外媒深度剖析英国如何从硅霸主迅速滑落

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集微网消息,外媒thechipletter近日发布长文称,在20世纪40年代和50年代的短暂时期,硅芯片似乎很可能不是在美国东海岸发明的,而是在英国发明的,并深度剖析了英国如何从硅霸主迅速滑落?

以下为集微网的编译:

在二十世纪的所有发明中,最重要的发明之一,当然也是最具象征意义的是晶体管。

年圣诞节前,约翰·巴丁(JohnBardeen)、沃尔特·布拉坦(WalterBrattain)和威廉·肖克利(WilliamShockley)在新泽西的贝尔实验室首次为固态开关申请专利,它被广泛认为是计算机时代的基石。正如米勒在他的杰出著作《芯片战争》中所记载的那样,半导体如今是我们所做的几乎所有事情的核心,“世界上大部分的GDP都是依靠半导体设备生产的”,因此第一个晶体管的问世代表了一个巨大的转折点。

但有一个鲜为人知的故事是,在20世纪40年代和50年代的短暂时期,硅芯片似乎很可能不是在美国东海岸发明的,而是在英国发明的。

半导体(该术语从技术上讲是指介于导体和绝缘体之间的一整类材料)的早期研究大部分都与雷达的发明有关。硅和锗(第一个半导体实际上是由锗制成的)被认为是用于雷达探测器的材料,而对雷达和半导体整流器的前沿研究是在英国进行的。

结果是,美国贝尔实验室、麻省理工学院和普渡大学的早期工作大部分都是建立在英国对这些奇怪而令人兴奋的材料的发现之上的。如果巴丁、布拉顿和肖克利当时没有发明晶体管,那么它很可能是由英国的某个人发明的(或者就此而言,法国的研究也同样先进)。事实上,据说在贝尔最终宣布的一周内,晶体管实际上是在英国制造的。根据半导体的历史,“这个想法的时代确实已经到来”。

即使在20世纪50年代,英国仍然处于半导体研究的前沿。位于马尔文的皇家雷达机构(RRE)是思考这项新技术的温床,当时大部分仍处于原型阶段。是的,晶体管已经发明了,它们似乎是玻璃真空管的替代品,玻璃真空管此前一直用作原始计算机和收音机中的开关和放大器。但真正的突破,即有助于诞生计算机时代的突破,仍然还有很长的路要走。

这个想法是将多个晶体管集成在一块电路板上,集成电路可以说是比晶体管本身更大的突破,因为这就是我们所知道的“硅芯片”的由来。

传统的说法是,集成电路是由德州仪器(TI)的杰克·基尔比(JackKilby)和飞兆半导体(FairchildSemiconductor)的罗伯特·诺伊斯(RobertNoyce)在20世纪50年代末发明的。基尔比最终因这项发明而获得诺贝尔奖。诺伊斯在获奖之前就去世了,但他是在创立英特尔并变得非常富有之前去世的。

但这个重大想法实际上是在五年前正式形成的,不是由美国人而是由来自赫尔的英国人杰弗里·杜默(GeoffreyDummer)提出的。曾在RRE工作的达默如今几乎被人遗忘,但他离改变历史仅一步之遥。年,他在华盛顿的一次演讲中阐述了半导体领域的下一次飞跃。当大多数人还在琢磨如何使用简单的晶体管时,他设想了一个由晶体管的“绝缘、导电、整流和放大”部分组成的单块半导体基板,“通过切割层中的区域直接连接电气功能”,这就是集成电路。

这不仅仅是一个想法。达默开始尝试制造世界上第一个集成电路。他非常接近,几年后生产出了几乎完成了这项工作的东西,他在年的RRE活动上展示了一块带有四个晶体管的硅块。问题是,这个硅块并不实用。这只是一个模型。事实证明,制造硅芯片比想象的要困难得多。

多年来,杜默和RRE(以及一家电子公司Plessey)尝试将硅晶体切片转变为集成电路,但始终遇到物理困难。材料中的杂质太多,这意味着半导体根本无法工作。他们尝试了几种将元件连接到电路的方法,首先使用“薄膜”工艺,然后使用扩散工艺。岁月流逝,但杜默却不断制造出失败的作品。

他们遇到的是我在《材料世界》中探讨过的一个教训。这些惊人的装置不仅仅是脑力劳动和巧妙设计的表现,而是世界上最先进的材料科学的体现。杜默、RRE和Plessey正好撞上了20世纪50年代物理和化学的限制。事实上,在半导体早期的大部分时间里,最大的挑战之一并不是缺乏脑力,而是无法创造出足够纯净的物质来转化为半导体,其中一个原子的错位可能会毁掉一个设备。对于熔点极高的硅来说,这尤其困难。

即使在今天,半导体仍然是一种炼金术,人们有能力将一种相当常见的材料(从采石场开采出来的石英岩)转化为硅芯片,进而转化为比黄金更有价值的计算机芯片。这是一个神奇的宇宙,大部分隐藏在我们的视线之外,但我们所有人都依赖它。书中最让我兴奋的一章讲述了一个我在其他地方从未读过的故事:一粒硅从离开地球的采石场,一直到成为你设备中的一个芯片的旅程。

我相信,这是现代世界中最非凡的旅程——也许最有趣的是,这段旅程的大部分发生在芯片进入中国台湾和韩国的半导体制造工厂之前,在那里它们被“制造”。这些天我们最



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