德州仪器与仙童合作研发革命性芯片技术

1958年7月，得克萨斯州的夏天炎热又漫长。德州仪器的许多员工都离开了公司，享受为期两周的传统假期。新入职的工程师杰克·基尔比因没有攒够假期，不得不在公司里加班。基尔比的研究方向是电子器件及线路的微型化，他也被德州仪器微模块项目小组看中，但他认为微模块的方向是错误的，对这个项目没有什么兴趣。就在这段郁闷而又宁静的时光里，基尔比突发奇想：为什么不将所有的电子器件都用同一种半导体材料来制造呢？这样就可以将它们集中在一块小小的半导体芯片上并相互连接，做出极小的微型电路了。

于是，在7月24日这一天，基尔比用了五页纸记下关于如何把几种电子器件集成在一起的方法，他甚至构想了用这一方法生产出具有完整功能的电路的工艺流程。基尔比兴奋地把这个想法告诉了一个名叫张忠谋的同事。张忠谋与基尔比几乎同时进入德州仪器，因此与基尔比一样，不得不在公司加班。张忠谋对基尔比的想法不以为然，觉得“这玩意儿要有实际应用，还远得很”。连基尔比的上司也认为“这事好像挺麻烦的”，但他同意让基尔比尝试一下。总裁哈格蒂则对这个研究很感兴趣，“认为这是半导体未来的发展方向”。

基尔比用他的设想做出一个叫相位转换振荡器的简易集成电路，他在一块小小的锗片上，手工集成了晶体管、电阻和电容等20余个电子器件，连接这些电子器件的是黄金膜导线。9月12日，基尔比紧张地将10伏电压接在了输入端，再将一个示波器连在了输出端，电路接通的一刹那，示波器上出现了频率为1.2MHz、振幅为0.2 V的震荡波形。现代电子工业的第一个用单一材料制成的集成电路，或者被通俗地称作芯片^[1]的东西，就这样诞生了。尽管它的制作很粗糙，后来却被称作是“轮子之后最重要的发明”。

芯片的诞生并没有马上就被业内接受，相反，人们都怀疑这想法是否可行。基尔比说：“我为不少技术论坛带来娱乐效果。”当时晶体管的生产平均只能达到20%的良品率，如果要在1块锗片或硅片上加工出8个晶体管，良品率将低到微乎其微，这样是不可能降低产品成本的。基尔比的芯片似乎很难解决在规模化生产的同时还能拥有可接受的良品率的问题。幸运的是，仙童半导体公司已经有人在思考这个问题了。

说到仙童，就得先从肖克利说起。看到晶体管收音机等产品的巨大成功，肖克利经常问自己一个问题：“为什么那些人在利用我的发明发财？”他看到，硅的提纯问题已经解决，硅管取代真空管是迟早的事。当时市场上销售的真空管数量超过10亿个，而晶体管的销量还不到真空管的1%，这个市场潜力巨大。而且，他相信自己能做出比德州仪器所做的更好的硅管。于是，1956年，肖克利离开贝尔实验室，回老家加州圣克拉拉谷创业，打算在硅管商业化的项目上发大财。正好斯坦福大学由于资金困难拿出土地创办了一个科技园，肖克利便来到科技园创办了肖克利实验室股份有限公司。

肖克利要创业的消息，就像17世纪的牛顿宣布要建立工场一样引起了轰动。那时候，美国还在草创时期的半导体产业主要集中在东部的波士顿和纽约长岛地区，许多科学家和工程师精英都慕肖克利之名前往美国西海岸，不远千里地聚集在肖克利旗下。可以这么说，肖克利给硅谷带来了最初的火种。

罗伯特·诺伊斯回忆他接到肖克利邀请加盟的电话时的感觉：“就像是接到上帝打来的电话一样。”诺伊斯是个天生的领袖人物，从小就敢想敢做、爱出风头。12岁时，他与大他两岁的哥哥召集邻居家所有的孩子帮忙，按照百科全书上的一张插图设计，自造了一架简陋的滑翔机。诺伊斯勇敢地举着滑翔机从三四层楼高的谷仓上一跃而下，跳上了当地一份小报纸的图片新闻。在大学里，为了给一个夏威夷主题的寝室晚宴添加一头烤全猪，诺伊斯和一名同学自告奋勇地从邻近的农场偷来一头25磅的小猪，小猪被宰杀时的尖叫声响彻校园。“偷猪英雄”第二天酒醒后羞愧难当，便去道歉赔钱，才发现农场是市长家的。市长要求起诉，所幸在学校的庇护下，诺伊斯只受到停学一学期的轻罚。获得麻省理工学院物理学博士学位后，诺伊斯出人意料地没有进入通用电气之类的大公司工作，而是进入了一家二流电子企业，主导该公司的晶体管项目，并成为当时少有的晶体管专家。诺伊斯在一次学术会议上陈述论文并受到肖克利的赏识，于是他成为肖克利公司唯一不需要面试的员工，他在与肖克利面谈之前就先在附近把房子买好了。其他员工都经过肖克利本人的精挑细选，肖克利建立起了一支“博士生产线”队伍。

可是，这些科学精英忽视了一点：没有一个贝尔实验室的人追随肖克利而来，他们都受够了肖克利的独断专行。肖克利是个伟大的科学家，却很难与人共事，而且不懂管理。他延续了他在贝尔实验室做基础研究的习惯，只对发明新东西感兴趣，一心想做出价格仅有5美分的晶体管，不把心思放在为公司创造经济效益上。公司成立了一年，竟没有研制出任何像样的产品，这引发了公司员工的普遍不满。加上肖克利在获颁诺贝尔物理学奖后更加不可一世，其专横的家长制作风让人无法忍受，诺伊斯和戈登·摩尔等8个人共同“出逃”。这8个人被愤怒的肖克利称为“八叛逆”。不过，后来听说仙童用了不到一年的时间就开始赚大钱，肖克利也意识到自己的失误，改口称他们为“八个叛逆的天才”。

刚从肖克利公司“出逃”的时候，“八叛逆”这么一大帮人要想同时都找到工作可不容易，当时斯坦福科技园还没有几家公司，“硅谷”这个词还要十几年后才会出现。于是，他们决定合伙创办公司，他们从一家摄影器材公司那里拿到了138万美元的可转股贷款，并以投资人谢尔曼·菲尔柴尔德的姓将新公司命名为仙童（Fairchild）。讽刺的是，正是肖克利的名声帮助他们拿到了风险投资。投资银行家阿瑟·洛克认为：“当时肖克利可以找美国任何一个人为他工作，但他只选了他们几个，这比什么都有说服力。”(www.xing528.com)

美苏冷战给新生的仙童带来了巨大的发展机会，仙童的销售人员在报纸上得知IBM在为北美人航空公司中标的XB-70“女武神”超音速轰炸机设计导航计算系统，但是找不到合适的晶体管，德州仪器的硅管也没能通过IBM的测试。仙童迅速抓住了机会，从IBM那里拿到了第一张订单：IBM以每个150美元的高价向仙童订购了100个硅管，这个价格是标准工业价格的30倍。

仙童还参与了“民兵”洲际导弹导航系统项目的晶体管竞标，然而，仙童的晶体管样品这回未能通过军方的测试。测试结果是灾难性的，有的晶体管甚至用铅笔敲一敲都会出现故障。为了提高晶体管的可靠性，琼·赫尔尼发明了平面工艺，可以用类似印刷的方式一次从一块硅片上生产出多个晶体管。仙童不仅解决了“民兵”洲际导弹项目所用晶体管的可靠性问题，还立即把其他几乎所有晶体管都从这个产业淘汰了。

其他半导体公司都得向仙童购买平面技术的授权，IBM也和仙童签订了长期军事供货合同。不能忽视的是，菲尔柴尔德家族当时是IBM最大的股东，这也帮助仙童从IBM那里拿到了大笔订单。美国政府也乐意扶持仙童这样的初创公司成长。到1958年年底，仙童已经拥有50万美元的销售额和100名员工。

军方发现，“民兵”洲际导弹还是会发生故障，原因是导弹在发射时产生的巨大震动会让电子设备因金属微粒脱离而短路。平面工艺只是解决了晶体管自身的可靠性问题，晶体管从硅片上切割下来后，仍然需要由生产线上的女工们用细小的镊子在放大镜下装上导线，封装为成品，再焊到电路板上，做出电子设备。这样的手工作业做出的电子设备的质量显然难以应付军用品在恶劣环境下的品质要求。军方要求仙童想办法解决。

既然可以批量生产晶体管，那为什么不批量制造电路板呢？要解决的无非是各电子器件之间的导线连接问题。1959年1月23日，“八叛逆”的领袖、领导仙童的诺伊斯也有了发明集成电路的想法。他在工作笔记上写道：“将各种器件制作在同一硅芯片上，再用平面工艺将其连接起来，就能制造出多功能的电子线路。这一技术可以使电路的体积减小、重量减轻，并使成本下降。”于是，仙童研究出蒸发沉积金属铝的方法，替代热焊接导线将硅片上的电子器件连接起来。

在得知德州仪器向美国联邦专利局递交了集成电路的专利申请后，诺伊斯也提交了集成电路的专利申请书。实际上，仙童和德州仪器几乎同时发明了集成电路，诺伊斯和基尔比都是把当时已有的各项工艺技术结合在一起来使用的，这些技术大多数开发自贝尔实验室。后来诺伊斯说：“即使我们没有这些想法，即使集成电路制造工艺专利不在仙童出现，那也一定会在别的地方出现，即使不在50年代末出现，那也会在后来的某一个时间出现。只要晶体管制造工艺发展到一定程度，集成电路制造工艺的想法就会出现，这一技术就会被人发明。”

为了争夺集成电路的发明权，基尔比和诺伊斯打了十年的官司。最终，1969年，美国联邦法院认定集成电路是一项“同时”的发明。基尔比被认为是“第一块集成电路的发明者”，而诺伊斯则“提出了集成电路适合工业生产的理论”。德州仪器和仙童亦达成协议，互相承认对方部分地享有集成电路的发明专利权，共享集成电路的专利授权收益。