影響半導體發展進程的六個華人

半導體行業觀察 發佈 2020-01-17T12:52:14+00:00

1959年進入仙童公司,在戈登·摩爾的領導下,薩支唐開展了平面矽基集成電路的研發,解決了一系列重要的技術問題,做出過非常重要的貢獻,並擔任固態物理組經理,帶領一個64人的研究組從事第一代矽基二極體、MOS電晶體和集成電路的製造工藝研究,。

1947年12月,美國貝爾實驗室的肖克利、巴丁和布拉頓組成的研究小組,研製出一種點接觸型的鍺電晶體,這是全球第一個半導體器件。在半導體發展的70多年歷史中,中國人依靠聰明才智,發揮了重要的作用。

一、薩支唐:CMOS技術

薩支唐(Chih-Tang Sah),1932年11月10日生於北京;長期致力於半導體器件和微電子學研究,對發展電晶體、集成電路以及可靠性研究作出了里程碑性質的貢獻。父親薩本棟是第一屆中央研究院院士、國立廈門大學第一任校長。

1949年薩支唐從福州英華中學畢業,赴美國就讀於伊利諾伊大學香檳分校,1953年獲電機工程學士和工程物理學士;1954年、1956年在史丹福大學分別獲電機工程碩士、博士學位。1956年博士畢業後,薩支唐加入肖克利半導體實驗室,跟隨肖克利在工業界共同從事固態電子學方面的研究;1959年至1964年供職於仙童半導體;1962年加入伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校,任物理系和電子及計算機系教授達26年,培養出40名博士;1962年獲得獲得IEEE Browder H. Thompson論文獎;1981年獲得IEEE電子器件最高榮譽獎(J.J. Ebers獎);1986年當選為美國國家工程院院士;1988年在佛羅里達大學擔任教授至今;1989年獲得IEEE Jack Morton獎,表彰其對電晶體物理和技術的貢獻;1998年獲半導體工業協會(SIA)最高獎;2000年當選為中國科學院外籍院士;2010年受聘任擔任廈門大學物理與機電工程學院教授。

1959年進入仙童公司,在戈登·摩爾的領導下,薩支唐開展了平面矽基集成電路的研發,解決了一系列重要的技術問題,做出過非常重要的貢獻,並擔任固態物理組經理,帶領一個64人的研究組從事第一代矽基二極體、MOS電晶體和集成電路的製造工藝研究,。

1962年,從鹽湖城猶他大學博士畢業的Frank M. Wanlass加入仙童半導體,安排在由薩支唐領導的固態物理組。緣於博士期間在RCA工作的緣故,Wanlass對FET場效應電晶體非常感興趣。

1963年的固態電路大會上,Wanlass提交了一份與薩支唐合寫的關於CMOS的構想論文,同時還用了一些實驗數據對CMOS技術進行了大概的解釋,關於CMOS的主要特徵也基本確定:靜態電源功率密度低;工作電源功率密度高,能夠形成高密度的場效應真空三極體邏輯電路。換句話說,CMOS是NMOS和PMOS的有機組合,構成邏輯器件。其特點是該器件在邏輯狀態轉換時才會產生大電流,面在穩定狀態時只有極小的電流通過。

薩支唐和Wanlass當初提出的CMOS,只是指一種技術、一種工藝,而不是具體的某一種產品,這一製造工藝的最大特點就是低功耗,利用CMOS工藝可以製造出多種產品。除了功耗低,CMOS還具有速度快、抗干擾能力強、集成密度高、封裝成本逐漸降低等優點。

1966年,美國RCA公司研製出CMOS集成電路,並研製出第一塊門陣列(50門);1974年,RCA公司推出第一個CMOS微處理器1802;1981年,64K CMOS SRAM問世,之後,人們利用CMOS工藝製造出越來越多的產品。

CMOS技術的提出與發展,解決了功耗的難題,得以推動集成電路按照摩爾定律不斷向前發展。

二、施敏:NVSM技術

施敏(Simon Sze),1936年3月21日出生於江蘇省南京市。微電子、半導體器件專家,1994年當選為台灣中央研究院士,1995年當選美國工程院院士,1998年6月當選為中國工程院外籍院士。1991年獲得IEEE電子器件最高榮譽獎(J.J. Ebers獎);2017年與Gordon E Moore(摩爾定律之父)共同獲得IEEE Celebrated Member(尊榮會員)稱號;三獲「諾貝爾物理學獎」提名。

1936年3月21日出生於江蘇省南京市。父親施家福是礦冶專家,母親齊祖詮畢業於清華大學。此時的中國,戰火紛飛,從重慶、昆明、天津 、北京、瀋陽、上海,施敏就讀的小學換了多個學校,儘管如此,學業沒有被耽誤。1948年12月,父親施家福被調派至基隆金瓜石,於是施敏隨著父母來到台灣。離開了戰火的紛擾,施敏順利的在建國中學完成了中學學業,1953年進入台灣大學電機系,畢業時其論文是「電阻電容震盪器之研究Study of RC Oscillators」.

1957年大學畢業後,施敏入伍接受第六期預備軍官訓練,1958年任空軍少尉,1959年2月退役。1959年3月,施敏前往美國西雅圖的華盛頓大學求學,師從魏凌雲教授,得以第一次接觸半導體,其碩士論文「鋅和錫在銻化銦中的擴散Diffusion of Zinc and Tin in Indium Antimonide」。1960年施敏碩士畢業,隨即進入史丹福大學深造,師從John Moll教授。其博士論文是「Range-Energy Relation of Hot Electrons in Gold」是在半導體上長一層薄薄的金薄膜,研究熱電子要薄膜中的傳輸情形。

此時,半導體公司正在加速擴張。貝爾實驗室、通用電子、西屋電子、惠普、IBM、RCA等都為施敏開出了很高的薪資(12000-14400美元之間),給出的工作崗位分別是:通用電子的功率半導體部門、貝爾實驗室的半導體部門、IBM的顯示部門。

1963年博士畢業後的施敏聽從John Moll教授的忠告,選擇進入了貝爾實驗室。從1963年到1972年,施敏每年發表的論文超過10篇。

1967年,他在貝爾實驗室工作時,和韓裔同事姜大元(Dawon Kahng)休息吃甜點時,用了一層又一層的塗醬,觸動了二人的靈感,想到在金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)中間加入一層金屬層,結果發明了浮柵非揮發MOS場效應記憶電晶體(Non-Volatile Semiconductor Memory,NVSM)。

使得電晶體的閘極由上而下分別為金屬層、氧化層、金屬浮柵層、一層較薄的氧化層,以及最下面的半導體,而中間的金屬層因為上、下都是絕緣的氧化層,在施加電壓時,可以將電子吸進去保存,改變電路的導通性,而這層金屬的上、下都是絕緣體,如果不再度施加反向電壓的話,電荷會一直保存在裡面,斷電後資料也不會消失。

然而,在1967年提出該技術時,在業界沒有掀起太大漣漪,但好技術終究不寂寞,30年後在快閃記憶體應用的帶動下,終究大放異彩,施敏發明的非揮發性存儲技術的重要性也不斷被提及重視,成為現今NAND Flash(快閃記憶體)的基礎核心。

三、卓以和:分子束外延技術(MBE)

卓以和(Alfred Y. Cho),1937年出生於北京;1949年赴香港就讀於培正中學;1955年赴美國就讀於伊利諾斯大學,1960年獲理學學士,1961年獲得碩士學位,1968年獲伊利諾伊大學博士學位;1985年獲選為美國科學院院士;1993年獲頒美國科學家最高榮譽的國家科學獎章;1994年獲得IEEE榮譽勳章,表彰其為分子束外延的發展做出的開創性貢獻;1996年6月7日當選為中國科學院外籍院士;2007年7月27日再度獲得美國國家科學獎章並獲得國家技術獎章;2009年2月11日,入選美國專利商標局(USPTO)「全國發明家名人堂」的名單。

2013年,第12屆美國亞裔工程師年度頒獎大會,卓以和榮獲「傑出科技成就獎」。卓以和在獲獎感言中表示,「獲得成功的重要一條是:你要把握住自己,喜愛自己的工作,有追求、有目的,以及付出更多的辛勤汗水。」

1961年,卓以和加入高壓工程公司(High Voltage Engineering Corporation)的子公司離子物理公司(Ion Physics Corporation),他研究了在強電場中帶電的微米級固體顆粒;1962年,他加入加利福尼亞州雷東多海灘的TRW空間技術實驗室,從事高電流密度離子束的研究;1965年,他回到伊利諾伊大學攻讀博士學位,並於1968年加入貝爾實驗室,

卓以和發現當時工業界沒有技術生產均勻而極薄的薄膜,於是思考利用離子噴射機原理分子束做這項技術,1970年,卓以和成功發明分子束外延技術(Molecular Beam Epitaxy,MBE),原理是將一層層原子射上去,使半導體薄膜的厚度大大降低,半導體製造精度由微米時代進入亞微米時代。

卓以和教授是國際公認的分子束外延、人工微結構材料生長和在新型器件研究領域的奠基人與開拓者。對Ⅲ-V族化合物半導體、金屬和絕緣體的異質外延和人工結構的量子阱、超晶格及調製摻雜微結構材料系統地開展了大量先驅性的研究工作。

從2004年開始,MBE群體捐贈出一筆資金成立「卓以和獎」,每隔一年的9月初,在MBE國際大會上頒發。這無疑是全體同業及同事對卓以和最高的肯定和敬意。

四、張立綱:共振隧穿現象

張立綱(Leroy L.Chang),1936年1月20日出生出生於河南焦作縣;1948年抵達台灣,就讀於台灣台中市立第二高級中學;1953年考入台灣大學電機工程系,主修電力工程,1957年,獲得學士學位;1959年,經過兩年的空軍預備軍官訓練及服役後,赴美國南卡羅來納大學電子電機工程系學習;1961年,獲得碩士學位,進入史丹福大學攻讀固態電子、電機工程系博士學位;1963年博士畢業後進入IBM華生研究中心工作,歷任分子束磊晶部經理(1975至1984年)及量子結構部經理(1985至1993年),研究領域也漸由電子器件轉為材料測制及物理特性方面;1968年至1969年在美國麻省理工學院電機系工作,擔任副教授;1988年

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