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從電子管到集成電路
（作者未知） 2009/3/19
（接上頁(yè)）業(yè)化生產(chǎn)，其售價(jià)便宜，使電子設(shè)備成本也大幅度降低。然而，電子元器件的這些變革，仍然滿足不了電子工業(yè)迅速發(fā)展的需求，對(duì)導(dǎo)彈、火箭、人造衛(wèi)星和宇宙飛船來(lái)說(shuō)，迫切需要輕便、小巧、可靠的電子設(shè)備，晶體管已達(dá)不到這個(gè)要求。以一臺(tái)中型電子計(jì)算機(jī)為例，它的電子元件數(shù)高達(dá)上百萬(wàn)個(gè)，單機(jī)元件增多，暴露出晶體管自身的缺陷。為了克服晶體管的這些弱點(diǎn)，科學(xué)家想盡辦法使它的體積變小，與之配套的電阻、電容、線圈、繼電器、開(kāi)關(guān)等元件，也沿著小型化的道路被壓縮成微型電子元器件，晶體管最小的已達(dá)到只有小米粒一樣。然而，晶體管本身的小型化當(dāng)然不是無(wú)限的，它達(dá)到一定程度后就很難再縮小了，于是人們又轉(zhuǎn)而著手做改革裝配技術(shù)的嘗試，專家們將小型晶體管和其它小型元件，緊密地排在一起裝配在薄薄的帶有槽孔的絕緣基板上，用超聲波或電子束焊接好，再把安裝好的基板一塊塊地重疊起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)高度密集的立方體，形成高密度裝配的“微模組件”。采用這種方法，最高可以把２００多萬(wàn)個(gè)元件封裝在一立方米的體積中，這幾乎達(dá)到封裝密度的極限。不過(guò)，隨著電子設(shè)備中焊接點(diǎn)的增多，出故障的可能性愈大。微模組件雖然縮小了元件所占的空間，但并沒(méi)有減少各元件之間的焊接點(diǎn)數(shù)目。因此，微模組件也就沒(méi)能提高電子設(shè)備的可靠性。同時(shí)，由于元件過(guò)分密集，裝配很不方便，勞動(dòng)強(qiáng)度增加了，所以電子設(shè)備的成本便不可能降低，這樣一來(lái)，要想繼續(xù)改進(jìn)電子設(shè)備，必須另辟蹊徑。人們發(fā)現(xiàn)在晶體管內(nèi)部結(jié)構(gòu)上蘊(yùn)藏著小型化的巨大潛力。實(shí)際上，晶體管中真正起作用的部分只是芯片，按照理論計(jì)算，一個(gè)小功率晶體管芯片面積只要數(shù)十平方微米就足夠用了。但是，由于燥作人員不可能在更小的尺寸范圍內(nèi)精確處理，芯片往往有0．5平方毫米大小，這就是說(shuō)，晶片面積的99％白白浪費(fèi)了，而且，一個(gè)晶體管除了芯片以外，還有引線。支架、管殼和底座，芯片只占整個(gè)晶體管總重的0．03％左右，芯片的體積也只占總體積的0．02％。為了充分利用這些閑置起來(lái)的空間，人們想把幾個(gè)晶體管的芯片封裝在一個(gè)管殼內(nèi)，然后把各晶體管的電汲引線引出管殼之外。但立刻又發(fā)現(xiàn)這種作法有很大的局限性。不僅不能充分利用晶體管內(nèi)部的有效空間，相反過(guò)多的焊接點(diǎn)往往導(dǎo)致晶體管報(bào)廢。就整譏而言，焊按點(diǎn)并沒(méi)減少�？煽啃匀詻](méi)能提高。至此為止．品體管的小型比的道路似乎面臨了絕境。
集成電路的偉大構(gòu)思
1952年，美國(guó)雷達(dá)研究所的科學(xué)家達(dá)默（Ｇ．Ｗ．Ａ．Ｄummer）在一次電子元件會(huì)議上指出：“隨著晶體管的發(fā)明和半導(dǎo)體研究的進(jìn)展，目前看來(lái)，可以期待將電子設(shè)備制作在一個(gè)沒(méi)有引線的固體半導(dǎo)體板塊中，這種固體板塊由若干個(gè)絕緣的、導(dǎo)電的、整流的以及放大的材料層構(gòu)成，各層彼此分割的區(qū)域直接連接，可以實(shí)現(xiàn)某種功能。”把電子線路所需要的整流、放大、絕緣、導(dǎo)電等功能元件，統(tǒng)統(tǒng)制做在一塊半導(dǎo)體晶片上，晶片就得到充分利用，一小塊晶片就變成一個(gè)完整電路，組成電路的各種元件——晶體管、電阻、電容及引線集合成一個(gè)不可分割的密集整體，從外觀上已不能分辨哪個(gè)是晶體管，哪個(gè)是電容器，哪個(gè)是電阻了。傳統(tǒng)電路中功能各異的分立元件界限消除了，這樣一來(lái)，電子線路的體積就大大縮小，可靠性明顯提高，這就是初期集成電路的構(gòu)想。
１９５６年，美國(guó)材料科學(xué)專家富勒和賴斯發(fā)明了半導(dǎo)體生產(chǎn)的擴(kuò)散工藝，為研制集成電路提供了具體工藝技術(shù)，1958年，美國(guó)德克薩斯儀器公司的青年工程師基爾比，受達(dá)默思想的啟發(fā)，大膽地提出了用一塊半導(dǎo)體硅晶片制作一個(gè)完整功能電路的新方案•他在研制微型組件的晶體管中頻放大器時(shí)，用一塊硅晶制成了包括電阻、電容在內(nèi)的分立元件實(shí)驗(yàn)電路、實(shí)驗(yàn)結(jié)果非常令人滿意。到1958年底，他們已經(jīng)解決了半導(dǎo)體阻容元件和電路制作中的許多具體工藝問(wèn)題，確定了集成電路的標(biāo)準(zhǔn)封裝尺寸，為大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)做好了各項(xiàng)準(zhǔn)備。
1959年，美國(guó)仙童公司的諾伊斯研究出一種二氧化硅的擴(kuò)散技術(shù)和PN結(jié)的隔離技術(shù)，從而完成了集成電路制作的全部工藝。緊接著，光刻技術(shù)和其他技術(shù)也相繼發(fā)明，以致人們可以把晶體管和其它功能的電子元件壓縮到一小塊半導(dǎo)體硅晶片上。1961年，美國(guó)德克薩斯公司同美國(guó)空軍合作，首先利用集成電路制成第一臺(tái)試驗(yàn)性計(jì)算機(jī)，該機(jī)共有587塊集成電路，只有285克，體積不到１００立方厘米，功耗僅僅16瓦，運(yùn)行可靠，工作準(zhǔn)確無(wú)誤，充分顯示了集成電路的技術(shù)先進(jìn)性和強(qiáng)大生命力。在單塊晶片上能集成100個(gè)以上門(mén)電路的集成電路稱為大規(guī)模集成電路。而把能在單塊芯片上集成10000個(gè)門(mén)電路的集成電路稱為超大規(guī)模集成電路。隨著制作工藝的進(jìn)步和新技術(shù)的應(yīng)用，人們把一個(gè)線路系統(tǒng)或一臺(tái)電子設(shè)備所包含的所有晶體管和其它電子元件統(tǒng)統(tǒng)制在一塊晶片上，從而大大縮小了體積并提高了可靠性。1969年出現(xiàn)了第一塊大規(guī)模集成電路，之后隨著大直徑硅單晶材料性能的提高及離（未完，下一頁(yè)）
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