晶体管诞生后70年中国集成电路发展现状解读

晶体管诞生后70年中国集成电路发展现状解读发布时间：2020-03-15

“时间:1947年12月16日

日记号码:38139-7”

70年前，当物理学家沃尔特.布拉顿像往常一样写下他的实验日记时，他没有想到一个时代会开始。

这个实验的主要特征是一个比火柴杆更短更粗的半导体放大器，后来被命名为点接触晶体管。

点接触晶体管已经成为人类打开晶体管大门的第一把钥匙。大门打开后，一场信息技术革命席卷全球。

70年后，晶体管几乎无处不在。人类用它作为砖块来建造虚拟世界。到目前为止，我们还没有找到晶体管的替代品，基于晶体管的集成电路将被人类长期依赖。

晶体管的出现是人类微电子革命的先驱。

在晶体管诞生之前，人们已经有了真空管。

电子管具有放大信号的功能，但也存在许多问题——寿命低、体积大、可靠性差。

因此，人们希望找到一种装置来代替电子管。隶属于AT&T的贝尔实验室成为探索这条道路的先驱。

贝尔实验室成立于1925年。自成立以来，它一直是世界上最大的工业实验室。在3，600名员工中，有2，000名是技术员。

1945年7月，第二次世界大战接近尾声。为了适应战后研究方向的调整，贝尔实验室重组了各个研究部门。

在这次重组中，物理系成立了三个研究小组，其中之一是固体物理研究小组。该集团分为两个集团:半导体和冶金。麻省理工学院的肖克利博士也是半导体集团的领导者。他将该集团的研究计划定义为“半导体放大器”的开发。

半导体是指在常温下导体和绝缘体之间具有导电性的材料，如硅和锗，它们是常见的半导体材料。

清华大学微电子研究所所长魏少军说，要理解晶体管是如何工作的，可以想象大坝的水闸。

当大坝闸门关闭，没有水流出时，水力发电机就不能发电。当闸门打开，水涌出时，水轮发电机可以输出电流。闸门的开启和关闭直接影响水力发电机的运行，水力发电机用微弱的信号来控制强信号晶体管的基本原理是“放大”，用小电流控制大电流。

贝尔实验室有着设计晶体管的悠久历史。晶体管的诞生是长期积累的结果。从诺贝尔奖的归属来看，这一荣誉最终授予了三个人——肖克利、布莱顿和巴丁。

1947年12月16日，经过多次改进后，布拉顿和巴丁面临一个锗晶体器件。在锗晶体的表面，用一个弹簧压一个三角形的塑料楔子，两边用金箔包裹。两侧的金箔是信号的输入和输出。

就这样。在那天的实验中，我们成功地放大了30%的输出功率和15倍的输出电压。

用现代标准来衡量，这种触摸晶体管的原型过于简单和笨拙，但不可否认，它是微电子革命的先驱。

此后，双极晶体管、单极晶体管和硅晶体管相继问世。

“从移动计算到智能计算，当今时代的各种变化都离不开电子信息系统。晶体管是最基本的器件。”魏少军说，晶体管对于信息革命就像铁对于农业革命，蒸汽机对于工业革命一样重要。"它的重要性怎么强调都不为过。"

起步不算太晚的中国仍然落后

晶体管应该被用来做更多的事情，但前提是它们足够小。

如何为晶体管、电线和其他设备找到有效的连接方法？大约在1958年，美国两个30出头的年轻人各自提出了自己的解决方案——我们今天已经知道的集成电路。

如果说晶体管的诞生是蝴蝶拍打翅膀的结果，那么远离海洋的中国也敏锐地感受到了风暴的信号。

中国起步还不算晚。20世纪50年代中期，中国开始实施第一个五年计划。半导体作为一门新兴的科学技术，一直受到党和政府的高度重视。1956年，在没有技术数据和完整设备的情况下，中国成功研制出第一批半导体器件——锗合金晶体管。1965年，中国又有了集成电路。

"谈到我国的第一代半导体，那真是令人惊讶."中国科学院微电子研究所所长叶感叹道:“他们带着知识回国，开发自己的设备，准备自己的材料，培养自己的第一批学生，白手起家。”

在前20年，中国集成电路与世界的差距并不大。但是在接下来的20年里，道路开始曲折。

区别不在于技术，而在于工业。一个尚未完成工业化的国家刚刚摆脱计划经济时代，不知道如何组织大规模的商品生产。此时，进一步发展高科技产业就更加困难了。

工业无法发展，技术研发也举步维艰，陷入恶性循环。叶记得，1986年他第一次进入集成电路行业时，整个行业正处于痛苦的转型时期。我们仍在学习如何批量生产高质量、低成本的产品，并在混乱中摸索。

20世纪80年代和90年代，国际集成电路产业开始腾飞。“这是国家发展阶段之间的差异，没有什么可抱怨的。”叶坦率地说。

真正的转折点发生在2008年。

那一年，国家重大科技项目启动。“核心电子器件、高端通用芯片和基础软件产品”、“超大规模集成电路制造设备和成套技术”以及其他特殊项目都指向集成电路。五年后，当技术储备达到一定水平，工业投资增加时，它被提上了议事日程。

2014年，国务院发布了《促进全国集成电路产业发展纲要》，成立了全国产业投资基金。“效果突然出现了。为什么这么快？因为技术体系已经建立，它可以支持工业体系的迅速发展。”叶总结道，“这是一套组合拳，真是太完美了。”