半導體的發(fā)展與歷史

1、.：.；半導體的歷史 2.1 The life before semiconductor 在沒有半導體的存在之前,我們的生活會是如何的呢? 這些非常微小的集成電路芯片雖然在我們日常生活中不易被我們發(fā)現,不過他們很明確的隱藏在我們的生活周遭: 幾乎一切我們運用的電子相關產品,計算機相關組件里都有這些半導體的存在。所以假設我們生活中短少了這些小東西，可以說是非常的不方便，經濟開展也一定遭到影響。 在1950年代貝爾實驗室研討開展出最原始的半導體之前當時的電子設備好像：收音機或是一些影像相關的電子儀器都是運用一種叫做真空管的零件在控制系統(tǒng)中的電子.這些運用真空管的電子儀器成為了日后在地二次世界大戰(zhàn)中

2、扮演了極重要的角色的雷達、微波以及導航系統(tǒng)的基石，也完全改動了歷史的開展。.真空管也被運用在早期的計算機之中，而且就算到了最近半導體高度開展的社會之中，真空管還使有備運用在電視還high power radio frequency transmitters之中。 2.2 Innovation begins 在第二次世界大戰(zhàn)剛終了不久的1947年三位貝爾實驗室的科學家的研討使得世界上第一個bipolar transistors 問世, 帶著了人類邁向電子儀器還有產品的新紀元。 這三位科學家分別是: Jack S.Kilby, William Shockley and Robert Noyce.

3、Jack S.Kilby 生于1923年于美國Kansas洲,他的父親是一位amateur radio operator 也由于他父親的任務性質使得年輕的jack 對于電子相關的領域產生了濃重的興趣. 之后隨著他的興趣開展，他就讀于University of Illinois并且在1947年畢業(yè),之后在1958年進入了德州儀器任務。當他在德州儀器就義的期間他處理了一個叫做 “tyranny of numbers的問題， 他利用一小塊germanium 并在接上示波器, 按了一個開關,結果示波器上面顯示了延續(xù)的sin的波, 這證明了他的集成電路是確真實運作的，也同時表示他處理了這個問題。 他的第

4、一項專利是“Solid Circuit made of Germanium。順代一題眾所皆知的可攜帶式的電子計算器還有thermal printer都是他60幾項的專利之一。. 在1970到1980年代中葉 Jack 在Texas A&M University的電機工程系教書,。不久之后他就分開了德州儀器. 他在2000年的時候榮獲了科學界最高的光彩-諾貝爾對于他所發(fā)明的集成電路。五年之后這位偉大的科學家由于癌正而逝世于2005年。 William Shockley 生于1910年的倫敦，他雖然在英國出生可是他的父母都是美國人，之后他大部分的童年都在美國California渡過; 他在1936

5、年在麻省理工學院獲得了他的博士學位。 在他獲得了博士學位之后他就近入了貝爾實驗室任務，可是到了第二次世界大戰(zhàn)期間他必續(xù)介入Radio相關的研討而分開了貝爾實驗室到了 Columbia Universitys Anti-Submarine Warfare Operations Group, 他到了Columbia University 的主要目的是為了改良一些針對潛水挺的相關戰(zhàn)略的技術，例如: improved convoying techniques and optimizing depth charge patterns.當第二次世界大戰(zhàn)過后Shockley回到了貝爾實驗室?guī)е艘粋€新組成的

6、團隊: solid state physics group，這個團隊的主要目的是要尋覓可以替代易碎的真空管訊號加強器的固態(tài)替代品。經過了長久的努力與無數次的實驗、嘗試與失敗， Shockley最后的建議是要放一小滴的 gu 在P-N junction上. 之后在1947年的十二月以之前的建議為根底發(fā)明出了同樣可以和真空管一樣到達訊號放大的效果的point-contact transistor。Shockley發(fā)表此一發(fā)明之后的一個月，貝爾實驗室的專利組開場為這項創(chuàng)新的發(fā)現懇求專利。 最后Shockley得到了本人運營獨立的公司的時機，他說創(chuàng)建的公司為：Shockley Semiconducto

7、r laboratory ; 雖然最后由于他的運營管理方式不恰當而宣告失敗，但是他對于半導體產業(yè)的奉獻是無法忽略的。在1959年的時候Shockley與兩位他之前的同事Bardeen and Brattain 共同獲得了諾貝爾物理獎. Shockley的晚年只需是在Stanford university教書，之后在1989年死于prostate cancer。 Robert Noyce -同時也被稱作“the Mayor of Silicon Valley “他出生于1927年的 Burlington之后在麻省理工學院獲得了物理的博士學位. 一開場他參與了Shockley的公司Shockley

8、 Semiconductor laboratory 的研討團隊可是最后與稱作“traitorous eight (including: Julius Blank, Victor Grinich, Jean Hoerni, Eugene Kleiner, Jay Last, Gordon Moore, Robert Noyce, Sheldon Roberts) 的八位科學家離一同分開了Shockley Semiconductor laboratory。這八位科學家想要分開 Shockley由于他們于法認同他的運營管理方式，最主要的是無法贊同他對于研討該如何開展的態(tài)度，Shockley 會單純以

9、他心中的等待去引導研討進展的方向而不是讓客觀時實驗結果與實驗現實來推進研討的方向。一開場這八位科學家本來想要找人來取代Shockley的位置，可是并沒有如他們所期望的勝利; 所以他們最后決議與Fairchild Camera and Instrument Corporation 簽署研討合約也就創(chuàng)建了Fairchild 的子公司Fairchild Semiconductor. Fairchild semiconductor日后成為了半導體產業(yè)中最重要的公司之一，對于半導體產業(yè)也呵斥的極大的沖擊; 另外一間影響艱苦的半導體公司為德州儀器. Noyce在Fairchild的期間，他們發(fā)明了集成電路

10、IC(由許多晶體管刻蝕在同一片硅晶圓上)。在1968年Nayce 分開了Fairchild semiconductor并且和同事Gordon E. Moore 共同組成了日后對于計算機產業(yè)影響最大的Intel， 當Noyce 在Intel時，他看出了當時Ted Hoffs對于微處置器的發(fā)明與發(fā)現所具有的潛力。. Noyce親眼看見Shockley的失敗,也學到了要如何使一個企業(yè)順利的運作與開展。他會給予他年輕的出色職員充分的開展空間與氣氛，給予他們自在開展的時機。Noyce的運營管理方式對于當時的硅谷任務方式呵斥很大的影響。 為了留念Noyce對于版到體的奉獻，Intel總部的大樓以他的光彩命

11、名：The Robert Noyce Building.。Noyce 由于他對于硅集成電路的奉獻在1978年獲得了“the IEEE Medal of Honor in 之后他在1990病逝。 上的公功用。之后由他的兩位同事Bardeen and Brattain改良;他們發(fā)現電子會在晶體外表構成一個障壁，這個障壁很有能夠就是Shockley的模型無法運作的主要緣由。 他們運用一條一條的金薄片纏在一塊三角形的塑料片 再死一三角形的塑料片與germanium接觸,這個實驗相當勝利，這也是最原始的point-contact transistor.之后Shockley利用了他們的實驗結果為雛型，努力

12、的研發(fā)了兩年左右，發(fā)明出了比較適用、比較好制造的junction transistor 。雖然Shockley自行研發(fā)的舉動呵斥了他們團隊的解散，但也同時帶著了半導體產業(yè)進入一個新的世代。相對于今日高度開展的半導體產業(yè)，1950年代所制造的半導體可以到達的效能相當有限。.呵斥這項限制的主要緣由是早期的germanium transistor所能接受的電流相當低。 很挖苦的，那個時代推進半導體產業(yè)開展的卻是第二次世界大戰(zhàn)，美國政府對于半導體產業(yè)相當感興趣， 主要是希望可以尋覓到可以協助 戰(zhàn)爭的科技,之后國家政府全力支持辦導體的開展; 有文獻紀錄的最早為了軍事大量消費半導體的方案是1956年的“P

13、olaris missile program由美國海軍資助。這項方案的主要目的是研發(fā)可以安裝在飛彈朱的自動導航系統(tǒng)，自動導航計算機是在MIT Instrumentation Laboratory進展研發(fā)當時用量最高的半導體是由德州儀器所提供的R212型號半導體 之后在1950年代中葉硅的單晶體被制造出來，使得Ge的運用漸漸地被硅取代。Ge的氧化物會容于水，使得要維護Ge半導體的外表更為困難，同時也有能夠呵斥系統(tǒng)漏電。.另外一方面硅的氧化物 S 相對來說穩(wěn)定了許多，它不溶于水而且也是絕緣體。在1959年德州儀器開場商業(yè)化的消費。硅晶體管的制造方式為：將熔融形狀含有雜質的硅長成硅晶體再切割成為長方

14、形的。 隨著集成電路的發(fā)明, planar technology不久之后也由于瑞士的物理學家 Jean Hoerni 開展出由硅組成的n和p junction 的構造.在junction之間有一層薄薄的 S 當作絕緣體。在S 層上面有可以銜接junction的洞。接下來使金屬揮發(fā)覆蓋到硅junction上，可以調整不同的規(guī)律并且利用S 上的洞和相銜接構成復雜的電路。planer technology 是今日許多復雜電路的根底。 1960年代開場有硅芯片(wafers)的出現。1970 Intel開場將微處置器的觀念漸漸的實現. Intel 開展出一種稱為 “silicon gate proce

15、ss 使得他們可以消費更為復雜的電路。 1980到1990年代個人計算機的觀念開場風行。 主要的緣由是由于Intel 所研發(fā)的 Pentium 處置器. 到了1990年代中葉發(fā)光二極管勝利的研發(fā)出來。.直到最近2000年代，我們生活在以硅晶體為根底的世界，同時看著硅晶體科技繼續(xù)的快速開展。 HYPERLINK elecfans/article/102/103/2021/2021030627512.html elecfans/article/102/103/2021/2021030627512.html半導體的發(fā)現實踐上可以追溯到很久以前， 1833年，英國巴拉迪最先發(fā)現硫化銀的電阻隨著溫度的變

16、化情況不同于普通金屬，普通情況下，金屬的電阻隨溫度升高而添加，但巴拉迪發(fā)現硫化銀資料的電阻是隨著溫度的上升而降低。這是半導表達象的初次發(fā)現。不久， 1839年法國的貝克萊爾發(fā)現半導體和電解質接觸構成的結，在光照下會產生一個電壓，這就是后來人們熟知的光生伏特效應，這是被發(fā)現的半導體的第二個特征。 在1874年，德國的布勞恩察看到某些硫化物的電導與所加電場的方向有關，即它的導電有方向性，在它兩端加一個正向電壓，它是導通的；假設把電壓極性反過來，它就不導電，這就是半導體的整流效應，也是半導體所特有的第三種特性。同年，舒斯特又發(fā)現了銅與氧化銅的整流效應。1873年，英國的史密斯發(fā)現硒晶體資料在光照下電

17、導添加的光電導效應，這是半導體又一個特有的性質。 半導體的這四個效應，(jianxia霍爾效應的余績四個伴生效應的發(fā)現)雖在1880年以前就先后被發(fā)現了，但半導體這個名詞大約到1911年才被考尼白格和維斯初次運用。而總結出半導體的這四個特性不斷到1947年12月才由貝爾實驗室完成。很多人會疑問，為什么半導體被認可需求這么多年呢？主要緣由是當時的資料不純。沒有好的資料，很多與資料相關的問題就難以說清楚。半導體于室溫時電導率約在101010000/cm之間，純真的半導體溫度升高時電導率按指數上升。半導體資料有很多種，按化學成分可分為元素半導體和化合物半導體兩大類。除上述晶態(tài)半導體外，還有非晶態(tài)的有

18、機物半導體等和本征半導體。semi.ac/kxcb/kpwz/202106/t20210619_2286784.html1947年12月23日第一塊晶體管在貝爾實驗室誕生，從此人類步入了飛速開展的電子時代。在晶體管技術日新月異的60年里，有太多的技術發(fā)明與突破，也有太多為之作出重要奉獻的人，更有半導體產業(yè)分分合合、聚聚散散的恩怨情仇，當然其中還記載了眾多半導體公司的浮浮沉沉。John Bardeen(左)，William Shockley(坐)和Walter Brattain共同發(fā)明了晶體管1959年初次將集成電路技術推向商用化的飛兆半導體公司，也是曾經孵化出包括英特爾、AMD、美國國家半導體

19、、LSI Logic、VLSI Technology、Intersil、Altera和Xilinx等等業(yè)界眾多巨擘的飛兆半導體，如今已成為專注于功率和能效的公司；曾經在上世紀80年代中延續(xù)多年位居半導體產業(yè)榜首的NEC，在90年代中跌出前10后，再也沒有東山再起；更有與發(fā)明第一塊晶體管的貝爾實驗室有著直系血緣的杰爾(Agere)，經過多次變賣，被“四分五裂找不到蹤跡。世上沒有常勝的將軍。曾經的呼風喚雨，并不代表能成為永久的霸主。當我們用歷史的眼觀來看今天的半導體產業(yè)，我們有什么啟示呢？全球半導體產業(yè)正在東移，以臺積電為首的晶圓代工將成為全球半導體工藝與產能雙雙領先的公司；傳統(tǒng)的IDM廠商都向輕

20、資廠轉變，65nm已鮮有IDM跟蹤，至45nm時除了memory廠商外，僅剩英特爾一家了；AMD在2021年將芯片制造部分剝離出來也闡明了這一點。私募基金正在加速半導體業(yè)的整合，未來每個產業(yè)僅有前五名是可以生存的；PC在主導半導體產業(yè)10多年后，正讓位于消費電子，英特爾還能守住霸主位置多久？以臺灣聯發(fā)科為代表的新一代IC公司的崛起，使得眾多歐美大廠不再隨便放棄低利潤行業(yè)，未來的半導體產業(yè)會逐漸成為一個成熟的產業(yè)，一個微利的產業(yè)?；叵脒^去60年，哪些人是我們必需記住的？哪些艱苦事件對業(yè)界影響最大？john27.spaces.eaw/articles/article/item/17501947年，

21、美國貝爾實驗室發(fā)明了半導體點接觸式晶體管，從而開創(chuàng)了人類的硅文明時代。 1956年，我國提出“向科學進軍，根據國外開展電子器件的進程，提出了中國也要研討半導體科學，把半導體技術列為國家四大緊急措施之一。中國科學院運用物理所首先舉行了半導體器件短期培訓班。請回國的半導體專家黃昆、吳錫九、黃敞、林蘭英、王守武、成眾志等講授半導體實際、晶體控制造技術和半導體線路。在五所大學北京大學、復旦大學、吉林大學、廈門大學和南京大學結合在北京大學興辦了半導體物理專業(yè)，共同培育第一批半導體人才。培育出了第一批著名的教授：北京大學的黃昆、復旦大學的謝希德、吉林大學的高鼎三。1957年畢業(yè)的第一批研討生中有中國科學院

22、院士王陽元北京大學微電子所所長、工程院院士許居衍華晶集團中央研討院院長和電子工業(yè)部總工程師俞忠鈺北方華虹設計公司董事長。 1957年，北京電子管廠經過復原氧化鍺，拉出了鍺單晶。中國科學院運用物理研討所和二機部十局第十一所開發(fā)鍺晶體管。當年，中國相繼研制出鍺點接觸二極管和三極管即晶體管。 1958年，美國德州儀器公司和仙童公司各自研制發(fā)明了半導體集成電路IC之后，開展極為迅猛，從SSI小規(guī)模集成電路起步，經過MSI中規(guī)模集成電路，開展到LSI大規(guī)模集成電路，然后開展到如今的VLSI超大規(guī)模集成電路及最近的ULSI特大規(guī)模集成電路，甚至開展到未來的GSI甚大規(guī)模集成電路，屆時單片集成電路集成度將超越10億個元件。 1959年，天津拉制出硅Si單晶。 1960年，中科院在北京建立半導體研討所，同年在河北建立工業(yè)性專業(yè)化研討所第十三所河北半導體研討所。