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从IEEE Cledo Brunetti Award获奖情况看半导体发展

芯思想  · 公众号  ·  · 2021-05-08 14:34

正文


一个多世纪以来, IEEE 及其前身 AIEE 协会长期以来一直颁发各种奖励,以表彰其会员在关注领域中的各种杰出贡献。 IEEE 奖励计划分为三种类型: IEEE Medals (奖章)、 Technical Field Awards (技术领域奖)、 Recognitions (认可)。

IEEE Technical Field Awards (技术领域奖)是授予在 IEEE 特定领域做出贡献的技术领导者。


IEEE Cledo Brunetti Award 1975 年由已故的 FMC 公司高管 Cledo Brunetti 提出的遗赠而设立的一个技术领域奖,也是 IEEE 颁发的第三个技术奖,也是第一个针对集成电路的技术奖项。


IEEE Cledo Brunetti Award 的授予对象是个人或人数不超过三人的团体。

1978 年开始颁发以来, 43 次颁奖共计有 60 人获奖,其中来自产业界有 38 人,来自高校有 18 人,来自研究机构的有 4 人。

从地区来看,美国最多,共 44 人;日本有 10 人,中国台湾、荷兰、英国、法国、奥地利、比利时各1人。

从单位来分, IBM 最多有 19 人(分在 11 个年度);加州大学有 5 人获奖,英特尔有 4 人获奖。

在60位获奖者中,有 4 人是华人。


众多的获奖者为了集成电路的小型化做出了巨大贡献。全部获奖名单见文末。


一、集成电路的发明,改变的世界的进程

1978 年:罗伯特·诺伊斯(英特尔)和杰克·基尔比(德州仪器)

IEEE Cledo Brunetti 1978 年首发,获奖者是英特尔的罗伯特·诺伊斯( Robert N. Noyce )和德州仪器的杰克·基尔比( Jack S. Kilby ),由于集成电路的发明为电子小型化做出了贡献。

1958 9 2 日, Jack S. Kilby 把晶体管、电阻和电容等集成在不超过 4 平方毫米面积的电路板上,用热焊方式把元件以极细的导线互连,大约集成了 20 余个元件。 1959 7 30 日, Robert N. Noyce 研究出一种二氧化硅的扩散技术和 PN 结的隔离技术,并创造性地在氧化膜上制作出铝条连线,使元件和导线合成一体,从而为半导体集成电路的平面制作工艺、为工业大批量生产奠定了坚实的基础。

Jack S. Kilby 被誉为“第一块集成电路的发明家”, Robert N. Noyce 被誉为“提出了适合于工业生产的集成电路理论”的人。 1969 年,美国联邦法院最后从法律上承认了集成电路是一项“同时的发明”。

罗伯特 ·诺伊斯( Robert N. Noyce )和杰克·基尔比( Jack S. Kilby )还分别在 1978 年、 1986 年获得了 IEEE 荣誉勋章( Medal of Honor ),这是 IEEE 最高的奖章。


IEE E 奖项还有以两人名字命名的奖项,在 1995 年设立了 IEEE Jack S. Kilby Signal Processing Medal Award ,获得者是在信号处理技术领域取得重大贡献的个人(华人圈有2人获得); 1999 年设立了 IEEE Robert N. Noyce Award ,获得者是在微电子领域取得重大贡献的个人( 华人圈 有1人获 得,就是 AMD CEO 苏姿丰 )。

二、微处理器的发明,助力计算机腾飞


1980 年:霍夫(英特尔)

贡献:发明微处理器

霍夫( Marcian E. Hoff ),微处理器之父。

1971 1 月,霍夫研制成功英特尔的第一颗 4 位处理器芯片 4004 ,采用硅栅 PMOS 10 μ m 工艺生产, Die Size 芯片面积只有 13.5mm2 ,集成了 2300 个晶体管,采用 CDIP16 封装时钟频率仅为 108KHz ,每秒执行 6 万条指令( 0.06 MIPs ),功能比较弱,只能用在 Busicom 计算器上。

1973 8 月,霍夫等人研制出八位微处理器英特尔 8080 ,以 NMOS 6 μ m 工艺生产,新一代微处理器就此诞生,共有 6000 个晶体管,主频 2MHz 8080 处理器运算速度比 8008 10 倍,可存取 64KB 存储器,处理速度为 0.64MIPS

霍夫还在 2011 年获得 IEEE/Royal Society of Edinburgh (RSE) James Clerk Maxwell Award ,该奖项授予在电子电气工程领域有突破性贡献的人物。


三、创新助力光刻技术前行

1981 年: Donald R. Herriott Bell Labs.

贡献:凹面光学装置


1964 Bell Labs. Donald R. Herriott 提出了用 2 个凹面反射镜组成结构简单、多次反射的光学装置的初步设想

1983 年: Abe Offner Perkin-Elmer

贡献:凸面光学装置


Abe Offner 1947 年加盟 Perkin-Elmer ,后来担任首席光科学家。

1973 年, Perkin-Elmer 基于 Abe Offner 提出的凸面光学装置 发明了扫描投影 光刻设备 Scanning Projection Aligners ), 相较之前的接触式和接近式光刻机设备, Micralign 系列使 IC 制造突破了量产瓶颈

凸面光学装置 含两个凹面反射镜和一个凸面光栅 ,光学元件的曲率中心位置重合或基本重合,也就是常说的离轴同心。

2012 年: Yan Borodovsky Sam Sivakumar (英特尔)

贡献:光刻技术创新


来自英特尔的 Yan Borodovsky Sam Sivakumar 凭借“开发和实施创新的光刻和图案化设备与工艺做出贡献,以实现经济高效的逻辑技术扩展”而获奖。


Yan Borodovsky 1987 年加入英特尔)和 Sam Sivakumar 1990 年加入英特尔)都工作于英特尔的光刻部门,致力推动光刻技术的发展,使得英特尔在 45 纳米(干法)、 32 纳米(浸没)、 22 纳米等技术节点保持领先。

Yan Borodovsky Sam Sivakumar 还为开发像素化相位掩模、无铬相移掩模和反光刻 新的分辨率增强技术技术做出了创新性贡献。

2014 年: Martin van den Brink (阿斯麦)

贡献:新型光刻装置产业化


2014 年的获奖者是来自 ASML 的副总裁 Martin van den Brink ,正如颁奖词所说: ASML 在其带领下,不断推出新的光刻工具并推向市场,从而实现集成电路工艺从微米到纳米级转变。

Martin van den Brink ASML 1984 年成立后的第一批员工, 负责 ASML 的几乎所有主要技术决策。在 1980 年代,他 提出 了模块化设计和开放式创新政策 1990 年代, 帮助 ASML 步进光刻到扫描光刻 的转变;在 2000 年代, TWINSCAN 工件台机型的推出 极大地提高了生产率和 良率, 2004 年推出可 提供更高分辨率 浸没式光刻 ,并提出多重图案化技术;并负责引入 EUVA 光刻技术,使得摩尔技术得以延续。

Martin van den Brink 还在 2015 年获得 IEEE Robert N. Noyce Award ,连续两年获得 IEEE 大奖,实在不易。

在光刻领域做出突出贡献的还有两位华人,相关内容见《华人圈》部分。

四、存储器的发明

1982 年、 1991 年和 1996 年的三位获奖人都和 DRAM 有关系。

1982 年:罗伯特·登纳德( IBM

贡献:发明 DRAM ,提出 Dennard Scaling

1966 年, 罗伯特 · 登纳德 Robert H. Dennard )在深秋的晚止灵光乍现:用一个晶体管存储一比特数据,并基于此发明了 DRAM 。在接下来的 55 年中, DRAM 不断发展,最终演化为拥有 512GB 容量的存储介质。

1974 罗伯特登纳德在论文 Design of ion-implanted MOSFETS with very small physical dimensions 中表示,晶体管面积的缩小使得其所消耗的电压以及电流会以差不多相同的比例缩小。 这就是著名的 登纳德缩放比例定律 Dennard Scaling ,也就是说,如果晶体管的大小减半,该晶体管的静态功耗将会降至四分之一(电压电流同时减半)。芯片业的发展目标基本上是在保证功耗不变的情况下尽可能提高性能。那么根据登纳德缩放比例,设计者可以大大地提高芯片的时钟频率,因为提高频率所带来的更多的动态功耗会和减小的静态功耗相抵消。

罗伯特 · 登纳德 Robert H. Dennard )还在 2001 年和 2009 年分别获得 IEEE Edison Medal Award IEEE Medal of Honor Award 两大奖项。

1991 年: Sunami Hideo (日立)

贡献:发明 Trench DRAM

1975 年,日立( Hitachi Sunami Hideo 发明了沟槽式( Trench DRAM ,推动了与高深宽比沟槽相关的干法蚀刻、缺陷控制和检查的发展。

Sunami Hideo 还在 2006 年获得 IEEE Jun-ichi Nishizawa Medal Award IEEE Jun-ichi Nishizawa Medal Award 成立于 2002 年,主要是表彰在器件和材料领域有突出贡献的个人)。

1996 年: Mitsumasa Koyanagi (东北大学)

贡献:发明 Stacked DRAM

Mitsumasa Koyanagi 1974 年加入日立公司,从事存储器的研究和开发, 1980 年前后发明了堆叠式( Stacked DRAM 。目前 堆叠式( Stacked )已经成为 DRAM 的主流。

1985 年加入了施乐帕洛阿尔托研究中心 1988 年加入日本广岛大学,从事 0.1um 以下 MOS 器件 3-D 集成和光互连等工作。

Mitsumasa Koyanagi 凭借在 DRAM 领域的成就还于 2006 年获得 IEEE Jun-ichi Nishizawa Award

Mitsumasa Koyanagi 感兴趣的领域还有三维集成和裸片堆叠技术,并凭此其在 2020 年获得 IEEE Electronics Packaging Award (电子封装奖)。

五、 SOI 领域

SOI 产业化至今已经 20 年了,但路阻后长。

2008 年: Michel Bruel CEA-LETI

贡献: Smart Cut 技术

1992 年法国 CEA-Leti Michel Bruel 发明 SmartCut 技术 是业界革命性的晶圆键合和剥离技术 ,用 SmartCut 技术可以将纳米级厚度的单晶硅薄膜转移到承载基底上, SmartCut 成为 Silicon-on-Insulator SOI )的技术基础之一 使 SOI 晶圆大规模量产成为现实。结合其他衬底材料, Smart Cut 能够将任意薄膜材料转移到其他材料之上,同时保证初始晶体特性。

1992 Soitec CEA-Leti 独立出来专门研发 SOI SmartCut 技术并生产设备。

2010 年: Ghavam Shahidi IBM

贡献: SOI-CMOS 产业化

1998 8 月, IBM 宣布首次利用 SOI 技术成功地研制 成功 高速、低功耗、高可靠 微处理器芯片 ,此举标志着 SOI 技术正从以军工应用为主转向量大面广的民用电路;并带动了包括摩托罗拉、德州仪器、 AMD 、意法半导体等一批公司跟随。

六、 Siegfried Selberherr

贡献: TCAD 创始人之一

Siegfried Selberherr 提出的建模和软件开发工具,对于半导体器件的持续小型化具有不可估量的价值。 TCAD 涉及使用计算机仿真来开发和优化半导体加工技术。 Selberherr 开发了 MINIMOS ,用于二维预测小型器件的电气特性,以了解和控制随着器件尺寸的缩小而遇到的短沟道效应和掺杂分布。 MINIMOS 随后进行了增强,以进行三维仿真,以解决能量传输和界面物理问题。他还创建了 ZOMBIE PROMIS 模拟器,结合了网格生成和编程接口。 Selberherr 开发了用于 TCAD 应用程序的 Vienna Integrated System







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