矽穀的崛起
提到電子計算機工業的發展,特別是半導體器件、集成電路、微處理器和微型計算機的問世,人們就會很自然地想到美國的“矽穀”,這是微電子工業的發祥地和中心,是近幾十年為世人所矚目的高科技發源地之一。
矽穀在哪裏?矽穀位於美國加利福尼亞州,處於舊金山市和聖何塞市之間一塊50千米長、16千米寬的狹長地帶。在1950年時,那裏還隻是美國著名的杏梨之鄉,以生產罐頭和食品加工為主。它後來能成為高科技開發區,是與晶體管發明人之一肖克萊在這裏的開發、研究工作密切相關的。
自從第一個晶體管問世以來,半導體工業以飛快的速度朝前發展,采用晶體管為元件的產品,包括計算機在內,層出不窮,而且它的體積越來越小巧,它的價格卻由於可以批量生產而日益下降,半導體行業出現一片繁榮景象,而它的競爭也日益激烈。肖克萊作為晶體管的發明人之一,既十分了解晶體管的功能,又預見到它的發展前途未可限量,決定自己建立半導體公司。
1955年,肖克萊在自己的故鄉加利福尼亞州的阿爾托建立起“肖克萊半導體公司”,公司聘用了一批精通半導體技術的科技人才,以便不斷開發晶體管產品,改進晶體管的性能。當時肖克萊半導體公司在這裏還是新出現的第一家半導體公司,可後來,聚集在肖克萊公司裏的人才不斷脫離肖克萊公司,在它的附近紛紛建立起自己的半導體公司,下麵我們將要介紹的集成電路發明者之一的諾伊斯,他也是從肖克萊公司脫離出來後創建了自己的“仙童半導體公司”。
進入70年代以來,這裏已集中了數以千計的微電子工業和其他高新技術企業,成為信息社會的先驅和範例。而這些企業的產品幾乎都是用矽製作的半導體器件,因此人們把這一地區稱為“矽穀”。而“矽穀”也以它發達的電子工業而馳名世界。
鑒於肖克萊在微電子學方麵的貢獻以及他率先開發矽穀的業績,人們把他尊稱為“矽穀之父”。
矽穀在發展中最有特色的,也是給它帶來巨大財富的產品,當然首推集成電路。由於集成電路對微電子工業,特別是對人類信息產業的發展所產生的巨大影響,人們又把它稱為改變世界麵貌的發明。
相互獨立的發明
集成電路的發明,是多項技術不斷發展的綜合結果。
最早提出製造半導體集成電路思想的,是從事雷達研究的英國科學家達默。他在1952年5月發表的一篇論文中提出:“由於現在晶體管的出現和半導體方麵的研究成果,有可能製造單塊形狀的電子器件而省去連接線。這種器件由多層絕緣材料、通導材料、整流材料和放大材料構成,在各層中去掉某一部分就能使器件具有某種電功能。”
達默的上述設想很有意義,可惜他本人未能使之付諸實施。進入50年代以後,軍事工業和宇航工業的迅速發展,迫切需要各種功能更強、能實現更加複雜功能的半導體器件,而且還希望這種器件越小巧越好。
在社會需要的刺激下,那些早期來到矽穀開創電子工業的一批年輕的微電子工程師們,很自然地把研究方向瞄準到上述目標上。他們設想把一些晶體管及一些元件在新的形式下組合成一種更複雜的線路,而不是簡單地拚湊在一起,這種線路稱為集成電路。從外形來看,它們就是小小的矽片,因此人們也把它們稱為芯片。至今,在各種計算機、計算器及各種電器設備中處處都可以看到這種芯片。早在第二次世界大戰期間,有人就已設法把油墨狀的電阻材料和鍍銀金屬片印在陶瓷基片上,做成電阻和連接線的組合體;而印刷電路工藝的發展和晶體管的發明,都為集成電路的發明做了必要的技術準備。
現在人們認為,世界上最早的集成電路,是1958年由美國物理學家基爾比和諾伊斯兩人各自獨立地研究發明的,為了認定這項發明的專利權,他們兩人所屬的公司之間曾為此引發了一場為時不短的爭執,因此,回顧一下他們各自的發明過程,是很有意思的。
基爾比於1923年生於美國密蘇裏州傑斐遜市,1947年畢業於伊利諾大學,1950年在威斯康星大學獲碩士學位。
1958年5月,基爾比進入得克薩斯儀器公司還隻有3個月,他被安排去進行電子設備微型化的研究。當時電子設備應用了電子管,後來逐步使用晶體管,但體積龐大。
按照國防部的要求,基爾比的任務是研究如何通過采用較小的元件、更細密的接線,使電子設備體積縮小,更加緊湊靈巧。
在這一年夏天,當基爾比的同事都去度假時,他卻在寧靜的環境中,坐在辦公桌前苦苦思索解決微型化問題的辦法。他在想出新辦法前,屢次碰壁,後來才想到,所需用的全部電路元件包括晶體管、電阻、電容在內,可以用同一種半導體材料製成;這些電路元件必須絕緣,因此能單獨起作用,彼此沒有幹擾;而全部電路元件都焊接在半導體圓片的基片或附近,從而可以利用先進的半導體技術手段使電路相互連接,不必擔心元件在連接的地方會出現短路。當時基爾比把這種電路稱為固體電路(現在有人稱為微型電路)。1958年9月,基爾比的第一個安置在半導體鍺片上的電路——“相移振蕩器”取得了成功。