最早期的集成電路

Andrw Burton/Staff/Getty Images

 

也許上天有意要人類(lèi)發(fā)明出集成電路（IC：Integrated Circuit），幾乎在同時(shí)，兩組人在個(gè)不知曉對(duì)方發(fā)明工作的情況下，獨(dú)立設(shè)計(jì)出幾乎相同的集成電路。

 

Jack Kilby，有著豐富的陶瓷基地絲網(wǎng)印制電路板設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，從1958年開(kāi)始在TI公司工作，設(shè)計(jì)晶體管助聽(tīng)器電路。比他早一年，Robert Noyce參與創(chuàng)辦了仙童半導(dǎo)體公司。這兩個(gè)人，從1958年到1959年期間都在琢磨一件事情： 如何用最少的器件設(shè)計(jì)更多功能的電路？

 

“What we didn''''t realize then was that the integrated circuit would reduce the cost of electronic function by a factor of a million to one, nothing had ever done that for anything before" - Jack Kilby

 

那時(shí)對(duì)于集成電路可以將實(shí)現(xiàn)相同功能的電子線路的價(jià)格可以減少到百萬(wàn)分之一的概念我們一無(wú)所知，之前還從未有人做過(guò) - Jack Kilby

 

Robert Noyce，在41歲創(chuàng)建了Intel公司

 

為什么需要集成電路？

 

在設(shè)計(jì)類(lèi)似于計(jì)算機(jī)這樣的電子設(shè)備，我們總是需要在電路中增加更多的元器件來(lái)推動(dòng)技術(shù)的進(jìn)步。單晶體集成電路（從單個(gè)晶圓形成的集成電路）可以將原來(lái)屬于分離器件的晶體管、電阻、電容以及引線都集成在單一半導(dǎo)體晶圓（芯片）上。

 

最初Kilby 使用半導(dǎo)體鍺材料， Noyce使用了硅半導(dǎo)體材料制作集成芯片。

 

全球第一款基于鍺半導(dǎo)體集成芯片

集成芯片專利

 

在1959年，兩組研究人員都申請(qǐng)了集成電路專利。Jack Kilby 連同TI公司以 微型電子線路申請(qǐng)到美國(guó)專利（專利號(hào)#3,138,743）。Robert Noyce 和仙童半導(dǎo)體公司以基于硅材料的集成芯片獲得美國(guó)專利（專利號(hào)#2,981,877）。這兩家公司在經(jīng)過(guò)幾年關(guān)于專利所有權(quán)的法律爭(zhēng)斗之后，握手言和，決定將他們的專利合并成交叉許可，最終形成了當(dāng)今每年萬(wàn)億美元的全球集成芯片市場(chǎng)。

 

商業(yè)發(fā)布

 

在1961年仙童半導(dǎo)體公司發(fā)布了第一款商用集成電路。此后，所有計(jì)算機(jī)都使用集成芯片來(lái)替代分離晶體管電路。TI公司則在1962年將芯片應(yīng)用于美國(guó)空軍機(jī)載計(jì)算機(jī)中，以及民兵導(dǎo)彈中。

 

后來(lái)他們使用芯片制作了第一臺(tái)便攜式計(jì)算器。最初的集成芯片只包含一個(gè)晶體管、三個(gè)電阻以及一個(gè)電阻。大小相當(dāng)于人的小手指。現(xiàn)在一個(gè)硬幣大小的集成電路就會(huì)集成有1.25億個(gè)晶體管。

 

下圖是TI第一款開(kāi)發(fā)的商用芯片TI 502。芯片的內(nèi)部構(gòu)造如下圖所示：

 

第一款商用芯片Ti 502，連線為金屬線

 

下圖為它的原理圖，可以看出，這個(gè)芯片的構(gòu)造非常簡(jiǎn)單，包含兩個(gè)晶體管、四個(gè)二極管、六個(gè)電阻和兩個(gè)電容。

 

第一款集成芯片對(duì)應(yīng)的原理圖

 

不要看這個(gè)Ti 502的電路如此簡(jiǎn)單，它當(dāng)時(shí)的售價(jià)比現(xiàn)在主流旗艦處理器的售價(jià)都要高。

 

這是因?yàn)楫?dāng)時(shí)集成電路是給軍方、航天領(lǐng)域用的，一般小公司都買(mǎi)不起，如果能讓電路板上少一個(gè)電子元器件，那么將會(huì)有一定幾率降低事故的發(fā)生，還有就是在那個(gè)年代很少有競(jìng)爭(zhēng)的對(duì)手，因?yàn)檫@個(gè)東西太先進(jìn)（仙童算一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手）。

 

Jack Kilby 以及他的集成芯片

 

Jack Kilby總共申請(qǐng)超過(guò)六十個(gè)發(fā)明專利，并被公認(rèn)為便攜式計(jì)算器的發(fā)明者（1967年發(fā)明計(jì)算器）。1970年被授予美國(guó)科學(xué)獎(jiǎng)?wù)隆obert Noyce，擁有超過(guò)16項(xiàng)發(fā)明專利，創(chuàng)建了Intel半導(dǎo)體公司，后來(lái)制造了第一個(gè)微處理器。他們所發(fā)明的集成芯片是人類(lèi)歷史上最為重要的發(fā)明?，F(xiàn)在產(chǎn)品中幾乎無(wú)不包含著集成芯片。

 

看完這些，你能體會(huì)到半導(dǎo)體與電路集成的偉大了嗎？

 

 

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