?半導體的歷史
2.1 The life before semiconductor
在沒有半導體的存在之前,我們的生活會是如何的呢? 這些非常微小的集成電路芯片雖然在我們?nèi)粘Ｉ钪胁灰妆晃覀儼l(fā)現(xiàn),不過他們很明確的隱藏在我們的生活周遭: 幾乎所有我們使用的電子相關(guān)產(chǎn)品,計算機相關(guān)組件里都有這些半導體的存在。所以如果我們生活中缺少了這些小東西，可以說是非常的不方便，經(jīng)濟發(fā)展也一定受到影響。 在1950年代貝爾實驗室研究發(fā)展出最原始的半導體之前當時的電子設(shè)備如同：收音機或是一些影像相關(guān)的電子儀器都是使用一種叫做真空管的零件在控制系統(tǒng)中的電子.這些使用真空管的電子儀器成為了日后在地二次世界大戰(zhàn)中扮演了極重要的角色的雷達、微波以及導航系統(tǒng)的基石，也完全改變了歷史的發(fā)展。.真空管也被使用在早期的計算機之中，而且就算到了最近半導體高度發(fā)展的社會之中，真空管還使有備使用在電視還high power radio frequency transmitters之中。
2.2 Innovation begins
在第二次世界大戰(zhàn)剛結(jié)束不久的1947年三位貝爾實驗室的科學家的研究使得世界上第一個bipolar transistors 問世, 帶領(lǐng)了人類邁向電子儀器還有產(chǎn)品的新紀元。 這三位科學家分別是: Jack S.Kilby, William Shockley and Robert Noyce.
Jack S.Kilby 生于1923年于美國Kansas洲,他的父親是一位amateur radio operator 也因為他父親的工作性質(zhì)使得年輕的jack 對于電子相關(guān)的領(lǐng)域產(chǎn)生了濃厚的興趣. 之后隨著他的興趣發(fā)展，他就讀于University of Illinois并且在1947年畢業(yè),之后在1958年進入了德州儀器工作。當他在德州儀器就義的期間他解決了一個叫做 “tyranny of numbers”的問題， 他利用一小塊germanium 并在接上示波器, 按了一個開關(guān),結(jié)果示波器上面顯示了連續(xù)的sin的波, 這證明了他的集成電路是確實在運作的，也同時表示他解決了這個問題。 他的第一項專利是“Solid Circuit made of Germanium”。順代一題眾所皆知的可攜帶式的電子計算器還有thermal printer都是他60幾項的專利之一。. 在1970到1980年代中葉 Jack 在Texas A&M University的電機工程系教書,。不久之后他就離開了德州儀器. 他在2000年的時候榮獲了科學界最高的榮耀---諾貝爾對于他所發(fā)明的集成電路。五年之后這位偉大的科學家因為癌正而逝世于2005年。
William Shockley 生于1910年的倫敦，他雖然在英國出生可是他的父母都是美國人，之后他大部分的童年都在美國California渡過; 他在1936年在麻省理工學院獲得了他的博士學位。 在他獲得了博士學位之后他就近入了貝爾實驗室工作，可是到了第二次世界大戰(zhàn)期間他必續(xù)介入Radio相關(guān)的研究而離開了貝爾實驗室到了 Columbia University's Anti-Submarine Warfare Operations Group, 他到了Columbia University 的主要目的是為了改進一些針對潛水挺的相關(guān)戰(zhàn)略的技術(shù)，例如: improved convoying techniques and optimizing depth charge patterns.當?shù)诙问澜绱髴?zhàn)過后Shockley回到了貝爾實驗室?guī)ьI(lǐng)了一個新組成的團隊: solid state physics group，這個團隊的主要目標是要尋找可以替代易碎的真空管訊號加強器的固態(tài)替代品。經(jīng)過了長久的努力與無數(shù)次的實驗、嘗試與失敗， Shockley最后的建議是要放一小滴的 gu 在P-N junction上. 之后在1947年的十二月以之前的建議為基礎(chǔ)創(chuàng)造出了同樣可以和真空管一樣達到訊號放大的效果的point-contact transistor。Shockley發(fā)表此一發(fā)明之后的一個月，貝爾實驗室的專利組開始為這項創(chuàng)新的發(fā)現(xiàn)申請專利。
最后Shockley得到了自己經(jīng)營獨立的公司的機會，他說創(chuàng)立的公司為：Shockley Semiconductor laboratory ; 雖然最后因為他的經(jīng)營管理方式不恰當而宣告失敗，但是他對于半導體產(chǎn)業(yè)的貢獻是無法忽略的。在1959年的時候Shockley與兩位他之前的同事Bardeen and Brattain 共同獲得了諾貝爾物理獎. Shockley的晚年只要是在Stanford university教書，之后在1989年死于prostate cancer。
Robert Noyce ---同時也被稱作“the Mayor of Silicon Valley “他出生于1927年的 Burlington之后在麻省理工學院獲得了物理的博士學位. 一開始他加入了Shockley的公司Shockley Semiconductor laboratory 的研究團隊可是最后與稱作“traitorous eight” (including: Julius Blank, Victor Grinich, Jean Hoerni, Eugene Kleiner, Jay Last, Gordon Moore, Robert Noyce, Sheldon Roberts) 的八位科學家離一起離開了Shockley Semiconductor laboratory。這八位科學家想要離開 Shockley因為他們于法認同他的經(jīng)營管理模式，最主要的是無法同意他對于研究該如何發(fā)展的態(tài)度，Shockley 會單純以他心中的期待去引導研究進行的方向而不是讓客觀時實驗結(jié)果與實驗事實來推動研究的方向。一開始這八位科學家本來想要找人來取代Shockley的位置，可是并沒有如他們所期望的成功; 所以他們最后決定與Fairchild Camera and Instrument Corporation 簽訂研究合約也就創(chuàng)立了Fairchild 的子公司Fairchild Semiconductor. Fairchild semiconductor日后成為了半導體產(chǎn)業(yè)中最重要的公司之一，對于半導體產(chǎn)業(yè)也造成的極大的沖擊; 另外一間影響重大的半導體公司為德州儀器. Noyce在Fairchild的期間，他們發(fā)明了集成電路IC(由許多晶體管刻蝕在同一片硅晶圓上)。在1968年Nayce 離開了Fairchild semiconductor并且和同事Gordon E. Moore 共同組成了日后對于計算機產(chǎn)業(yè)影響最大的Intel， 當Noyce 在Intel時，他看出了當時Ted Hoff's對于微處理器的發(fā)明與發(fā)現(xiàn)所具有的潛力。. Noyce親眼看見Shockley的失敗,也學到了要如何使一個企業(yè)順利的運作與發(fā)展。他會給予他年輕的杰出職員充分的發(fā)展空間與氣氛，給予他們自由發(fā)展的機會。Noyce的經(jīng)營管理方式對于當時的硅谷工作方式造成很大的影響。
為了紀念Noyce對于版到體的貢獻，Intel總部的大樓以他的榮耀命名：The Robert Noyce Building.。Noyce 因為他對于硅集成電路的貢獻在1978年獲得了“the IEEE Medal of Honor in " 之后他在1990病逝。
上的公功用。之后由他的兩位同事Bardeen and Brattain改進;他們發(fā)現(xiàn)電子會在晶體表面形成一個障壁，這個障壁很有可能就是Shockley的模型無法運作的主要原因。
他們使用一條一條的金薄片纏在一塊三角形的塑料片 再死一三角形的塑料片與germanium接觸,這個實驗相當成功，這也是最原始的point-contact transistor.之后Shockley利用了他們的實驗結(jié)果為雛型，努力的研發(fā)了兩年左右，創(chuàng)造出了比較實用、比較好制造的junction transistor 。雖然Shockley自行研發(fā)的舉動造成了他們團隊的解散，但也同時帶領(lǐng)了半導體產(chǎn)業(yè)進入一個新的世代。相對于今日高度發(fā)展的半導體產(chǎn)業(yè)，1950年代所制造的半導體可以達到的效能相當有限。.造成這項限制的主要原因是早期的germanium transistor所能承受的電流相當?shù)汀?很諷刺的，那個時代推動半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的卻是第二次世界大戰(zhàn)，美國政府對于半導體產(chǎn)業(yè)相當感興趣， 主要是希望可以尋找到可以幫助戰(zhàn)爭的科技,之后國家政府全力支持辦導體的發(fā)展; 有文獻紀錄的最早為了軍事大量生產(chǎn)半導體的計劃是1956年的“Polaris missile program”由美國海軍贊助。這項計劃的主要目的是研發(fā)可以安裝在飛彈朱的自動導航系統(tǒng)，自動導航計算機是在MIT Instrumentation Laboratory進行研發(fā)當時用量最高的半導體是由德州儀器所提供的R212型號半導體
之后在1950年代中葉硅的單晶體被制造出來，使得Ge的使用慢慢地被硅取代。Ge的氧化物會容于水，使得要保護Ge半導體的表面更為困難，同時也有可能造成系統(tǒng)漏電。.另外一方面硅的氧化物 S 相對來說穩(wěn)定了許多，它不溶于水而且也是絕緣體。在1959年德州儀器開始商業(yè)化的生產(chǎn)。硅晶體管的制造方式為：將熔融狀態(tài)（含有雜質(zhì)）的硅長成硅晶體再切割成為長方形的。
隨著集成電路的發(fā)明, planar technology不久之后也因為瑞士的物理學家 Jean Hoerni 發(fā)展出由硅組成的n和p junction 的結(jié)構(gòu).在junction之間有一層薄薄的 S 當作絕緣體。在S 層上面有可以連接junction的洞。接下來使金屬揮發(fā)覆蓋到硅junction上，可以調(diào)整不同的規(guī)律并且利用S 上的洞和相連接形成復雜的電路。planer technology 是今日許多復雜電路的基礎(chǔ)。
1960年代開始有硅芯片(wafers)的出現(xiàn)。1970 Intel開始將微處理器的觀念慢慢的實現(xiàn). Intel 發(fā)展出一種稱為 “silicon gate process” 使得他們可以生產(chǎn)更為復雜的電路。
1980到1990年代個人計算機的觀念開始風行。 主要的原因是因為Intel 所研發(fā)的 Pentium 處理器. 到了1990年代中葉發(fā)光二極管成功的研發(fā)出來。.直到最近2000年代，我們生活在以硅晶體為基礎(chǔ)的世界，同時看著硅晶體科技持續(xù)的快速發(fā)展。