集成电路(芯片)技术自1958年诞生以来，已有63年的发展历史。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。本站将以连载的形式陆续刊登本文，第三期介绍芯片技术不断成熟，沿摩尔定律快速发展。

6.芯片技术不断成熟，沿摩尔定律快速发展

1962年，美国无线电公司(RCA)的史蒂文.霍夫施泰因(Steven Hofstein) 弗雷德里克.海曼(Frederic Heiman)研制出了可批量生产的金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET，并采用实验性的16个MOS晶体管集成到一个芯片上，这是全球真正意义上的第一个MOS集成电路。

图18.霍夫施泰因和全球首款MOS集成电路

1963年，仙童公司的弗兰克.万拉斯(Frank M.Wanlass)和华人萨支唐(C.T.Sah)首次提出CMOS电路技术。他们把N-MOS和P-MOS连接成互补结构，两种极性的MOSFET一关一开，几乎没有静态电流，适合于逻辑电路。1963年6月，万拉斯为CMOS申请了专利，但是几天之后，他就离开了仙童公司。首款CMOS电路芯片是由RCA公司研制。CMOS电路技术为大规模集成电路发展奠定了坚实基础。今天，95%以上的集成电路芯片都是基于CMOS工艺制造。

图19.CMOS反相器电路符号及器件模型

同年，仙童公司26岁的电路设计天才罗伯特.维德拉(Robert Widlar)设计了第一颗集成运算放大器电路μA702。

图20.仙童公司μA702运算放大器芯片图

1964年，Intel公司创始人之一的戈登.摩尔（Gordon Moore）提出著名的摩尔定律(Moore’s Law)，预测芯片技术的未来发展趋势是，当价格不变时，芯片上可容纳的元器件的数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。后来50多年芯片技术的发展证明了摩尔定律基本上还是准确的。

图21.摩尔，芯片技术沿摩尔定律发展趋势图

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。

图22.美国应用材料公司的半导体业务
(来源：应用材料公司官网)

1967年，贝尔实验室江大原(DawonKahng)和施敏博士(Simon Sze)共同发明了非挥发存储器。这是一种浮栅MOSFET，它是可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、闪存(Flash)的基础。

图23.普通MOSFET与浮栅MOSFET示意图

1968年，IBM公司的罗伯特.登纳德(Robert H.Dennard)发明单晶体管动态随机存取存储器(DRAM)。发明名称是“一个关于晶体管动态RAM单元的发明”。单晶体管DRAM是一个划时代的发明，它后来成为了计算机内存的标准。Dennard于1997年入选了国家发明家名人堂；2009年获得IEEE荣誉勋章，这是电子电气领域的最高荣誉。

图24.登纳德与单晶体管DRAM示意图

后记：1947～1968年的20多年是全球芯片技术和电子工业的起步期，这个时期内创新人才辈出，深远影响的发明层出不穷。晶体管、集成电路、以光刻为核心的硅平面加工技术、CMOS电路、非挥发存储器、单管DRAM电路等发明为芯片技术快速发展打下了基础，为芯片技术沿着摩尔定律前行铺平了道路。但是，人类在走上这条康庄大道之前，从半导体的认识和发现到晶体管的发明，在崎岖的道路上已摸索了114年的时间，其中包括痴迷电子管的40多年时间。科技进步不可能一撮而就，它是一个逐步认识、发现和成熟的过程。

参考资料：

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  14. 康师兄，电子时代的起点，美篇：https://www.meipian.cn/3cw3o1d9，2021.1.10

  15. 图解芯片技术，集成电路发展史上的十大里程碑事件!电子发烧友：http://www.elecfans.com/d/1490110.html，2021.2.1

  16. 传感器专家网，光刻机技术到底是谁发明的？腾讯网：https://new.qq.com/rain/a/20210309A0BB0500，2021.3.9

(上篇完，请看中篇)

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