【影響世界的專利】集成電路

集成電路

集成電路

集成電路是在一片很小一片（諸如指甲大小的）半導體材料上有效、緊湊地排列大量有源、無源元件構成的微型電子電路，也稱微型芯片。其尺寸小、重量輕、經久耐用。1947年貝爾實驗室發明了晶體管，但是由其組裝的電子電路設備仍顯笨重。業內人士千方百計使其小型化，設想和實施過各種方式方法，真正經世致用的解決方案產生於美國德克薩斯儀器公司（下文稱德州儀器公司）1959年2月6日向美國專利局申請，名稱為《微電子電路》的專利申請，並於1964年6月23日被授予專利權，專利號US3138743，發明人是杰克.基爾比（Jack Kilby）。

杰克.基爾比1958年5月作為電氣工程師進入德州儀器公司，任務是使已有電子器件小型化。當年夏天，他由於是新員工而不享有休假資格，就充分利用同事們長假期間，對公司生產的器件小型化進行系統分析、研究和探索，經過縝密思考，認為把不同半導體材料生產的元件再小型化，然后手工組裝成電路，這種思路很難在小型化上有質的變化﹔他反復琢磨怎樣才能將晶體管、電阻、電容等電路元件集成在一塊半導體材料基片上，然后互連成一個完整電路，實現微型化突破﹔基於現代電子學知識，很快形成了可行構思，並用心撰寫了解決方案草案。當他的上司威利斯.阿德科克（Willis Adcock）休完假上班后，他就把草案交給了阿德科克。后者很欣喜，但仍存懷疑，要求通過具體電路示范証明這樣的集成是可行的。1958年8月，他把一些電路元件臨時搭建在一個改進的半導體基片上進行了演示。然后，基爾比致力於在硅半導體晶片上生成元件、接點、接點互聯，成功形成移相振蕩器電路。在一系列試驗基礎上，產生了本文前面所述的專利。

該專利揭示了在單晶半導體材料晶片上含有多個電路元件，例如至少一個有源電路元件和至少一個無源電路元件的集成電路。多個結型晶體管在該晶片中，每個包含有相反導電率型的半導體材料不同薄層的晶體管鄰接在作為基片的晶體的主面上，形成一個基極和一個疊在一個集電極區域上的發射極區域，每個所述的晶體管的發射極和集電極全部伸展到所述的表面，多個分開的晶片細長區域形成半導體電阻作為電阻，該細長區域上也使晶體管在所述的表面上相互隔離，並且用導電手段互聯選定細長區域、晶體管區域之間。如有必要也可在上述集成電路中含有P-N結電容。

下面結合附圖介紹一個實施例。圖6a展示了已將含有擴散P-N結的單晶半導體的晶片加工成了集成的多諧振蕩器。晶體的不同區域已用相應電路元件功能符號標出。圖6b是在圖6a的晶片中各種不同電路元件之間關系的線路圖。優選的半導體晶片是硅或鍺的，其具有合適的導電率，如3歐姆-厘米P型鍺，並拋光晶體的一側﹔然后，對晶片在其表面約0.7密耳深形成n型層的銻擴散處理﹔再后，將晶片塊刻成合適的尺寸0.2英寸×0.08英寸，並研磨未拋光一面，使晶體厚度為0.0025英寸。

將鍍金的鐵鎳鈷合金導線（50）熔入晶片圖示相應位置，通過掩膜將相應的金蒸發使得（51-54）區域與諸如晶體管的基極接點和電容觸點的n區域形成電阻連接。通過合適形狀的掩膜將鋁蒸發實現晶體管發射極區域（56），形成其與n層的純淨接觸。然后，用感光膠或漆覆蓋晶片，並通過曝光、顯影保留漆的圖形用作抗蝕劑，使晶片成一定形狀。具體地講，這樣的蝕刻形成在晶片的槽實現R1和R2和電路其他元件之間絕緣，也形成以預先計算好的配置成型所有的電阻區域。盡管優先使用電解蝕刻，但是或者化學蝕刻或者電解蝕刻等都行。下一步，用溶劑將光刻膠洗去，並用同樣的照相術處理，掩膜形成台面（60）。再次將晶片浸入蝕刻劑中，在曝光區域將n層去除。再去除光刻膠。將金線（70）用熱的方法焊接到相應的區域使他們之間完全連接，最后清洗干淨已有的蝕刻。上述金線（70）也可用其他方法代替，例如通過掩膜，將諸如氧化硅絕緣材料蒸發到連接點以外的半導體線路晶片上，然后用諸如金、銀等導電材料在絕緣材料上設置必要的互連電路。如需要可將整個微芯片密封起來。

該發明曾引發糾紛。在1959年基爾比的集成電路成果發布會前，另一發明人羅伯特.諾伊斯（Robert Noyce）在仙童半導體公司（Fairchild Semiconductors）也獨立做出了類似發明，該公司於1959年6月30日申請了專利，並於1961年制造出了微芯片。經過長達10年的官司，最后判決，德州儀器公司發明了集成電路而仙童公司擁有其互聯技術專利權。兩家公司非常理智地採納了交互授權，使集成電路技術得以在全球迅速發展。集成電路的發明掀起了微電子革命，人類進入了數字時代。盡管該發明與現在集成電路相比顯得太簡單了，但迄今為止，人們日常使用的電腦、互聯網、手機、電視、相機等所有電子產品的集成電路都源於該發明的構思。

發明人杰克.基爾比（1923年11月8日-2005年6月20日），美國物理學家。1947年獲伊利諾伊大學理科碩士學位。1947-1958年任全球聯公司設計負責人，1958-1970任德州儀器公司助理副經理，1978年后任德克薩斯A&M大學教授。他一生獲得過60項專利，其中50項專利與集成電路有關﹔1966年研制出第一台微型電子計算機﹔1967年被選為國家工程院院士，獲得過巴倫坦獎章、薩爾諾夫獎章、國家科學獎章、茲沃雷金獎章﹔被授予耶魯大學、伊利諾伊大學、羅徹斯特理工學院等九所大學榮譽博士學位，2000年獲得了諾貝爾物理學獎。（陳仲華）

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

2. Wikipedia/Jack Kilby

發明人： 杰克.基爾比

Jack Kilby（1923年11月8日-2005年6月20日），美國物理學家，諾貝爾物理學獎獲得者。他一生獲得過60項專利，其中50項專利與集成電路有關。1966年研制出第一台微型電子計算機。被授予耶魯大學、伊利諾伊大學、羅徹斯特理工學院等九所大學榮譽博士學位，獲得過巴倫坦獎章、薩爾諾夫獎章、國家科學獎章、茲沃雷金獎章。