1.1.2 发展历程

实际上，早在1900年前后，人们就发现了一类具有整流性能的半导体材料，并成功地用它们制出了检波器。但这些早期的晶体检波器性能不稳定，很快被淘汰了。到了20世纪30年代，由于微波技术的发展，为了适应超高频波段的检波要求，半导体材料又引起了人们的注意，并制出了锗和硅微波二极管。为了改善这些器件的稳定性和可靠性，第二次世界大战后，在美国的Bell实验室，由 W.Shockley、J.Bardeen和 W.Brattain组成的研究小组展开了对固体表面的研究。1947年12月23日，该小组在对半导体特性研究的过程中发明了点接触三极管，这是世界上第一只晶体三极管，它标志着电子技术从电子管时代进入晶体管时代迈开了第一步。在此基础上，W.Shockley提出了pn结和面接型晶体管的基本理论，接着发明了具有实用价值的面结型晶体管。为此这三位科学家于1956年荣获诺贝尔奖。图1.1为三人研究小组和世界上第一只晶体管的照片。

晶体管发明后不到5年，英国皇家研究所的塔姆于1952年5月在美国工程师协会举办的一次座谈会上发表的论文第一次提出了关于IC的设想。文中说到：“可以想象，随着晶体管和一般半导体工业的发展，电子设备可以在固体上实现，而不需要连接线。这块电路可以由绝缘、导体、整流放大等材料层组成”。在此后几年，随着工艺水平的提高，美国得克萨斯仪器公司（TI）公司的J.S.Kilby于1958年宣布研制出了第一块IC（当时该电路实际上是一个仅包含12个元件的混合集成电路）。从此，微电子技术进入了IC时代。J.S.Kilby于2000年获得诺贝尔奖。图1.2为J.S.Kilby和世界上第一块集成电路。

图1.1 Shockley三人小组和世界上第一只晶体管

（三人中坐着的为Shockley，后面从左分别为Bardeen和Brattain）

图1.2 Kilby和世界上第一块集成电路

1947年晶体管的发明并没有引起人们过多的注意，仅仅是在当时的《纽约时报》上有一条短消息。由于工艺和结构问题，最初发明的点接触晶体管达不到实用的要求。真正引起了一次新的技术革命，是人们对半导体器件及其制造工艺的研究不断深入。首先是在20世纪50年代初，面结型晶体管达到实用程度，开始工业化生产。在随后的几年中，通过对半导体表面效应的深入掌握，1958年制造出了金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）。尽管MOS晶体管的诞生比双极晶体管晚了近10年，但是由于它体积小、功耗低、制造工艺简单，为集成化提供了有利条件。随着硅平面工艺技术的发展，1965年英特尔公司主要创始人摩尔提出了著名的“摩尔（Moore）定律”，他预言：集成电路的晶体管密度每18～24个月翻一番。每个芯片的成本将会每年下降一半。确实，MOS集成电路基本遵循 Moore定律（见图1-3）飞速地发展。现在已经可以把几亿乃至几十亿个MOS晶体管集成在一个芯片里。以CMOS集成电路为代表的微电子技术及其产业突飞猛进，日新月异，给人类的工作和生活带来了巨大变革。根据预测，直至21世纪上半叶，它仍将是主流技术。2007年，英特尔公司推出45nm处理器，革命性地采用基于铪的高-k栅介质和金属栅晶体管，这是40年来晶体管材料和工艺的又一次重大革新，将摩尔定律推向又一个新的发展阶段，可将“摩尔定律”再延长10年。表1.1给出了微电子技术和集成电路发展的主要里程碑。

表1.1 微电子技术和集成电路发展的主要里程碑