为纪念Jack Kilby 在 TI 发明了集成电路,从此永远地改变了技术世界。这一周,TI store 将提供精选工具 88 折优惠以及免费标准送货服务,有兴趣的网友可以点击阅读原文了解。
既然能用单一材料硅制作这些分立器件,就能把这些器件做在一起。基尔比立即行动起来了。当时的 TI ,已有了几种锗器件。并能把把金属蒸发在锗管的发射极和基极上,再用蚀刻技术做成接触点,然后连接起来。基尔比得到了几张这样的锗晶片,他决定用它们做两个电路。他先在锗晶片上制造出三极管,然后在纯锗晶体中少量掺杂做成电阻,最后用反向二极管做出电容,再用金线将它们连成一个Phase-Shift Oscillator。两个助手把制成的电路切割成0.12x0.4英寸大小的成品。
基尔比一共做了三个这样的电路。1958年9月12日,基尔比和助手谢泼德(M Shepherd) 给阿德考克和组里的其他同事演示了他的实验。基尔比紧张地将十伏电压接在了输入端,再将一个示波器连在了输出端,接通的一刹那,示波器上出现了频率为1.2兆赫兹,振幅为0.2伏的震荡波形。现代电子工业的第一个用单一材料制成的集成电路诞生了。一周后,基尔比用同样的方法成功地做出了一个触发电路。基尔比的电路和后来在硅晶片上实现的集成电路相比,样子非常难看。但是,它们工作的非常好。它们告诉人们,将各种电子器件集成在一个晶片上是可行的。
1959年10月,基尔比小组准备用锗设计一个新的触发电路。这次他们要从头做一个触发电路。他们做出了电阻、电容、和三极管。第一个成功的触发电路是在1959年初完成的,该电路就是1959年3月向公众发布的“固体电路”。
专利上的争分夺秒
1959年1月28日,一个让人紧张的消息传来。美国无线电公司(RCA)正准备将他们开发的集成电路上报专利局。这一消息使基尔比和 TI 的管理层大惊。他们迅速地为基尔比的发明准备好了专利申请材料。1959年2月6日,TI 的专利代理人将一份内容广泛的“微型电子线路”的专利申请递交给了美国联邦专利局。该申请材料称:“与过去的微型电子线路相比,该发明是基于全新的、完全不同于以往任何微型电子线路的理念。根据这一全新的工艺来实现微型电子线路,只需要一种半导体材料就能将所有电子器件集成起来,并且其工艺步骤是有限的,易于生产的。”
1959年3月,在美国无线电工程学院(IEEE的前身)年会上,TI 向新闻界发布了他们的革命性发明——“固体微型电子线路”。基尔比的助手谢泼德宣布:“这是 TI 开发的最有意义的技术成果,因此我们宣布集成电路在商业上是可行的。”这一消息使得RCA放弃了和 TI 争夺集成电路发明权的企图。
仙童也涉足集成电路
1959年1月底,仙童半导体(Fairchild Semiconductor)的诺伊斯也有了集成电路的想法。诺伊斯曾是肖克利公司的技术负责人,仙童半导体著名的“叛逆八人帮”领袖。他的想法基于仙童创始人霍尼(Jean Hoerni)的平面工艺(Planner Process)和硅晶片上的扩散技术。平面照相技术是在硅片上加上一层氧化硅作为绝缘层,然后,在这层绝缘氧化硅上打洞,用铝薄膜将已用硅扩散技术做好的器件连接起来。这样的话各器件之间就会有良好的电绝缘,而且绝缘氧化硅可以保护硅片上的器件。但是这一工艺只适用于硅晶体。
仙童的硅晶体集成电路
正是因为平面工艺,才使得仙童在硅晶体三极管技术领先于当时其他的半导体生产厂家。这一技术也使得仙童能够制造出小于千分之一英寸的高性能高可靠的硅晶体三极管。也使集成电路中器件间的连接成了可能。1959年1月23日,诺伊斯在他的工作笔记上写到:“将各种器件制作在同一硅晶片上,再用平面工艺将其连接起来,就能制造出多功能的电子线路。这一技术可以使电路的体积减小、重量减轻、并使成本下降。”
把器件制造在同一晶片上,基尔比和诺伊斯的想法相同,在器件的连接问题上,诺伊斯的想法领先于基尔比。这是因为仙童的霍尼此前已经发明了平面工艺,而 则没有这一关键工艺。尽管,基尔比先于诺伊斯申请了集成电路的专利,但因为有了平面工艺来连接各个器件,诺伊斯的工艺领先于基尔比的工艺。
诺伊斯对集成电路的生产工艺进行了细致深入的思考,一个月后,在诺伊斯得知 TI 的发布会后,他才向仙童的同事们宣布了自己的想法。1959年春,诺伊斯起草了集成电路的专利申请书。他事先知道 TI 已向专利局递交了申请,但不知道 TI 专利的内容,因此他在自己的专利申请中强调仙童的工艺是以平面工艺来制造集成电路的。
实际上,仙童和 TI 的集成电路的制造工艺几乎是在同时出现的。诺伊斯和基尔比都是把当时已有的分立的工艺过程,为了同一目的连起来使用。其中大多数技术是贝尔实验室开发的。后来诺伊斯说:“即使我们没有这些想法,即使集成电路制造工艺专利不在仙童出现,那也一定会在别的地方出现,即使不再五十年代末出现,那也会在后来的某一个时间出现这一发明。只要晶体管制造工艺发展到一定程度,集成电路制造工艺的想法就会出现、这一技术就会被人发明。”
当时对集成电路的看法
当时对集成电路有三种反对意见:首先,集成电路的需求和产量都太小,无法获利,当时只有10%的晶体管厂家能在晶体管生产上获利;第二,集成电路并没有充分利用材料特性,比如半导体就不是最好的电阻材料;第三,很多人觉得晶体管这么好的器件不应和其他器件在一种材料上混用。这些都有一定道理。还有很多在大公司工作的人认为半导体集成电路的成功将导致很多电路设计工程师失业。不过,集成电路成功后,电路设计工程师不但没有失业,需求反而大大增加了,只是他们的工作性质稍有不同。
转折点来自军工产业。两个巨大的军工工程计划——阿波罗登月计划(Apollo Project)和“民兵”(Minuteman )导弹开发计划,大大促进了集成电路的发展。阿德考克和 TI 非常支持集成电路的开发。TI 宣布了它们的比火柴头还小的器件,并和空军分担研究费用。因为该器件能用在“民兵”导弹上的小型计算机中。
1964年,只有几家最先进的公司在生产集成电路,他们试图推广集成电路的应用。但很快集成电路就成了业界主流。集成电路取代了晶体管,为开发各种功能的电子产品铺平了道路,并且大幅降低了成本,第三代电子器件从此登上舞台。集成电路也使微处理器的出现成为可能,计算机终于有机会走进千千万万普通人家了。
不久,TI 董事长让基尔比在三个难度很大的项目中选一个。基尔比选择了开发小型计算器。他领导一个三人小组,在1971年完成了该项目。该计算器重2.5磅,售价$200元,是当时的台式计算器售价的五分之一。几年后,世界上的计算器的年销售量就到了几亿个了。
功勋基尔的荣誉
基尔比在 TI 干了十二年,最后担任的两个职务是 VP 助理和技术总监。1970年,基尔比离开了 TI,成为一名独立发明家和顾问。1970年代的能源危机来袭时,基尔比发明了一种用硅制造的放在屋顶上的太阳能装置。TI 买下了该专利。因为石油在世界范围内的降价,TI 放弃了该项目的生产。
1978年~1984年德克萨斯农工大学(Texas A & M University)的电机工程系特聘基尔比为教授。
基尔比的妻子于1981年去世。此后,他说他开始孤独地思考、阅读,阅读、思考。基尔比很多年来一直不用计算机和计算器,他坚持用计算尺。他拒绝带数字电子表,一直带着传统手表。
基尔比一直认为他是一个解决问题的工程师,对他来说解决问题远比挣钱重要。他从来没很富有,他在 TI 的工作给了他非常舒适的生活,也能让他做他喜欢做的事。他曾有过一辆奔驰车,他把它一直开到十万多英里,然后留在车库里做备用车。他说,他对钱能做的事,缺乏想象力。
基尔比获得了无数的荣誉:国家科学奖、国家技术奖、美国国家工程学院奖章。基尔比还拥有六十多个专利。2000年,集成电路问世42年后,基尔比因“为信息时代奠定了基础,”获诺贝尔物理学奖。他在获奖感言中提到,要是诺伊斯还活着的话,肯定会和他分享诺贝尔奖。