同时的发明─集成电路

1、同时的发明一成电路1955年，发明晶体管的肖克利博士回到了故乡圣克拉拉。肖克利此举，正中特曼教授为硅谷网罗天下英才之下怀：有了肖克利这棵“梧桐树”，何愁引不到成群的“凤凰”来？全世界电子科学界都焦急地关注着肖克利的行踪。据说，300年前当牛顿宣布准备在他的故乡建一所工厂时，全世界的物理学界也是如此心态。果然，从硅谷的了望山传来消息：肖克利半导体实验室宣告成立，硅谷有了自己伟大的发明家。不久，因仰慕“晶体管之父”的大名，求职信像雪片般飞到肖克利的办公桌上。第二年，以诺依斯、莫尔为首的8位年轻的科学家，陆续加盟肖克利实验室，他们年龄全都在30岁以下，风华正茂，学有所成，正处在创造能力的巅峰。其中，

2、有获得双博士学位者，有来自大公司的工程师，有著名大学的教授。肖克利慧眼识英才，青年科学家也都由衷地感到，今后要与肖克利博士一起，去改写人类电子世纪的历史。这种感觉不久就得到验证：当年11月，斯德哥尔摩打来长途电话，肖克利博士荣获诺贝尔物理奖。年轻人簇拥着科学巨匠来到帕洛阿尔托，在该市最庄重的“黛娜木屋”酒家举行庆典，用香槟酒为他们的“领航员”庆贺。29岁的诺依斯恭敬地向肖克利博士敬酒，他是8人之中的“长者”。在麻省理工学院取得固体物理学博士学位后，他曾选择了一家很小的公司任职，因为只有在小公司里，他才可能独当一面，既当科学家，又当企业家，从而得到了充分的锻炼。在“投奔”肖克利诸位中，诺依斯可算

3、是最坚定的人，根本就没有考虑过回头。飞抵旧金山后所做的第一件事，就是倾囊为自己购下住所，断然决定永久性定居，然后才去晋见肖克利。什么工作环境啊，条件啊，待遇啊，一概全不知晓。其他7位青年，来硅谷的经历与诺依斯大抵相似。招齐员工后，肖克利下令实验室大量生产晶体管，要把成本降到每只5分钱。然而，肖克利虽然雄心勃勃，但对管理却一窍不通，把实验室的生产指挥得一塌糊涂，全然听不进别人的善意规劝。特曼教授后来评论说：“肖克利在才华横溢的年轻人眼里是非常有吸引力的人物，但他们又很难跟他共事。”年轻人彻底地失望了：一年之中，实验室没有任何拿得出手的产品问世。1957年，8位青年中的7人偷偷聚在一起，瞒着肖克利

4、商量“叛逃”的办法。想来想去，决定自己创办一家公司。可他们也都不懂生产管理，大家一致同意“策反”诺依斯，他看起来是唯一有点儿领导才能的人。没料到诺依斯除了于心不忍外，也早就萌生了“外心”。当8位青年联名递上辞职书的时候，肖克利不由得火冒三丈。“你们简直是一群叛徒！”肖克利指着诺依斯的鼻子，怒不可遏。年轻人面面相觑，但还是义无反顾离开了他们的“伯乐”。这就是电脑史里人所共知的有关“8大叛徒”的趣谈，不过，肖克利本人后来也改口把他们称为“8个天才的叛逆”。肖克利实验室因主要骨干出走一蹶不整，1960年被另一家实验室收买，1968年彻底关门。实验楼经过改造后，变成一家电子音响商店，出售着由肖克利发明

5、却不能由他制造的晶体管设备。肖克利博士本人“下海”未果，掉头“上岸”，被斯坦福大学请去当他的荣誉教授，讲授本人擅长的电子学理论。诺依斯和另外7个“叛逆”并没有“亡命天涯”，他们铁了心，一定要在硅谷干出个名堂。远在新泽西州的一家照相器材公司愿意为他们在硅谷投资办实业，从事半导体的研究与开发。由于公司的老板名叫费尔柴尔德，中文直译为“仙童”，“8个叛逆”新开张的这家公司被命名为仙童半导体公司。1957年10月，仙童公司也在了望山租下一间小屋，距离肖克利实验室和惠普公司发迹的汽车库差不多远。“仙童”们商议要制造一种双扩散基型晶体管，以便用硅来取代传统的锗材料，这是他们在肖克利实验室尚未完成却又不受肖

6、克利重视的项目。诺依斯给伙伴们分了工，由赫尔尼和莫尔负责搞“扩散工艺”，而他自己带着拉斯特专攻“平面照相技术”，其他的人也都各司其职。在诺依斯精心运筹下，公司业务迅速发展，员工增加到了100多人。同时，一整套制造硅晶体管的平面处理技术也日趋成熟。科学家赫尔尼是众“仙童”中的佼佼者，他像变魔术一般把硅表面的氧化层挤压到最大限度。诺依斯等人首创的晶体管制造方法也与众不同，他们先在透明材料上绘好晶体管结构，然后用拍照片的办法，把结构显影在硅片表面氧化层上，腐蚀去掉不需要的图形后，再把那些具有半导体性质的微粒扩散到硅片上。氧化、照相、刻蚀、扩散，半导体平面处理技术仿佛为“仙童”们打开了一扇奇妙的大门，

7、他们突然看到了一个广阔的空间：用这种方法既然能做一个晶体管，为什么不能在硅片上集成几十个，几百个，乃至成千上万呢？1959年1月23日，诺依斯在日记里详细地记录了这一闪光的设想。肖克利40年代发明的晶体管比起电子管来，确实是小得多，但是，随着电脑功能越来越强，“个头”也就越长越大。以一台中型电脑为例，几十万只晶体管加上电阻电容器，它的电子元件数已增长到数以百万计。过去人们对电子管所列举的种种弊端和责难，现在都统统加到晶体管的身上。历史戏剧般地重演，肖克利回到大学讲坛，晶体管走向了穷途末路。电脑的元件，又一次不可避免地面临着历史性变革。就在仙童公司诺依斯等人还在大胆设想的时候，晶体管的集成化试验

8、却已在德克萨斯仪器公司悄悄地进行。德克萨斯仪器公司简称TI公司，座落在美国南部德克萨斯州的达拉斯市。肖克利等人发明晶体管后，TI公司曾率先开发出第一台全晶体管收音机。1958年7月，达拉斯天气炎热，TI公司宣布放一次长假，绝大多数员工兴高采烈离开岗位。不一会儿，宽大的厂房里，只剩下一位名叫基尔比的青年人。基尔比那年35岁，到TI公司任职不足两个月，因而无权享受休假的乐趣。人去楼空，反而给他提供了思考和试验的机会。读中学时，基尔比的父亲期盼他能考上麻省理工学院，成为优秀的电子工程师。考试的结果，成绩一贯优秀的基尔比以3分之差落第，不得已进入二流的伊利诺斯大学就读。然而，好学者无论在哪里都能找到智

9、慧的源泉，工程师也不一定非得在“摇篮”里造就。酷爱电子学的基尔比，从英国科学家达默的思想里发现了“新大陆”。早在1952年，达默就曾指出，由半导体构成的晶体管，完全可以把它们组装在一块平板上而去掉之间的连线，半导体甚至也可以构成电阻器电容器等等。基尔比暗自思忖，别看晶体管很小，其中真正起作用的，只是丁点大小的晶体，满打满算不过百分之一毫米，而无用的支架、管壳什么的就占去绝大多数体积。他很想有机会把达默的思想变成事实。进入TI公司工作之前，基尔比曾在一家小型实验室一干就是10年，搞过晶体管助听器和其他电子工艺，积累了丰富的实践经验。TI公司目前交给他的任务是设法把许多单独的晶体管挤进很小的空间，

10、为军方制作一种“微模组件”。基尔比想，与其煞费苦心装配那些晶体管，何不动手直接在小平板上制作它们呢？现在，机会似乎来了。基尔比原来设想用硅材料制作电路，但TI公司还没有这种合适的硅片，他只得改用锗材料进行实验。终于，他成功地在一个锗片上形成了若干个晶体管、电阻和电容，并用热焊的方法把它们用极细的导线互连起来。世界上第一块“集成”的固体电路诞生在微小平板上。在不超过4平方毫米的面积上，基尔比大约集成了20余个元件。1959年2月6日，基尔比向美国专利局申报专利，这种由元件组合的微型固体被叫做“半导体集成电路”，是一种用于无线电设备的“振荡器”，功能与休利特和帕卡德“下海”时的当家产品相似，但被缩

11、微成一块很小的固体组件。巧合得很，当基尔比远在达拉斯孤军作战的时候，硅谷的“仙童”们也走到了研制集成电路的边缘。当基尔比发明集成电路的消息从达拉斯传到硅谷，诺依斯不禁惊讶万分，他当即召集众“仙童”商议对策。基尔比感到为难的问题，比如硅材料问题，在硅片上进行两次扩散和导线互相连接问题等等，正是仙童公司的拿手好戏。诺依斯高瞻远瞩地提出可以用蒸发沉积金属的方法代替热焊接导线，这是解决元件相互连接的最好途径。仙童公司发明集成电路条件，比TI公司更得天独厚。仙童公司开始奋起疾追。1959年7月30日，他们也向美国专利局申请了发明专利，时间比基尔比晚了半年。于是，两家公司为争夺集成电路的发明权打起了官司。

12、其实，在集成电路的制造技术上，诺依斯与基尔比的方法并不相同。1966年，基尔比和诺依斯同时被富兰克林学会授予巴兰丁奖章，基尔比被誉为“第一块集成电路的发明家”。而诺依斯被誉为“提出了适合于工业生产的集成电路理论”的人。1969年，法院最后的判决下达，也从法律上实际承认了集成电路是一项同时的发明，基尔比和诺依斯的大名并列着写进了电子和电脑的发展史册。集成电路开始着手导演电脑的第三代历史。1961年，德克萨斯仪器公司与美国空军合作，仅用了不到9个月，研制成功第一台用集成电路组装的计算机。该机共有587块集成电路，重不过300克，体积不到100立方厘米，功率只有16瓦。有趣的是，“8个天才叛逆”创建的仙童公司，在硅谷里演出了又一出“大