半导体与集成电路的历史与早期发展

在电子晶体管被发明之前，无线电通信用的主要是真空管。但由于真空管体积大，制造复杂，可靠性差，使用十分受限。

第一次世界大战结束后，大多数的科学研究关注于原子和原子核领域，以及对它们用量子理论的解释。尽管电子学具有重要的现实意义，但由于缺乏对其根本机制的了解，它的发展失去了活力。当时，新兴的无线电行业（晶体收音机）受到大力支持，但电子学的科学理论发展却落后了。这种情况由于第二次世界大战前雷达的出现而突然改变了（德国有了雷达，英国和美国为与之竞争，也迫切需要拥有雷达）。正如我们即将看到的那样，雷达成为晶体管发展的重要催化剂。出于对雷达的迫切需求，科学家们越来越关注固体电子。在20世纪30年代末期，在物理学家莫脱（Nevill Mott，1939年）、肖特基（Walter Schottky，1939年）和达维多夫（Boris Davydov，1938年）的开拓性的努力之下，整流二极管的系统理论描述诞生了。

1947年12月23日，世界上第一只晶体管诞生，主要发明者（见图2-1）是美国贝尔实验室的三位半导体物理学家：威廉·肖克莱（William Shockley）、沃尔特·布拉顿（Walter Brattain）和约翰·巴丁（John Bardeen）。1956年，他们因此项重大发明而被授予诺贝尔物理学奖。图2-2为第一只晶体管的实物照片。这3位科学家由此获得了1956年诺贝尔物理学奖。

图2-1　由左至右为巴丁、肖克莱和布拉顿

图2-2　第一只晶体管的实物照片(www.xing528.com)

随后，半导体物理蓬勃发展，越来越多新的半导体器件被发明出来（见表2-1）。

表2-1　主要半导体器件发明时间

为了晶体管能被广泛应用，肖克莱及其团队开始对制造工艺方面进行研究并于1956年2月和一群志同道合的科学家创立了“肖克莱半导体实验室”。两年后，肖克莱实验室的8名员工在费尔柴尔德（Sherman Fairchild）的支持下在帕洛阿尔托成立了仙童半导体公司，并且靠着BJT迅速发展起来。与此同时，肖克莱的早期合作者蒂尔（Gordon Teal）于1952年加入了德州仪器（TI）并从事晶体管工作。1954年德州仪器公司拥有一条正常运作的锗BJT生产线，并制作了世界上第一台商业化的“晶体管”收音机——Regency。1958年9月12日，德州仪器的基尔比（Jack Kilby）成功制造了第一个集成的数字“触发器”。与此同时，仙童半导体公司的诺伊斯（Robert Noyce）于1959年1月23日引进“平面工艺”进行金属互连。他们被确认为集成电路共同的发明人。

从20世纪60年代初期开始，德州仪器和仙童半导体公司不断推出一些集成电路，包括“小型计算机”。

1961年5月，肯尼迪（John F.Kennedy）总统宣布将把人类送往月球的远见，无意中创造了一个近乎瞬间爆发的集成电路市场。显然，尺寸和重量分别是航天飞行的决定性因素，因而集成电路必然起到举足轻重的作用。集成电路竞赛开始了！