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第2章

集成电路的发明

杰克·基尔比(Jack St.Clair Kilby)(见图2-1),lT业界公认的集成电路(lC)第一位发明者。

“有极少数人凭借他们的智慧和专业领域的成就改变了这个世界,杰克·基尔比就是其中之一。”

———德州仪器公司

图2-1 杰克·基尔比

杰克·基尔比是个令人生畏的角色,这不仅是因为他超过2米的魁梧身材,或者过于严肃的神情。他被普遍视为我们正在经历的信息革命的主要奠基人。

2001年6月1日,这位78岁的老人在北京大学讲演《集成电路的历史》。8个月前,他以同样的表情走上诺贝尔领奖台,在发明了“集成电路”42年后,这位杰出的技术专家最终获得了一向青睐于基础科学研究的评审委员会的认可。

台湾半导体教父,当时正在德州仪器公司工作的张忠谋则这样描述当时35岁的基尔比:“他有一个令人印象深刻的外表,出奇的高,消瘦,最显眼的是巨大的头颅……看起来很苍老。”张忠谋回忆道,自己的确没有意识到那是个重大的发明。

德州仪器董事长汤马斯-延吉布斯(Thomas J.Engibous)评论道:“我认为,只有福特(Henry Ford)、爱迪生(Thomas Edison)、莱特兄弟(Wright Brothers)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,那就是基尔比发明的第一块集成电路。”

1958年9月12日,在美国得克萨斯州达拉斯市德州仪器公司的实验室里,工程师基尔比成功地实现了把电子器件集成在一块半导体材料上的构想。这一天,被视为集成电路的诞生日,而这枚小小的芯片,开创了电子技术历史的新纪元(见图2-2)。

在美国堪萨斯州长大的基尔比,很早就对电子学产生了兴趣。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,基尔比的父亲和业务电台操作者一起与客户通信,引发了幼年基尔比对于电子学的终生迷恋。

基尔比当时24岁,刚刚获得伊利诺斯大学的电子工程学士学位。他在自述中说:“在大学里,我的大部分课程都是有关电力方面的,但因为我童年时对于电子技术的兴趣,我也选修了一些电子管技术方面的课程。我毕业于1947年,正好是贝尔实验室宣布发明了晶体管的前一年,这意味着我的电子管技术课程将要全部作废。”

图2-2 集成电路技术的发明开创了电子技术的新纪元

1947年,伊利诺斯大学毕业生基尔比怀着对电子技术的浓厚兴趣,在威斯康星州的密尔瓦基找了份工作,为一个电子器件供应商制造收音机、电视机和助听器的部件。工余时间,他在威斯康星大学上电子工程学硕士班夜校。当然,工作和上课的双重压力对基尔比来说可算是一个挑战,但他说:“这件事能够做到,且它的确值得去努力。”取得硕士学位后,基尔比与妻子迁往得克萨斯州的达拉斯市,供职于德州仪器公司,因为它是唯一允许他差不多把全部时间用于研究电子器件微型化的公司,给他提供了大量的时间和不错的实验条件。基尔比生性温和,寡言少语,加上6英尺6英寸的身高,被助手和朋友称作“温和的巨人”。正是这个不善于表达的巨人酝酿出了一个巨人式的构思。当时的德州仪器公司有个传统,炎热的8月员工可以享受双周长假。但是,初来乍到的基尔比却无缘长假,只能待在冷清的车间里独自研究。在这期间,他渐渐形成一个天才的想法:电阻器和电容器(无源元件)可以用与晶体管(有源器件)相同的材料制造。另外,既然所有元器件都可以用同一块材料制造,那么这些部件可以先在同一块材料上就地制造,再相互连接,最终形成完整的电路。他选用了半导体硅。

“我坐在桌子前,待的时间好像比平常晚一点。”他在1980年接受采访时回忆说,“整个构想其实在当天就已大致成形,接着我将所有想法整理出来,并在笔记本上画出了一些设计图。等到主管回来后,我就将这些设计图拿给他看。当时虽然有些人略有怀疑,但他们基本上都了解这项设计的重要性。”那一天,公司的主管来到实验室,和这个巨人一起接通了测试线路,试验成功了。德州仪器公司很快宣布他们发明了集成电路,基尔比为此申请了专利(见图2-3)。

图2-3 集成电路的原型

当时,他也许并没有真正意识到这项发明的价值。在获得诺贝尔奖后,他说:“我知道我发明的集成电路对于电子产业非常重要,但我从来没有想到它的应用会像今天这样广泛。”

2000年,集成电路问世42年以后,人们终于了解到他和他的发明的价值,他被授予了诺贝尔物理学奖(见图2-4)。诺贝尔奖评审委员会曾经这样评价基尔比:“为现代信息技术奠定了基础。”

图2-4 凭借集成电路技术的发明,杰克·基尔比获得2000年诺贝尔物理学奖

除了大家熟知的集成电路之外,基尔比在其他的领域也有多项的发明(见图2-5)。例如,第一个手提轻便式(Hand held)的电子计算机(Calculate)的发明专利,也是基尔比首先提出的。太阳能电池的领域里,他也有多项发明和专利,其中有他在20世纪60年代和70年代初期构思的包括圆球形的颗粒太阳能电池和“太阳能电池储能系统”(Solar Chemical Converter),都是一些划时代的创新和发明(见图2-6)。在退休前,他在美国总共获得了超过60项很有影响力的发明专利。

图2-5 杰克·基尔比在诸多领域有许多重要的发明

图2-6 杰克·基尔比与他发明的第一块SCC太阳能转换器

基尔比曾经告诉在他实验室工作的华人工程师一个很少人知道的小故事。第二次世界大战时,他曾经在中国战区服役过。在“二战”末期,他参加了一个通信分遣队,从中国的云南省,一路开车辗转到达中国西北的西安附近,协助广阔地区的通信工作。他回忆这段将近两千公里的旅途,一路走的大多是乡间小路,沿途风景宜人。中国人对他们十分友善,让他印象深刻。他也一直对中国和中国人民非常的友好。在许多他能力所及的范围内,给了中国人许多的支持和照顾。他对实验室和工作团队的同仁们都用启发式的教导方式。他经常和工程师直接交谈,很像指导教授带研究生做研究一样的方法,他会询问每周的工作进展。当团队员工遇到技术上的难题时,他先仔细地听,详尽地问,然后协助员工找出一条或几条可能解决的方法,鼓励员工用新的思考方式来克服困难。接着,他会继续追踪那些课题,帮助员工创新和克坚,一直到课题圆满完成为止。他对员工的耐心和指导,从来都是毫不保留的。他本人则不断地在整体项目上寻求创新和规划。他在公司的研发岗位工作到七十多岁退休为止,他所做的项目,每一个都是成功的。退休后他继续担任德州仪器公司的顾问,每周定期到公司参与策略性的工作,没有停止过对员工的指导和协助。

这位伟大而温和的巨人于2005年6月20日,在达拉斯市的家中与世长辞,享年81岁。他的两位女儿把他所有的研究记录都捐给了位于达拉斯城的“南美以美大学”(Southern Methodist University)的工学院电机系。根据南美以美大学的计划,他们打算建一个小纪念馆来永久地纪念这位为全球现代科技做出极大贡献的杰克·基尔比先生。

参考文献

1.Jack St.Clair Kilby:A Man of Few Words.Ed Millis Books.杰克·基尔比传记

2.Jack St.Clair Kilby,Texas lnstruments由德州仪器公司出版的杰克·基尔比传记

3.Oral history interview with Jack S.Kilby at Charles Babbage lnstitute,“Jack Kilby,Touching Lives on Micro and Macro Scales-By T.R.Reid”,The Washington Post(June 2005)华盛顿邮报对杰克·基尔比的采访 TmHLeZuc9vqSDBacffFm2pmWLddBY1ubjXqsicyDs0RcpjZ2zpttyo4i0Ossc7y5

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