半導體工藝（一）

一、晶體管的發(fā)明和發(fā)展

1947 年12 月23 日，美國貝爾實驗室正式地成功演示了第一個基于鍺半導體的具有放大功能的點接觸式晶體管，標志著現(xiàn)代半導體產(chǎn)業(yè)的誕生和信息時代的開啟。晶體管可以說是20 世紀最重要的發(fā)明，到今天已經(jīng)超過70 年了。

一開始非常貴，還是美國出于太空競賽的需要，急切需要質(zhì)量更輕的設(shè)備以壓倒蘇聯(lián)推動了半導體技術(shù)的發(fā)展。實際上直到70年代初鍺而不是硅三極管還是主流，開始全面代替之前的真空管(電子管)應用在電臺、收音機等。

1958 年9 月12 日，德州儀器的杰克制作了第一個鍺片上的集成電路(圖一)，其中的晶體管和被動元件是用金絲連接起來的。不過實用的集成電路工藝是1959年仙童發(fā)明的，使用了一直到今天的鋁連接工藝。

二、基礎(chǔ)技術(shù)和摩爾定律

1959 年，貝爾實驗室的卡恩(D. Kahng)和艾塔拉(M. Atalla)發(fā)明了金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)，這是1925 年李林菲爾德(J. Lilienfeld)提出的場效應晶體管概念的具體實現(xiàn)，也是直到今天半導體最基本的單元;

1967 年，卡恩和施敏(S. M. Sze)制作了浮柵型MOSFET，為半導體存儲技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。

1965年還發(fā)生了一件大事，仙童公司的摩爾(G. Moore ，他也是英特爾的創(chuàng)始人之一) 提出了摩爾定律(Moore’s law，圖5)：集成電路上可容納的元器件的數(shù)目，約每隔18~24 個月便會增加一倍，性能也將提升一倍(摩爾定律起初說是每年翻一番，十年后改為兩年翻一番)。

三、黃金時代

提到半導體，不得不提仙童公司，1957年8位年輕人離開肖克利半導體實驗室創(chuàng)立的。后來全部因為多種原因離開仙童，這8人成為70年代半導體行業(yè)的基石，成為包括intel和AMD的創(chuàng)始人，也有現(xiàn)代半導體工藝的開山鼻祖。

推動了半導體的蓬勃發(fā)展，在這之前，半導體主要應用于航天航空、軍事用途。隨著EPROM(可編程只讀寄存器)的誕生和集成電路的發(fā)展，個人計算機(PC)順理成章的出現(xiàn)了， 同時半導體也開始大規(guī)模進入民用領(lǐng)域，逐漸形成一個規(guī)模龐大影響人類發(fā)展的新興行業(yè)。

順便提一下，我國的半導體起步并不太晚，60年代開始生產(chǎn)晶體管，還可供出口，不過由于多種原因到70年代末工藝技術(shù)水平差距較大，后面幾乎放棄所有的積累，全盤引進，但很難掌握到核心技術(shù)，主要轉(zhuǎn)向來錢快的應用層面。

現(xiàn)在，只好從頭開始，急起直追。這也是我們這些年科技發(fā)展的通病，很少有真正發(fā)明和創(chuàng)造。

言歸正傳，我們知道計算機出現(xiàn)得比晶體管更早，之前是使用電子管。后來被晶體管取代，不過在70年代之前，計算機的主流是大型機和小型機，分別由IBM和DEC壟斷。

1970年intel推出第一個微處理器4004(2300晶體管)，不過其實幾乎同時德州儀器等也有拿出了同類產(chǎn)品，都是為了軍用研發(fā)，而且德州儀器的產(chǎn)品集成度更高(集成了RAM、ROM、i/o)，類似單片機。

而且當時intel主業(yè)是存儲芯片沒完成交易，不過intel因禍得福，推出8008，并基于4004和8008開發(fā)出2款微型計算機(intellec4/8)，配合第一款操作系統(tǒng)(CP/M ),在此基礎(chǔ)上，第一款8位元處理器8080(8008因為引腳少i/o受限)誕生，并推出了第一款真正大規(guī)模個人購買的微型計算機Altair8800(比爾蓋茨專門為其開發(fā)了BASIC)，大大促進了個人計算機的發(fā)展。

自此，半導體進入了快車道，除早期的altair8800還有TRS 80(使用Z80/ 1975)和大名鼎鼎的蘋果II(摩托羅拉6502 /1976)。而微型計算機的出現(xiàn)，更是推動半導體走向廣泛應用的基礎(chǔ)。