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[導(dǎo)讀]回顧曾經(jīng)那些推動全球半導(dǎo)體發(fā)展的技術(shù)和事件。1833年:第一次有記錄的半導(dǎo)體效應(yīng)邁克爾·法拉第(Michael Faraday)發(fā)現(xiàn)了硫化銀晶體中電導(dǎo)率隨溫度升高而增加的“特殊情況”。這與在銅和其他金屬中觀察到的情況相反。

回顧曾經(jīng)那些推動全球半導(dǎo)體發(fā)展的技術(shù)和事件。1833年:第一次有記錄的半導(dǎo)體效應(yīng)邁克爾·法拉第(Michael Faraday)發(fā)現(xiàn)了硫化銀晶體中電導(dǎo)率隨溫度升高而增加的“特殊情況”。這與在銅和其他金屬中觀察到的情況相反。

圖:法拉第



1874年:發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體點接觸式整流器效應(yīng)

第一個半導(dǎo)體二極管書面說明,費迪南德·布勞恩(Ferdinand Braun)指出,在金屬點與方鉛礦晶體接觸處,電流只朝一個方向自由流動。



1901年:半導(dǎo)體整流器獲得“晶體管觸須(CAT'S WHISKER)”探測器專利


無線電先驅(qū)、印度加爾各答總統(tǒng)學(xué)院物理學(xué)教授Jagadis Chandra Bose申請了檢測無線電波的半導(dǎo)體晶體整流器的專利。


圖:Jagadis Chandra Bose



1926年:場效應(yīng)半導(dǎo)體器件申請專利


Julius Lilienfeld申請了一項專利,描述了一種基于硫化銅半導(dǎo)體特性的三電極放大裝置。直到1930年代,人們一直在嘗試制造這種設(shè)備。


圖:Julius E. Lilienfeld



1931年:《電子半導(dǎo)體理論》出版


艾倫·威爾遜(Alan Wilson)用量子力學(xué)來解釋半導(dǎo)體的基本特性。七年后,鮑里斯?達維多夫(蘇聯(lián))、內(nèi)維爾?莫特(英國)和沃爾特?肖特基(德國)都對半導(dǎo)體進行了理論解釋。


圖:在劍橋的Alan Wilson


1940年:發(fā)現(xiàn)P-N結(jié)

Russell Ohl發(fā)現(xiàn)了硅中的P-N結(jié)和光伏效應(yīng),從而促進了結(jié)晶體管和太陽能電池的發(fā)展。


圖:在貝爾實驗室的Russell Ohl



1941年,半導(dǎo)體二極管整流器用于二戰(zhàn)


開發(fā)出用于戰(zhàn)時雷達微波探測器的高純度鍺和硅晶體的生產(chǎn)技術(shù)。


圖:卡爾·拉克·霍洛維茲(Karl Lark-Horowitz)(右)和西摩·本澤(Seymour Benzer),約1942年在普渡大學(xué)



1947年:點接觸晶體管的發(fā)明


1947年12月,約翰·巴?。↗ohn Bardeen)和沃爾特·布拉頓(Walter Brattain)在鍺點接觸器件中實現(xiàn)了晶體管作用。




1948年:歐洲晶體管的發(fā)明


Herbert Mataré和Heinrich Welker在法國發(fā)明了鍺點接觸晶體管。


圖:Herbert Mataré



1948年:結(jié)型晶體管的構(gòu)想


威廉·肖克利(William Shockley)基于對P-N結(jié)效應(yīng)的理論理解,構(gòu)想了一種改進的晶體管結(jié)構(gòu)。


圖:威廉·肖克利(William Shockley)描述結(jié)晶體管理論



1951年: 發(fā)明區(qū)域熔煉


William Pfann和Henry Theurer開發(fā)了用于生產(chǎn)超純半導(dǎo)體材料的區(qū)域熔煉技術(shù)。


圖:William Pfann和Jack Scaff使用早期區(qū)熔精煉設(shè)備



1951年:第一個制造的生長結(jié)晶體管


戈登·蒂爾(Gordon Teal)生長出了大型鍺單晶,并與摩根·斯帕克斯(Morgan Sparks)合作制造了一個N-P-N結(jié)晶體管。


圖:1951年戈登·蒂爾(Gordon K. Teal)(左)和貝爾實驗室的摩根·史克斯(Morgan Sparks)



1952年:晶體管消費品出現(xiàn)


半導(dǎo)體開始出現(xiàn)在電池供電的助聽器和袖珍收音機中,消費者愿意為便攜性和低功耗支付高價。


圖:Sonotone 1010助聽器使用了一個晶體管和兩個電子管



1952年:貝爾實驗室授權(quán)晶體管技術(shù)


貝爾實驗室的技術(shù)研討會和晶體管專利授權(quán)大大鼓勵了半導(dǎo)體的發(fā)展。


圖:杰克·A·莫頓(Jack A.Morton)(左)和貝爾實驗室的JR·威爾遜,約1948年



1953年:晶體管計算機問世


晶體管計算機樣機證明了半導(dǎo)體與真空管相比,具有體積小、功耗低的優(yōu)點。


圖:SEAC計算機操作員站



1954年:為晶體管開發(fā)擴散過程


在使用高溫擴散法生產(chǎn)太陽能電池之后,Charles Lee和Morris Tanenbaum將該技術(shù)應(yīng)用于制造高速晶體管。


圖:貝爾實驗室的首批擴散基極硅晶體管之一



1954年:硅晶體管展現(xiàn)優(yōu)越的工作特性


莫里斯·塔南鮑姆(Morris Tanenbaum)在貝爾實驗室制造了第一個硅晶體管,但德州儀器公司的工程師制造并銷售了第一個商業(yè)設(shè)備。


圖:貝爾實驗室的Morris Tanenbaum(左)和Charles Lee(右)



1955年:光刻技術(shù)被用于制造硅器件


朱爾斯·安德魯斯(Jules Andrus)和沃爾特·邦德(Walter Bond)采用印刷技術(shù)中的光刻技術(shù),使硅晶圓上的擴散“窗口”得以精確蝕刻。




1955年:氧化物掩蔽的發(fā)展


卡爾·弗羅施(Carl Frosch)和林肯·德里克(Lincoln Derick)在晶片上生長了一層二氧化硅薄膜,以保護其表面,并允許受控擴散到底部的硅層。


圖:Calvin Fuller,Carl Frosch和Lincoln Derick的早期擴散爐



1956年:硅谷誕生


肖克利半導(dǎo)體實驗室培育了年輕的工程師和科學(xué)家——未來硅谷的中流砥柱,與此同時開發(fā)了北加利福尼亞州的第一批原型硅器件。

圖:在加利福尼亞帕洛阿爾托的Rickey's酒店敬酒肖克利的諾貝爾獎。



1958年:演示半導(dǎo)體集成電路


杰克·基爾比(Jack Kilby)用半導(dǎo)體材料制作了一個有源和無源元件的集成電路。





1958年:硅臺面型晶體管進入商業(yè)生產(chǎn)


仙童(Fairchild)半導(dǎo)體生產(chǎn)雙擴散硅臺面晶體管,以滿足苛刻的航空航天應(yīng)用。


1958年:隧道二極管有望實現(xiàn)高速半導(dǎo)體開關(guān)


隧道二極管是江崎玲于奈1958年8月時發(fā)明的,當(dāng)時他在東京通訊工業(yè)株式會社(現(xiàn)在的索尼)。1973年時江崎玲于奈和布賴恩·約瑟夫森因為發(fā)現(xiàn)上述半導(dǎo)體中的量子穿隧效應(yīng)而獲得諾貝爾物理獎。羅伯特·諾伊斯在為威廉·肖克利工作時也有有關(guān)隧道二極管的想法,但沒有繼續(xù)進行研究。





1959年:實用單片集成電路概念專利


羅伯特·諾伊斯(Robert Noyce)在約翰·拉爾斯(Jean Hoerni)的平面工藝的基礎(chǔ)上,申請了一種可以大批量生產(chǎn)的單片集成電路結(jié)構(gòu)專利。


圖:羅伯特·諾伊斯(Robert Noyce)于1962年擔(dān)任飛兆半導(dǎo)體總經(jīng)理



1959年:“平面”制造工藝的發(fā)明


Jean Hoerni開發(fā)了平面工藝來解決臺面晶體管的可靠性問題,從而革新了半導(dǎo)體制造業(yè)。


圖:Jean Hoerni



1960年:外延沉積工藝提高晶體管性能


薄膜晶體生長工藝的發(fā)展使晶體管具有高的開關(guān)速度。


圖:伊恩·羅斯(Ian Ross)擔(dān)任貝爾實驗室總裁的鉛筆素描



1960年:演示金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管


John Atalla和Dawon Kahng制作了可工作的晶體管并演示了第一個成功的MOS場效應(yīng)放大器。


圖:Dawon Kahang的MOS專利圖



1960年:制造了第一個平面集成電路


Jay Last設(shè)計并證明了基于Hoerni的平面工藝生產(chǎn)集成電路的可行性。


圖:杰伊·拉斯特(Jay Last)和戈登·摩爾(Gordon Moore)



1961年:專用半導(dǎo)體測試設(shè)備進入商業(yè)市場


半導(dǎo)體以及一些專門的供應(yīng)商為高通量制造建立專用的測試設(shè)備。


圖:聯(lián)合創(chuàng)始人Vic Grinich在Fairchild領(lǐng)導(dǎo)了IC測試儀開發(fā)



1961年:硅晶體管速度超過鍺


計算機架構(gòu)師Seymour Cray資助了首款硅器件的開發(fā),以滿足世界上最快的機器的性能需求。


圖:Jean Hoerni在實驗室工作



1962年:航天系統(tǒng)計算機首次使用集成電路


與分立晶體管設(shè)計相比,集成電路的尺寸、重量和功耗更小,盡管成本很高,但軍事和航空航天系統(tǒng)中剛好適合。




1963年:推出標準邏輯IC系列


二極管-晶體管邏輯(DTL)系統(tǒng)為數(shù)字集成電路創(chuàng)造了一個大批量的市場,但是速度、成本和密度優(yōu)勢使晶體管-晶體管邏輯(TTL)成為20世紀60年代后期最流行的標準邏輯配置。


圖:在推出Signetics SE124 DTL觸發(fā)器2年后,F(xiàn)airchild的930系列DTL(右)更小、更便宜、更快



1963年:互補MOS結(jié)構(gòu)被發(fā)明


弗蘭克·萬拉斯(Frank Wanlass)發(fā)明了最低功率邏輯器件,但是性能限制阻礙其成為當(dāng)時的流行技術(shù)。

圖:Frank Wanlass專利圖紙中的CMOS器件結(jié)構(gòu)



1964年:首個商用MOS集成電路問世


通用微電子公司使用金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)工藝在一個芯片上封裝比雙極集成電路更多的晶體管,并建立了第一個使用該技術(shù)的計算機芯片組。


圖:1966年Andy Grove,Bruce Deal和Ed Snow在Fairchild Palo Alto研發(fā)實驗室討論MOS技術(shù)



1964年:推出第一個廣泛使用的模擬集成電路


Fairchild的戴維?塔爾伯特(David Talbert)和羅伯特?威德拉(Robert Widlar)為模擬IC創(chuàng)建成功的商業(yè)模式,并為其開啟了一個主要的行業(yè)領(lǐng)域。


圖:羅伯特·威德拉(Robert Widlar)于1977年檢查LM10掩模的布局



1964年:混合微電路達到產(chǎn)量峰值


為IBM System/360計算機家族開發(fā)的多芯片SLT封裝技術(shù)進入量產(chǎn)階段。

圖:1964年的IBM System 360手冊封面包含SLT模塊



1965年:半導(dǎo)體只讀存儲器芯片出現(xiàn)


半導(dǎo)體只讀存儲器(ROM)擁有高密度和每比特低成本的優(yōu)勢。




1965:第一個為整體系統(tǒng)設(shè)計的封裝產(chǎn)品


雙直列封裝(DIP)模式大大簡化了印刷電路板的布局,降低了計算機的組裝成本。




1965年:大型計算機采用集成電路


大型計算機制造商宣布推出專用集成電路的計算機。




1965年:“摩爾定律”預(yù)言了集成電路的未來


仙童公司的研發(fā)總監(jiān)預(yù)測了集成電路中晶體管密度的增長速度,并為技術(shù)進步建立了一個標準。




1966年:為IC開發(fā)了計算機輔助設(shè)計工具


IBM工程師率先使用計算機輔助的電子設(shè)計自動化工具來減少錯誤并加快設(shè)計時間。


圖:1967年在Fairchild上使用IBM 360/67大型機驅(qū)動的CAD系統(tǒng)



1966年:半導(dǎo)體RAM滿足高速存儲需求


雙極性RAM進入計算機市場,用于高性能暫存器和高速緩存應(yīng)用。


圖:16位雙極性TTL RAM的金屬掩膜圖——1967年電視紀錄片的屏幕圖像



1967年:專用集成電路采用計算機輔助設(shè)計


自動化設(shè)計工具減少了開發(fā)工程設(shè)計和交付復(fù)雜的定制集成電路的時間。


圖:Fairchild 4500-1967 DTL 32門Micromatrix定制陣列,使用CAD工具進行設(shè)計



1967年:一站式解決方案設(shè)備供應(yīng)商改變了行業(yè)格局


第三方供應(yīng)商為半導(dǎo)體制造的提供專業(yè)設(shè)備,并成為中間技術(shù)和一站式制造設(shè)備的供應(yīng)商。其中應(yīng)用材料成立于1967年。


圖:Michael McNeilly和Walter Benzing在Applied Materials,Inc.率先開發(fā)了外延沉積設(shè)備。



1968年:為IC開發(fā)了硅柵技術(shù)


費德里克·法格(Federico Faggin)和湯姆·克萊(Tom Klein)改善了具有硅柵結(jié)構(gòu)的MOS IC的可靠性,封裝密度和速度。法格設(shè)計了第一款商用硅柵極IC –飛兆3708。


圖:費德里科·法金(Federico Faggin)和湯姆·克萊因(Tom Klein)于1967年在仙童(Fairchild)研發(fā)



1968年:專用電流源IC集成了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能


Fairchild的George Erdi設(shè)計了首批專用于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換應(yīng)用的IC之一的μA722 10位電流源。


圖:Fairchild μA722 10位電流源,用于數(shù)模轉(zhuǎn)換器



1969年:肖特基勢壘二極管使TTL存儲器的速度提高了一倍


設(shè)計方法的創(chuàng)新改進了行業(yè)標準的64位TTL RAM架構(gòu)的速度,并降低了功耗??焖賾?yīng)用于新的雙極邏輯和存儲器設(shè)計。


圖:i3101肖特基TTL 64位RAM是英特爾的第一款產(chǎn)品



1970年:MOS動態(tài)RAM與磁芯存儲器的價格競爭


英特爾i1103 DRAM開啟了半導(dǎo)體對磁芯存儲器的挑戰(zhàn)。


圖:Fairchild的1024位SAM多芯片存儲平面使用16個64位PMOS靜態(tài)RAM芯片(1968)



1971年:微處理器將CPU功能集成到單個芯片上


為了減少運算器設(shè)計需要的芯片數(shù),英特爾工程師創(chuàng)造了第一個單片微處理器(CPU),i4004.


圖:英特爾MPU 4004



1971年:可重復(fù)使用的可編程ROM引入了迭代設(shè)計靈活性


以色列工程師Dov Frohman發(fā)明的紫外線可擦寫ROM設(shè)計為快速開發(fā)基于微處理器的系統(tǒng)提供了重要的設(shè)計工具,稱為可擦寫、可編程只讀存儲器或EPROM。


圖:EPROM發(fā)明家Dov Frohman



1974年:量化了IC工藝設(shè)計規(guī)則的數(shù)量


IBM研究員Robert Dennard關(guān)于MOS存儲器的過程縮放的論文加速了縮小物理尺寸和制造越來越復(fù)雜的集成電路的全球競爭。


圖:IBM研究員Robert Dennard



1974年:通用微控制器系列的發(fā)布


TMS 1000微控制單元/MCU出現(xiàn)了單芯片計算器設(shè)計,可用于要求不高的任務(wù),例如控制器或者微波爐。


圖:TMS 1000微控制器的早期版本



1974年:電子表是第一個片上系統(tǒng)集成電路


MICROMA液晶顯示器(LCD)數(shù)字手表是將完整的電子系統(tǒng)集成到稱為系統(tǒng)級芯片(SOC)的單個硅芯片上的第一款產(chǎn)品。


圖:漢密爾頓Pulsar數(shù)字手表的電子模塊



1978年:用戶可編程邏輯器件的誕生


單片存儲器公司的John Birkner and H. T. Chua開發(fā)了易于使用的可編程陣列邏輯(PAL)器件和工具,用于快速原型化定制邏輯功能。


圖:80年代中期的H. T. Chua和John Birkner



1979年:推出了單芯片數(shù)字信號處理器


貝爾實驗室的單芯片DSP-1數(shù)字信號處理器設(shè)備架構(gòu)針對電子開關(guān)系統(tǒng)進行了優(yōu)化。


圖:貝爾實驗室的DSP-1器件版本

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