IC【集成电】：路的——发明

在构建当今IT社会的过程中.集成电路（IC）的发明所扮演的角色极为重要，难以用言语尽述，2004年，在为了纪念IEEESpectrum杂志创刊40周年而进行的问卷调查中.英特尔公司时任董事长克雷格·巴雷特（CraigBarrett）这样回答：“如果没有IC.那么个人电脑和移动电话可能会变得像大楼一样庞大。这句话简洁地表明了IC发明所具有的巨大影响力。今天的IT社会正是由IC的发明及其后续的技术创新所带来的。

晶体管发明后大约10年：即20世纪50年代后半期.半导体开始广泛应用于军事需求、计算机、民用设备等多个领域。随着系统变得更大、更复杂，出现的问题就是部件之间相互连接数量的增加。由于布线数量和焊接点的增多、系统的性能、成本、可靠性、重量和尺寸等方面都受到了极大的限制。这个问题被称为“数量的暴政”（TyrannyofNumbers）.作为产业界的共同问题人们从各个角度寻求解决方案，推进技术开发。

尤其是军工产业高度重视这个问题。在美苏两大国对崎的冷战时期，能够将洲际弹道导弹发射得更远是一个重大的课题。这一需求的精被概括为“Onepoundlighter.onemilefurther.”，即“再轻一磅，再多飞一英里（更轻更远）。”这表达了军工的愿望。

德州仪器公司（TI）也为了应对这一挑战与军方进行了共同开发。他们采用了一种被称为微型模块（micro-module）的技术、该技术将晶体管、电阻、电容器等电子器件安装在超小型尺寸模块上、公司的杰克·基尔比也是开发成员之一.他对这种方式提出了疑问，经过反复思考后提出了一种超越上述做法的独特方案。由此产生的想法就是“单片集成”的概念。所谓“单片”（monolithic）原意是“一块石头”的形容词，即在一块半导体基板上集成各种电子器件的方法，这也是今天IC的基本概念。

基尔比发明IC是在1958年7月24日。正如这个日期所示.那天是盛夏时节，大多数同事都在休假。当时34岁的他因为刚从其他公司转职过来，还没有获得休假．因此独自留在了实验室。然而世纪的大发明就在这个时候诞生了。

基于他的想法，振荡申路的样品制作很快就开始了。同年9月1日完成的样品在高管们的见证下成功起振。以此为契机。TI公司决定将基尔比发明的单片IC方式作为主要方向。取代微型模块方式。

而在另一边，仙童公司的罗伯特·诺伊斯几平晚了半年．在1959年1月23日，基于平面技术（在平坦的基板上讲行布线的方式）构思了IC的基本概念，并在研究笔记上记录下来。虽然诺伊斯比基尔比晚了一步，但诺伊斯的发明包含了今天IC实现中不可或缺的基本要素。也就是说，基尔比的发明中，基板上元器件之间的连接是通过打线来实现的，而诺伊斯的方式是通过在基板氧化膜上蒸镀金属膜来实现的。从今天的角度来看，诺伊斯的方式更为优美简洁、更先进。

IC的发明者，是发明了基本概念的基尔比，还是发明了更具实用性方法的诺伊斯？在此后的十年间，围绕专利权的归属问题，展开了一场法庭斗争。期间法庭斗争的经过在T·R·里德著的《TheChip》（日译《芯片的制造》、草思社，1986年）中有详细的描述：但在这里我们只介绍其概要。

实际上在发明IC的时间点上，诺伊斯是落后于基尔比的，但由干诺伊斯的专利申请时间点更早，因此最初的专利被授予了诺伊斯。然而，由于基尔比证明了其研究笔记上的记载比诺伊斯更早，因此形势逆转，专利变成了基尔比的，但争议并未因能解决。此后，举行了关于双方专利立场的听证会，由于一位半身体权威人士的证言，大意是“仅凭基尔比的一项专利实际上无法制造IC"，判决再次对诺伊斯有利。对此，基尔比全力以赴进行后击。就这样。在来回往复的争议中，TI公司和仙童公司的顶层进行了会谈，最终决定IC的发明由基尔比和诺伊斯共同分享，直到今天，还有“基尔比和诺伊斯是IC的共同发明者”这样的麦述。

时间来到了1991年10月。由于Advante公司的关照，在基尔比访日时，我有幸与他共进晚餐，最初留下的强烈印象是他那威风凛凛的体格。其次，他不矫揉造作，用低沉而粗厚的声音缓缓地交谈，就像平原上的大河级缓流淌一样沉稳

能够直接玲听“世纪大发明人”满怀深情地讲述当时的情形，确实是一件荣耀目有益的事情。图1-6是当时拍摄的照片。

图16与IC的发明者杰克·基尔比（左）愉快交谈

基尔比在2000年获得了诺贝尔物理学奖，遗撼的是，那时诺伊斯已经去世，因此这可能被认为是基尔比的单独获奖。基尔比本人也偶尔会提到，“关于IC，诺伊斯也有类似的想法，并且也考虑了实现手段”，如果诺伊斯还健在的话、诺贝尔奖（与专利的情况一样）可能会是两人共享的。

接着，仙童公司最初将IC作为商品发售，那是在1961年的事情。由于其中的有源器件使用了双极型晶体管，因此被称为双极型IC。此后、IC领域经历了各种技术开发的历程，成为半导体技术创新的核心：一直发展到今天。

到了1964年，TI公司以及其他公司发布了MOSIC.接着在1968年.RCA公司发布CMOSIC。

CMOSIC的特点是功耗极低.但由于速度慢目价格昂贵.起初仅限干军工等特殊领域。促使它开始被大量生产的契机是，在日本它被应用干钟表和计算器。当时，半导体主流产品，如内存和微处理器等：使用的是NMOSIC。

到了1970年末，虽然CMOS的高速化技术由日立开发出来但并没有成为半导体主流器件。关于这一历程的详细情况，将在第3章中进行详细描述。

目前.半导体技术的开发需要大量技术人员和巨额资金。虽然不能简单地将发明IC的当时与现在进行比较，但基尔比和诺伊斯的发明都是在没有依赖大量资源的情况下，仅凭一位技术人员的洞察力和想象力而实现的。这表明，在技术开发过程中、对未来的洞察力和想象力远比人数和资金的多寡重要。