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【影响世界的专利】集成电路

作者:admin 来源:转载 日期:2015-9-15 9:10:31 人气:0 加入收藏 评论:0 标签:【影响世界的专利】集成电路

集成电路

集成电路

集成电路是在一片很小一片(诸如指甲大小的)半导体材料上有效、紧凑地排列大量有源、无源元件构成的微型电子电路,也称微型芯片。其尺寸小、重量轻、经久耐用。1947年贝尔实验室发明了晶体管,但是由其组装的电子电路设备仍显笨重。业内人士千方百计使其小型化,设想和实施过各种方式方法,真正经世致用的解决方案产生于美国德克萨斯仪器公司(下文称德州仪器公司)1959年2月6日向美国专利局申请,名称为《微电子电路》的专利申请,并于1964年6月23日被授予专利权,专利号US3138743,发明人是杰克.基尔比(Jack Kilby)。

杰克.基尔比1958年5月作为电气工程师进入德州仪器公司,任务是使已有电子器件小型化。当年夏天,他由于是新员工而不享有休假资格,就充分利用同事们长假期间,对公司生产的器件小型化进行系统分析、研究和探索,经过缜密思考,认为把不同半导体材料生产的元件再小型化,然后手工组装成电路,这种思路很难在小型化上有质的变化;他反复琢磨怎样才能将晶体管、电阻、电容等电路元件集成在一块半导体材料基片上,然后互连成一个完整电路,实现微型化突破;基于现代电子学知识,很快形成了可行构思,并用心撰写了解决方案草案。当他的上司威利斯.阿德科克(Willis Adcock)休完假上班后,他就把草案交给了阿德科克。后者很欣喜,但仍存怀疑,要求通过具体电路示范证明这样的集成是可行的。1958年8月,他把一些电路元件临时搭建在一个改进的半导体基片上进行了演示。然后,基尔比致力于在硅半导体晶片上生成元件、接点、接点互联,成功形成移相振荡器电路。在一系列试验基础上,产生了本文前面所述的专利。

该专利揭示了在单晶半导体材料晶片上含有多个电路元件,例如至少一个有源电路元件和至少一个无源电路元件的集成电路。多个结型晶体管在该晶片中,每个包含有相反导电率型的半导体材料不同薄层的晶体管邻接在作为基片的晶体的主面上,形成一个基极和一个叠在一个集电极区域上的发射极区域,每个所述的晶体管的发射极和集电极全部伸展到所述的表面,多个分开的晶片细长区域形成半导体电阻作为电阻,该细长区域上也使晶体管在所述的表面上相互隔离,并且用导电手段互联选定细长区域、晶体管区域之间。如有必要也可在上述集成电路中含有P-N结电容。

下面结合附图介绍一个实施例。图6a展示了已将含有扩散P-N结的单晶半导体的晶片加工成了集成的多谐振荡器。晶体的不同区域已用相应电路元件功能符号标出。图6b是在图6a的晶片中各种不同电路元件之间关系的线路图。优选的半导体晶片是硅或锗的,其具有合适的导电率,如3欧姆-厘米P型锗,并抛光晶体的一侧;然后,对晶片在其表面约0.7密耳深形成n型层的锑扩散处理;再后,将晶片块刻成合适的尺寸0.2英寸×0.08英寸,并研磨未抛光一面,使晶体厚度为0.0025英寸。

将镀金的铁镍钴合金导线(50)熔入晶片图示相应位置,通过掩膜将相应的金蒸发使得(51-54)区域与诸如晶体管的基极接点和电容触点的n区域形成电阻连接。通过合适形状的掩膜将铝蒸发实现晶体管发射极区域(56),形成其与n层的纯净接触。然后,用感光胶或漆覆盖晶片,并通过曝光、显影保留漆的图形用作抗蚀剂,使晶片成一定形状。具体地讲,这样的蚀刻形成在晶片的槽实现R1和R2和电路其他元件之间绝缘,也形成以预先计算好的配置成型所有的电阻区域。尽管优先使用电解蚀刻,但是或者化学蚀刻或者电解蚀刻等都行。下一步,用溶剂将光刻胶洗去,并用同样的照相术处理,掩膜形成台面(60)。再次将晶片浸入蚀刻剂中,在曝光区域将n层去除。再去除光刻胶。将金线(70)用热的方法焊接到相应的区域使他们之间完全连接,最后清洗干净已有的蚀刻。上述金线(70)也可用其他方法代替,例如通过掩膜,将诸如氧化硅绝缘材料蒸发到连接点以外的半导体线路晶片上,然后用诸如金、银等导电材料在绝缘材料上设置必要的互连电路。如需要可将整个微芯片密封起来。

该发明曾引发纠纷。在1959年基尔比的集成电路成果发布会前,另一发明人罗伯特.诺伊斯(Robert Noyce)在仙童半导体公司(Fairchild Semiconductors)也独立做出了类似发明,该公司于1959年6月30日申请了专利,并于1961年制造出了微芯片。经过长达10年的官司,最后判决,德州仪器公司发明了集成电路而仙童公司拥有其互联技术专利权。两家公司非常理智地采纳了交互授权,使集成电路技术得以在全球迅速发展。集成电路的发明掀起了微电子革命,人类进入了数字时代。尽管该发明与现在集成电路相比显得太简单了,但迄今为止,人们日常使用的电脑、互联网、手机、电视、相机等所有电子产品的集成电路都源于该发明的构思。

发明人杰克.基尔比(1923年11月8日-2005年6月20日),美国物理学家。1947年获伊利诺伊大学理科硕士学位。1947-1958年任全球联公司设计负责人,1958-1970任德州仪器公司助理副经理,1978年后任德克萨斯A&M大学教授。他一生获得过60项专利,其中50项专利与集成电路有关;1966年研制出第一台微型电子计算机;1967年被选为国家工程院院士,获得过巴伦坦奖章、萨尔诺夫奖章、国家科学奖章、兹沃雷金奖章;被授予耶鲁大学、伊利诺伊大学、罗彻斯特理工学院等九所大学荣誉博士学位,2000年获得了诺贝尔物理学奖。(陈仲华)

参考材料:1.《INVENTING THE 20TH CENTURY》 P136-P137

2. Wikipedia/Jack Kilby

发明人: 杰克.基尔比

Jack Kilby(1923年11月8日-2005年6月20日),美国物理学家,诺贝尔物理学奖获得者。他一生获得过60项专利,其中50项专利与集成电路有关。1966年研制出第一台微型电子计算机。被授予耶鲁大学、伊利诺伊大学、罗彻斯特理工学院等九所大学荣誉博士学位,获得过巴伦坦奖章、萨尔诺夫奖章、国家科学奖章、兹沃雷金奖章。


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