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钛媒体|芯片破壁者：半导体“硅”铺就的文明阶梯( 二 )


一个小小的金属箭头 ， 插在一块平板锗上 ， 一问世就把真空管送进了坟墓 。 随后 ， 贝尔实验室对外授权晶体管专利 ， 直接带动了锗的流行 。 直到1950年代末 ， 锗都是晶体管和其他半导体器件的主要材料 。
钛媒体|芯片破壁者：半导体“硅”铺就的文明阶梯
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世界上第一个晶体管
在这样的背景下 ， 肖克利出走创业 ， 要做硅晶体管的消息 ， 就显得十分匪夷所思的 。 毕竟在他离开贝尔实验室的时候 ， 他并没能如预想的那样 ， 制造出一个利用硅制成的场效应放大器装置 。
没有这位“硅谷”第一公民的坚持 ， 今天的半导体行业必定是另一番景况 。
之所以坚持要用硅替代锗来做晶体管 ， 一是考虑到成本 。 锗是一种稀有元素 ， 在地壳中的含量少 ， 矿藏还分布分散 ， 导致价格高昂 ， 难以大规模生产 。 而硅作为地壳中第二丰富的元素 ， 在成本上很占优势 。
二来 ， 当时晶体管最大的客户是美国政府和军方 ， 他们希望将芯片运用在火箭和导弹上 ， 这就需要晶体管能够耐高温、抗剧烈震动 ， 在200℃也能稳定运行 。 但锗晶体管的耐受温度只有80℃ ， 显然不符合要求 。 只有硅有这个潜力 。
第三 ， 当时高纯硅的工业提炼技术已经成熟 ， 而锗则很难提炼到足够的纯度 ， 这就导致晶体管性能低下 。
硅晶体管的商业价值 ， 还是更高性能的发明 ， 少有人能抗拒这样“名利双收”的诱惑 ， 肖克利的出走也就成了必然 。
光环加身的肖克利 ， 很快吸引了诸多工程师慕名加入 ， 其中就包括硅晶体管先驱金·赫尔尼Jean Hoerni 。
坐标二：1959年 ， 查尔斯顿路 ， 雷阵雨 ， 宜自立门户
有意思的是 ， 尽管肖克利最先奠定了硅晶体管的发展方向 ， 但他的实验室却一个硅晶体管也没能生产出来 。
真正让硅晶体走入市场的是另一家公司——仙童半导体(Fairchild Semiconductor) 。
1957年底 ， 八个年轻人受不了肖克利的臭脾气 ， 集体辞职 ， 在硅谷租了一间小房子 ， 成立了仙童 。 肖克利暴跳如雷 ， 大骂他们是“八个叛徒” 。
次年 ， 拥有两个博士学位的金·赫尔尼 ， 用被他称作“大学水平”的物理知识 ， 发明了一种平面工艺技术(planar technology),来使用硅制造晶体管 。
后来 ， 这项技术被评定为“20世纪意义最重大的成就之一” ， 并奠定了硅作为电子产业中关键材料的地位 。 钛媒体|芯片破壁者：半导体“硅”铺就的文明阶梯
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成立仙童的八叛徒
到底是一种什么技术呢？
此前 ， 大部分电路都是靠人工 ， 将单个的晶体管、电阻器、电容器和二极管连接在电路板上的 。
赫尔尼则提出了一种光学蚀刻的处理方法 ， 可以在硅片平面上将集成电路生产出来 。
方法和现在的芯片制造逻辑类似 ， 先手工画出布局图 ， 然后做成透光片 ， 在光滑的硅片上涂上感光材料 ， 用紫外线/激光投射上去 ， 黑暗区域和线条就会留在硅片上 ， 再用酸液清洗 ， 重复几次 ， 就可以硅晶圆上得到大批晶体管 。
这种平面处理工艺 ， 将原本复杂的高台式晶体管制造变得十分简单高效 。 如果原来是搭乐高积木 ， 现在就是复印机打印 。
1959年 ， 赫尔尼跟诺伊斯开会的时候 ， 提交了这个工艺的最新版本 。 一次性制作集成电路的时代开始了 。 钛媒体|芯片破壁者：半导体“硅”铺就的文明阶梯
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（赫尔尼）
1961年 ， 仙童发布了首款硅集成电路 ， 一共容纳了4个晶体管 。 到1965年的时候 ， 带有64个元件的芯片就在路上了 。
随着扩散型硅晶体管的大量上市 ， 仙童成功“路径正确”打败“锗集成电路” ， 跃升为跟德州仪器同台竞技的半导体新贵 。


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