集成电路发明背后的故事

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1958年， 贝尔实验室经过11年的试验，彻底改造了晶体管，很显然半导体只有在体积大幅缩小的情况下才能征服电子市场。不同部件依然依靠手工焊接到电路，因此不太可能取得太大的进步，但通常情况下，解决方案总是会在需要的时候出现。

同年7月，德州仪器公司的杰克•S•基尔比（Jack S. Kilby）提出了一个单片电路的想法。他在专利申请中将其描述为“一种由半导体材料制成的新型微型电子电路，它包含一个扩散式p-n结，电子电路的所有元件都被完全集成到半导体材料的主体中”。基尔比强调：“这种方式制成的电路，其复杂性和结构都没有限制。

这是一个堪称完美的想法，但是正如基尔比在1959年2月的专利申请中所描述的那样，它是无法实施的，因为电线连接会在晶圆表面上拱起。基尔比知道这个办法行不通，因此他补充了一篇关于使用其他方式进行连接的注释。比如，他提到了黄金会在晶圆片表面的氧化硅薄层上沉积。

他有所不知的是，几个月后，在1959年1月，仙童半导体公司的研究负责人罗伯特•诺伊斯（Robert Noyce）在其实验室笔记中也简略记述了一个相同想法的改进版。诺伊斯写道：“最理想的方法是把多个元件连接在同一个硅片上，使不同元件之间的互联作为制造过程的一部分，从而减小尺寸、减轻重量等，并降低每个有源元件的成本。”此外，该图纸以及诺伊斯1959年7月的专利申请中都不含张力线；相反，它清楚地描述了平面晶体管，并且“真空沉积形式的导线或其他方式形成的金属条遍布并贴附在绝缘氧化层上，无须缩短接头就可以在半导体主体不同区域内和区域间形成电子连接”。

诺伊斯的专利在1961年4月获得审批，基尔比则在1964年7月获得专利权。由此所引发的诉讼一路到达美国联邦最高法院，1970年最高法院拒绝审理此案，支持下级法院对诺伊斯优先权的裁决。这一裁决没有任何实际意义，因为在1966年，上述两家公司已经就生产许可证共享达成协议，而集成电路的起源也成为了并行独立发明的一个杰出案例。由于基本概念想法相同，两位发明者均获得了美国国家科学奖，并入选发明家名人堂。诺伊斯享年62岁，而基尔比在82岁时获得了2000年的诺贝尔物理学奖，5年后去世。

德州仪器公司将这项新设计称为微逻辑元件，人们选择用它们来控制洲际弹道导弹，帮助人类登陆月球。

随之而来的进展就是至今不朽的摩尔定律，这已经成为我们这个时代的决定性发展之一。到1971年，基本集成电路已十分成熟，演变成为拥有数千个元件的简单微处理器，从20世纪80年代中期开始，又发展出各类设计，降低了个人计算的价格。到2003年，处理器元件总数量已经超过1亿，到2015年可扩充处理器架构体系（SPARC）集成的晶体管数量已达100亿。这意味着自1965年以来，晶体管的集成数量累计增长了约8个数量级，平均每年增长约37%，特定区域的组件数量平均每两年就会翻一番。今天，你可以在0.27平方微米的区域内安装一个六晶体管的静态随机存储器（SRAM）单元。正如理查德•费曼那句名言所说：“底部仍存在很大空间。”

在全球范围内，半导体行业每年的销售额约为350亿美元，大约折合700万平方米的硅片，可以铺满整个直布罗陀海峡。 ​​​​​​​