第六十二章电子领域新革命
集成电路的发明
科学技术的发展是无止境的。晶体管与电子管的诞生，实现了电子器件的小型化。19
58年，世界上第一块硅集成电路的制作成功，又揭开了新的“微电子时代”的序幕。
思想闪光观念革命
晶体管取代电子管之后，电子计算机的体积大大缩小，可靠性大大增强。但是，随着对电子
计算机功能要求的不断提高，使用的晶体管、电阻和电容等元件愈来愈多。甚至已经达到几
十万、甚至几百万个。这样积少成多，电子计算机又渐渐地“胖”了起来，要想在飞机、人
造卫星、导弹中装上复杂的电子设备，体积和重量再次成为问题。人们又在思考，怎样才能
使晶体管等元件变得更为小巧轻便呢?
当初，也有不少人设法缩小电子管的体积，但体积太小，阴极发射出的电子数量就少，以致
法工作。晶体管则不存在这样的障碍。晶体管刚问世时，它真正的工作部位的体积只有半粒
芝麻那么大。即使这“半粒芝麻”，我们还可进一步将它缩小到针尖那么大小。从原理上讲
它可以小到和分子相比较的地步。但是，晶体管即使做得那么小，还解决不了问题。因为每
个晶体管都有三只脚，它们既是晶体管对外沟通的导线，又兼作晶体管的支架。这三只脚怎
么处理呢?总不能用细到几乎看不见的导线来代替吧。这样细的导线不仅焊起来吃力，而且
一碰就断，机器的可靠性大成问题，岂不是弄巧成拙吗?
达默在50年代首先提出来虽然单个的晶体管不宜做得太小，但可以将许多晶体管、电阻、电
等元件做在一起，使用时可以少连很多线，以缩小体积、提高可靠性。何况许多电子部件本
身就是
固定组合，例如触发器、放大器等。这就是集成电路的设计思想，是电子学在观念上的一次
大革命。可惜当时由于工艺水平的限制，达默未能亲自将他的科学预想变为现实，他的设想
还只能是一个美好的愿望。
珠联璧合电路升级
达默的科学预想，终于在美国的土地上生根、开花。一位初出茅庐的美国年轻的电机工程师
——杰克·基尔比首先将这一预想变为现实。
1923年11月，基尔比生于密苏里州杰裴逊城，1947年毕业于伊利诺大学物理系，1950年获威
斯康星大学理学硕士学位。1958年夏天，当时担任美国德克萨斯仪器公司副经理的基尔比，
接受了一项设计电子微型组件的任务。所谓微型组件，就是把分立的电子元件尽可能做得小
些，
把它们尽可能紧密地封装在一个管壳内。在设计过程中，基尔比敏锐地发现，这种微型组件
的成本高得惊人，制造这种微型组件的打算不切实际。怎么办?他想
到达默的理论，下决心按照这种新奇的办法试一试，把包括电阻、电容在内的一切元件都用
半导体材料制作，使它们珠联璧合，形成一块完整的微型固体电路。
基尔比的试制工作分两步进行：第一步，把电阻、电容等元件改由硅材料制作，用腐蚀出的
硅条作电阻，硅上的氧化层作电容；第二步，把电阻、电容和晶体管全做到一块硅片上。半
个多月的苦干，终于结出硕果。1958年9月12日，世界上第一批(共3块)平面型集成电路——
相移振荡器制成了。翌年3月，该集成电路首次在美国无线电工程师协会举办的展览会上展
出。
几乎与此同时，美国仙童公司的诺依斯等人也在进行集成电路的研究。他们曾经在晶体管的
发明人肖克莱的手下工作过。基尔比发明集成电路的消息传来，更加鼓舞了他们深入研究的
决心。他们发现，基尔比仅仅是在一块半导体材料上同时制造出几个元件，而元件之间还要
靠纤细的金属导线焊接起来，这样并不能发挥“集成”的作用。于是，他们采用平面晶体管
制造工艺，依靠硅晶体氧化生成的二氧化硅对掺杂的屏蔽作用，并在二氧化硅的表面上沉积
金属作为导线，从而不用焊接而形成了完整的集成电路。
因此，实事求是地说，是基尔比发明了第一块集成电路，而诺依斯则使集成电路的制造更专
业化，并将它推向工业化生产。
集成电路的出现，适应了电子技术发展的需求，主要是实现了电路的微型化、高速度、高可
靠和低成本。
无论是计算机、电视机、雷达还是别的什么电子仪器，在诞生之初并不能很快得到广泛应用
，主要原因之一就是设备的体积和重量太大。比如现在早已普遍使用的电子手表，其核心是
一块包括大约3 000个晶体管的中规模集成电路。倘若用晶体管和其他分立元件来组成这个
路，那么这块“手表”大概要比一台电视机还要笨重。由超大规模集成电路组成的微型计算
机，其功能早就超过了50年代所谓“大型”计算机。这就是集成电路带来的微型化。
微型化的同时带来了高速度。因为尽管电信号的传播速度是300 000千米/秒，但这也意味着
，信号每通过30厘米的导线，就要延迟1纳秒的时间。倘若电子设备是由几十万、上百万
分立元件组成，它们之间的连线总长度就十分可观，每一个信号仅仅在这些导线上通过，延
迟的时间就会达到若干毫秒，这对于要处理大量信号的现代电子设备来说是无法容忍的。
随着电子设备中元件数量的增加，可靠性也显得越发重要。例如，一个包括300万个晶体管
的处理器，假如用分立元件来组装，即使每个元件能可靠地工作100万小时(这是根本不现实
的)，那么平均每20分钟就会出现一次由于元件失效造成的故障，而为了排除这个故障又不
知要费多少时间!
集成电路上的所有电路都是一次性制造出来的。大规模集成电路和中小规模集成电路的制造
成本相差并不悬殊。这就像照一张集体合影的成本并不比照单人照片更贵一样。
全面出击重大突破
集成电路的发明是继电子管、晶体管发明之后，电子技术领域的一次重大突破。集成电路诞
生后，很快被用于电子计算机中。集成电路的电子计算机，称为第三代电子计算机。
影响最大的第三代计算机，是国际商用机器公司(英文缩写为IBM)生产的IBM360计算机系统
——人们称之为“第三代电子计算机的里程碑”。
在电子计算机的第一代和第二代发展时期，IBM公司使用的元件主要靠外购，而在第三代的3
60系列计算机的开发中，该公司开办了几个元件厂，自行生产集成电路，只外购少量元件。
从此，IBM公司不仅是世界上最大的计算机制造公司，也是一个具有先进水平、规模很大的
元器件研制生产单位。
IBM360计算机系列在1965年问世。由于它具有通用性、系列化和标准化等优点，性能价格比
(性能与价格之比)高，取得了极高的利用率。到1970年7月1日止，共售出32 300台，对美国
至全世界的计算机行业都有着深远影响。无论是日本和西欧，还是前苏联和东欧，都纷纷参
照和仿制IBM360制造与360系列机兼容的机型。从此，向IBM系统靠拢、看齐，成了计算机行
业中一种世界性的趋势。
技术结晶电子革命
集成电路是现代高技术的产物，这是毋庸置疑的。
看似并不引人注目的集成电路，却是整个电路的核心。在一块芯片上集成越来越多的电子元
件，主要不是靠扩大芯片的面积，而是不断缩小每个元件和元件间连线的尺寸，这就带来加
技术的革命——超精细加工技术。实际上，现代集成度超过百万元件的超大规模集成电路的
芯片面积仍然在1厘米2以下。
1964年，包括4个“逻辑门”的小规模集成电路出现了。
几年以后，人们已经能在米粒大小的硅晶体上制造出包括几十到几百个元件的中小规模集成
电路。习惯上，人们将包括不超过10个逻辑电路、元件数在100个以内的的集成电路称作小
规模集成电路，而将包括10～100个逻辑门电路、元件数在10～1 000个的叫做中规模集成
电路。
1967年，大规模集成电路出现了，它的标志是在一块硅晶体芯片上包含100～5 000个“等效
门”，即功能相当于这么多逻辑门电路，元件数在1 000～10万个的叫大规模集成电路。
10年后的1977年4月，一块面积只有30毫米2的硅晶体上，竟集成了13万多个晶体管，从而
标志着超大规模集成电路的诞生。
20世纪90年代以来，超大规模集成电路技术的发展更加迅猛，包含300万～500万个晶体管的
计算机中
央处理器和随机存贮器早已商品化。有人预言，到本世纪初，在一块芯片上集成上亿个晶体
管是完全可能的。
随着技术的发展，现代纳米技术(1微米等于1 000纳米)在集成电路的发展中发挥着重要作用
。
集成电路的诞生，带来了电子领域的根本性革命。它对航空航天技术、自动化技术、激
光技术的发展产生了重大影响，而微型电子计算机的诞生则可以说是集成电路发展的最高成
就。另一方面，集成电路的急剧发展也使得电子产品的价格性能比急剧下降，达到了空前的
普及，从而使人类真正进入电子化时代。
