集成电路诞生背后的人和故事

第二次世界大战是集成电路发明的重要起点，而在20世纪60年代的美苏争霸过程中，国防市场是美国集成电路的主要市场。其中，1962年，德州仪器为“民兵―Ⅰ”型和“民兵―Ⅱ”型导弹制导系统研制的22套集成电路，是其首次国防运用。次年，仙童半导体在142号项目“平面控制设备”（Surface Controlled Devices）研制过程中，弗兰克·万拉斯（Frank M.Wanlass）和萨支唐·沙赫（Chihtang Sah）首次提出了互补式金属氧化物半导体（Complementary Metal Oxide Semiconductor，简称CMOS）技术，并在固态电路大会上确定了CMOS特征―“静态电源功率密度低，工作电源功率密度高，能够形成高密度的场效应真空三极管逻辑电路”。如今，全球绝大部分的集成电路都是基于CMOS工艺开发的，但是万拉斯当年在为CMOS申请专利后没几天便离开了仙童半导体，原因是仙童半导体宣布没有确切实验数据前不会采用CMOS技术。此后，美国无线电公司（Radio Corporation of America，简称RCA）于1968年由亚伯·梅德温（Albert Medwin）研发团队成功开发了CMOS集成电路。此时，摩尔已经提出了摩尔定律，而贝尔实验室则已使用比较完善的硅外延平面工艺制造了大规模集成电路。

在这个历程中，肖克利实验室的失败与仙童半导体的成功，与两者对技术的认知不同有关。“晶体管之父”肖克利为集成电路技术的发展奠定了基础电子元器件的基石，但是在肖克利实验室的开发中，电子元器件是相互独立存在的，无法实现大规模的生产。仙童半导体在摸索中找到了办法，赫尔尼带领团队将氧化物的平面保留在硅的顶部，实现了晶体管的大规模生产。

一开始，诺伊斯将其称为“单片电路构想”。1959年1月23日，诺伊斯在日记中写下了灵感：“把多种组件放在单一硅片上将能够实现工艺流程中的组件内部连接，这样体积和重量就会减小，价格也会降低。”在认真审视赫尔尼的平面技术后，诺伊斯认为该技术可以把晶体管不同区域精确地连接起来：只需要把细金属丝布在氧化物上，使组件和导线合成一体，所有的晶体管内部连接就可以在一次生产中实现。这便是集成电路的雏形。

在诺伊斯的硅基集成电路生产工艺实现前，位于达拉斯的德州仪器公司在国防用小型计算机设备的研制需求下，已经由34岁的基尔比完成了人类历史上第一块集成电路样品。两者相比，基尔比在锗芯片上研制集成电路，而诺伊斯则将眼光瞄准了硅基集成电路；基尔比采用堪比外科医生的全手工工艺完成，而诺伊斯则实现了集成电路的工厂化流水线生产。(https://www.xing528.com)

从商业的角度看，诺伊斯的技术更为实用。不过，基尔比率先以“微型电路”申请了专利，诺伊斯的策略则是“用平面处理技术制造的集成电路”申请专利，这也引发了德州仪器与仙童半导体之间旷日持久的专利权诉讼，直到1969年法院判决认为诺伊斯和基尔比均为集成电路的发明人，二人所申请的专利均有效：集成电路的发明专利授予了基尔比，关键的内部连接技术专利则授予了诺伊斯。在此之前的1966年，诺伊斯和基尔比同时被富兰克林学会授予了巴兰丁奖章，基尔比被誉为“第一块集成电路的发明家”，而诺伊斯则被认定“提出了适合于工业生产的集成电路理论”。2000年，基尔比因发明集成电路而获诺贝尔物理学奖，诺贝尔奖评审委员会对其的评价是“为现代信息技术奠定了基础”。可惜的是，诺伊斯去世太早，与诺贝尔物理学奖擦肩而过。但是，诺伊斯发明集成电路的地点，后来被加州政府列入了历史遗产。

如今，人们对集成电路、半导体、芯片这几个词已耳熟能详。从概念上看，半导体是指导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，集成电路是利用半导体材料制成的规模化电路集合，而芯片则是由集成电路形成的产品。今天，芯片的运用已经无处不在，深刻改变着我们的生活和工作。