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《电子技术史话》
仙童——曾经最伟大的公司
佳语奇文   
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“八叛逆”离开肖克利后,他们对于如何运行一家公司还一无所知。不过,以他们的聪明才智,他们将很快学会这一点。

在创建新公司的进程中,最引人注目的是他们8个人迅速、轻松的分头负责各自最擅长的任务:鲍勃·诺伊斯和杰·拉斯特负责光刻技术,这时晶体管制造的基础步骤;戈登·摩尔和金·赫尔尼这两位全美最优秀的年轻固体物理学家负责改进扩散技术;谢尔顿·罗伯茨负责培育硅晶体;维克多·格里尼克在公司第一位雇员莫雷·西格尔的协助下设计了公司首款产品的技术规格:2N696型“双扩散基”晶体管,这个项目最初始于肖克利的实验室,但是被搁置。

仙童“八叛逆”

这时的八个人分布在两个地方。一处是维克多·格里尼克位于帕罗奥多的车库,他和莫雷·西格尔在这里设计测试系统。团队的其他人则在3公里外,位于山景城查尔斯顿路的一座出租屋里工作。格里尼克和西格尔意识到,根本没有现成的测试仪器供他们使用,他们几乎自己发明了每一样东西。西格尔回忆道,他们当时需要一个工作台,但是他们不知道需要多高,于是他们在一个桌子上摞了一些电话簿,他们站在旁边。当当电话簿摞到上腹部时,他们觉得可以了。这个简陋可笑的工作台,后来成为了今天的工业标准。而查尔斯顿路那边更为艰苦,那里一开始甚至没有供电,他们却希望在那里迅速生产出世界最先进的电子产品。

现在还有一个重要的事情没有解决,那就是资本。还没有一家公司愿意投资他们,他们在先前找到的30个投资者处都吃了闭门羹。现在还有一家可以试一试,那就是仙童摄影器材公司(Fairchild Camera & Instrument Company)。这家公司成立于40年前,靠航空摄影和新型飞机积累了财富。也许他的创始人谢尔曼·费尔柴尔德(Sherman Fairchild)在这8个人身上看到了自己年轻时的影子,于是决定提供支持,让他们试一试。仙童摄影器材公司向新公司投资150万美元,这个小公司被命名为仙童半导体,是仙童摄影器材公司的全资子公司。

诺伊斯告诉费尔柴尔德,这些本质上是沙子和金属导线的基本物质将使下一代晶体管的材料成本趋近于零,竞争将转向制造工艺。这种廉价而强大的新晶体管将会使消费产品和家电变得极其廉价,甚至以更强大的新产品取代他们会比修理他们更便宜。我们现在回头去看诺伊斯在1957年的愿景,发现他的话早已经成为了现实。

仙童的第一个客户就是大名鼎鼎的IBM,这归功于诺伊斯领导能力和勇气。而更令人惊讶的是,IBM不仅决定从这个名不见经传的小公司购买产品,而且他们还如期的交货了。有了这样一个重量级的客户,仙童也被邀请参加一些更高级的竞标会,到了1958年,它已经赢得了政府合同,击败包括德州仪器在内的重量级对手,为“民兵”核导弹系统提供晶体管。但是这次,仙童遇到了危机。

样品被交给政府的检验员进行检验,验证它们是否符合美国军事器材规格标准。然而结果是灾难性的,测试人员发现,仙童的样品很不可靠。有些晶体管,甚至用铅笔轻轻敲一下就会出现故障。

民兵导弹

为了应对这个情况,一种新的工艺被赫尔尼开发出来,他管这个叫“平面处理”。现在我们把这种技术叫“光刻技术”,是现在所有芯片的通用制造工艺。简单来说,就是手工画一张很大的布局图(有时能占用一整面墙的面积),然后对他进行照相,并缩小成一个微缩的透光片。然后把硅晶体像切香肠一样切成薄片后再涂上一层感光胶,用强光或紫外线照射。曝光的地方,胶会固化,未曝光的地方则不会。然后就可以用酸性物质把未曝光的部分蚀刻掉,然后或者注入杂质(扩散),或者镀上金属或绝缘材料。再对下一个透光片重复这个过程。

光刻工艺

这样通过两三张透光片(我们现在叫“掩膜版”),就可以通过光刻法制造晶体管。而且一套透光片可以反复使用,也可以在一个晶圆上成批量的制造晶体管,就像印刷一大张邮票一样。耐人寻味的是,仙童的母公司正是一家经营照相器材的公司,而赫尔尼的新工艺,正是采用了照相技术。掌握了平面工艺的仙童已经不再是晶体管行业的一个普通的参与者了,而是成为了行业的领导者。新工艺一推出,仙童就几乎把所有的其他晶体管都淘汰了。

而且这种平面工艺,相比于晶体管,其实更适合做集成电路。虽然世界上第一颗集成电路的诞生在德州仪器,比鲍勃·诺伊斯早了几个月,但是的诺伊斯的设计无疑更加先进。基于平面工艺,诺伊斯解决了基尔比没能解决的问题——如何把晶体管和其他半导体元件做在一个晶圆上并且经济可靠的连接在一起。可以说,世界上第一个集成电路诞生在德州仪器,但是世界上第一个实用的集成电路制造工艺诞生在仙童。并且“集成电路”这个名字,就是诺伊斯创造的。

晶圆

然而由于位于东海岸的母公司仙童摄影器材公司与位于加州的仙童半导体之间巨大的文化冲突和战略分歧,仙童的辉煌仅仅是昙花一现。随着大量核心技术人员的出走,仙童走向了落幕,等待他的将是被收购的命运。正如苹果公司乔布斯形象比喻的那样:


“仙童半导体公司就象个成熟了的蒲公英,你一吹它,这种创业精神的种子就随风四处飘扬了。”


总数超过100家的公司脱胎于仙童,在硅谷燃起了燎原之火。这是科技之火、创新之火也是创业之火,从此硅谷成为了信息时代的中心地带。这里面比较著名的有:


查尔斯·斯波克(C.Sporck),1967年离开仙童加入美国国家半导体公司任CEO 
杰里·桑德斯(J. Sanders),1969年,他带着7位仙童员工创办高级微型仪器公司(AMD) 
鲍勃·韦勒(Bob Widlar),1966年离开仙童加入美国国家半导体公司 
罗伯特·诺伊斯、戈登·摩尔,1968离开仙童创办了英特尔(Intel)公司


值得一提的是鲍勃·韦勒(Bob·Widlar),他被誉为模拟界的乔布斯。这个酗酒、斗殴、在国半的草坪上养羊、在固态物理学年会上打人的怪才,是一个放浪不羁爱好自由的人,同时也是当时世界上最好的模拟电路设计师之一。世界上第一颗集成运放μA-702、μA-709的设计者,同时也是世界上第一颗集成电压基准μA723的设计者,后来他成为凌力尔特(Linear Technology)公司的联合创始人。他发明了一系列模拟集成电路的基本单元电路,包括Widlar电流源、Widlar带隙基准、Widlar输出级等。直到今天,这些电路仍然广泛应用于各类模拟芯片,有人统计,目前全世界有一半的模拟芯片应用了韦勒的电路。

Bob·Widlar

仙童的故事到这里就结束了,我们系列中关于模拟的部分也就讲到这里。下面我们将跟随历史的脚步,回顾一下数字电路的发展例程。这也与仙童有关,罗伯特·诺伊斯、戈登·摩尔和他们创办的英特尔公司发明了微处理器,由此世界进入了PC时代,更为互联网的出现奠定了基础。

+

-完-
我要评论
理性边界 2018-01-25 20:54
大学的时候,电子学的最差,如果当时有这种深入浅出,加入很多故事的科普作为参考书就好了!
佳语奇文 2018-01-17 20:55
喜欢的同学,可以移步作者的个人网站和微信公众号,不定期继续更新中(*^__^*) 个人网站:www.jyqw.xyz 微信公众号:佳语奇文
科普作品
电子技术史话
| 目录  (共12章)
评委点评 评语汇总

图文并茂的一篇科普文章,把电子技术的前世今生都讲了一遍。如果不限制字数,我相信作者可以继续写到现在的量子计算机。作者在使用生活化的语言讲述电子元器件发展的过程中,也讲述了几位对电子学做出杰出贡献的科学家,内容丰富饱满,是一篇不错的科普文章。

2018-01-24 16:15 匿名 ——

作者将电子的技术发明、创新,科学的发现,新技术的应用,创业、产业的发展,代表性人物的关键性贡献等方面内容用十分生动的笔触很有条理地串在一起、融为一体,读来兴趣盎然,不忍释卷,本文是一篇难得的有趣有知有味的科普佳作。更难得的是作为90后的作者,还非常谦虚,可贺更可喜!建议:适当减少溯源性的插述,以使主线更清晰,让读者一口气读下去。插述多了,读者就会走神。也建议多修改,彻底消灭错别字。

2018-01-28 11:42 匿名 ——

很不错的一篇科学史,图文并茂,通俗易懂。

2018-02-05 21:04 匿名 ——

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