉(zhuǎn)而走技術引進的路子。 1984年是我國的“引進年”。在大量進口汽車、大量引進彩電、冰箱生產(chǎn)線的同時，各科研、制造單位和大專院校，大量引進半導體器件生產(chǎn)線。從 1984年到“七五”末期，先后共引進 33條集成電路生產(chǎn)線（按每條線花費 300600萬美元，推算共用匯 ）。 但是，由于當時“巴統(tǒng)”的禁運政策，引進設備基本上都是已經(jīng)淘汰的，有的不配套，達不到設計能力，只有 1/3可以開動。而且，企業(yè)急功近利，只講生產(chǎn)不重消化，少有明確的消化吸收方案，也缺乏資金保障。這 33條線絕大多數(shù)沒有發(fā)揮作用。 “908”項目：從決策到投產(chǎn)用了 7年 1990年 8月，國家決定投資 20億人民幣，上馬“ 908工程”。包括一條 6英寸生產(chǎn)線（最后定在華晶廠），一個后封裝企業(yè)， 10個設計公司，還有 6個設備項目。 “ 908工程” 吸取了“ 33條線”教訓，強調(diào)了集中投資。但是，在實際上馬過程中，僅僅立項就用了 4年（ 1994年立項才獲批準），突出暴露了我國決策機制之遲緩，不能適應高科技產(chǎn)業(yè)快節(jié)奏發(fā)展的弊病，最后還是引進一條二手的 6英寸生產(chǎn)線。直到 1997年左右才建成。 新加坡的 CHATER公司也是 1990年開始引進生產(chǎn)線，兩年建成，三年投產(chǎn)，到今天已經(jīng)成為國際著名半導體公司。 我們從立項到建成投產(chǎn)，用了幾乎 7年時間，投產(chǎn)之日即是技術落后之時。技術已經(jīng)前進了幾代。 “ 909”的成功，增強了我國半導體產(chǎn)業(yè)界的自信 20多年來，我國半導體領域從爭相引進、無所建樹到“人財兩空”，“ 909”項目，可以說是到目前為止，我國由國家主導的半導體制造項目中最成功的一個。 該項目 1995年立項，共投資 100