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【走近半导体】诺贝尔奖与半导体技术的发展

半导体芯片物理上的防御是理所当然科学研究学研究方向中一名相当首要的成长,也是集成系统化电线第三产业蓬勃生机成长的基础理论。诺贝尔物理上的防御学奖是 世上上範圍内最具公信力强性的理所当然科学研究学奖品,与集成系统化电线的成长普遍存在密切勿分的找话题。

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从1956年至今,大概有十项半导体技术获评诺贝尔物理学奖,在一定程度上真实而客观地记录和反映了几十年来半导体技术所走过的光辉历程。晶体管和集成电路的发明在半导体技术发展过程中具有里程碑式的重大意义,对人类文明和社会进步产生了巨大的影响。

划时间的失败的英雄发明的故事——结晶体管
在1956年,为表彰肖克莱、巴丁和布拉顿三维科学技术家对尖晶石管创造发明所做出的定量分析和创立性荣誉奖,孩子们一致评选为了诺贝尔电磁学学奖。

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肖克莱(Shockley)在1910年2月出生于英国,在美国加利福尼亚州长大,在1936年获得了麻省理工学院(MIT)的博士学位,在1951年成为美国国家科学院院士,他一生共获得了90多项专利。巴丁(Bardeen)出生于1908年,在1929年获得硕士学位后,先后从事了地球物理学、数学和固体物理学的研究。1920年,布拉顿(Brattain)出生于中国厦门,但成长于华盛顿州的养牛牧场,他在1929年在明尼苏达大学(UMN)有博土学位证书相结入贝尔实验报告室运转。
在晶体管诞生之前,放大电信号主要是通过电子管 (真空三极管),但由于制作困难、体积大、耗能高且使用寿命短,人们一直希望能够用固态器件来替换它。在第二次世界大战结束前夕,贝尔实验成立了以肖克莱为首的固体物理小组,開始起手胶体说法的知识基础的研究,并进行半导体器件的研制探索。巴丁在固体量子理论上有扎实的基础,善于用理论解释和协调实验数据及现象,而肖克莱擅长用几何图像说明物理现象,布拉顿则是在半导体实验方面取得了重要的成果。1945年,由肖克莱设计晶体管和有关电路,布拉顿进行实验,但并未取得预期的电流调制作用。1947年,布拉顿按照巴丁提出的表面效应理论,对锗半导体表面形成金属点接触结构的电子流动特性进行实验研究时,成功发现了电流放大现象,进而发明了世界上第一个点接触晶体管,并申请了相关专利。

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在这个点接触式晶体管中,通过把间距为50μm的两个金电极压在锗半导体上,微小的电信号由一个金电极 (发射极) 进入锗半导体 (基极) 并被显著放大,然后通过另一个金电极 (集电极) 输出,这个器件在1kHz的增益为4.5。

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在1948年7月1日的美国《纽约时报》上,出现了一个叫做“晶体管”(transistor)的词。“一种叫做晶体管的设备在贝尔实验室首次得到了公开展示,它在通常使用真空管的无线电设备中有几项应用。”这句话就是全球新闻界第一次正式关于“晶体管”的正式介绍。1948年9月,巴丁(Bardeen)、肖克利(Shockley)和布拉顿(Brattain)三位科学家登上了美国《电子学》杂志的封面。

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点接触晶体管制造困难,可靠性不高,因此肖克莱继续深入研究,在1948年独立提出了结型晶体管的概念,在1949年提出了半导体PN结理论,在1951年与合作者一起成功研制了以PN结为有源区的结型双极晶体管,这一结构更容易制造,效果也更好,立即成了BJT的标准结构,并服役至今。

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变当今世界的根本性创新性——智能家居控制用电线路

在2000年,基尔比因为在1958年发明了集成电路而获得诺贝尔物理学奖。我们可以发现,获奖时间远远晚于集成电路的发明时间,达到了42年,这是因为当时集成电路被人们认为是一项重要的技术创新,而并非是一项重大的科学发明。但是集成电路的发展经受住了时间的考验,并且直至今日依旧在不断发展。
基尔比(Kilby)在1923年11月8日出生于美国密苏里州的杰佛逊市,早在中学时代,他就与父亲一起从事电话和无线电通信方面工作,并对电子学产生了浓厚的兴趣。在1947年和1950年,他分别在伊利诺伊(Illinois)大学和威斯康星(Wisconsin)大学获得学士学位和硕士学位。

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在几千年前的第二名次地球大作战这段时间和之后的朝鲜二战期间,军事上对电子装备的小型化及其可靠性提出了迫切的需求.当时一架B-29轰炸机要求上千个真空管和几万个无源元件。它的成本、体积和可靠性成为一个电子系统发展的制约因素。

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更多结合用电线路的什么概念的最开始介绍,应该说是由英国皇家信号和雷达机构 (Royal Signal&Radar Establishment)于1952年5月在电子元器件会议上提出的,然而却尚未责成变现。
基尔比在德州仪器(TI)负责电子装备的小型化工作时,认为用传统的微型化模型的工作方式解决不了问题。因此他试图将电阻、电容等无源元件和有源元件都做在同一块半导体材料上,于1958年9月12日在实验室完成了第一块集成电路振荡器的演示实验,圆形意味智能家居控制三极管的出现。

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2.年,他在光刻新技术的帮住下取得胜利成功研制出了新的锗晕人器。

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从始基尔比始终开展集成型电路板的军用、工业园和商务适用的新切入性工作中,在中国军事应运系統和集成式电源线路电脑等部分都选取了了定的造就。有所作为研制人之四,他还发一目了然掌中核算器和用作袖珍数据分析终端用户热word条形码打印机。

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能否感觉,一位尖晶石管是锗基尖晶石管,一位整合用电线路心片是锗心片,锗建材在半导体行业心片的初期霸占了为主道德水准。
仙童公司在1959年7月30日申请了基于硅平面工艺的集成电路专利,使用了外延、氧化、扩散和光刻等一系列新工艺技术,更适合大批量生产,相对于锗芯片来说具有价格上的优势。除此之外,硅在物理、化学性质以及在储量上都占有绝对性的优势。

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往往,随之硅基带基带电源芯片枝术的连续未来发展,锗基带基带电源芯片慢慢地解散了歷史的机会。一般锗解散了基带基带电源芯片各个的领域,但它依旧都是种关键的半导体设备材质,在中频大电率半导体元器件、光电产品雪崩场效应管和太阳升起能蓄电池等各个的领域依然更是切不可加入的主导地位。

中档单片机芯片的未来是什么——现代化二极管封装

研究背景市厂激烈竞争,不断提高产品的性价比是半导体技术发展的动力,而缩小特征尺寸是最有效手段之一。1964年,Intel公司创始人之一的摩尔(Moore)提出著名的摩尔定律(Moore's Law),预测芯片技术的未来发展趋势是:当价格不变时,芯片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。后来50多年芯片技术的发展也证明了摩尔定律基本上还是准确的。

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仅是,伴随的特点长宽高的反复放小,电子元件大小流入了奈米频度、时光大小为飞秒频度的新电子元件将见到电子元件成分、根本加工、集成式技术性和建筑材料保障体系或概念基本等多方面的一类型事情,越多越近乎其初中物理控制。
近期来,一些最新封裝形式的措施屡见不鲜,推动了挺高阶段的封裝形式模块化,使单片机芯片有着了挺高的容重、更强的特点、优质的特点、更小的表面积、更低的功率、迅速的强度、更小的延缓、更低的直接费用等主要优势。半导体设备加工业已经在渗入后摩尔年代,成为模块化电路原理加工业中切勿或缺的后道生产工艺,最新封裝形式技木正串演着越多越关键的英雄。

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参看文献综述

[1]彭英才,傅广生,X.W.Zhao.半导体科学技术与诺贝尔物理学奖[J].物理,2004(09):692-696.

[2].1956年诺贝尔物理学奖——威廉·布拉德福德·肖克利、沃尔特·豪泽·布拉顿及约翰·巴丁因对半导体的研究和发现晶体管效应[J].医疗装备,2018,31(11):206.

[3]王阳元.诺贝尔奖离我们并不遥远——从集成电路发明获2000年诺贝尔物理学奖谈起[J].物理,2001(03):132-137.

[4]龙乐.电子封装技术发展现状及趋势[J].电子与封装,2012,12(01):39-43.DOI:10.16257/j.cnki.1681-1070.2012.01.012.


作家 | 严郑瀚—中科华正