半導(dǎo)體工藝（一）

一、晶體管的發(fā)明和發(fā)展

1947 年12 月23 日，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室正式地成功演示了第一個(gè)基于鍺半導(dǎo)體的具有放大功能的點(diǎn)接觸式晶體管，標(biāo)志著現(xiàn)代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的誕生和信息時(shí)代的開(kāi)啟。晶體管可以說(shuō)是20 世紀(jì)最重要的發(fā)明，到今天已經(jīng)超過(guò)70 年了。

一開(kāi)始非常貴，還是美國(guó)出于太空競(jìng)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(dòng)了半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展。實(shí)際上直到70年代初鍺而不是硅三極管還是主流，開(kāi)始全面代替之前的真空管(電子管)應(yīng)用在電臺(tái)、收音機(jī)等。

1958 年9 月12 日，德州儀器的杰克制作了第一個(gè)鍺片上的集成電路(圖一)，其中的晶體管和被動(dòng)元件是用金絲連接起來(lái)的。不過(guò)實(shí)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(shí)驗(yàn)室的卡恩(D. Kahng)和艾塔拉(M. Atalla)發(fā)明了金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)，這是1925 年李林菲爾德(J. Lilienfeld)提出的場(chǎng)效應(yīng)晶體管概念的具體實(shí)現(xiàn)，也是直到今天半導(dǎo)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(dǎo)體存儲(chǔ)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(gè)月便會(huì)增加一倍，性能也將提升一倍(摩爾定律起初說(shuō)是每年翻一番，十年后改為兩年翻一番)。

三、黃金時(shí)代

提到半導(dǎo)體，不得不提仙童公司，1957年8位年輕人離開(kāi)肖克利半導(dǎo)體實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)立的。后來(lái)全部因?yàn)槎喾N原因離開(kāi)仙童，這8人成為70年代半導(dǎo)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(dǎo)體工藝的開(kāi)山鼻祖。

推動(dòng)了半導(dǎo)體的蓬勃發(fā)展，在這之前，半導(dǎo)體主要應(yīng)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(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)順理成章的出現(xiàn)了， 同時(shí)半導(dǎo)體也開(kāi)始大規(guī)模進(jìn)入民用領(lǐng)域，逐漸形成一個(gè)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(guó)的半導(dǎo)體起步并不太晚，60年代開(kāi)始生產(chǎn)晶體管，還可供出口，不過(guò)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(pán)引進(jìn)，但很難掌握到核心技術(shù)，主要轉(zhuǎn)向來(lái)錢快的應(yīng)用層面。

現(xiàn)在，只好從頭開(kāi)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(jì)算機(jī)出現(xiàn)得比晶體管更早，之前是使用電子管。后來(lái)被晶體管取代，不過(guò)在70年代之前，計(jì)算機(jī)的主流是大型機(jī)和小型機(jī)，分別由IBM和DEC壟斷。

1970年intel推出第一個(gè)微處理器4004(2300晶體管)，不過(guò)其實(shí)幾乎同時(shí)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(jī)。

而且當(dāng)時(shí)intel主業(yè)是存儲(chǔ)芯片沒(méi)完成交易，不過(guò)intel因禍得福，推出8008，并基于4004和8008開(kāi)發(fā)出2款微型計(jì)算機(jī)(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?yàn)橐_少i/o受限)誕生，并推出了第一款真正大規(guī)模個(gè)人購(gòu)買的微型計(jì)算機(jī)Altair8800(比爾蓋茨專門(mén)為其開(kāi)發(fā)了BASIC)，大大促進(jìn)了個(gè)人計(jì)算機(jī)的發(fā)展。

自此，半導(dǎo)體進(jìn)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(píng)果II(摩托羅拉6502 /1976)。而微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，更是推動(dòng)半導(dǎo)體走向廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)。