书角茶桌　集成电路发展史上的十大里程碑事件

1. 1947年，美国贝尔实验室的巴丁（J.Bardeen）、布拉顿(W.Brattain)、肖克莱(W.Shockley)三人发明了晶体管, 获1956年诺贝尔物理学奖。

巴丁和布拉顿在研发晶体管的过程中将钨丝电极移到金粒的旁边，加上负电压，而在金粒上加了正电压，突然间，在输出端出现了和输入端变化相反的信号。初步测试的结果显示：电压放大倍数为2，上限频率可达1万Hz。此后的几天，他们把试验装置进行了改进，测得的功率增益为大于18。他们将此器件命名为Transistor。从此人类步入了飞速发展的电子时代。这是微电子技术发展历程中第一个里程碑。

世界上第一颗锗点接触式晶体管诞生两年之后，肖克莱首次提出了晶体管理论。1953年，出现了锗合金晶体管。1954年1月，贝尔实验室的化学家Morris Tanenbaum利用摩根?斯巴克斯和戈登?蒂尔的生长界面成分变化技术，成功制造了第一个硅晶体管。

晶体管的发明代表了信息科学基础之一的微电子学与技术的诞生,是在应用需求推动下，理论和技术发展结合产生的典型代表。

2. 1958年，德州仪器的杰克·基尔比（Jack Kilby，被誉为“集成电路之父”)展示了第一款集成电路。他于2000年获诺贝尔物理学奖。

20世纪50年代，晶体管已得到了一定的发展。人们已经可以用硅做出分立的电阻、电容、二极管和三极管。受聘于TI公司的工程师Jack Kilby认为，既然能用单一材料硅制作这些分立器件，就能把这些器件做在一起。所以，1958年9月12日，Jack Kilby借助已有的几种锗器件，把金属蒸镀在锗管的“发射极”和“基极”上，再用蚀刻技术做成接触点，然后连接起来,制成了世界上第一块集成电路。

尽管该装置相当粗略，但是当Jack Kilby按下开关，示波器显示屏上却赫然出现了不间断的正弦波形。试验证明他的发明成功了，他彻底解决了此前一直悬而未决的问题。Jack Kilby在1976年发表的文章《集成电路的诞生》中写道：“细想之后，我发现我们真正需要的其实就是半导体，具体来说，就是电阻器和电容器（无源元件）可以采用与有源元件（晶体管）相同的材料制造。我还意识到，既然所有元件都可以用同一块材料制造，那么这些元件也可以先在同一块材料上就地制造，再相互连接，最终形成完整的电路。” Jack Kilby在锗（Ge）衬底上用键合的方法制备了由 1T、3R、1C构成的集成电路。

实际上，仙童公司(Fairchild)的诺伊斯(R.N.Noyce)也几乎在同时发明了集成电路。就是这项在首先发明权上至今仍存在争议的发明，造就了年产值数千亿美元的巨大市场。

集成电路的发明是应用需求和技术发展及创新思想共同作用的结果，开启了以微电子技术为基础的计算机和信息技术迅猛发展的新篇章。

实际上，19世纪初英国科学家就提出了集成电路的思想，但人们仍然把集成电路的发明归功于Kilby，说明创新除了要有新的思想，还要有必备的技术基础和实现力做支撑。

3.平面加工工艺（光刻）的发明（1957年）和摩尔定律的提出（1965年）

1957年，美国DOF实验室首先将光刻技术引入到半导体技术中，为集成电路技术和产业按照摩尔定律发展奠定了基础。

仙童公司的Noyce将光刻技术和SiO₂巧妙结合起来，实现了精细晶体管和集成电路图形结构，由此导致了平面工艺的诞生。

光刻技术是集成电路制造中利用光学-化学反应原理和化学、物理刻蚀方法，将电路图形传递到单晶表面或介质层上，形成有效图形窗口或功能图形的工艺技术。从1960年开始，光刻法被用于在Si上制作大量的微小晶体管，当时分辨力为5μm，如今除可见光光刻之外，更出现了X射线和荷电粒子刻画等更高分辨率方法。光刻是集成电路制造过程中的关键环节。目前国内自主研发芯片的困境便主要来源于高质量光刻设备的缺乏。

1959年7月，Noyce研究出一种二氧化硅的扩散技术和pn结的隔离技术，并创造性地在氧化膜上制作出精细的铝膜连线，使元件和导线合成一体，从而为半导体集成电路的平面制作工艺、为工业大批量生产奠定了坚实的基础。与Kilby在锗晶片上研制集成电路不同，Noyce直接盯住硅——地球上含量最丰富的元素之一，商业化价值更大，成本更低。自此大量的半导体器件被制造并商用，风险投资开始出现，半导体初创公司涌现，数量更多、功能更强、结构更复杂的集成电路被发明，半导体产业由“发明时代”进入了“商用时代”。

1965年4月19日，Intel公司创始人之一，时任仙童公司研究部主任的Gordon E. Moore在《电子学》杂志（Electronics Magazine）发表《让集成电路填满更多的组件》的文章，预言半导体芯片上集成的晶体管和电阻数量将每年增加一倍，提出著名的摩尔定律。其重要意义在于，长期而言，IC制程技术会以直线改善的方式向前推展，使得IC产品能持续降低成本，提升性能，增加功能。摩尔定律用于描述产业化而非物理学定律，今后会继续有效。

4. 1960年，MOS FET器件发明;1963年，COMS（互补金属氧化物半导体）技术被提出;1966年，美国RCA公司研制出CMOS集成电路，并研制出第一块门阵列（50门）。

1960年，贝尔实验室的Kahng和Atalla制备出了第一支MOS场效应晶体管(MOSFET)；1963年，任职于仙童公司的工程师F.M.Wanlass和C.T.Sah首次提出CMOS技术，由低功耗、高效率的CMOS替代了传统的TTL（Transistor-to-Transistor Logic, 晶体管-晶体管逻辑）电路。如今，95%以上的集成电路芯片都是基于CMOS工艺，可以说没有CMOS，就没有之后整个集成电路的发展。

早期的CMOS元件虽然功耗比常见的TTL电路要低，但因为工作速度较慢，所以大多数应用CMOS的场合都和降低功耗、延长电池使用时间有关，例如电子表。不过经过长期的研究与改良，如今的CMOS元件无论在可集成的面积、工作速度、功耗，还是在制造的成本上看，都比当时另外一种主流的半导体制程BJT（Bipolar Junction Transistor，双极结型晶体管）有优势，很多在BJT无法实现或是成本太高的设计，利用CMOS皆可迎刃而解。

1966年，美国RCA公司研制出CMOS集成电路，并研制出第一块门阵列（50门）。

1967年,A.S.Grove，C.T.Sah，E.H.Snow，B.E.Deal等合作，基本搞清了Si-SiO₂系统的四种电荷的性质，为MOS器件的应用奠定了必要的理论基础。

CMOS集成电路因为具有功耗低、输入阻抗高、噪声容限高、电源电压范围宽、输出电压幅度与电源电压接近、对称的传输延迟和跃迁时间等优点，所以发展极为迅速。CMOS集成电路的问世开创了微功耗电子学的先河，为如今的大规模集成电路发展奠定了坚实基础，具有里程碑意义。

5.1967年,DRAM（动态随机存取存储器）发明;1971年,全球第一款微处理器4004由Intel公司推出。

1966年，Dennard 在客厅沙发上灵感闪现，提出了DRAM 的想法。他的MOS 项目非常有希望，但相当复杂，因为每一比特的信息需要使用六个晶体。于是，他利用业余时间研究自己的新想法，并且最终找到了通过存取晶体管将电荷写入电容，然后通过同一个晶体管读出的替代方法。1967年，Dennard 和IBM 公司针对他的“单晶体管动态随机存取存储器”(DRAM) 申请了专利。DRAM的简单性、低成本和低功耗与第一款低成本微处理器相结合，开启了小型个人电脑的时代。

在一块芯片上集成的元件数超过10万个，或门电路数超过万门的集成电路，称为超大规模集成电路。1988年，16M DRAM问世，在1cm²大小的硅片上集成有3500万个晶体管，标志着进入超大规模集成电路（VLSI）阶段。超大规模集成电路研制成功，是微电子技术的一次飞跃，大大推动了电子技术的进步，从而带动了军事技术和民用技术的发展。

20世纪60年代随着集成电路的发明和应用，一场制造轻便桌面计算器的竞赛揭开了帷幕。那时，半导体产业的研究者已普遍意识到，用新的MOS技术来创建一个包含多种功能的芯片在理论上是可行的。短短几年后，Intel公司便于1971年成功地研制出实际上第一款微处理器4004，由2300个晶体管构成了一款包括运算器、控制器在内的可编程序运算芯片。使得微处理器成为继晶体管、集成电路后的又一重大发明。可以说，中央处理单元的发明与应用改变了整个世界的科技发展，掀起了一场新的技术革命。

Intel 4004微处理器是世界上第一款商用计算机微处理器，它是“一件划时代的作品”。它在单片内集成了2250个晶体管，晶体管之间的距离是10μm，能够处理4bit的数据，每秒运算6万次，运行的频率为108kHz，成本不到100美元。Intel公司的首席执行官戈登?摩尔将4004称为“人类历史上最具革新性的产品之一”。

（以下仅列出其他里程碑事件的名称，具体内容请见本书后面的相关章节）

6.铜互联技术发明（1977年）。

7. 浸没式光刻技术发明（2002年）。

8. 多晶硅栅/high-k基MOS管和金属栅/high-k基MOS管发明（1971年）。

9. 浮栅（Floating Gate）存储器件发明（1971年）。

10. 新型RRAM存储器件发明。