半导体工艺（一）

一、晶体管的发明和发展

1947 年12 月23 日，美国贝尔实验室正式地成功演示了第一个基于锗半导体的具有放大功能的点接触式晶体管，标志着现代半导体产业的诞生和信息时代的开启。晶体管可以说是20 世纪最重要的发明，到今天已经超过70 年了。

一开始非常贵，还是美国出于太空竞赛的需要，急切需要质量更轻的设备以压倒苏联推动了半导体技术的发展。实际上直到70年代初锗而不是硅三极管还是主流，开始全面代替之前的真空管(电子管)应用在电台、收音机等。

1958 年9 月12 日，德州仪器的杰克制作了第一个锗片上的集成电路(图一)，其中的晶体管和被动元件是用金丝连接起来的。不过实用的集成电路工艺是1959年仙童发明的，使用了一直到今天的铝连接工艺。

二、基础技术和摩尔定律

1959 年，贝尔实验室的卡恩(D. Kahng)和艾塔拉(M. Atalla)发明了金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，这是1925 年李林菲尔德(J. Lilienfeld)提出的场效应晶体管概念的具体实现，也是直到今天半导体最基本的单元;

1967 年，卡恩和施敏(S. M. Sze)制作了浮栅型MOSFET，为半导体存储技术奠定了基础。

1965年还发生了一件大事，仙童公司的摩尔(G. Moore ，他也是英特尔的创始人之一) 提出了摩尔定律(Moore’s law，图5)：集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18~24 个月便会增加一倍，性能也将提升一倍(摩尔定律起初说是每年翻一番，十年后改为两年翻一番)。

三、黄金时代

提到半导体，不得不提仙童公司，1957年8位年轻人离开肖克利半导体实验室创立的。后来全部因为多种原因离开仙童，这8人成为70年代半导体行业的基石，成为包括intel和AMD的创始人，也有现代半导体工艺的开山鼻祖。

推动了半导体的蓬勃发展，在这之前，半导体主要应用于航天航空、军事用途。随着EPROM(可编程只读寄存器)的诞生和集成电路的发展，个人计算机(PC)顺理成章的出现了， 同时半导体也开始大规模进入民用领域，逐渐形成一个规模庞大影响人类发展的新兴行业。

顺便提一下，我国的半导体起步并不太晚，60年代开始生产晶体管，还可供出口，不过由于多种原因到70年代末工艺技术水平差距较大，后面几乎放弃所有的积累，全盘引进，但很难掌握到核心技术，主要转向来钱快的应用层面。

现在，只好从头开始，急起直追。这也是我们这些年科技发展的通病，很少有真正发明和创造。

言归正传，我们知道计算机出现得比晶体管更早，之前是使用电子管。后来被晶体管取代，不过在70年代之前，计算机的主流是大型机和小型机，分别由IBM和DEC垄断。

1970年intel推出第一个微处理器4004(2300晶体管)，不过其实几乎同时德州仪器等也有拿出了同类产品，都是为了军用研发，而且德州仪器的产品集成度更高(集成了RAM、ROM、i/o)，类似单片机。

而且当时intel主业是存储芯片没完成交易，不过intel因祸得福，推出8008，并基于4004和8008开发出2款微型计算机(intellec4/8)，配合第一款操作系统(CP/M ),在此基础上，第一款8位元处理器8080(8008因为引脚少i/o受限)诞生，并推出了第一款真正大规模个人购买的微型计算机Altair8800(比尔盖茨专门为其开发了BASIC)，大大促进了个人计算机的发展。

自此，半导体进入了快车道，除早期的altair8800还有TRS 80(使用Z80/ 1975)和大名鼎鼎的苹果II(摩托罗拉6502 /1976)。而微型计算机的出现，更是推动半导体走向广泛应用的基础。