書接上回。上回我們講到了在1959年，杰克·基爾比在半導體材料鍺上面制作出了世界上第一個集成電路芯片，標志著半導體產業正式拉開了集成電路的時代。

基爾比的芯片和今天流行的形式相比還有很大的差異。羅伯特·諾伊斯(Robert Noyce)當時在仙童相機公司(Fairchild Camera)工作，為集成電路芯片的成型拼上了最后一塊拼圖。下圖是Kilby電路的示意圖。請注意，這些設備是用單獨的電線連接的，而不是我們今天看到的完全集成化的電路連接方式，這樣連接其實還是保留了分立器件搭接的電路的特征。

早些時候，同樣來自Fairchild Camera的Jean Horni開發了一種在芯片表面形成電結的工藝，以制造平面形狀的固態晶體管(如下圖所示)。扁平的外形是利用了容易形成的天然硅氧化物的結果，而硅氧化物恰好也是一種介電體(電絕緣體)。Horni的晶體管使用了一層蒸發的鋁，它被塑造成合適的形狀，作為設備的布線，這樣的話就能將之前跨接連接的導線直接優化為電路板上的鋁線，這樣大大的增加了電路在各種復雜環境下電氣連接的可靠性和穩定性。這種技術被稱為平面技術。Noyce將這種技術應用于將先前在硅片表面形成的單個器件并將它們連接在了一起，進而形成了一個全集成化的電路（具體結構見下圖所示。

Noyce集成電路成為了后續形成的所有集成電路的典范。所使用的技術不僅滿足了那個時代的需求，而且包含了所有小型化和成本效益制造的潛力，這些技術至今仍在推動著該行業的發展。基爾比和諾伊斯共享了集成電路的專利。

工藝和產品發展趨勢

自1947年以來，半導體行業不斷發展新的和改進的工藝。這些工藝的改進反過來又導致了更高集成度和更可靠的電路，反過來又推動了持續的電子革命。這些過程改進分為兩大類:過程和結構。工藝改進是指那些能夠制造出更小尺寸、更高密度、數量和可靠性的器件和電路的改進。結構改進是新器件設計的發明，允許更好的電路性能，功率控制和可靠性。

器件元件尺寸和集成電路中的元件數量是集成電路發展的兩個常見指標。部件尺寸以設計中最小的尺寸為特征。這被稱為特征尺寸，通常以微米或納米表示。一微米是一米的百萬分之一，或者大約是人類頭發直徑的百分之一。一納米是一米的十億分之一。更具體的半導體器件跟蹤器是柵極寬度。晶體管由三部分組成，其中一部分起允許電流通過的作用。在當今的技術中，最流行的晶體管是金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)結構(后續我們會進行深入的講解)。控制部分稱為柵極。更小的柵極寬度通過生產更小更快的晶體管和更密集的電路來推動整個行業的發展。目前，該行業正朝著1nm柵極寬度發展，國際半導體技術路線圖在2020年左右實現了5nm柵極寬度，目前3nm尺寸也已經投產。

至于半導體特征尺寸不斷減小的特征規律，這就不得不提到一個聞名遐邇的定律，具體是什么樣神奇的定律，我們下節繼續講解！

審核編輯：劉清