集成電路(芯片)技術(shù)自1958年誕生以來,已有63年的發(fā)展歷史。在今天的信息化社會中,芯片無疑是最重要的基礎(chǔ)支撐。近年來,芯片核心技術(shù)已成為美國維護科技霸權(quán),圍堵打壓他國的利器。人們都想知道,芯片技術(shù)是如何由開始的原始和不成熟,一步一步發(fā)展成為今天高科技皇冠上的技術(shù)明珠。本文將以照片和圖示為主,以文字為輔,說說芯片技術(shù)60多年的發(fā)展史。
1.半導體發(fā)現(xiàn)和研究(1833~1947年,持續(xù)114年)
1833年,英國科學家邁克爾.法拉第(michael faraday)在測試硫化銀(ag2s)特性時,發(fā)現(xiàn)硫化銀的電阻隨著溫度的上升而降低的特異現(xiàn)象,被稱為電阻效應(yīng),這是人類發(fā)現(xiàn)的半導體的第一個特征。
1839年,法國科學家埃德蒙.貝克雷爾(edmond becquerel)發(fā)現(xiàn)半導體和電解質(zhì)接觸形成的結(jié),在光照下會產(chǎn)生一個電壓,這就是后來人們熟知的光生伏特效應(yīng),簡稱光伏效應(yīng)。這是人類發(fā)現(xiàn)的半導體的第二個特征。
1873年,英國的威洛比.史密斯(willoughby smith)發(fā)現(xiàn)硒(se)晶體材料在光照下電導增加的光電導效應(yīng),這是人類發(fā)現(xiàn)的半導體的第三個特征。
1874年,德國物理學家費迪南德.布勞恩(ferdinand braun)觀察到某些硫化物的電導與所加電場的方向有關(guān)。在它兩端加一個正向電壓,它是導通的;如果把電壓極性反過來,它就不導電,這就是半導體的整流效應(yīng),
這是人類發(fā)現(xiàn)的半導體的第四個特征。同年,出生在德國的英國物理學家亞瑟.舒斯特(arthur schuster)又發(fā)現(xiàn)了銅(cu)與氧化銅(cuo)的整流效應(yīng)。
芯片又被稱為集成電路、微電路,手機芯片是其中一個重要分支,當下大家使用的智能手機上的所有功能都依靠手機芯片完成,沒有芯片的手機甚至還不如一塊磚頭,可見,手機極其依賴芯片,芯片技術(shù)直接影響著移動通信未來的發(fā)展。
1960年,光刻工藝是首次應(yīng)用在芯片制造中的嗎?這是一個重要問題,需要本文重點討論。我的公眾號【芯論語】的另一篇文章“光刻如何一步一步變成了芯片制造的卡脖子技術(shù)?”指出,光刻工藝是芯片制造的靈魂技術(shù)。正是光刻工藝的出現(xiàn),才使得硅器件制造進入到了平面加工技術(shù)時代,才有大規(guī)模集成電路和微電子學飛速發(fā)展的今天。
1966年,美國rca公司研制出cmos集成電路和第一塊50門的門陣列芯片。
1967年,美國應(yīng)用材料公司(appliedmaterials)成立,現(xiàn)已成為全球最大的半導體設(shè)備制造公司。2020財年全年營收172億美元,研發(fā)投入達22億美元,全球擁有24000名員工,擁有14300個專利。業(yè)務(wù)涵蓋半導體、顯示器、太陽能、柔性鍍膜、自動化軟件等。下圖是應(yīng)用材料公司半導體業(yè)務(wù)部分的綜述。
1833年~1947年晶體管的發(fā)明,這114年可看成芯片技術(shù)的萌芽期;1947年~1971年微處理器i4004推出,這24年可以看成是芯片技術(shù)的初創(chuàng)期;1971年~2007年蘋果iphone推出,這36年可以看成桌面互聯(lián)網(wǎng)推動芯片技術(shù)發(fā)展的成長期;2007年~至今14年可以看成移動互聯(lián)網(wǎng)推動芯片技術(shù)發(fā)展的成熟期,在這期間,新技術(shù)發(fā)明和創(chuàng)新層出不窮,但由于事項太多,時間間隔很短,并且大多是公司發(fā)明,都是集體智慧的結(jié)晶。
所以,要梳理出2000年以來的里程碑事件難度很大。另外,2000年以后物聯(lián)網(wǎng)、5g通信和人工智能也是驅(qū)動芯片技術(shù)發(fā)展的一些主線,本文為了文路清晰,并沒有介紹這些方面的事件。
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