1952 年,集成电路的概念一经提出，就彻底改变了现代电子学的核心……
微电子技术革命的起点
二十世纪四、五十年代，用于放大、控制或产生电信号的晶体管被认为是电子学的基础。然而，随着技术的进步，电子设备变得越来越小，而晶体管却不够紧凑，无法装入这些微型设备中。这个问题引起了当时一批发明家和工程师的兴趣，他们下定决心解决这个问题。
Geoffrey Dummer 就是这样一位工程师，他当时在英国的电信研究院，也就是现在的皇家雷达研究院从事雷达系统工作。在研究雷达的过程中，他对雷达的结构及其组件的可靠性有了深刻的认识。通过研究，他了解到电子产品中的许多故障是由于连接电路中各个组件的连接线或焊点故障造成的。
于是，Dummer 提出了一个创新性的想法：建立一个可以包含所有电路元件的电路板。基于此，他提出了集成电路或微芯片的概念。
Geoffrey Dummer 的照片。图片由 Robert Cathles 拍摄。通过 Wikimedia Commons 获得许可（CC BY-SA 2.5、CC BY-SA 2.0 和 CC BY-SA 1.0）。
Dummer 于 1952 年 5 月 7 日在华盛顿特区的技术会议上提出了这个概念。在介绍这个先进的概念时，Dummer 说道：
“随着晶体管的出现和半导体的发展，现在似乎可以把电子设备想象成一个没有连接线的模块。这个模块可能由绝缘层、导电层、整流和放大材料层组成，电子功能通过分割各层区域直接连接。”
随后，Dummer 开始将他的想法付诸实践，但当英国政府停止资助他的项目时，他的尝试也停止了。尽管他未能成功设计出可运行的集成电路，但 Dummer 的工作为微电子技术革命奠定了基础。
集成电路研究的突破
世界各地的工程师很快就接受了集成电路的概念，并试图构建一个功能强大又可以独立运行的集成电路。然而，设计第一个实用的集成电路被证明是一个极大的挑战，因为电路中的每个组件都必须完美地协同工作。
1958 年，工程师 Jack Kilby 发现集成电路的所有组件都可以用半导体材料制成，这是集成电路研究的一个里程碑。当时，Kilby 刚刚开始在德克萨斯州的德州仪器 (TI)工作，他想用一个创新的想法打动他的老板。他几乎不知道他的发现后来被称为“单片机思想”，这个概念可以在现在流行的各种教科书中找到。
同年，Kilby 将他的想法变成了第一个集成电路的原型，它由一块锗片上的几个电路元件组成。Kilby 的新器件尺寸为 1.6×11.1 毫米——比美国邮票还小！1959 年，他申请了一项专利，其中写道：“本发明涉及微型电子电路，更具体地说，涉及由半导体材料制成的独特集成电子电路。”
1960 年代初，德州仪器的工程师们。从左到右：Charles Phipps 和 Joe Weaver（站立）、James R. Biard、Jack Kilby 和 James Fischer（坐着）。图像由 James R. Biard 提供。通过Wikimedia Commons 获得许可（CC BY-SA 4.0）。
与 Kilby 一样，工程师 Robert Noyce 也发现了在一块芯片上制造整个电路的重要性。虽然他们的工作相似，但并不完全相同。Kilby 试图完善集成电路中的组件，而 Noyce 则正在研究连接所有部件的最佳方式。Noyce 在加利福尼亚的 Fairchild 半导体公司——他在 1957 年与他人共同创立的半导体公司，进行他的研究。
Noyce 为硅基集成电路编写了一份非常详细的专利，确保不会侵犯与 Kilby 的器件密切相关的专利。尽管 Noyce 是在 Kilby 之后编写他的集成电路专利，但实际上他于 1961 年获得授权（Kilby 于 1964 年获得授权）。
Robert Noyce的照片。图片由英特尔自由出版社提供。通过Flickr Creative Commons 获得许可（CC BY-SA 2.0 ）。
今天，Kilby 和 Noyce 都因发明了第一个可运行的集成电路而广受赞誉。甚至有一本书介绍了他们的贡献，名为 The Chip: How Two Americans Invented the Microchip and Launched a Revolution(1984),作者是 TR Reid。在继 Fairchild 半导体的工作后，Noyce 与他人共同创立了另一家半导体制造公司 Intel（这两家公司在硅谷的建立过程中都发挥了重要作用）。Kilby 对创新的热情伴随着他一生，这促使他与他人共同发明了手持计算器和热敏打印机。2000 年，Kilby 因其在集成电路发明中的贡献而获得诺贝尔物理学奖。
集成电路的持久遗产
60 多年后的今天，从智能手表到手机再到电视，几乎所有电子设备中都可以找到集成电路。与第一批售价 450 美元的商业化集成电路相比，今天的微芯片成本只有其百分之一——而且性能更优异。
正是像 Dummer、Kilby 和 Noyce 等具有前瞻性思维和大胆创新能力的人，塑造了我们今天所处的技术精湛且不断变化的世界。
延伸阅读
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- 集成电路的设计和光刻工艺：光刻是用于制造集成电路的工艺，包括对制造集成电路的半导体晶片进行蚀刻。
- 如何使用 COMSOL Multiphysics® 模拟湿法化学蚀刻：湿法化学蚀刻被用于集成电路的工业生产。
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