又一位诺贝尔奖获得者的故事

二、又一位诺贝尔奖获得者的故事

2000年12月10日，瑞典国王向得州仪器公司（TI）已退休的发明家和工程师杰克·基尔比（Jack Kilby）颁发了诺贝尔物理奖，以表彰他于1958年在得克萨斯仪器公司发明集成电路时所作的贡献。奖品包括一枚奖章、一份证书和一笔奖金。颁奖仪式在斯德哥尔摩音乐厅举行。

基尔比先生是瑞典皇家科学院为表彰“通信和信息技术的基础工作”而评选出的三名获奖者之一。基尔比先生获得一半奖项，另一半由开发了高速和光电子使用的半导体异质结构的若尔斯·阿尔费罗夫（Zhores Alferov）和赫伯特·克雷默（Herbert Kroemer）获得。基尔比所发明的集成电路是今天几乎所有电子产品的基础，可以说它改变了我们生存的世界，使整个电子行业得以发展壮大。

德州仪器公司董事长、总裁兼首席执行官安吉伯先生（Tom Engibous）说道：“基尔比的工作给世界带来的改变之深远，是历史上罕见的。很难想象如果没有杰克·基尔比，德州仪器公司，整个IT行业，以及这个世界会是什么样子，安吉伯评论道：只有福特、爱迪生、莱特兄弟和基尔比等屈指可数的人物，真正地改变了世界和我们的生活方式。如果说有一种开创性的发明不仅改变了半导体产业，而且改变了世界，那就是杰克发明的第一块集成电路。

在美国堪萨斯州Great Bend长大的基尔比，对于电子学很早就产生了兴趣。他的父亲经营一家小型电力公司，客户分散在堪萨斯乡村。当一场严重的冰暴淹没了电话和电力线时，基尔比的父亲与业余电台操作者一起与客户之间的无线通信，引发了幼年基尔比对于电子学的终生迷恋。

基尔比（如图2-1所示）后来在美国伊利诺伊大学学习电子学，但因入伍参加二战而中断学业。战争结束后，他于1947年在伊利诺伊大学完成了学士学位。毕业后在密尔沃基（Milwaukee）的中心实验室谋得一份工作，开始和晶体管打交道。同时，他开始在威斯康星大学电机工程专业深造，并于1950年获得硕士学位。

图2-1　青年基尔比

基尔比这样讲述他开发世界第一块集成电路的情形：“在经过若干次面试之后，1958年我被上司威利·亚克（Willis Adcock）聘用到德州仪器公司。但并没有对我的工作职责进行具体划分，我知道我将在微型化领域工作。在德州仪器公司工作后不久，我就意识到，由于公司制造晶体管、电阻器和电容器，对其产品进行重新组装可能会提供出更有效的微型模块产品。因此，我设计了一个使用管状部件的中频放大器，而且做出了原型。”

图2-2集成电路草图

“作为一名新员工，我没有假期，就独自留下来，对中频放大器的试对试验效果进行思考。通过进行成本分析，我第一次了解到半导体车间的成本结构的内部情况。成本数字很高，非常高。我觉得如果我不能很快地想出一个好办法，那么在假期结束后，就会分配我去做微型模块项目提案的工作。在心情很沮丧的时候，我开始感觉到，半导体车间唯一可以以高成本效益方式制造的产品就是半导体。经过进一步思考，我得出这样的结论，真正需要的实际上就是半导体电阻器和电容器，具体说来，可以用与有源晶体管相同的材料来制造。我还认识到，由于所有的部件都可以用一种材料制造，那么可以先在一块材料上将它们做出来，然后将它们进行互连而形成一条完整的电路。于是我很快起草了一个使用这些部件的触发器的设计提案，如图2-2所示。用硅的体效应来提供电阻器，而电容器则通过PN结来提供。我很快就完成了这些草图，并在亚克（Adcock）度假回来后交给他。他很感兴趣，但是并不乐观，他要求我证明完全由半导体作成的电路能够工作。因此我用分离的硅材料制造了一条电路。其中使用了封装好的成熟晶体管，而电阻器是通过在硅上凿出小条并蚀刻上值后做出来的，电容器则是在扩散式硅功率电容器晶片上凿出来并用金属处理两侧。整个电路组装完成，并于1958年8月28日向亚克（Adcock）进行了演示。”

“虽然那次试验表明，电路是可以全部用半导体元素制造的，但并没有采用集成方式。于是我就又立即按照最初的计划进行构造集成结构的尝试。我获得了几个晶片，是扩散式的，并有触点。在选择要制造的电路中，我安排了两个结构，使其可以使用晶片上已有的触点。第一个尝试制造的电路是移相振荡器，当时这是一个很受欢迎的线性电路演示工具。就这样，我制作出了世界上第一块集成电路。”

1958年9月12日，工程师杰克·基尔比公司在得州仪器半导体实验室展示了首批三个此种类型的振荡器。第一次将所有有源晶体管和无源电阻、电容都集成到只有一个曲别针大小（不足1/2英寸见方）的半导体材料上。这块集成电路共集成了12个元件（2个晶体管、2个电容和8个电阻），如图2-3所示。

图2-3　1958年第一块集成电路：得克萨斯仪器公司公司的基尔比研制，12个元器件，Ge晶片