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技术发展简史
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IC
技术发展简史
1940s -
起步阶段
-
原创性的发明使得集成电路技术成为可能
1940 -
PN
结
（
junction
）
虽然早在
1833
年法拉第就已经发现化合
物半导体的特性，
1873
年
使用硒制造出工业
整理器和早期的光电器件，
1
874
年德国物理学教授
Feidinand Braun
观察到金属丝
-
硫化铅的整
流特性并在其后用作检测
二极管
。
但是直到
20
世纪
40
年代，
贝尔
实验室
（
Bell
Labs
）
的
Russel
Ohl
才开发了第一个对集成电路来讲具有严格意义上的
PN
结（
junction
）
：当该
PN
结暴露
在光源下的时候，
PN
结两端产生
0.5V
的电压。顺便提一句，那个时代
Bell
实验室在材料
研究上具有很强大的力量，正是这个领导力量开创了半导体技
术的纪元。
1945 -
三极管<
/p>
（
Transistor
）发明
1945
年，
Bell Labs
建立了一个研究小组探索半导体替代真空管。该小组由
Willia
m Shockley
领导，成员包括
John
Bardeen
、
Walter Brattain
等人。
1947
年
Bar
deen
和
Brattain
成功使用
一
个电接触型的
“
可变电阻
”
-
即今天被称为三极管
“Transistor”
的器件得到放大倍数为
100
的放
大电路，稍候还演示了振荡器。
1948
年，
Bardeen
和
Brattain
提交了一份专利申请并在
1950<
/p>
年被授予
Bell
Labs
-
这就是美国专利
US2,524,035,
Electrode
Circuit
Element
Utilizing
Semiconductive Materials
1950s
集成电路
雏形
-
集成电路出现
1951 -
发明
结型三极管
（
Junction
Transistor
）
1951
年，
William Sho
ckley
推出了结型晶体管技术，这是一个实用的晶体管技术，从此难以
加工的点接触型晶体管让位于结型晶体管，
在
20<
/p>
世纪
50
年代中期，
点接触型晶体管基本被替
代。
1954
年晶体管已经成为电话系统的必备元件，
Bell
实验室在
生产晶体管的同时也向其他
公司发放生产许可并从中提成（
ro
yalty
）
，在这个时候，晶体管开始进入无线电和助听器领
域。
1956
年，
由于晶体管发明的重要性，
Bardeen
、
Brattain
和
Sh
ockley
被授予诺贝尔奖
（
Nob
el
Prize
）
。
1952 -
单晶硅（
Single crystal
silicon
）制造技技术
1952 -
集成电路
（
Integrated
Circuit - IC
）的概念提出
1952
年
5
月
< br>7
日，英国的雷达科学家
Geoffrey W.A. Dummer
在华盛顿特区提出
了集成电路的
概念，即文章
年的尝试以
失败结束，但
是作为提出
IC
概念的先
驱，
Dummer
是
IC
史册不可缺的一页。
1954 -
第一个商业化的晶体管
1954
年
5
月
10
日，德州仪器（
TI
）发布了第一款商用的晶
体管
-Grown-Junction
Silicon
Transistors
。晶体管通过在硅晶体表面切割一个矩形区域获得，硅晶体通过含杂质的熔化炉
生长
得到。硅晶体管和锗晶体管相比，具有廉价和高温特性好的优点。
1954 -
氧化、掩膜工艺（
Oxide
masking
）
Bell
实验室开发出氧化
（
oxidation
）
、
光掩膜
（
photomasking
）
、
刻蚀
（
etching
）<
/p>
和扩散
(diffusion
）
工艺，这些工艺在今天的
IC
制造中仍在使用。
1954 -
第一个晶体管收音机问世
工业开发工
程师协会
（
Industrial Development
Engineer Associates
）
设计并生产了世界
第一个
晶体管收音机
-
Regency
TR-1
，它使用<
/p>
4
个德州仪器（
Texas
Instruments
）制造的锗
（
Germanium
）晶体管。
1955 -
第一个场效应晶体管问世
又是
Bell
实验室的杰作。
1958 -
集成电路被发明
1958
年
7
月<
/p>
24
日，德州仪器（
Texas
Instruments
）的雇员
Jack Kilby
，在笔记本中写道：如果
电路元件，
比如电阻
，
电容可以使用同种材料制造，
则有可能将整个电路加工在单个
片子上
“single chip“
。
当时的真空条件很差的情况下，
Kilby
于当年的
9
月
12
日制造了具有<
/p>
5
个集成元
件的简单振荡电路，
1959
年
Kilby
提交了专利申请
US3,138,743
：
electronic
cir
cuits
并获得授权。
2000
年<
/p>
Kilby
和其他两位物理学家一起分享了诺贝尔物理奖。
1959 -
平面技术
（
Planar
technology
）问世
Kil
by
的发明存在严重的缺陷：电路的元件依赖于金丝连接，这种连线上的困难阻碍了该技
术用于大规模电路的可能。直到
1958
年后期仙童（
Fairchild
）公司瑞士出生的物理学家
Jean
Hoerni
开发出一种在
硅上制造
PN
结的结构，并在结上覆盖了一层薄的硅氧化层作绝
缘层，
在硅二极管上蚀刻小孔用于连接
PN
结。
Sprague
Electric
捷克出生的物理学家
Kurt Lehove
c
开发出使用
PN
结隔离元件的技术，
这个问题才得以解决：
1959
年，也是仙童公司雇员的
Robert
Noyce
产生了组合
Hoerni's and Lehov
ec's
工艺并通过在电路上方蒸镀薄金属层连接电
路元件来制
造集成电路的想法。平面工艺开始了复杂集成电路时代并沿用到今天。
1960s -
改进的产品和技术
- MOS,
CMOS
和
BiCMOS,
Moore's
定律
1960 -
外延沉积
/
注入（
Epitaxial deposition
）技术
Bell
实验室开发出外延沉积
/
注入（
Epitaxial Deposition
）技术，即将材料的单晶层沉积
/
注入
到晶体衬底（
crystalline
substrat
e
）上。外延沉积
/
注入技术广泛用于
双极型（
bipolar
）和亚
微米（
sub-micron
）
CMOS
产品的加工工艺。
1960 -
第一个
MOSFET
问世
Bell
实验室的
Kahng<
/p>
制造了第一个
MOSFET
。
1960 - 0.525
英寸硅圆片（
Wafer
）出现
1961 -
第一颗商用的集成电路（
IC
）问世
仙童（
Fairchild
）和德州仪器（
Texas
Instruments
）共同推出了第一颗商用集成电路。
1962 -
发明
TTL
逻辑（
Transistor-Transistor
Logic
）
1962 -
半导体工业销售额超过
10
亿美金（
$$1-billion
）
1963 -
第一片
MOS
集成电路
RCA
制造
出第一片
PMOS
集成电路
1963 -
发明互补型金属氧化物半导体（
CMOS
）
仙童公司的
Frank Wanlass
提出并发表了互补型
MOS
（
com
plementary-MOS -
CMOS
）集成
电路的概念。
Wanlass
最初意识到由
PMOS
和
NMOS
晶体管构成的电路仅需要很小的工
作
电流，开始他试图给出一个单芯片的解决方案，但最终不得不以分立元件来验证这个想
法。
当时还没有增强型（
Enhancement
）的
NMOS
管，
Wanl
ass
不得不使用耗尽型（
depletion
）
的器件，通过将器件偏置到关断状态来实现电路。
C
MOS
的静态电流要比等效的双极型
（
Bipolar
）和
PMOS
型的逻辑
门低
6
个数量级，这个结果简直是疯狂的。
1963
年
6
月
< br>18
日，
Wanlass
提出专
利申请，
1967
年
12
月
5
日获得授权，
专利号：
US3,356,858
，
Complementary Field Effect Circuitry
< br>。
今天
CMOS
是应用最广泛的
、
高密度集成电路的基础。
1964
-
第一个商用的接触打印机（
contact
printer
）
#
接触打印技术是
20
世纪
7
0
年代大量使用的在集成电路
W
AFE
R
表明加工图形（
patterns
）
的技术。
1964 - 1
英寸硅圆片（
wafer
）出现
1965 -
摩尔定律
（
Moore's
law
）
1965
年，
Gordon
Moore
，仙童半导体公司的研发主管，撰写了一篇题为
more
components onto
integrated circuits
的文章。
文中，
Moore
观察到
component cost has increased at a rate of roughly
a factor of two per year
（这句话不译，
< br>实在是
因为中文流传的表述太多了，
无论写哪一种译法都
难免让知道这个定律一种表述的人产生不
严肃的想法
-
以为我译错了，反正这句英文也不难懂）
，这就是著名的摩尔定律：每年
芯片的
元件数量要翻一翻，
后来这一表述又修正为每
18
个月芯片的元件数量翻一翻。
值得一提的是，
直到今天，摩尔定律仍符合半导体行业发展的现状
-
真是人有多大胆，地有多大产。
1965 -
100
位的移位寄存器（
100-bit shift
register
）
在这年，具有<
/p>
600
个晶体管的
100
位移位寄存器
-GME
，
16
0
个晶体管的
21
位静态寄存器
-GI
，
150
个晶
体管的二进制
-
十进制（
Binary
-Digital
）译码器
-TI
，诞
生了。
1966 - 16
位的双极
型存储器（
memory
）
IBM
在为
NASA
开
发的
360/95
系统上使用了一种
1
6
位的双极型存储器。
1966 -
第一块双极
型的逻辑
摩托罗拉（
Motorola
）推出了第一块具有
3
个输入的发射极耦合逻辑（
Emitte
r-Coupled-Logic
-
ECL
）的门集成电路。
1966
-
发明单晶体管动态存储器（
DRAM
）单元
IBM
的
Robert Dennar
d
博士参加了一个薄膜磁存储技术的座谈，薄膜磁存储技术组使用了
一块小磁体和邻近的一对信号线实现
1
个比特（二进制位）
的存储，几个月后
Dennard
博
士
提出一个二进制位可以存储在电容上，一个场效应管（
FET
）可以用于控制充放电。单晶体
管的
D
RAM
单元出现了，所有现代的
DRAMs
< br>都是基于
1
个晶体管实现的。
1966 -
1.5
英寸的硅圆片开始使用
1967 -
浮栅（
Floating
gate
）技术出现
Bell
实验室的
Kahng
和
Sze
在
Bell
的技术杂志上阐述了在存储技术中使用浮栅其间的方法，
今天浮栅技术是制造<
/p>
EEPROMs
的通用技术。
1967 - NMOS
技术
Wegener
、
Lincoln
、
Pao
、
O'Conn
ell
和
Oleksiak
发布了
NMOS
晶体管及其在存储技术中的使
用，
浮栅技术开始用于
EEPROMs
的制造。
1968 - 64
位双极型阵列（
array
）芯片
IBM
在其
360/85
系统中使用了
64
位双极型阵列作为高速缓存，该芯片具有
64<
/p>
个存储单元和
664
个器件。
1969 -
发明了
BiCMOS
Lin
、
Ho
、
Iyer
和
Kwong
在
I
EDM
发表了
，
揭示了
BiCMOS
的概念。
1970s -
驱动市场的新产品和技术
1970
-
首个
NMOS
集成电路
IBM
的
Cogar<
/p>
等人完成首个金属栅的
NMOS
集成电路
流片（
fabricate
）
1970 -
首个商用的
动态随机存
储器（
DRAM
）
：容量
1Kbits
（位）
#
大约
1969
年，霍尼韦尔的
William Regitz
在寻求一个半导体厂商合作开发由他及其
合作者
一种新型的动态存储器（
DRAM
）单元（
Cell
）
。
Intel
对这项技术表现出兴趣，并为之启动
了一
个开发计划，最初的产品被称为
i1102
。虽然开发出了可以
工作的元件，但是
1102
的确
存在问
题。基于
Ted Hoff
已经做的工作，当时主要是寻求
3
个晶体管（
Transistor
）的
DRAM
单元结构，也许是
Ted
Rowe
提出了埋层接触孔（
buried
contact
）的想法，
Leslie
Vadasz
和
Joel
Karp
后来又提出了其他办法的原理图，整个设计由
Bob
Abbott
来完成，最终的产品是
i1103
并在
1970
年
的
10
月份正式推向市场。
该产品存在
成品率问题，
产品经理
John Reed
不得
不做了很多改进的版本直到成品率问题解决并具有良好的性能。
i1103
使用
6
层
MASK
，
采用
8μm
硅栅
PMOS
工艺，具有
2,400μm2
的存储单元面积，
Die
的尺寸差不多是
10mm2
，售价
$$21. 1970 - IBM
使用半导体存储器替代磁存储器
IBM
在其
370
的
145
型号上全部采用半导体存储器。
1970 -
2.25
英寸硅园片使用
Ted
Hoff
与
Federico
Faggin
1971 -
发明紫
外擦除的电可编程存储器（
UVEPROM
）
< br>
Dov Frohman
在
1
969
年
1Kbit DRAM
发布不
久之后加入
Intel
，
发明了用于存
储程序的电可编
程程序存储器
（
EPR
OM
）
，
而且这种存储器能够保留数据
直到使用一定强度的紫外线擦除它
的数据。
Forhman
是第一个
UVEPROM
发明者、设计者和
加工制造者。
1971 -
微处理
器
（
Microprocessor
）
发明
到
1969
年的时候，有关可编程处理器（
Microprocessor
）的概念已经在工业界广为流传了，
但是没有人有能力制造这样复杂的东西。
Intel
却好在那时候开发出一种硅栅工艺，这种工
艺使得
Intel
比同期的半导体厂商具有支持更为复
杂电路的制造能力。日本的计算器制造商
Busicom
要求<
/p>
Intel
生产一种台式计算器的晶片组，晶片组共有
12
个芯片。虽然
Intel
那时的
主要精力在存储芯片上，但是他们还是认真地考虑了这个项目。
Intel
的
Ted
Ho
ff
设计
12
个
芯片的晶片组太过复杂，
于是决定寻求一种可编程的解决方案。
组合了
Busicom
需求和
Int
el
工艺能力，
Intel
的管理层决
定接受
Busicom
的要求并签下了
$$60,000
的合同。
Hoff
设计
了一
套简单的指令集，
这些指令集可以使用相对较少的晶体管来
实现
（厉害）
。
大约
< br>6
个月的时间，
这个项目处境窘迫，直到
1970
年
Federico Faggin
加入
Intel
并负责芯片的设计任务。
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