1947年12月16日,美国的贝尔实验室威廉・肖克莱(William Shockley )研究组第一次观察到锗(Ge)点接触型PNP晶体管具有放大作用,为今天的微电子学奠定了基石,并引发了从电子真空管到固体电子器件的现代电子学革命[4—6]。世界上第一只晶体管的发明是基于约翰・巴丁(John Bardeen)的表面态理论、威廉・肖克莱的放大器设想以及沃特・布拉顿(Walter Brattain)设计的实验,是物理学史上的重大发明,具有划时代意义。肖克莱、巴丁和布拉顿也因此获得了1956年诺贝尔物理学奖。
1958年12月12日,美国德州仪器公司(Texas Instruments Incorporation,TI)的杰克・基尔比(Jack S.Kilby)在半导体锗衬底上形成台面双极晶体管和电阻等元件,并用超声波焊接的方法将这些元器件连接起来,形成了一个电路[7]。1959年2月基尔比申请了专利,将它命名为集成电路(Integrated Circuit,IC),宣布发明了世界上第一片集成电路。当时该电路仅为12个元件的混合集成电路,但是它使人们看到了在一块固体上可以形成一个电路。这项发明标志着世界从此进入了集成电路时代,基尔比也因此获得了2000年诺贝尔物理学奖。
1959年7月美国仙童半导体公司(Fairchild Semiconductor Company )的诺依斯(R.N.Noyce)基于J.Hoerni发明的硅平面双极晶体管的技术[8],提出用淀积在二氧化硅上的导电膜作为元器件之间的连线[9],解决了集成电路中的互连问题,为利用平面工艺批量制作单片集成电路奠定了基础。诺依斯的发明也获得了美国专利[6]。诺依斯的发明让人们认识到用这种方法可以在硅片上集成成千上万个晶体管。1960年仙童半导体公司利用平面工艺制作出第一个单片集成电路系列,称为“微逻辑(Micrologic)”[9]。(www.xing528.com)
上述革命性的发明为微电子技术奠定了重要的基础,使人类社会进入了一个以微电子技术为基础,以集成电路为核心的信息时代。
集成电路是从双极型电路开始的。20世纪60年代双极集成电路得到迅速发展,但是功耗问题限制了双极集成电路集成度的提高。20世纪60年代初MOS集成电路问世,开始是PMOS集成电路,后来解决了制作增强型n沟道MOS管的技术问题,70年代NMOS集成电路得到迅速发展。发展到超大规模集成电路以后功耗问题越来越突出。CMOS集成电路由于具有高密度、低功耗的优点开始受到重视。到80年代中期CMOS已经成为集成电路的主流技术。到1987年集成电路产品中约40%是CMOS集成电路。目前CMOS产品已占到集成电路总产值的90%以上。
50多年来,集成电路已经广泛地应用于国民经济和国防工业的各个方面,如计算机、手机、电视、DVD 、汽车、医疗设备、武器装备等。集成电路的发展水平已经成为衡量一个国家现代化水平和综合实力的重要标志。
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