中国固体电路：开启自主研发之路

作为苏联援助我国建设的156项工程之一，1956年10月15日，位于酒仙桥工业区的北京电子管厂开始建设。1957年，北京电子管厂开始筹建半导体实验室。此外，当时酒仙桥还建起了北京电机总厂、华北无线电器材联合厂、北京有线电厂（738厂）、华北光电技术研究所等单位。1957年，北京电子管厂拉出锗单晶，并研制出锗晶体管。次年，中国科学院的王守武、王守觉兄弟研制出我国第一批锗合金高频晶体管，并成功应用至当时的109厂（现中国科学院微电子所）的109乙计算机上。1959年，林兰英带领团队拉出了硅单晶，李志坚则带领团队拉出了高纯度多晶硅。1960年，中国科学院半导体所和河北半导体研究所正式成立。这一年，黄昆、王守武、王守觉、林兰英开始了平面光刻技术的研发，并于3年后开发出5种硅平面器件，成功应用于109丙计算机上。1965年，王守觉在约1平方厘米大小的硅片上刻蚀了7个晶体管、1个二极管、7个电阻和6个电容的电路，标志着新中国第一块集成电路由此诞生。

其间，德州仪器和仙童半导体已经开始了集成电路的发展历程，从美国回来的黄敞将“集成电路”的概念带回到国内。黄敞的父亲黄修青毕业于上海交通大学，母亲袁韵琴毕业于上海知名高校。出身于书香门第的黄敞勤奋好学，考取了西南联合大学电机系，抗战胜利后跟随清华大学回到北京，1948年留学美国。黄敞获得哈佛大学博士学位后，就职于雪尔凡尼亚半导体厂，先后担任了高级工程师和工程经理，获得了10项专利，已小有成就。然而，此时生活条件已经颇为优越的黄敞，毅然决然地放弃在美国的永久居留权，与杨樱华申请环球旅行，辗转约10个国家和地区回到祖国的怀抱，把当时国际上最前沿的研究带回国内。此时，北京大学物理系的半导体团队已经组建，黄敞先是在北京大学任副教授，后来又到中国科学院计算技术研究所任11室主任、副研究员。1965年，黄敞在中国科学院156工程处（后来改为第七机械工业部的771所）开始了航天微电子的探索，在做出了巨大贡献后于1986年任航天部科技委常委。在航天微电子事业的探索期间，黄敞扎根当时地处“三线建设”的骊山，率先在国内探索了硅集成电路的工艺研究和生产线的建设，研制成功了国内首台图形发生器、晶体管―晶体管逻辑小规模集成电路和CMOS集成电路系列产品。他发明的“载流子总量分析方法”可用于各种集成电路与器件分析，开创了我国器件模拟和仿真、工艺优化的新路径。在开创存储器等研发先河的同时，黄敞等人在771所的成就，还将集成电路发展的新“火花”传播至北京、上海等地的半导体工厂，促进了我国半导体事业的崛起。改革开放后，黄敞一边继续半导体行业的探索，一边培养人才，其中包括张兴、武平等一大批专业人才，可谓桃李满天下。

在黄敞将“集成电路”的概念带回到国内时，国内当时将“集成电路”称为“固体电路”，新中国的第一块固体电路就此从文献研究中起步。一开始设计的固体电路是二极管晶体管逻辑型与非门电路，这是电子计算机布尔代数里最基本的电路。在生产过程中，正如“两弹一星”的研发还运用了算盘这些最为基础的工具，20世纪60年代中国仍买不到国际上的半导体专用设备，用于半导体生产的扩散炉、光刻机、蒸发台、外延炉等设备还靠大学生完成工艺画图后，再到机械加工车间加工，这便是最早的硅平面管开发所用设备。

图19　北京电子管厂

北京电子管厂的第一个用户是位于华北计算技术研究所（15所），双方在研发过程中密切合作，华北计算技术研究所协助完成试制样品的测试和分析。除了北京电子管厂外，中国科学院半导体研究所、中国科学院计算技术研究所156工程处和北京市无线电器件研究所（沙河研究所）、河北半导体研究所（13所）、上海元件五厂等也开展了研发。1965年年底，河北半导体研究所召开新产品设计定型会，在国内第一家鉴定了固体电路产品：采用介质隔离的二极管―晶体管逻辑型数字逻辑电路。由于河北半导体研究所和北京电子管厂采用相同的工艺，因此华北计算技术研究所研制的第三代电子计算机样机就由前两者共同作为供应商，分别负责技术难度大和规模大的电路供应。1967年，华北计算技术研究所采用这些固体电路的成果展出，成为我国自主研发的第一批第三代电子计算机之一。上海元件五厂则与华东计算所开展合作，在1966年底召开晶体管逻辑型电路产品鉴定会。(www.xing528.com)

1963年，中央政府组建主管全国电子工业的第四机械工业部（1982年改组为电子工业部），由通信专家王诤中将任部长。1967年，第四机械工业部开始规划在大后方三线地区新建三座固体电路工厂（877厂、878厂和879厂），但是又觉得在山沟里新建工厂太慢，于是1968年第四机械工业部决定在北京筹建国营东光电工厂（878厂），而877厂和879厂则分别在陕西和四川建设。在抽调北京电子管厂的技术人员后，东光电工厂开发出第一块固体电路样品：二氧化硅介质隔离的二极管―晶体管逻辑型与非门电路。此时，国内的半导体专用设备已较之前有所起步，而在学习上海元件五厂的开发经验后，东光电工厂也生产出晶体管逻辑型与非门电路。就在这样的艰苦摸索中，北京大学电子仪器厂在1972年研制成功我国第一台100万次大型电子计算机。就这样，北京电子管厂建成了专业化的集成电路工厂，为我国的国防和工业提供了早期的集成电路产品。同时，该厂还开展了电视机电路、录音机电路的早期研发，建成了我国第一个用于半导体集成电路生产的洁净厂房。

1980年，东光电工厂从国外引进3英寸芯片生产线，并在此后加快了金属氧化物半导体的研发，我国第一条3英寸工艺线上生产了双极型线性电路工艺和金属氧化物半导体型数字电路工艺。后来，CMOS电路也得到了开发。20世纪80年代中期后，由于多种原因，东光电工厂逐渐退出了集成电路行业。同时，北京电子管厂在“三七”工程总体整机计划进展不顺利的情况下，也逐渐退出了集成电路行业。此后，原北京电子管厂的年轻厂长王东升带领员工自筹650万元资金进行股份制改造，创办了北京东方电子集团股份有限公司，后更名为京东方科技集团股份有限公司。

与北京电子管厂相对应，上海元件五厂则是南方地区的集成电路发展摇篮，在计划经济时代专注于双极型数字电路的生产。1968年，上海组建无线电十九厂，并于1970年建成投产，以生产二极管―晶体管逻辑、晶体管―晶体管数字集成电路为重点，与东光电工厂形成了当时中国集成电路产业中的南北两强。此时，1968年国防科委在四川永川成立了模拟集成电路研究所―固体电路研究所（即永川半导体研究所，现中国电子科技集团第24所）。