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
是
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。
从
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
于
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
年
9
月
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
年
7
月
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
现
任
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
年
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
年
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
的
8080
处理器运算速度比
8008
快
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
年
Bell Labs.
的
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
于
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
和
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
和
Sam Sivakumar
还为开发像素化相位掩模、无铬相移掩模和反光刻
等
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
是
ASML
在
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
;
在
1990
年代,
帮助
ASML
从
步进光刻到扫描光刻
的转变;在
2000
年代,
TWINSCAN
双
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
的
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
年
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
和
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
于
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
的
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
年
Soitec
从
CEA-Leti
独立出来专门研发
SOI
和
SmartCut
技术并生产设备。
2010
年:
Ghavam Shahidi
(
IBM
)
贡献:
SOI-CMOS
产业化
1998
年
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
的
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
和
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