書角茶桌　集成電路發展史上的十大里程碑事件

1. 1947年，美國貝爾實驗室的巴丁（J.Bardeen）、布拉頓(W.Brattain)、肖克萊(W.Shockley)三人發明了晶體管, 獲1956年諾貝爾物理學獎。

巴丁和布拉頓在研發晶體管的過程中將鎢絲電極移到金粒的旁邊，加上負電壓，而在金粒上加了正電壓，突然間，在輸出端出現了和輸入端變化相反的信號。初步測試的結果顯示：電壓放大倍數為2，上限頻率可達1萬Hz。此后的幾天，他們把試驗裝置進行了改進，測得的功率增益為大于18。他們將此器件命名為Transistor。從此人類步入了飛速發展的電子時代。這是微電子技術發展歷程中第一個里程碑。

世界上第一顆鍺點接觸式晶體管誕生兩年之后，肖克萊首次提出了晶體管理論。1953年，出現了鍺合金晶體管。1954年1月，貝爾實驗室的化學家Morris Tanenbaum利用摩根?斯巴克斯和戈登?蒂爾的生長界面成分變化技術，成功制造了第一個硅晶體管。

晶體管的發明代表了信息科學基礎之一的微電子學與技術的誕生,是在應用需求推動下，理論和技術發展結合產生的典型代表。

2. 1958年，德州儀器的杰克·基爾比（Jack Kilby，被譽為“集成電路之父”)展示了第一款集成電路。他于2000年獲諾貝爾物理學獎。

20世紀50年代，晶體管已得到了一定的發展。人們已經可以用硅做出分立的電阻、電容、二極管和三極管。受聘于TI公司的工程師Jack Kilby認為，既然能用單一材料硅制作這些分立器件，就能把這些器件做在一起。所以，1958年9月12日，Jack Kilby借助已有的幾種鍺器件，把金屬蒸鍍在鍺管的“發射極”和“基極”上，再用蝕刻技術做成接觸點，然后連接起來,制成了世界上第一塊集成電路。

盡管該裝置相當粗略，但是當Jack Kilby按下開關，示波器顯示屏上卻赫然出現了不間斷的正弦波形。試驗證明他的發明成功了，他徹底解決了此前一直懸而未決的問題。Jack Kilby在1976年發表的文章《集成電路的誕生》中寫道：“細想之后，我發現我們真正需要的其實就是半導體，具體來說，就是電阻器和電容器（無源元件）可以采用與有源元件（晶體管）相同的材料制造。我還意識到，既然所有元件都可以用同一塊材料制造，那么這些元件也可以先在同一塊材料上就地制造，再相互連接，最終形成完整的電路。” Jack Kilby在鍺（Ge）襯底上用鍵合的方法制備了由 1T、3R、1C構成的集成電路。

實際上，仙童公司(Fairchild)的諾伊斯(R.N.Noyce)也幾乎在同時發明了集成電路。就是這項在首先發明權上至今仍存在爭議的發明，造就了年產值數千億美元的巨大市場。

集成電路的發明是應用需求和技術發展及創新思想共同作用的結果，開啟了以微電子技術為基礎的計算機和信息技術迅猛發展的新篇章。

實際上，19世紀初英國科學家就提出了集成電路的思想，但人們仍然把集成電路的發明歸功于Kilby，說明創新除了要有新的思想，還要有必備的技術基礎和實現力做支撐。

3.平面加工工藝（光刻）的發明（1957年）和摩爾定律的提出（1965年）

1957年，美國DOF實驗室首先將光刻技術引入到半導體技術中，為集成電路技術和產業按照摩爾定律發展奠定了基礎。

仙童公司的Noyce將光刻技術和SiO₂巧妙結合起來，實現了精細晶體管和集成電路圖形結構，由此導致了平面工藝的誕生。

光刻技術是集成電路制造中利用光學-化學反應原理和化學、物理刻蝕方法，將電路圖形傳遞到單晶表面或介質層上，形成有效圖形窗口或功能圖形的工藝技術。從1960年開始，光刻法被用于在Si上制作大量的微小晶體管，當時分辨力為5μm，如今除可見光光刻之外，更出現了X射線和荷電粒子刻畫等更高分辨率方法。光刻是集成電路制造過程中的關鍵環節。目前國內自主研發芯片的困境便主要來源于高質量光刻設備的缺乏。

1959年7月，Noyce研究出一種二氧化硅的擴散技術和pn結的隔離技術，并創造性地在氧化膜上制作出精細的鋁膜連線，使元件和導線合成一體，從而為半導體集成電路的平面制作工藝、為工業大批量生產奠定了堅實的基礎。與Kilby在鍺晶片上研制集成電路不同，Noyce直接盯住硅——地球上含量最豐富的元素之一，商業化價值更大，成本更低。自此大量的半導體器件被制造并商用，風險投資開始出現，半導體初創公司涌現，數量更多、功能更強、結構更復雜的集成電路被發明，半導體產業由“發明時代”進入了“商用時代”。

1965年4月19日，Intel公司創始人之一，時任仙童公司研究部主任的Gordon E. Moore在《電子學》雜志（Electronics Magazine）發表《讓集成電路填滿更多的組件》的文章，預言半導體芯片上集成的晶體管和電阻數量將每年增加一倍，提出著名的摩爾定律。其重要意義在于，長期而言，IC制程技術會以直線改善的方式向前推展，使得IC產品能持續降低成本，提升性能，增加功能。摩爾定律用于描述產業化而非物理學定律，今后會繼續有效。

4. 1960年，MOS FET器件發明;1963年，COMS（互補金屬氧化物半導體）技術被提出;1966年，美國RCA公司研制出CMOS集成電路，并研制出第一塊門陣列（50門）。

1960年，貝爾實驗室的Kahng和Atalla制備出了第一支MOS場效應晶體管(MOSFET)；1963年，任職于仙童公司的工程師F.M.Wanlass和C.T.Sah首次提出CMOS技術，由低功耗、高效率的CMOS替代了傳統的TTL（Transistor-to-Transistor Logic, 晶體管-晶體管邏輯）電路。如今，95%以上的集成電路芯片都是基于CMOS工藝，可以說沒有CMOS，就沒有之后整個集成電路的發展。

早期的CMOS元件雖然功耗比常見的TTL電路要低，但因為工作速度較慢，所以大多數應用CMOS的場合都和降低功耗、延長電池使用時間有關，例如電子表。不過經過長期的研究與改良，如今的CMOS元件無論在可集成的面積、工作速度、功耗，還是在制造的成本上看，都比當時另外一種主流的半導體制程BJT（Bipolar Junction Transistor，雙極結型晶體管）有優勢，很多在BJT無法實現或是成本太高的設計，利用CMOS皆可迎刃而解。

1966年，美國RCA公司研制出CMOS集成電路，并研制出第一塊門陣列（50門）。

1967年,A.S.Grove，C.T.Sah，E.H.Snow，B.E.Deal等合作，基本搞清了Si-SiO₂系統的四種電荷的性質，為MOS器件的應用奠定了必要的理論基礎。

CMOS集成電路因為具有功耗低、輸入阻抗高、噪聲容限高、電源電壓范圍寬、輸出電壓幅度與電源電壓接近、對稱的傳輸延遲和躍遷時間等優點，所以發展極為迅速。CMOS集成電路的問世開創了微功耗電子學的先河，為如今的大規模集成電路發展奠定了堅實基礎，具有里程碑意義。

5.1967年,DRAM（動態隨機存取存儲器）發明;1971年,全球第一款微處理器4004由Intel公司推出。

1966年，Dennard 在客廳沙發上靈感閃現，提出了DRAM 的想法。他的MOS 項目非常有希望，但相當復雜，因為每一比特的信息需要使用六個晶體。于是，他利用業余時間研究自己的新想法，并且最終找到了通過存取晶體管將電荷寫入電容，然后通過同一個晶體管讀出的替代方法。1967年，Dennard 和IBM 公司針對他的“單晶體管動態隨機存取存儲器”(DRAM) 申請了專利。DRAM的簡單性、低成本和低功耗與第一款低成本微處理器相結合，開啟了小型個人電腦的時代。

在一塊芯片上集成的元件數超過10萬個，或門電路數超過萬門的集成電路，稱為超大規模集成電路。1988年，16M DRAM問世，在1cm²大小的硅片上集成有3500萬個晶體管，標志著進入超大規模集成電路（VLSI）階段。超大規模集成電路研制成功，是微電子技術的一次飛躍，大大推動了電子技術的進步，從而帶動了軍事技術和民用技術的發展。

20世紀60年代隨著集成電路的發明和應用，一場制造輕便桌面計算器的競賽揭開了帷幕。那時，半導體產業的研究者已普遍意識到，用新的MOS技術來創建一個包含多種功能的芯片在理論上是可行的。短短幾年后，Intel公司便于1971年成功地研制出實際上第一款微處理器4004，由2300個晶體管構成了一款包括運算器、控制器在內的可編程序運算芯片。使得微處理器成為繼晶體管、集成電路后的又一重大發明。可以說，中央處理單元的發明與應用改變了整個世界的科技發展，掀起了一場新的技術革命。

Intel 4004微處理器是世界上第一款商用計算機微處理器，它是“一件劃時代的作品”。它在單片內集成了2250個晶體管，晶體管之間的距離是10μm，能夠處理4bit的數據，每秒運算6萬次，運行的頻率為108kHz，成本不到100美元。Intel公司的首席執行官戈登?摩爾將4004稱為“人類歷史上最具革新性的產品之一”。

（以下僅列出其他里程碑事件的名稱，具體內容請見本書后面的相關章節）

6.銅互聯技術發明（1977年）。

7. 浸沒式光刻技術發明（2002年）。

8. 多晶硅柵/high-k基MOS管和金屬柵/high-k基MOS管發明（1971年）。

9. 浮柵（Floating Gate）存儲器件發明（1971年）。

10. 新型RRAM存儲器件發明。