2020-02-07 積體電路的故事

積體電路的故事
林一平手繪之華生(左)與潘文淵(右)。(林一平副校長/提供)

電晶體的發明最初目的是想大幅改善電話網路的效能,而其對電腦技術的影響更是驚人。

 

早期的電子計算機採用真空管技術,體積龐大,既耗電又容易壞。電晶體技術並未馬上用於電腦,而是先用於生產收音機。第一部電晶體收音機是在1954年製造出來的。IBM的老闆華生(Thomas John Watson) 看到了電晶體這玩意,心中一喜,立刻買了一箱,拿給公司的工程師們,要求他們把電晶體裝到電腦。

 

1955年,IBM以3,000顆電晶體完成它的第一台商用電晶體電腦IBM 608。與真空管的電腦相較,IBM 608可節省50%的空間及90%的電力。於是電晶體很快取代真空管在電腦零件的地位。台灣第一部電腦是IBM的真空管電腦。IBM千里迢迢將之運到新竹,運作兩小時後就燒壞。IBM趕緊再送一部電晶體電腦,終堪使用。

 

將電晶體技術擴大,發展出積體電路(Integrated Cictuit;IC)的巨人是奇爾比(Jack Kilby)。1990年代末期交通大學張俊彥校長邀請奇爾比來交通大學。他在交通大學的校史館見證了台灣IC的發展,以及其對全世界半導體的巨大貢獻。交通大學頒發奇爾比榮譽講座教授,沒多久,他就獲得諾貝爾獎。

 

自從電晶體發明以後,因為具備體積小、省電,以及耐用等優點,取代了真空管。然而各個單獨的電晶體、電容、電阻等元件仍須以手工方式焊接成電路系統,無法大量自動化生產。

 

1958年奇爾比剛加入德州儀器(TI),當年夏天大部分的同事都去休假,奇爾比一個人留在實驗室中。奇爾比回憶說: 「身為一名新員工,我沒有休假時間,因此當別人度假之時,我獨自思考IF放大器的製作。成本分析讓我第一次瞭解以半導體製程製作電路的成本結構。」因此想出解決整合電晶體的問題,於1958年7月24日畫出了全世界第一個IC設計概念的草圖,將電晶體、電阻,與電容這些獨立元件整合在單一塊鍺或矽晶片上,開發出體積更小的元件。兩個月之後,奇爾比成功展示了全球第一片IC。這是大小約有0.5英吋長的簡單設計。1958年9月12日成為IC發明的紀念日。

 

剛開始,業界一開始對IC技術持懷疑態度,一直到美國空軍於1961年第一次實際使用後,才確立了IC在電子系統設計中的重要地位。奇爾比於2000年獲得了諾貝爾物理獎。當時美國總統克林頓(Bill Clinton)稱讚他的貢獻,說「You can take pride in the knowledge that your work will help to improve lives for generations to come. 」於是,IC撐起半導體的一片天。

 

今日台灣在半導體產業有重要的地位,最早的推手為潘文淵(Wen-Yuan Pan)。1974年他受邀由美國返台,建議台灣未來的產業方向。當時他建議發展IC技術。然而由美國移轉IC技術的經費超過千萬美金,並且是當時不被看好的CMOS技術。財政部舉雙手反對,認為金額太大,浪費公帤。幸好在孫運璿、李國鼎及施敏等人力挺之下,說服蔣經國,支持此計畫,而CMOS技術又很幸運的成為後來的主流技術,台灣才有今日舉足輕重的半導體產業。工研院為了紀念潘文淵對台灣IC之貢獻,於院內成立「潘文淵文物紀念館」,並由胡定華等人發起成立「潘文淵文教基金會」的各種獎項,我亦有幸成為榮獲潘文淵研究傑出獎的一員!