集成电路技术发展简史共9页
集成电路技术发展简史
?1940s - 起步阶段- 原创性的发明使得集成电路技术成为可能
?1950s - 集成电路雏形- 集成电路出现
?1960s - 改进的产品和技术- MOS, CMOS 和BiCMOS, Moore's 定律
?1970s - 驱动市场的新产品和技术- EPROM, DSP, DRAMs 和微处理器（Microprocessors）, MOS比例特性（scaling）.
?1980s - 先进的技术和产品- EEPROM 和Flash
?1990s - 持续改进的技术- 技术进一步深化
?2000s - 千禧年后的新世纪有什么变化? - 请继续和我们一同关注.
1940s 起步阶段
?1940 - PN结（junction）
虽然早在1833年法拉第就已经发现化合物半导体的特性，1873年W.Smith使用硒制造出工业整理器和早期的光电器件，1874年德国物理学教授Feidinand Braun观察到金属丝-硫化铅的整流特性并在其后用作检测二极管。但是直到20世纪40年代，贝尔实验室（Bell Labs）的Russel Ohl才开发了第一个对集成电路来讲具有严格意义上的PN结（junction）：当该PN结暴露在光源下的时候，PN结两端产生0.5V 的电压。顺便提一句，那个时代Bell实验室在材料研究上具有很强大的力量，正是这个领导力量开创了半导体技术的纪元。
?1945 - 三极管（Transistor）发明
1945年，Bell Labs建立了一个研究小组探索半导体替代真空管。该小组由William Shockley领导，成员包括John Bardeen、Walter Brattain等人。1947年Bardeen和Brattain成功使用一个电接触型的“可变电阻”-即今天被称为三极管“Transistor”的器件得到放大倍数为100的放大电路，稍候还演示了振荡器。1948年，Bardeen和Brattain提交了一份专利申请并在1950年被授予Bell Labs - 这就是美国专利US2,524,035, "Three Electrode Circuit Element Utilizing Semiconductive Materials".
1950s 集成电路雏形- 集成电路出现
?1951 - 发明结型三极管（Junction Transistor）
1951年，William Shockley推出了结型晶体管技术，这是一个实用的晶体管技术，从此难以加工的点接触型晶体管让位于结型晶体管，在20世纪50年代中期，点接触型晶体管基本被替代。1954年晶体管已经成为电话系统的必备元件，Bell实验室在生产晶体管的同时也向其他公司发放生产许可并从中提成（royalty），在这个时候，晶体管开始进入无线电和助听器领域。1956年，由于晶体管发明的重要性，Bardeen、Brattain和Shockley被授予诺贝尔奖（Nobel Prize）。
?1952 - 单晶硅（Single crystal silicon）制造技技术
?1952 - 集成电路（Integrated Circuit - IC）的概念提出
1952年5月7日，英国的雷达科学家Geoffrey W.A. Dummer在华盛顿特区提出了集成电路的概念，即文章"Solid block [with] layers of insulating materials". 1956年的尝试以失败结束，但是作为提出IC概念的先驱，Dummer是IC史册不可缺的一页。
?1954 - 第一个商业化的晶体管
1954年5月10日，德州仪器（TI）发布了第一款商用的晶体管-Grown-Junction Silicon Transistors。晶体管通过在硅晶体表面切割一个矩形区域获得，硅晶体通过含杂质的熔化炉生长得到。硅晶体管和锗晶体管相比，具有廉价和高温特性好的优点。
?1954 - 氧化、掩膜工艺（Oxide masking）
Bell实验室开发出氧化（oxidation）、光掩膜（photomasking）、刻蚀（etching）和扩散(diffusion）工艺，这些工艺在今天的IC制造中仍在使用。
?1954 - 第一个晶体管收音机问世
工业开发工程师协会（Industrial Development Engineer Associates）设计并生产了世界第一个晶体管收音机- Regency TR-1，它使用4个德州仪器（Texas Instruments）制造的锗（Germanium）晶体管。
?1955 - 第一个场效应晶体管问世
又是Bell实验室的杰作。
?1958 - 集成电路被发明
1958年7月24日，德州仪器（Texas Instruments）的雇员Jack Kilby，在笔记本中写道：如果电路元件，比如电阻，电容可以使用同种材料制造，则有可能将整个电路加工在单个片子上“single chip“。当时的真空条件很差的情况下，Kilby于当年的9月12日制造了具有5个集成元件的简单振荡电路，1959年Kilby提交了专利申请US3,138,743："Miniaturized electronic circuits"并获得授权。2000年Kilby 和其他两位物理学家一起分享了诺贝尔物理奖。
?1959 - 平面技术（Planar technology）问世
Kilby的发明存在严重的缺陷：电路的元件依赖于金丝连接，这种连线上的困难阻碍了该技术用于大规模电路的可能。直到1958年后期仙童（Fairchild）公司瑞士出生的物理学家Jean Hoerni开发出一种在硅上制造PN结的结构，并在结上覆盖了一层薄的硅氧化层作绝缘层，在硅二极管上蚀刻小孔用于连接PN 结。Sprague Electric捷克出生的物理学家Kurt Lehovec开发出使用PN结隔离元件的技术，这个问题才得以解决：1959年，也是仙童公司雇员的Robert Noyce产生了组合Hoerni's and Lehovec's工艺并通过在电路上方蒸镀薄金属层连接电路元件来制造集成电路的想法。平面工艺开始了复杂集成电路时代并沿用到今天。
1960s - 改进的产品和技术- MOS, CMOS 和BiCMOS, Moore's 定律
?1960 - 外延沉积/注入（Epitaxial deposition）技术
Bell实验室开发出外延沉积/注入（Epitaxial Deposition）技术，即将材料的单晶层沉积/注入到晶体衬底（crystalline substrate）上。外延沉积/注入技术广泛用于双极型（bipolar）和亚微米（sub-micron）CMOS产品的加工工艺。
?1960 - 第一个MOSFET问世
Bell实验室的Kahng制造了第一个MOSFET。
?1960 - 0.525英寸硅圆片（Wafer）出现
?1961 - 第一颗商用的集成电路（IC）问世
仙童（Fairchild）和德州仪器（Texas Instruments）共同推出了第一颗商用集成电路。
?1962 - 发明TTL逻辑（Transistor-Transistor Logic）
?1962 - 半导体工业销售额超过10亿美金（$1-billion）
?1963 - 第一片MOS集成电路
RCA制造出第一片PMOS集成电路
?1963 - 发明互补型金属氧化物半导体（CMOS）
仙童公司的Frank Wanlass提出并发表了互补型MOS（complementary-MOS - CMOS）集成电路的概念。Wanlass最初意识到由PMOS和NMOS晶体管构成的电路仅需要很小的工作电流，开始他试图给出一个单芯片的解决方案，但最终不得不以分立元件来验证这个想法。当时还没有增强型（Enhancement）的NMOS管，Wanlass不得不使用耗尽型（depletion）的器件，通过将器件偏置到关断状态来实现电路。CMOS的静态电流要比等效的双极型（Bipolar）和PMOS型的逻辑门低6个数量
级，这个结果简直是疯狂的。1963年6月18日，Wanlass提出专利申请，1967年12月5日获得授权，专利号：US3,356,858，"Low Stand-By Power Complementary Field Effect Circuitry"。今天CMOS是应用最广泛的、高密度集成电路的基础。
?1964 - 第一个商用的接触打印机（contact printer）
接触打印技术是20世纪70年代大量使用的在集成电路WAFER表明加工图形（patterns）的技术。?1964 - 1英寸硅圆片（wafer）出现
?1965 - 摩尔定律（Moore's law）
1965年，Gordon Moore，仙童半导体公司的研发主管，撰写了一篇题为"Cramming more components onto integrated circuits"的文章。文中，Moore观察到"The complexity for minimum component cost has increased at a rate of roughly a factor of two per year"（这句话不译，实在是因为中文流传的表述太多了，无论写哪一种译法都难免让知道这个定律一种表述的人产生不严肃的想法-以为我译错了，反正这句英文也不难懂），这就是著名的摩尔定律：每年芯片的元件数量要翻一翻，后来这一表述又修正为每18个月芯片的元件数量翻一翻。值得一提的是，直到今天，摩尔定律仍符合半导体行业发展的现状-真是人有多大胆，地有多大产。
?1965 - 100位的移位寄存器（100-bit shift register）
在这年，具有600个晶体管的100位移位寄存器-GME，160个晶体管的21位静态寄存器-GI，150个晶体管的二进制-十进制（Binary-Digital）译码器-TI，诞生了。
?1966 - 16位的双极型存储器（memory）
IBM在为NASA开发的360/95系统上使用了一种16位的双极型存储器。
?1966 - 第一块双极型的逻辑
摩托罗拉（Motorola）推出了第一块具有3个输入的发射极耦合逻辑（Emitter-Coupled-Logic - ECL）的门集成电路。
?1966 - 发明单晶体管动态存储器（DRAM）单元
IBM的Robert Dennard博士参加了一个薄膜磁存储技术的座谈，薄膜磁存储技术组使用了一块小磁体和邻近的一对信号线实现1个比特（二进制位）的存储，几个月后Dennard博士提出一个二进制位可以存储在电容上，一个场效应管（FET）可以用于控制充放电。单晶体管的DRAM单元出现了，所有现代的DRAMs都是基于1个晶体管实现的。
?1966 - 1.5英寸的硅圆片开始使用
?1967 - 浮栅（Floating gate）技术出现
Bell实验室的Kahng和Sze在Bell的技术杂志上阐述了在存储技术中使用浮栅其间的方法，今天浮栅技术是制造EEPROMs的通用技术。
?1967 - NMOS技术
Wegener、Lincoln、Pao、O'Connell和Oleksiak发布了NMOS晶体管及其在存储技术中的使用，浮栅技术开始用于EEPROMs的制造。
?1968 - 64位双极型阵列（array）芯片
IBM在其360/85系统中使用了64位双极型阵列作为高速缓存，该芯片具有64个存储单元和664个器件。
?1969 - 发明了BiCMOS
Lin、Ho、Iyer和Kwong在IEDM发表了"Complementary MOS-Bipolar Transistor Structure"，揭示了BiCMOS的概念。
1970s - 驱动市场的新产品和技术- EPROM, DSP, DRAMs 和微处理器（Microprocessors）, MOS比例特性（scaling）
?1970 - 首个NMOS集成电路
IBM的Cogar等人完成首个金属栅的NMOS集成电路流片（fabricate）
?1970 - 首个商用的动态随机存储器（DRAM）：容量1Kbits（位）
大约1969年，霍尼韦尔的William Regitz在寻求一个半导体厂商合作开发由他及其合作者一种新型的动态存储器（DRAM）单元（Cell）。Intel对这项技术表现出兴趣，并为之启动了一个开发计划，最初的产品被称为i1102。虽然开发出了可以工作的元件，但是1102的确存在问题。基于Ted Hoff已经做的工作，当时主要是寻求3个晶体管（Transistor）的DRAM单元结构，也许是Ted Rowe提出了埋层接触孔（buried contact）的想法，Leslie Vadasz和Joel Karp后来又提出了其他办法的原理图，整个设计由Bob Abbott来完成，最终的产品是i1103并在1970年的10月份正式推向市场。该产品存在成品率问题，产品经理John Reed不得不做了很多改进的版本直到成品率问题解决并具有良好的性能。i1103使用6层MASK，采用8μm硅栅PMOS工艺，具有2,400μm2的存储单元面积，Die的尺寸差不多是10mm2，售价$21.
?1970 - IBM使用半导体存储器替代磁存储器
IBM在其370的145型号上全部采用半导体存储器。
?1970 - 2.25英寸硅园片使用
?1971 - 发明紫外擦除的电可编程存储器（UVEPROM）
Dov Frohman在1969年1Kbit DRAM发布不久之后加入Intel，发明了用于存储程序的电可编程程序存储器（EPROM），而且这种存储器能够保留数据直到使用一定强度的紫外线擦除它的数据。Forhman 是第一个UVEPROM发明者、设计者和加工制造者。
?1971 - 微处理器（Microprocessor）发明
到1969年的时候，有关可编程处理器（Microprocessor）的概念已经在工业界广为流传了，但是没有人有能力制造这样复杂的东西。Intel却好在那时候开发出一种硅栅工艺，这种工艺使得Intel比同期的半导体厂商具有支持更为复杂电路的制造能力。日本的计算器制造商Busicom要求Intel生产一种台式计算器的晶片组，晶片组共有12个芯片。虽然Intel那时的主要精力在存储芯片上，但是他们还是认真地考虑了这个项目。Intel的Ted Hoff设计12个芯片的晶片组太过复杂，于是决定寻求一种可编程的解决方案。组合了Busicom需求和Intel工艺能力，Intel的管理层决定接受Busicom的要求并签下了$60,000的合同。Hoff设计了一套简单的指令集，这些指令集可以使用相对较少的晶体管来实现（厉害）。大约6个月的时间，这个项目处境窘迫，直到1970年Federico Faggin加入Intel并负责芯片的设计任务。在Faggin上班的第一天，他就和Busicom的代表Masatoshi Shima产生对抗，Masatoshi Shima对过去的6个月项目毫无进展非常失望，经过一番讨价还价，Busicom同意继续开展这个项目，经过连续8
个月、每天12-16个小时的努力（这就是创业初期的样子），第一个硅片终于出来了，但是-不工作。问题是一些简单的加工错误。在1971年，Intel 4004，第一款4位微处理器诞生了，4004是一个包含3个晶片的晶片组：具有2KBit的ROM芯片，320Bit的RAM芯片和一个4位的处理器，每个芯片都采用16管脚的DIP封装。4004处理器一共使用了2,300个晶体管，适用PMOS硅栅工艺，10μm的最小线宽，108KHz时钟输入，芯片（DIE）的面积为13.5mm2。但是Intel并不拥有4004的所有权，直到后来Busicom要求降低采购价格的时候，Intel 才乘机拿回对该技术的所有权。到1972年，Faggin和Shima（已经加入Intel）一起开发了8008-8位微处理器以取代4004。1974年，Intel发布了第一款商业上极为成功的微处理器8080。
?1972 - 发明数字信号处理器（DSP-Digital Signal Processor）
Westinghouse的John Murtha等人申报了题为"Programmable Digital Signal Processor"的专利，专利不仅阐述了DSP还描述了saturation arithmetic，这是一个直到今天在DSP处理器中都普遍存在、防止溢出的关键概念。1974年这个专利获得授权，专利号：US 3,812,470。
?1972 - 具有比例缩放特性MOS晶体管（MOSFET Scaling）
1970年，IBM在寻求一种技术以降低RAM的成本，从而使RAM的Bit成本降低到磁存储的Bit成本以