来源:EETOP TI 社区
59年前,Jack Kilby(杰克·基尔)向少数几名聚集在德州仪器半导体实验室的同事展示的其实是一个并不复杂的装置——它仅仅是在一块锗片上嵌置了一只晶体管和一些其他的元件。当时在场的人员根本不会想到,Jack Kilby的发明,也就是尺寸7/16×1/16英寸的集成电路,将会在整个电子产业掀起一场革命。
问题的解答
Jack Kilby首次萌生发明集成电路的设想是在一个甚为冷清的实验室中,该实验室位于德州仪器新建成的半导体大楼内。1958年7月,当大部分员工都在享受德州仪器公司为期两周的传统假期时,初来乍到的Jack Kilby却无缘长假,只能待在车间里独自研究。
那么到底是什么让Jack Kilby开始一步步思考深究,并最终发明出集成电路呢?和其他许多发明家一样,Jack Kilby最初只是想要解决问题,而他当时要解决的问题就是“数字暴力”。
几乎整个20世纪上半叶,电子产业可以说是真空管技术一枝独秀的天下。但真空管却存在着固有的缺陷,它们易碎、笨重、可靠性低且功耗大,同时会产生相当多的热量。
直至1947年,贝尔电话实验室发明了晶体管,才解决了真空管存在的问题。晶体管的体积远远小于真空管,同时比真空管更加可靠、使用寿命更长、产生的热量更少,功耗也更小。借助晶体管,工程师得以设计出更加复杂的电子线路以及包含成千成万相互的独立元件,如晶体管、二极管、整流管和电容器等设备。即便如此,问题仍然存在,这些元件还是需要相互连接才能形成电子线路,而完全通过人工将成千上万个元件焊接到同样数量的电线上,这整个工序耗时耗力且成本高昂。又由于每个焊接接头都可能出现故障,所以实际上来看该装置也并不可靠。工程师们面临的挑战是寻找可靠的高成本效益方式来生产并将这些元件彼此相连。
美国通信兵团提出了一种尝试性的解决方案,即“微模块”计划。该计划的理念是将所有元件的尺寸和外形统一成一模一样,并将接线内嵌至元件中。之后将各个模块卡在一起,组成电路,从而省去了连接电线的需要。
走进
Jack Kilby
的世界
1958年,Jack Kilby加入德州仪器时,公司正在研究“微模块”计划。因为曾在密尔沃基的中心实验室做过研究,Jack Kilby对电子产业所面临的“数字暴力”问题并不陌生。但他并不认为“微模块”技术就是万全之策,因为它仍未解决复杂电路中存在着极大数量元件的这个最基本问题。
因此,Jack Kilby开始研究替代性解决方案,并在过程中发现唯一能够让半导体公司高效利用成本的技术就是半导体技术。“细想之后,我发现我们真正需要的其实就是半导体,具体来说,就是电阻器和电容器(无源元件)可以采用与有源元件(晶体管)相同的材料制造。我还意识到,既然所有元件都可以用同一块材料制造,那么这些元件也可以先在同一块材料上就地制造,再相互连接,最终形成完整的电路。” Jack Kilby在1976年发表的文章《集成电路的诞生》中写道。