博鱼·boyu体育电子元器件发展史

　　博鱼电子元器件发展史其实就是一部浓缩的电子发展史。电子技术是十九世纪末、二十世纪初开始发展起来的新兴技术，二十世纪发展最迅速，应用最广泛，成为近代科学技术发展的一个重要标志。

　　1883年，爱迪生为了寻找电灯泡的最佳灯丝材料，在真空灯泡内部的碳丝附近放了一节铜丝希望能够阻止碳丝蒸发。虽然失败了，但他无意发现没有连接在电路中的铜丝却因为接收到碳丝发射的热电子产生了微弱的电流。虽然爱迪生没有去细心研究这个现象，但却为此申请了专利“爱迪生效应”。

　　1904年，世界上第一只电子管在英国物理学家弗莱明的手下诞生了，弗莱明为此获得了这项发明的专利权博鱼·boyu体育。人类第一只电子管的诞生，这只二极管使得“爱迪生效应”产生了实用价值，标志着世界从此进入了电子时代。

　　1907年，美国发明家德福雷斯特在二极管灯丝和板极之间巧妙地加入了一个栅板，成就了世界上第一只电子三极管。从此以后，这种被封在“小玻璃瓶”中的电子元器件被广泛运用于各种电子产品领域。

　　电子管的问世推动了无线年代左右西方国家的无线亿只电子管，其广泛应用于通讯领域和家庭娱乐领域，将新闻、文艺节目和音乐等播送到千家万户。

　　在60年代以前，电子管在电视机、收音机以及扩音机等电子产品中处于无可取代的地位，并且电子管在音响领域一直占有统治地位，它不仅仅应用于放大器，也应用于各种音响设备中。

　　电子管的统治时代历时40余年，其实并不算长，不可否认电子管笨重、能耗大、寿命短、噪声也很大，另外加之制造工艺也相当复杂，容易在一些设备上出现不稳定造成高故障率，所以人们一直在寻找新的电子器件来取代它。

　　晶体管的发明，最早可以追溯到1929年，当时工程师丁.利连费尔德（Julius Lilienfeld）就已经取得一种晶体管的专利。但是，限于当时的技术水平，制造这种器件的材料达不到足够的纯度，而使这种晶体管无法制造出来。

　　1947年12月博鱼·boyu体育，美国新泽西州墨累山的贝尔实验室里，3位科学家——威廉·肖克利（William Shockley）、约翰·巴顿（John Bardeen）和沃特·布拉顿（Walter Brattain）成功地在贝尔实验室研制出一种点接触型的锗晶体管,改变了人类的历史。J.巴丁和W.H.布拉顿于1948年6月17日提出了专利申请，并在1950年10月3日获得美国第2524035号专利。

　　但点接触型的锗晶体管噪声较大，放大倍数有限，也不能控制较高功率，阻碍了它的使用范围。到了1950年，William Shockley开发出双极性接面晶体管 （bipolar junction transistor），为此，他获得了美国第2569347号专利，其他改进还包括用硅代替锗。现在的晶体管，大部分仍是这种面结型晶体管，也就是现在俗称的晶体管。

　　在点接触型晶体管开发成功的同时，结型晶体管论就已经提出，但是直至人们能够制备超高纯度的单晶以及能够任意控制晶体的导电类型以后，结型晶体管材线年，结型硅晶体管诞生。此后，人们提出了场效应晶体管的构想。

　　第一款采用晶体管技术，并商业化装置于1953年上市，竟然是一款助听器。1955年，高纯硅的工业提炼技术已成熟，用硅晶片生产的晶体管收音机也问世。

　　正因第一个晶体管是在圣诞节前夕发明的，而且对人们的生活发生如此巨大的影响，所以被称为“献给世界的圣诞节礼物”。因此,这3位科学家共同荣获了1956年诺贝尔物理学奖。1956年，当3位发明家荣获诺贝尔奖时，他们的科技成果正阔步走进世界亿万人民的家庭，应用在电视机、收音机、高保真音响等设备里。

　　从历史的角度来看晶体管发明具有革命的意义，它代表着固体电子技术时代的到来，进而推动了全球范围内的半导体电子工业。作为主要部件，它及时、普遍地首先在通讯工具方面得到应用博鱼·boyu体育，并产生了巨大的经济效益。

　　由于社会发展的需要，电子装置变的越来越复杂，这就要求了电子装置必须具有可靠性、速度快、消耗功率小以及质量轻、小型化、成本低等特点。由于晶体管彻底改变了电子线路的结构，集成电路以及大规模集成电路应运而生，这样制造像高速电子计算机之类的高精密装置就变成了现实。

　　英国雷达研究所的科学家达默，他在1952年的一次会议上提出：可以把电子线路中的分立元器件，集中制作在一块半导体晶片上，一小块晶片就是一个完整电路，这样一来，电子线路的体积就可大大缩小，可靠性大幅提高，这就是初期集成电路的构想。

　　在晶体管发明十年后的1958年，9月12日，基尔比研制出世界上第一块锗集成电路，成功地实现了把电子器件集成在一块半导体材料上的构想，并通过了德州仪器公司高层管理人员的检查。

　　这一天，集成电路取代了晶体管，为开发电子产品的各种功能铺平了道路，并且大幅度降低了成本，开创了电子技术历史的新纪元。2000年已77岁高龄的基尔比因为发明集成电路而获得当年的诺贝尔物理学奖。

　　1958年，34岁的杰克·基尔比（Jack Kilby）加入德州仪器公司。说起当初为何选择德州仪器，基尔比轻描淡写道：“因为它是惟一允许我差不多把全部时间用于研究电子器件微型化的公司，给我提供了大量的时间和不错的实验条件。”也正是德州仪器这一温室，孕育了基尔比无与伦比的成就。

　　1959年7月，另一位科学界和商业界的奇才罗伯特·诺伊斯（Robert 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。

　　与基尔比在锗晶片上研制集成电路不同，诺伊斯把眼光直接盯住硅-地球上含量最丰富之一的元素，商业化价值更大，成本更低。自此大量的半导体器件被制造并商用博鱼·boyu体育，风险投资开始出现，半导体初创公司涌现，更多功能更强、结构更复杂的集成电路被发明，半导体产业由“发明时代”进入了“商用时代”。

　　当然在这个“商用时代”还诞生了诺伊斯最大的成就：1968年诺伊斯离开了曾经有半导体行业“黄埔军校”之称的-仙童(Fairchild)公司(孕育出包括英特尔、AMD、美国国家半导体等当今半导体行业著名公司)与戈登-摩尔、安迪-格罗夫同创建了英特尔(Intel)。

　　1960年，H H Loor和E Castellani发明了光刻工艺。光刻生产的目标是根据电路设计的要求，生成尺寸精确的特征图形，并且在晶圆表面的位置正确且与其它部件（parts）的关联正确。光刻确定了器件的关键尺寸。

　　小规模集成电路于1960年出现，在一块硅片上包含10-100个元件或1-10个逻辑门。

　　1962年，美国RCA公司研制出MOS场效应晶体管。与双极集成电路相比，MOS集成电路的功耗低、结构简单、集成度和成品率高，但工作速度较慢。由于它们各具优劣势，且各自有适合的应用场合，双极集成工艺和MOS集成工艺便齐头平行发展。

　　1964年，英特尔（Intel）创始人之一戈登·摩尔（Gordon Moore）“摩尔定律”——当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。这种趋势已经持续了超过半个世纪，2013年底开始放缓。

　　1966年：美国无线电公司（Radio Corporation of America）研制出CMOS集成电路，并研制出第一块门阵列（50门），成为中规模集成电路（Medium Scale Integration：MSI），为现如今的大规模集成电路发展奠定了坚实基础，具有里程碑意义。

　　随着集成电路的集成度提高，功耗问题日益突出，普通MOS工艺已不能满足大规模和超大规模集成系统制造的需要，1963年，F.M.Wanlass和C.T.Sah首次提出CMOS技术。虽然CMOS工艺比NMOS工艺复杂，早期的CMOS器件性能也较差，但CMOS器件的功耗极低，集成度也高。今天，95%以上的集成电路芯片都是基于CMOS工艺。

　　在半导体发展史上，集成电路的出现具有划时代的意义：它的诞生和发展推动了铜芯技术和计算机的进步，使科学研究的各个领域以及工业社会的结构发生了历史性变革。

　　凭借卓越的科学技术所发明的集成电路使研究者有了更先进的工具，进而产生了许多更为先进的技术，这些先进的技术又进一步促使更高性能、更廉价的集成电路的出现。

　　集成电路从小规模集成电路迅速发展到大规模集成电路和超大规模集成电路，从而使电子产品向着高效能低消耗、高精度、高稳定、智能化的方向发展。

　　1971年，Intel推出1kb动态随机存储器（DRAM），标志着大规模集成电路出现。

　　1971年，诺伊斯所在的Intel采用MOS工艺成功地在一块12平方毫米的芯片上集成了2300个晶体管，制成了一款包括运算器、控制器在内的可编程序运算芯片，也就是我们现在所说的中央处理单元(CPU)，又称微处理器，这也是世界上第一款微处理器——4004。

　　1974年，美国无线电公司（Radio Corporation of America）推出第一个CMOS微处理器1802，是8位微处理器。它拥有16个16位的寄存器文件，可以使用SEP指令，能够设置任何一个寄存器成为程序计数器。

　　RCA 1802是应用在太空中的第一款处理器，也被认为是第一块抗辐射微处理器。20世纪70年代这款处理器被应用在探测器和卫星中，其中包括了著名的Viking、Galileo和Voyager，它的低功耗和高可靠性，可以在超出地球大气层的苛刻条件下运行。

　　Voyager 1中使用了3颗1802处理器，现在距离地球102英里，是距离地球最远的人造项目，它已经离开我们的太阳系很久，正朝着星际空间前行。被用于“旅行者1号”太空探测器中。

　　同年，Intel也推出了第二处理器8080——世界上第一种8位的微处理器，作为代替电子逻辑电路的器件被用于各种应用电路和设备中。第二代微处理器均采用NMOS工艺，集成了约9000个晶体管，平均的指令执行时间为1祍～2祍，采用汇编语言、BASIC等语言编程，用于单用户操作系统。

　　1978年：64kb动态随机存储器诞生，不足0.5平方厘米的硅片上集成了14万个晶体管，标志着超大规模集成电路（VLSI）时代的来临。

　　1978年Intel公司生产出了第一款16位微处理器8086，它是第三代微处理器的起点。8086的最高主频速度为8MHz，具有16位数据通道，内存寻址能力为1MB博鱼·boyu体育。同时Intel还生产出与之相配合的数学协处理器i8087，这两种芯片使用相互兼容的指令集。这些指令集统一称为x86指令集。Intel公司以后生产的CPU都兼容原来的x86指令。

　　1981年美国IBM公司将8088芯片用于研制的个人计算机(PC)中，推出全球第一台PC，个人计算机的概念开始在全世界范围内发展起来。从8088应用到IBM PC机上开始，个人计算机开始走进了人们的工作和生活，它也标志着一个新时代的开始。

　　1984年，赛灵思发明第一块FPGA（现场可编程逻辑门阵列），可以自行定义模式，改变了传统集成电路的开发和验证的模式，为IC无厂模式开发提供了基础。相比ASIC更快速、灵活的开发特性，使其得到越来越多的青睐。

　　1985年：Intel公司已经成为了一流的芯片研制公司，10月17日Intel正式发布了划时代的产品——80386DX，该款CPU内部包含27.5万个晶体管，时钟频率为12.5MHz，后来逐步提高到20MHz，25MHz和33MHz，最后还有少量40MHz的产品。

　　80386DX的内部和外部数据总线位的，地址总线位的，这标志着CPU进入了32位微处理器时代。由于32位微处理器的强大运算能力，PC的应用扩展到很多领域，如商业办公和计算、工程设计和计算、数据中心、个人娱乐等领域。80386使32位CPU成为了PC工业的标准。

　　1999年，全球半导体市场出现转折，从相对饱和的PC战场转向应用更广阔、更乐观的消费电子市场，半导体公司不断开辟新的红海，一批IC设计新贵同时诞生，蝴蝶效应带动了汽车、医疗、便携等众多新兴领域的发展。同时期，纳米技术逐步走向市场，带来了更多可能。

　　图：1959年，“纳米技术”首次出现在物理学家理查德·费曼《在底部还有很大空间》的演讲中。

　　随着产业分工不断细化，集成电路行业可分为集成电路设计、制造、封装及测试等子行业。至今进入21世纪以来，除了传统的3C市场外，物联网、无人驾驶、智能家居、大数据、人工智能、机器人（300024）、VRAR、可穿戴等新兴市场崭露头角，对集成电路催生出新的需求。

　　90nm、65nm、40nm、28nm、22nm、14nm、7nm……制造工艺不断突破，2016年10月，外媒报道劳伦斯伯克利国家实验室的一个团队打破了物理极限，将现有的最精尖的晶体管制程从14nm缩减到了1nm。不过，理论跟实际的差距还是很大的，1nm制程晶体管还处于处于实验室阶段。

　　物理学有一句名言“视界之外（光锥之内）是命运”，通俗翻译的意思也可以延伸为“我们目视所及之外的未知只能交给命运来决定”，用这句话来形容科技未来的发展是相当合适的。