集成电路(芯片)技术自1958年诞生以来,已有63年的发展历史。在今天的信息化社会中,芯片无疑是最重要的基础支撑。近年来,芯片核心技术已成为美国维护科技霸权,围堵打压他国的利器。人们都想知道,芯片技术是如何由开始的原始和不成熟,一步一步发展成为今天高科技皇冠上的技术明珠。本文将以照片和图示为主,以文字为辅,说说芯片技术60多年的发展史。
1.半导体发现和研究(1833~1947年,持续114年)
1833年,英国科学家迈克尔.法拉第(michael faraday)在测试硫化银(ag2s)特性时,发现硫化银的电阻随着温度的上升而降低的特异现象,被称为电阻效应,这是人类发现的半导体的第一个特征。
1839年,法国科学家埃德蒙.贝克雷尔(edmond becquerel)发现半导体和电解质接触形成的结,在光照下会产生一个电压,这就是后来人们熟知的光生伏特效应,简称光伏效应。这是人类发现的半导体的第二个特征。
1873年,英国的威洛比.史密斯(willoughby smith)发现硒(se)晶体材料在光照下电导增加的光电导效应,这是人类发现的半导体的第三个特征。
1874年,德国物理学家费迪南德.布劳恩(ferdinand braun)观察到某些硫化物的电导与所加电场的方向有关。在它两端加一个正向电压,它是导通的;如果把电压极性反过来,它就不导电,这就是半导体的整流效应,
这是人类发现的半导体的第四个特征。同年,出生在德国的英国物理学家亚瑟.舒斯特(arthur schuster)又发现了铜(cu)与氧化铜(cuo)的整流效应。
芯片又被称为集成电路、微电路,手机芯片是其中一个重要分支,当下大家使用的智能手机上的所有功能都依靠手机芯片完成,没有芯片的手机甚至还不如一块砖头,可见,手机极其依赖芯片,芯片技术直接影响着移动通信未来的发展。
1960年,光刻工艺是首次应用在芯片制造中的吗?这是一个重要问题,需要本文重点讨论。我的公众号【芯论语】的另一篇文章“光刻如何一步一步变成了芯片制造的卡脖子技术?”指出,光刻工艺是芯片制造的灵魂技术。正是光刻工艺的出现,才使得硅器件制造进入到了平面加工技术时代,才有大规模集成电路和微电子学飞速发展的今天。
1966年,美国rca公司研制出cmos集成电路和第一块50门的门阵列芯片。
1967年,美国应用材料公司(appliedmaterials)成立,现已成为全球最大的半导体设备制造公司。2020财年全年营收172亿美元,研发投入达22亿美元,全球拥有24000名员工,拥有14300个专利。业务涵盖半导体、显示器、太阳能、柔性镀膜、自动化软件等。下图是应用材料公司半导体业务部分的综述。
1833年~1947年晶体管的发明,这114年可看成芯片技术的萌芽期;1947年~1971年微处理器i4004推出,这24年可以看成是芯片技术的初创期;1971年~2007年苹果iphone推出,这36年可以看成桌面互联网推动芯片技术发展的成长期;2007年~至今14年可以看成移动互联网推动芯片技术发展的成熟期,在这期间,新技术发明和创新层出不穷,但由于事项太多,时间间隔很短,并且大多是公司发明,都是集体智慧的结晶。
所以,要梳理出2000年以来的里程碑事件难度很大。另外,2000年以后物联网、5g通信和人工智能也是驱动芯片技术发展的一些主线,本文为了文路清晰,并没有介绍这些方面的事件。
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