薤白

2018年9月3日 星期一

1958-09-12 Jack Kilby發明 IC

 1958 德州儀器 Jack Kilby 發明 IC   張忠謀/Jack 同年同月進入 TI  


  1. IC發明需求 美國陸軍專案
  2. 石油危機 促使 台灣產業思考 勞密集產業 轉變 技術密集產業  

「Micro-Module program」美軍通訊部隊資助研發,作法是將每個電子零件的大小及形狀統一,如此一來互相連接的製程就可以標準化,不用煩惱因為大小不一產生的問題。當時德州儀器便參與在這項計畫之中。

1958年五月,Jack Kilby加入德州儀器,雖然公司積極投入這項計畫,但他並不認為Micro-Module program是解決這個問題的方法。於是,Kilby開始尋求替代方案,他先設計出了一項替代產品,並開始做成本分析,結果卻發現成本過高,沒有量產價值,眼看著又是個毫無進展的一年。

但就在此時,1958年的夏天,改變人類科技發展的契機出現了:德州儀器工廠停工休假,員工們除了Jack Kilby都開心放假去了。由於Kilby是剛加入的菜鳥,沒假可放,只好苦命的在辦公室,繼續盯著成本分析發愁。他心裡知道,若是再不找出有效的解決方案,就只能認命,乖乖回去做他一點興趣都沒有的Micro-Module program。在這個反趨動力下,Kilby不斷思索解決方案,過程中他漸漸發現解決這個問題的關鍵是「半導體」,於是在這辦公室清閒之際,Kilby得以不受干擾的將這個概念具體化。

但當假期結束,Kilby將心中想法跟老闆Willis Adcock報告後,Adcock卻半信半疑,只是說:「你做個東西出來看看。」於是在1958年八月,Kilby利用矽「分別」做出了成長接合式電晶體、電阻以及電容,但這僅僅證明電子元件都可以用同一種材料做,但還沒辦法整合。

同年9月Kilby用鍺(Ge)做出了一片僅僅只有7/16英吋乘1/16英吋的元件,這個元件的功能很簡單,就是產生正弦波。人類史上的第一片積體電路就這麼誕生了。有趣的是,第一片晶片用的是鍺而非矽。

但就像世上諸多偉大發明,一開始業界根本不覺得有什麼價值,只有美軍對這個的概念有興趣,Kilby自己也說:「在當時,這只是科技會議上大家娛樂用的話題而已。」但還好有美軍支持,1961年美國空軍第一次使用矽晶圓製成的積體電路,1962年被安裝在義勇兵洲際彈道飛彈中。應用於軍事上的成功讓德州儀器的創辦人,Kilby的老闆Patrick Haggerty開始認真思考推廣積體電路。

Haggerty認知到,要讓積體電路引人注意,就必須推出一個真正能被使用的產品。Haggerty便給了Kilby一個挑戰;做出一款尺寸小到能放入口袋的計算機。Kilby沒有讓老闆失望地完成任務。就這樣,第一款利用積體電路製造的商用計算機問世,造成了極大的回響。

        正因為那個無法休假的夏天,讓我們能坐在電腦前上網、躺在床上滑手機,這一切的起源,都要謝謝這位IC之父Jack Kilby。Jack Kilby的偉大貢獻也讓他獲得了2000年諾貝爾物理獎。Kilby晚年仍在德州度過,並於2005年逝世於達拉斯,在他81年的人生中獲獎無數,母公司德州儀器也將其矽晶製造研究中心命名為Kilby Center以表彰他的卓越成就。


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基爾比於 1958 年 5 月加入德州儀器之前,已經在另一家電子公司工作了十年。當時小巧的電晶體已經取代笨重的真空管,但要將電阻、電容、二極體、三極體這些元件個別一一焊接在電路板上,不但耗時費工,又容易出錯。而且電路板尺寸得維持一定大小,電子產品就很難繼續縮小化。

基爾比有個大膽的想法:一開始就將這些不同元件做在同一塊晶片上,並在晶片內用電路連接起來,如此就可大幅縮小電路板尺寸了。這其實不算是多麼天才的創見,但當時似乎沒有開發積體電路的迫切需求;何況想法簡單,卻還不知實際是否可行。

七、八月的辦公室空蕩蕩的,大家都趁暑假輪流度假去了;剛加入德州儀器的基爾比還沒有年假可休,只能安分每天上班。或許是這樣的悠閒氣氛,基爾比的主管同意他試試這個提案。基爾比也樂得可以一個人不受打擾地全心思考,大膽實驗,而他也終於打造出將這些電晶體整合在一塊晶片裡的完整電路。

暑假結束,大家都回到工作崗位了。1958 年 9 月 12 日,基爾比在多位主管及同事面前拿出他這塊外觀醜陋的晶片。他稍做解說後,緊張地接上電源與示波器。這是他極力爭取的案子,他可不希望出什麼差錯,壞了名聲。他暗自祈禱一切順利,小心地打開開關,結果在場人士一陣歡呼,他們見證了第一顆積體電路的誕生!

有了積體電路,電腦與各種電子產品才突飛猛進,手機等攜帶式裝置也才得以成真,可以說沒有積體電路的發明,就沒有現代生活。基爾比也因此於 2000 年,成為極少數以工程師身分獲得諾貝爾物理獎的人。

不過目前所用的積體電路其實不是採用基爾比的技術,而是當時快捷半導體(Fairchild Semiconductor)的諾伊斯(Robert Noyce, 後來成為英特爾創辦人之一)所發明的積體電路製造方式。雖然晚基爾比幾個月,但諾伊斯的技術更先進,兩家公司也因此大打專利官司。儘管如此,基爾比在領獎致詞時仍無私地提到:若是諾伊斯還活著的話,肯定會和他一起分享諾貝爾獎。

張忠謀大談和IC發明人的互動過程

半導體業共有十個重要創新:

1947 發明電晶體

1954 德儀 發明 矽電晶體

1958 德儀的基爾比(Kilby) 發明積體電路

1965 摩爾定律

MOS 技術

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