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杰克基尔比

杰克基尔比(Jack Kilby,1923年11月8日-2005年6月20日)是集成电路的两位发明者之一 。1947年,基尔比获得伊利诺伊大学的电子工程学学士学位,1950年获得威斯康星大学电子工程硕士学位。1958年,成功研制出世界上第一块集成电路。2000年,基尔比因集成电路的发明被授予诺贝尔物理学奖

这是一个迟来四十二年的诺贝尔物理学奖。这份殊荣,因为得奖时间相隔愈久,也就愈突显他的成就。迄今为止,正全面改造人类的个人电脑、移动电话等3C产品,皆源于他的发明。

2000年,七十七岁的杰克基尔比(Jack S. Kilby)获得诺贝尔物理学奖。这个奖距离他的发明已经四十二年,但长时间正足以让深远影响充分显现-如果没有基尔比,就没有今天的半导体产业,更不会有你早就习以为常的数位生活。一九五八年九月十二日,德州仪器工程师基尔比发明第一颗积体电路IC。这个装置揭开二十世纪资讯革命的序幕,同时宣告矽器时代来临。

在基尔比之前,电晶体取代笨重不稳定的真空管,但随电路系统不断扩张,元件愈来愈大,却遇到新瓶颈。尤其生产一颗电晶体的成本高达十美元,怎么缩小元件体积,降低成本,变成应用上的大问题。

当时在德州仪器专注电路小型化研究的基尔比,利用多数同事放假、无人打扰的两周思考难题。就在贝尔实验室庆祝发明电晶体十周年后一个月,基尔比灵光涌现,在办公室写下五页关键性的实验日志。

基尔比的新概念,是利用单独一片矽做出完整的电路,如此可把电路缩到极小。当时同业都怀疑这想法是否可行,“我为不少技术论坛带来娱乐效果,”基尔比在他所著“IC的诞生”一文中形容。

不过,德州仪器始终支持基尔比。事实证明,从基尔比的第一颗晶片开始,半导体的制程技术就不断翻转。到英特尔推出Pentium微处理器时,晶片上集积的电晶体已经高达叁百万颗。而十美元现在可以买到两千万个电晶体。

半导体业中著名的“摩尔定律”-积体电路上的电晶体数量,每十八个月扩充一倍,持续叁十五年,至今力道不竭。这股强大动力,使各种电子产品爆炸性地走向轻薄短小与多工。个人电脑、行动电话等叁C产品正全面改造人类生活。

去年,全球半导体业产值达到一千四百亿美元,未来叁年还要以两位数的速度成长。基尔比的发明仍在持续发酵。

得知迟来殊荣,基尔比接受《天下杂志》独家专访时,简单说明他对半导体产业现况及未来的观察。基尔比不是出身学术殿堂,却在德州仪器得到学术无上桂冠,德州仪器对企业所能发挥的功能,也做下了新的诠释。

“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。6月20日,美国工程师杰克基尔比在与癌症作了艰难的搏斗之后,在德州达拉斯市的家中与世长辞,享年81岁。他曾经工作过的德州仪器公司董事会主席汤姆恩吉布斯是这样评价他的:“我认为,有几个人的工作改变了整个世界,以及我们的生活方式--亨利福特托马斯爱迪生莱特兄弟,还有杰克基尔比。如果说有一项发明不仅革新了我们的工业,并且改变了我们生活的世界,那就是杰克发明的集成电路。”1958年9月12日,美国,德克萨斯州达拉斯市,德州仪器公司的实验室里,工程师杰克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。作为芸芸众生中的一员,也许你感觉不到那个遥远的秋日有多么重要的意义,那么,请打量你眼前的电脑,小巧、简洁,安静地等候随时为你服务。可是,在计算机诞生之初,它是个只能存在于实验室的庞然大物。如果电子技术止于电子管,我们不可能拥有现在的E生活。他学的电子管技术全部作废:1948年,贝尔实验室威廉肖克利(WilliamShockley)和两位同事发明了晶体管,它可以代替真空管放大电子信号,使电子设备向轻便化、高效化发展。肖克利因此被誉为“晶体管之父”,并因此获得了1956年度的诺贝尔物理学奖。这是电子技术的一次重大革新。杰克基尔比当时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。”然而问题还没有完全解决,应用晶体管组装的电子设备还是太笨重了。显然,个人拥有计算机,仍然是一个遥不可及的梦想。科技总是在一个个梦想的驱动下前进。1952年,英国雷达研究所的GWA达默首先提出了集成电路的构想:把电子线路所需要的晶体三极管晶体二极管和其它元件全部制作在一块半导体晶片上。虽然从对杰克基尔比的自述中我们看不出这一构想对他是否有影响,但我们也能感受到,微电子技术的概念即将从工程师们的思维里喷薄而出。

世界上第一块集成电路诞生:1947年,伊利诺斯大学毕业生杰克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,基尔比与妻子迁往德克萨斯州的达拉斯市,供职于德州仪器公司,因为它是惟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月里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。”于是,我们回到文章开头的那一幕,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。开创了硅时代: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。”集成电路取代了晶体管,为开发电子产品的各种功能铺平了道路,并且大幅度降低了成本,第三代电子器件从此登上舞台。它的诞生,使微处理器的出现成为了可能,也使计算机变成普通人可以亲近的日常工具。集成技术的应用,催生了更多方便快捷的电子产品,比如常见的手持电子计算器,就是基尔比继集成电路之后的一个新发明。直到今天,硅材料仍然是我们电子器件的主要材料。所以,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。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”。1959年,仙童半导体公司的罗伯特罗伊斯申请了更为复杂的硅集成电路,并马上投入了商业领域。但基尔比首先申请了专利,因此,罗伊斯被认为是集成电路的共同发明人。罗伊斯于1990年去世,与诺贝尔奖擦肩而过。杰克基尔比相当谦逊,他一生拥有六十多项专利,但在获奖发言中,他说:“我的工作可能引入了看待电路部件的一种新角度,并开创了一个新领域,自此以后的多数成果和我的工作并无直接联系。”

1947年~1958年中央实验室,威斯康星州,密尔瓦基;1958年~1970年德州仪器公司,德克萨斯州,达拉斯;1970年11月自德州仪器公司离职,但继续为其担任兼职顾问;1978年~1984年德克萨斯农工大学,电机工程学特聘教授杰克基尔比在这本笔记本里记下了他关于第一块集成电路的成功构思。1958年的杰克基尔比,发明了世界第一块集成电路。杰克基尔比的第一个集成电路只包含一个单个的晶体管和其它的组件。杰克基尔比正在研究300mm圆片。杰克基尔比在基尔比研究中心的实验室里。杰克基尔比发明的集成电路几乎成为今天每个电子产品的必备部件,从手机到调制解调器,再到网络游戏终端,这个小小的芯片改变了世界。

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