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芯片破壁者:半导体“硅”铺就的文明阶梯

时间:2020-07-09 00:17 来源:未知  手机版

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芯片破壁者:半导体“硅”铺就的文明阶梯 2020-07-08 11:44:20 钛媒体APP >文 | 脑极体

在历史学家汤因比眼中,人类社会发展的规律即“挑战和应战”,文明即是在“挑战和应战”这对矛盾中诞生和延续的。应战成功,文明可以继续向前发展,反之则会导致文明的流产。

在半导体不算漫长的历史进程中,出现过无数个这样的“挑战与应战”。它们大部分时候,是由某一个企业或国家,施与另一个竞争对手的。

那些被狙击的产业体系,就如同被三体人派出的“智子”锁死了一样,再也无法实现科技升级,进而失去了向前发展的可能性。

所以,当我们探讨如何走出半导体产业封锁的囚笼,突破一个个“智子”的封锁就变成了核心要务。

其中一个非常重要的“智子”,叫做——“硅”。

作为世界的创新中心,硅谷不仅拥有仙童、英特尔、谷歌等等明星企业和富可敌国的资本,更影响了全人类的生活方式与文明进程。

从西部“淘金地”,再到“点石成金”的“硅谷”,这个普通的旧金山南方小城,用不到百年的时间与“硅”结下不解之缘?又为何在成为高科技之都后,失去了对“硅”材料的统治权?

带着这些问题,我们一起踏上今天的阳光加州之旅。

从硅谷到东京:硅的三个瞬间

历史的许多重大转折,往往源于微末处的机缘巧合。少有人会想到,以硅砂为原料的半导体行业兴起,是源于一个儿子想要“逃离北上广”回乡的愿望。

1956年,因为母亲年事已高,肖克利辞去了贝尔实验室的工作,回到了故乡——加州的圣克拉拉谷,也就是后来的硅谷。

在此之前,旧金山湾区最为人熟知的矿藏是金子。而肖克利的到来,为这里开启了第二次“Gold rush”淘金热,资本和人才疯狂涌入的目标,则是新时代白色的金子——半导体硅(Si)。

>在肖克利之前,关于半导体材料的研究已经持续了上百年。人们发现,许多元素和化合物具有半导体性质,在常温之下的导电性能处于导体与绝缘体之间。

因为导电性可控,半导体非常适合用来制作电子元器件。

比如1874年,卡尔·费迪南德·布劳恩发明了第一个半导体器件——晶体探测器。1906年,美国工程师格林利夫·惠蒂尔·皮卡德则开发出了一种硅射电晶体探测器,这也是第一个硅半导体器件。1941年,第二次世界大战期间,高纯度锗和硅晶体也开始被应用在雷达微波探测器上。

理论上,所有半导体都可以用来制造现代生活不可或缺的芯片,为什么漫长的变革之后,只有硅脱颖而出,成为集成电路的基础,也成功晋升为最具商业价值的材料呢?

其实一开始,硅并不是集成电路的第一选择,它的崛起历经了一个漫长的时期。

为了不陷入细枝末节的“故纸堆”,我们为这趟时光旅行设置了三个坐标:

坐标一:1956年,加州,晴,宜除旧从新

“硅谷”(Silicon Valley)一词首次出现在出版物上,是一位名为唐·霍夫勒 (Don Hoefler) 的记者。1971年1月11日,他在为周刊 《电子新闻》撰写报道时,将一批电子企业尤其是半导体公司在圣塔克拉拉县蓬勃兴起的景况,定题为《美国硅谷》。

而所有故事的开头,都会“倒带”回1956年6月,肖克利离开贝尔实验室回到老家,创办肖克利半导体实验室有限公司的那一天。

>吊诡的是,让肖克利声名鹊起、收获了诺贝尔物理奖的——世界上第一个晶体管,却跟硅毫无关系,它是由锗制造的。

一个小小的金属箭头,插在一块平板锗上,一问世就把真空管送进了坟墓。随后,贝尔实验室对外授权晶体管专利,直接带动了锗的流行。直到1950年代末,锗都是晶体管和其他半导体器件的主要材料。

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