? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 前沿科技?芯片起源：全球半導(dǎo)體發(fā)展歷史

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?2022-05-21? ?青野云麓

什么是半導(dǎo)體？

半導(dǎo)體是導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體中間的一類物質(zhì)。與導(dǎo)體和絕緣體相比，半導(dǎo)體材料的發(fā)現(xiàn)是最晚的，直到20世紀(jì)30年代，當(dāng)材料的提純技術(shù)改進(jìn)以后，半導(dǎo)體的存在才真正被學(xué)術(shù)界認(rèn)可。半導(dǎo)體主要由四個(gè)組成部分組成：集成電路，光電器件，分立器件，傳感器，由于集成電路又占了器件80%以上的份額，因此通常將半導(dǎo)體和集成電路等價(jià)。集成電路按照產(chǎn)品種類又主要分為四大類：微處理器，存儲(chǔ)器，邏輯器件，模擬器件。通常我們統(tǒng)稱他們?yōu)樾酒?/span>

提起芯片，很多人可能見過，就是一塊黑色類似于小盒子的東西，它是由晶體管組成的。什么是晶體管呢？嚴(yán)格意義上講，晶體管泛指一切以半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)的單一元件，包括各種半導(dǎo)體材料制成的二極管、三極管、場(chǎng)效應(yīng)管、可控硅等。晶體管有時(shí)多指晶體三極管。所以我們可以知道：由半導(dǎo)體材料制造出了晶體管，由晶體管組成了芯片。

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晶體管的誕生

晶體管的發(fā)明，最早可以追溯到1929年，當(dāng)時(shí)工程師利蓮費(fèi)爾德就已經(jīng)取得一種晶體管的專利。但是，限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平，制造晶體管的材料達(dá)不到足夠的純度，而使其無法制造出來。1947年12月，美國貝爾實(shí)驗(yàn)室的肖克利、巴丁和布拉頓組成的研究小組，研制出一種點(diǎn)接觸型的鍺晶體管。1956年，肖克利、巴丁、布拉頓三人，因發(fā)明晶體管同時(shí)榮獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。肖克利也被譽(yù)為晶體管之父。芯片有如此強(qiáng)大的功能，為什么晶體管可以勝任呢？我們知道，對(duì)于數(shù)字電路來講，邏輯是其精髓所在，所有的功能歸根結(jié)底，都可以說是邏輯功能。而邏輯的基本構(gòu)成元素是邏輯0和邏輯1。而晶體管恰好具備這種功能--通過電信號(hào)來控制自身開合，以開關(guān)的斷開和閉合來代表0和1。

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被譽(yù)為“晶體管之父”的肖克利，出生于倫敦，三歲時(shí)隨父母漂洋過海來到加州。受父母對(duì)他科學(xué)思想的灌輸，考入MIT，隨后獲得固體物理學(xué)博士，留校任教。后來，被位于新澤西州的貝爾實(shí)驗(yàn)室副主任凱利來麻省“挖墻角”，將肖克利挖走了。當(dāng)晶體管發(fā)明成功后，肖克利并不滿足，他依然進(jìn)行著不斷地嘗試，希望發(fā)明性能更好的晶體管，并將其商品化。與此同時(shí)，高純硅的工業(yè)提煉技術(shù)已成熟，用硅晶片生產(chǎn)的晶體管收音機(jī)也問世。在貝爾實(shí)驗(yàn)室工作的肖克利坐不住了，他看到了未來的商機(jī)，而現(xiàn)在只能看著貝爾實(shí)驗(yàn)室拿他的發(fā)明賺錢，并且晶體管的性能不穩(wěn)定，有損個(gè)人聲譽(yù)。最后，矛盾爆發(fā)了!當(dāng)然最終還是因?yàn)槔妗９韫日Q生1955年，肖克利回到了自己的家鄉(xiāng)圣克拉拉（Santa Clara）谷，并得到了貝克曼的支持，創(chuàng)辦了自己的公司。圣克拉拉位于舊金山灣區(qū)南部，與圣何塞（San Jose）、森尼韋爾（Sunnyvale）。地理位置優(yōu)越環(huán)境優(yōu)美；氣候清新宜人；交通便利。從此，這一片狹長的山谷舉世聞名。

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肖克利在創(chuàng)辦了自己的公司后，依靠自身的威望，很快招到了一批學(xué)識(shí)淵博，技術(shù)過硬的人才。此時(shí)，我們仿佛看到一家半導(dǎo)體商業(yè)巨頭正要崛起，屹立于世界之巔，但是，總有意外發(fā)生。硅谷八叛將肖克利雖然是一個(gè)聰明絕頂?shù)奶觳?，但卻不是一個(gè)好的管理者。在公司發(fā)展方向上，幾乎由他一人掌控，專橫獨(dú)裁，而且他不知道自身的缺陷，也不接受同事的合理化建議，最終導(dǎo)致公司在很長一段時(shí)間里都沒有產(chǎn)品做出來。在同事關(guān)系上，他忽略了最重要的兩點(diǎn)--尊重與信任，肖克利通過各種辦法，牢牢的將技術(shù)專利掌握在自己的手中，這種自私自利的管理方式，終將會(huì)讓公司走向沒落。1957年9月18日，以諾伊斯為首的八位年輕人憤然提出離職，肖克利得知后勃然大怒，罵其曰“八叛逆”（Traitorous Eig）

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傳奇的仙童

很快，這八個(gè)人就拿到了一筆風(fēng)險(xiǎn)投資，投資人是具有遠(yuǎn)見卓識(shí)的謝爾曼?菲爾柴爾德，成立了仙童半導(dǎo)體（Fairchild），公司便是以投資人命名。公司由謝爾曼?菲爾柴爾德控股，管理人為諾伊斯。在新型的管理模式下，仙童半導(dǎo)體快速發(fā)展，不到半年的時(shí)間里就已經(jīng)開始盈利。與此同時(shí)，仙童的兩項(xiàng)發(fā)名專利，更使其立于世界的半導(dǎo)體之巔。其一是平面工藝--一種制造半導(dǎo)體電路的工藝方法，發(fā)明人為約翰?霍爾尼（Jean Hoerni）。另一個(gè)發(fā)明專利便是集成電路。顧名思義，集成電路就是用一定的工藝，把一個(gè)電路中所需的晶體管、電阻、電容和電感等元件及布線互連一起，制作在一小塊或幾小塊半導(dǎo)體晶片或介質(zhì)基片上。1958-1959年，來自仙童的羅伯特?諾伊斯（Robert Noyce）發(fā)明了硅集成電路。事實(shí)上，在早些時(shí)候，來自德州儀器的杰克?基爾比（Jack Kilby）發(fā)明了鍺集成電路。由于兩人在同一年獨(dú)立且不知情的情況下分別發(fā)明了集成電路，所以兩人共享集成電路發(fā)明者的榮譽(yù)。現(xiàn)在，在我們眼里看來，把多個(gè)電路集成到一起而減少面積是個(gè)自然而然的事情，然后這個(gè)簡(jiǎn)單的想法，卻改變了我們的世界。很多偉大的發(fā)明，往往源自一個(gè)很簡(jiǎn)單的想法。也許，即使沒有這兩位，依然有人會(huì)想到這個(gè)點(diǎn)子，但是歷史只會(huì)記住最先吃螃蟹的人。此時(shí)的仙童半導(dǎo)體公司風(fēng)光無限，而半導(dǎo)體行業(yè)在那時(shí)宛若一個(gè)巨大的金礦，任憑仙童肆意挖掘。而仙童的股權(quán)大部分都在投資人謝爾曼 菲爾柴爾德的手里，與此同時(shí)，仙童半導(dǎo)體公司的利潤被不斷轉(zhuǎn)移到東海岸，去支持Fairchild攝影器材公司，此時(shí)仙童的員工開始坐不住了，開始了新一輪的離職創(chuàng)業(yè)潮。

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1968年，諾依斯（N. Noyce）和摩爾（R.Moore）從仙童離職后創(chuàng)辦了我們所熟知的英特爾（Intel），這里的摩爾就是我們所熟知的摩爾定律的提出者。1969年，杰里?桑德斯（J. Sanders）當(dāng)時(shí)在仙童擔(dān)任銷售部的主任，帶著7位仙童員工創(chuàng)辦AMD。還有許多我們所熟知的公司，比如美國國家半導(dǎo)體（現(xiàn)已被TI收購），Altera（現(xiàn)已被英特爾收購）等的創(chuàng)始人都出自仙童半導(dǎo)體公司。正如江湖流傳的蘋果公司喬布斯形象比喻的那樣：“仙童半導(dǎo)體公司就像個(gè)成熟了的蒲公英，你一吹它，這種創(chuàng)業(yè)精神的種子就隨風(fēng)四處飄揚(yáng)了?！彪S后，英特爾， TI，三星等巨頭開始在世界的舞臺(tái)大放異彩。

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日、韓、臺(tái)灣半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展迅速

集成電路產(chǎn)品，從發(fā)展至今六十余年，主要集中在美國、歐洲、日本、韓國和臺(tái)灣。

日本

20世紀(jì)60年代中期，日本開始發(fā)展半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，不斷從美國引進(jìn)技術(shù)；日本政府還要求日本電氣公司（NEC）將取得的技術(shù)和國內(nèi)其它廠商分享。隨后，NEC、三菱、京都電氣都積極投入半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展。

由于日本在引進(jìn)階段特別注意消化吸收國外的精華，其產(chǎn)業(yè)緊隨美國之后，成為世界第二半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)大國。東芝、日立公司、富士通也加入其中。1976至1979年，在政府引導(dǎo)下，日本開啟超大規(guī)模集成電路的共同組合技術(shù)創(chuàng)新行動(dòng)項(xiàng)目（VLSI），投資720億日元，用于進(jìn)行半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)核心共性技術(shù)的突破。

到80年代，日本在半導(dǎo)體記憶體方面已經(jīng)取得了技術(shù)領(lǐng)先，又加上大規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)、低價(jià)促銷的競(jìng)爭(zhēng)戰(zhàn)略，迅速取代美國成為半導(dǎo)體記憶體主要供應(yīng)國。到1989年，日本芯片在全球的市場(chǎng)占有率達(dá)53%，美國僅37%，歐洲占12%，韓國1%，其它地區(qū)1%。

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韓國

韓國是從1978年才開始發(fā)展半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。當(dāng)時(shí)韓國電子技術(shù)研究所（KIET）從美國購買3英寸晶圓生產(chǎn)線，次年投產(chǎn)。三星創(chuàng)始人李秉喆在70年代就注意到芯片產(chǎn)業(yè)“點(diǎn)石成金”的優(yōu)勢(shì)，并下決心投入巨資。

80年代起，韓國政府調(diào)整政策，吸收在歐美發(fā)達(dá)國家學(xué)習(xí)這方面技術(shù)的韓國學(xué)子回國，并不斷引進(jìn)國際先進(jìn)技術(shù)，韓國集成電路得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展。韓國的大財(cái)團(tuán)也積極加入其中，引發(fā)許多上下游企業(yè)共同發(fā)展。

1983年，三星首個(gè)芯片工廠在京畿道器興地區(qū)落成；僅時(shí)隔10年，三星的量產(chǎn)芯片市場(chǎng)份額直逼日本。21世紀(jì)，韓國政府仍舊不斷投資此產(chǎn)業(yè)，培養(yǎng)芯片產(chǎn)業(yè)人才；并且將防止半導(dǎo)體技術(shù)的泄露、逮捕產(chǎn)業(yè)間諜、維護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)，作為韓國情報(bào)機(jī)構(gòu)近年來最重要的任務(wù)之一。

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臺(tái)灣

1966年12月，美國通用儀器（GI）在臺(tái)灣高雄設(shè)廠，從事晶體管裝配，拉開了臺(tái)灣電子代工業(yè)序幕。20世紀(jì)70年代，臺(tái)灣電子研究院電子所成立，并在世界范圍內(nèi)招攬集成電路專家。

1975年，臺(tái)灣政府耗資4.89億元新臺(tái)幣，向美國無線電公司（RCA）購買3英寸晶圓生產(chǎn)線。同時(shí)，臺(tái)灣政府派出40多名留學(xué)人員到美國無線電公司進(jìn)行培訓(xùn)。1977年10月29日，臺(tái)灣工業(yè)技術(shù)研究院的3英寸晶圓中試生產(chǎn)線落成，比韓國早1年。

1980年，臺(tái)灣聯(lián)華電子建立4英寸晶圓廠。1987年，臺(tái)積電純晶圓代工廠成立。1989年，臺(tái)灣宏碁電腦與美國德州儀器合資，在新竹園區(qū)建設(shè)6英寸晶圓廠，成為臺(tái)灣第一家專業(yè)DRAM生產(chǎn)廠。（本文綜合自溫戈、百度）