（科学技术哲学专业论文）美国微电子技术与创新.pdf

论文摘要 美国微电子技术一直居于全球主导地位，从贝尔实验室发明晶体管以来，几 十年的技术进步得以迅速应用，新技术新产品的开发又形成新的市场，技术推动 与市场拉动共同创造了极其繁荣的信息技术产业。 电子的发现，激发了研究电的兴趣。实验物理学家和理论物理学家分别在不 同的领域突飞猛进。真空管利用电子的性质得以单向导电，成为晶体检波器的前 身。由于量子力学的巨大影响，对金属内部电子行为的描述发生了很大变化。物 理学家开始认识到了一类新的物质一半导体，这一时期兴起的固体物理学由于犹 太科学家的流亡转移到美国。贝尔实验室在半导体检波器生产中占据领先优势， 组建的半导体研究小组物理学家、物理化学家、工程师们通力合作，经过数年的 努力，终于使晶体管得以问世，不仅满足了为远距离通讯开发中继器的要求，带 来的微电子技术革命影响了后来几十年的经济、生活各方面。 晶体管的问世引发微电子技术革命，与真空管相比的显著优点，很快使晶体 管应用到许多领域。半导体电予技术日益小型化微型化，与计算机技术密切结合， 从中小规模集成电路、大规模集成电路，到超大规模集成的微处理器就是这种结 合的产物。微处理器的技术换代，反映了创新所带来的对经济领域的深远影响， 从而使经济模式发生变化，演化到新的经济模式一数字经济，也就是信息时代的 到来。 在世界经济增长中，技术创新起着重要作用。微电子领域的技术进步对所有 经济部门产生广泛的影响，技术创新的扩散伴随着产业结构的调整，从而引起大 的结构调整。在这种情况下，社会和机构制度的变革必然带来新技术和社会经济 管理体系之间更好的匹配。实现这种良好的匹配后，在以后二三十年中呈现一种 比较稳定的长期增长投资行为模式，由微电子技术革命带来的信息技术的发展正 是这样。 论文第一章总述以微电子技术为关键技术支撑的信息产业三次技术浪潮的 更替历程，从以晶体管核心技术的主机时代，到以芯片技术为核心的个人电脑时 代，以及向以超大规模集成电路为核心的网络时代过渡。 第二章通过分析介绍晶体管的发明，说明微电子技术革命是在量子理论新 进展基础上得以实现，也是应用新理论的激情与技术需要两者共同作用下产生 的。晶体管的发明与广泛应用导致美国微电子产业迅速兴起。 第三章介绍微电子技术微型化、芯片技术更新换代的技术进步过程，与计算 机技术结合，微处理器的进步成为技术领先的标志，英特尔公司成为微处理器核 心技术领先者。 第四章论述微电子技术创新的迅速扩散，成为信息技术产业的关键支撑技 术，新搜术产业的绩效影响到多个领域的经济增长，形成信息技术产业高速增长 的经济演化形势。 第五章对徽电子技术创新，使经济从能源密集型的石油钢铁模式向新的信息 技术经济模式转变进行理论分析，论 正技术创新是经济长期增长的主疆推动因 索，分车斤了美国技术创新涌现酌社会环境条件。 美嗣微电子技术创新浪潮汹涌的根源在于激励机制署廿制度环境。政府对新技 术的研究与新产品的开发的厂商给予资髓，并支持培稍研究入贸，为发明创新技 术提供法律保护，这些条件，是荧国技术创新彳譬以涌现，微电予技术革命在美嗣 兴起静激函。 关键词：微电予技术：创新；经济模戏 a b s t r a c t m i c r oe l e c t r o n i c st e c h n o l o g yi nu sh a sb e e na l w a y sp l a y i n ga ni n t e m a t i o n a l l e a d i n gr 0 1 e a ：r e rt h ei 1 1 v e m i o no ft r a i l s i s t o r i nb e l il a b si n19 4 7 ，t e c h n i q u e p m g r e s s e si nt r a n s i s t o rn e l dh a sb e e nr a p i d l y 印p l i e di m op r a c t i c e ，d u r i n gt h cp r o c e s s o fw h i c hn e wm 础e t sf b m e d 谢t h 协ed e v e l o p m e n to fn e wt e c h n i q u e sa 1 1 dn e w p r o d u c t s i t 、v a st 1 1 ed i s c o v e r ) o fe l e c t r o nt l l a tp r o v o k e dp e o p l e si n t e r e s ti i le l e c t r i c i t y b o 血e x p e r i m e n t a lp h y s i c i s t 趾da c a d e m i cp h y s i c i s th a v em a d em a g n m c e n tp r o g r e s s i nt h e i rr e s e a r c h 丘e l d s t h en a t u r eo fe l e c t r o ne n a b l e de i e c 虹o nt h b et ob ee l e c t r i c u n i l a t e r a l ly ，、v h o s ef u n c t i o nw a sr e p l a c e dl a t e rb yc r y s t a lc y m o s c o p e t h e r eh a sb e e n 掣e a tc h a n g ei nt h ed e s c r i p t i o no fe l e c 仃o nb e h a v i o ri n s i d em e t a l sd u et ot h ei n n u e n c e o fq u a 工l t 啪m e c h a n i c s p h y s i c i s tb e g a nt or e c o g n i z ean e wt y p eo fm a t e r i a l 一s e m i c o n d u c t o r a tt h a tt i m e ，t 1 1 ec e 胁eo fn e w l y - d e v e l o p e ds 0 1 i ds t a t e p h y s i c s s h i f t e dt ou ss i n c ee x i l e so f j e w i s hs c i e m i s t t h eb e l ll a b se n j o y e dap i o n e e ra d v a n t a g ei nt h ep r o d u c t i o no fs e m i c o n d u c t o r c y m o s c o p e i n “sw o r k i n gt e a m ，n 锄e ly ，s e m i c o n d u c t o rr e s e a r c hg r o u as c i e d t i s t f r o md i n 色r e n tf i e l d sd i das p l e n d i dc o o p e r a t i o n ，w h i c hg a v eb i r t ht ot h ea p p e a r a n c eo f t r a n s i s t o rs e v e r a ly e a r sl a t e r ，、v i 吐1w h i c hn o to n l yt h ed e v e l o p m e mo fr e p e a t e r sf o r l o n gd i s t a n c ec o 瑚m u n i c a t i o n 、v a ss u p p o r t e d ，b mm em i c r o e l e c t r o n i cr e v o l u t i o n “ p r o m o t e dg a v ea i le n 廿r e 砌u e n c eo np e o p l e sl i f ei nm a l l yf i e l d s ，l i k ee c o n o m ya 1 1 d d a i l yl i f e ，t h u sab r a n dn e w l i f ew a sb m u g h ti m ob e i n g t h eb i r mo ft r a n s i s t o rp r o v o k e dan e w t e c h n i q u er e v o l u t i o ni nm i c r oe l e c t r o l l i c s i te n j o y e dag r e a td e a lo fo u t s t a l l d 址ga d v a n t a g e sc o m p a r e d 谢t 1 1t l l ee l e c t r o n i ct u b e ， a c c e l e r a t i n gi t sw i d ea p p l i c a t i o ni m om a n y6 e l d s n si n c r e a s i n g l ym i n i a t u r i z a t i o na 1 1 d m i c r o m a t i o na l l o w e da ni n t e n s ec o o p e r a t i o n 谢t 1 1c o m p u t e rs c i e n c e ，w h i c hb r o u g h t f o r w a r dag r e a tm a n y t y p e so fm p u ( m i c r o p m c e s s o r ) b a s e do nd i 丘 e r e mt e c h n i q u e s l i k em s i ，l s ia n dg s i ( m e d i u m ，l a r g e ，g m n ds c a l ei n t e g r a t e d c i r c u i t ) t h e d e v e l o p m e mo fm p us h o w e da 1 1i n t e n s em n u e n c eo ne c o n o m yp r o m o t e db y t e c h n i q u ei n n o v a t i o n s t h u st h ec h a i l g eo fe c o n o m ym o d et 0 0 kp l a c e ，p r e d i c 廿n gt h e a p p e a r a l l c e o fab r a i l dn e we c o n o m i cm o d e d i g i t a l e c o n o m y i no t l l e rw o r d s ， i n f b r r n a t i o ne r a t e c h n i q u ei 1 1 1 1 0 v a t i o np l a y e dav e r yi r i l p o r t a n tr 0 1 ei nt 1 1 eg m w mo fw o r l d e c o n o m 弘t h u si ti ss a f et os a yt h a tt 1 1 e r eh a sb e e naw j d ei n n u e n c eo nd i 髓r e l l t e c o n o m i cs e c t i o n sd o n e b yt e c h i q u ep r o g r e s si nm i c r oe l e c 仃o n i cf i e l d s a c c o m p a n i e db yr e a r r a n g e n l c n to fi n d u s 螂s 仃u 魄，t e c h n i q u ei n n o v a t i o np u s h e d f o r 、v a r d s8s t r u e t t 王r a 王r e a 王l o c a t i o 建撅如es o e i e t y ，l 硅爆o s ec i r c u m s t 戤l e e s ，i n n 。v 越o n s 漱 s o c i a l1 e 谢s l a t i o n sa n df u n c t i o n a is e c t i o n sw i l lc e r t a i n l yb r i n gf o r w a r dab e t t e rm a t c h b e t w e e nn e wt e c h n i q u e ga 芏l ds o 。i a la d m i n i s 拄a t 主蹶s y s t e m s ，w h e 琏s u c ham a t 趺i s r e a l i z e d ，as t a b i el o n g _ t e r mp r o f i t a b ki n v e s 恤l e mm o d ew i l lc o m ei n t ob o 血g ，a n d 8 u c hi st h ec a s eo ft e c h n i q u ei n n o 、哦o n 沁m i c r oe l o c t r o n 主c s i nu s ，t h eh e a t e dd e v e l o p m e n to ft e 曲越q u oc a nb ea 钍r i b u t e dt oap o s i t i v c p r o v o k i n gm e c h a t l i c sa n dp o l i c ye n v i r o m e m ( i z a t i o n sd o 撖gr e s o a r c ha 芏l d o x p l o r a t i o no fn e wt e e h n i q u e sc 娃nb es p o n s o r e db y 证eg o v e m m e n t ，i n c l u d i n g 确 t r a i n i n go fr e l a t e dw o r l ( e r s b e s i d e s ，aw e l l - d e s i g n e dl a ws y s t e mi sa l s op r o v i d i n g e n o u g hp r o t e c t i o nf o ri n v e 嫩i o n sa n di n n o v a t i o n s t 量l e s ec 觚e x 静i a i nt 砖f a c tt h a ti n u st e c h n i q u ep r o g r e s sk c o p si t sd e v e i o p m e n tf b ry e a r s k e yw o r d s ： m i c r o e l 。c t r o n i c st e c h n o l o g y ；i 1 1 n o v a t i o n ；e c o n o m i cm o d e 学位论文独创性声明 本人所星交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经 发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在 文中作了明确说明并表示谢意。 作者签搠垄盏隰纽：红； 学位论文使用授权声明 本人完全了解华东师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保 留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸震版。有权 将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅。有 权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索。存权将学位论文的标题和摘要 汇编出版。保密的学位论文在解密后适用本翘定。 繇镯谚副谧毫吖坟 日期：2 盥：! i 。 目期 撕6 、6 、哆 导言：技术创新是微电子技术发展的基本动因 信息技术产业发展至今只有几十年，可它在许多方面表现非凡。它的技术发 展速度是空前的，数字技术可应用于几乎无数的用途。不断的技术改进，几乎不 断的市场增长，以及不断扩大的使用范围成为信息产业的明显特征。其中凸显出 两点，一是一系列激动人心的技术变革浪潮，二是供应商市场权力的一贯高度集 中。从微电子技术一开始，美国明显是全球市场的领头人，欧洲和日本没有像美 国那样的风险资本和创业文化，在这一领域少有重要的进展。这个产业的几乎垄 断性的领导权地位先后由i b m 、m i c r o s 0 f t 和英特尔公司占领。信息产业的 竞争是技术新浪潮的故事，新浪潮的卖主领头，迅速压倒大部分的现存秩序，这 正是奥地利经济学家熊彼特所说的“创造性破坏”的最佳例子。这种波浪型演进 的模式仍在继续，随着互联网和万维网使用人数的剧增，以网络为中心的时代的 浪潮已经席卷而来。英特网正在改变着商务活动的模式，也使我们获得信息的途 径以及交流、购物、娱乐的方式正在进行着革新。 由于美国信息产业在全球经济中的绝对优势地位，充分体现了由技术创新引 擎推进的经济增长浪潮，使经济出现了信息化和全球化的结构性变革。这一趋势 在美国表现得尤为明显，其广泛的新现象和新特征被称为“新经济”，引起经济 学界的强烈兴趣，对其经济学研究解释做得较多，而从技术与社会关系的角度对 这种由不断的技术创新所主导的社会经济现象的研究较少。技术创新是科技哲学 的重要内容之一，信息产业的本质就是技术创新，研究作为全球信息技术绝对核 心地位的美国微电子技术创新，对考察技术创新与经济的关系、影响技术进步的 因素、技术与人类生活的深刻关系都具有重要意义。 文章将运用新熊彼特主义的技术创新理论来分析美国微电子产业不同核心 技术为中心的几个阶段，试图对经济复杂系统的演化规律做出实证研究，用技术 创新理论解释以微电子技术革命为关键技术要素投入的美国经济浪潮，并由此窥 见在高度发达的技术环境下的技术创新系统状况，力求对技术演化理论有所贡 献。 第一章美国微电子技术相关产业发展状况 对信息产业的认识，两个特点非常突出：一系列激动人心的技术变革，以及 供应商市场权力的一贯高度集中这引起了产业经理、经济学家，甚至一般大众 的深深迷惑。这种几乎垄断的卖主领导权先给予了i b m ，然后是微软和英特尔。 这个迅速变化的行业比起5 0 年前，在今天更加具有美国单一连续领导的特点。 信息技术的应用成为美国经济力量的源泉，美国r r 生产商在世界上最具竞争力， 简单说来，信息产业的竞争是新技术浪潮发展的故事，新浪潮的卖主领头， 迅速压倒大部分的现存者，这正是伟大的奥地利经济学家约瑟夫熊彼特在1 9 3 9 年所说的“创造性破坏”的最佳例子。 信息产业在许多方面表现非凡，技术发展速度在商业史上是空前的，电脑硬 件的价格一性能比在过去2 0 年来提高了1 0 万倍以上这个产业在1 9 5 0 年以前还 并不存在，到1 9 8 0 年已增长到5 0 0 亿美元，1 9 9 5 年超过5 0 0 0 亿美元， 2 0 0 2 年，仅美国i t 公司和它们的海外分支机构的销售额就高达1 万亿美元。 信思技术产业包括计算机硬件、软件、通信设备、通信服务和仪器和制造者， 这些不同领域的行业，技术支撑都是微电子技术的不断创薪。择定信息技术产业 根据是该产业要么是生产、处理和传输信息产品和服务的产业，无论这些产品和 服务是作为中间投入物( 投入到其它产业的生产中) ，还是作为最终产品( 用于 消费、投资、政府购买或出口) ：要么是给使用因特网和进行电子商务活动提供 基础设施的产业- 。 美国商务部连续几年来以浮现中的数字经济i 、i i 、再度崛起的数字经 济发布的美国经济发展报告，使“数字经济”成为对经济的最新发展现象的概 括。 计算机行业已经通过了两大变化浪潮，即以晶体管为核心的主机时代和以大 规模集成电路为核心的个人电脑时代，现在正处于以超大规模集成电路和传输技 术为核心的网络时代这三个时代范式转化，不仅仅是具体的技术变化，主要是 转变的广度和深度使得产业领导者的很难保持它们的地位下表( 卜2 ) 引述自权 力的浪潮2 再度崛起的数字经济p 1 4 ，数字经济i i p 3 5 2 权力的浪潮p 6 2 表卜2 系统为中心个人电脑为中心网络为中心服务内容为中 1 9 6 4 1 9 8 11 9 8 l - 1 9 9 41 9 9 4 - 2 0 0 5心2 0 0 5 主要顾客 公司 专业人员用户个人 主要技术晶体管微处理器通讯带宽软件 主导原理格罗施法则穆尔法则 梅特卡夫法则 转型法则 销售渠道直接间接 联机用户拉动 用户关注点 效率生产率用户服务虚拟化 供应商结构纵向结构横向电脑价值链统一电脑与通讯价值链嵌入 供应商领导美国系统美国部件本国载体 服务供应商 使用人数 1 0 0 0 万 l 亿l o 亿全球 市场规模2 0 0 亿美元4 6 0 0 亿美元 3 万亿美元难以衡量 一、晶体管核心技术时代 一般认为计算机时代开始于1 9 6 4 年，当时i b m 公司以它的s 3 6 0 系列引进 可以随时间不断更新换代的第一个兼容系统，这一系统的巨大成功，保证了i b m 公司在机械时代建立起来的垄断地位成功地过渡到新兴的电子时代 从技术观点看，s ，3 6 0 系统导入了一个相互兼容机器系列的概念，当时这个 系列使用普通的软件和外部设备，涉及非常广泛的功能范围。整个系列以可以及 时稳固发展的单一建构为基础。直到今天，i b m 最先进的主机设计，其根源仍 然在于长达3 0 多年的最初的机器系列。从市场角度看，s 3 6 0 系列产品销售达到 破纪录的数额，这巩固了i b m 公司作为压倒一切的产业领头人地位。以年收入 计算，i b m 仍是世界上最大的电脑公司。围绕一个系统公司提供产品与服务的 这种专业公司模式很快发展到超越i b m 公司成为8 0 年代以前主导的电脑产业格 局。从电脑用户观点来看，这种模式昂贵，却是一种值得的折衷的办法。供应商 与制造商的稳定性使得用户技术抉择简单化，并提供了长期关系。专卖性卖主的 方法也会锁定用户。 二、微处理器急速换代的个人电脑时代 1 9 8 1 年，i b m 公司推出使用集成了1 4 3 万只晶体管的2 8 6 芯片的个人电脑， 公司提供了产品标准化及其独一无二的认证。为了改善信息分离，孤立的个人电 脑很快适接到地区网络上，每个地区网络需要由篪少一个共享地区网络服务器来 经警。经过一段孵闻，这些孤立骢地区鄹络通过备秘网躲技拳联成一片，形成强 勘的企业环境。l o 年之内，这种自下雨上的以个人电脑为中心的途径霸经可以 与除了最大主枫系统以外的所有棱心功能提匹敌。 从这个产业媛早大黧主机时开始，市场领头者都是级向结合的供应商，每一 窳都负责艇有关键技术和产品方黼，从设计、软传、销像、服务到支援，一切都 通过每家卖主的专卖系统结构联结起来。对比栗来看，个人电脑产业从最早开始 就采取纯粹的供废商横向结构。许多公司都作为新兴信息技术产渡价值镶上特定 瓣次的专家丽兴旺发达。这些横向结构静公司只榘中于一个技术领域，它们活动 的速度、灵活性和开放憔都是旧系统公司望尘翼及的。 这个新静产她链是鑫 一套奇特的、意料之井的事实上和法律上的混含标准结 合在一起的。事实标准的控制者如微软、英特尔和网威发展壮大并大大凝利。在 鸯法定禄准酶部门竞争豹实主，如个入电脑、磁簸驱动嚣郛显示屏，经掰了同样 高速的增长。这种卖主商业模式的变化舄致了美国在竞争中日益主宰的地位。 三、以奔腾系列为标志的列络时代 正如主机系统时代屈服于个人电脑浪潮的力量，个人电脑时代现在也正让位 予个疆溺貉为中心熬嚣誊栈，这一对找软安装了舞疆系弼芯片的处理器为标恚。 这个产业的许多能量与力最将用于加强网络而不是个人电脑桌面。这个时期的目 拣垮是使瞧薤连线藏豫今天豹毫谣连线阉棒麓鼙_ 鞲善速。长麓谈论豹电蕊与逶讯 合并终于会实现。这个范式转变的特点在于用户、技术、销售、上市、市场以及 供应褰营救模式等方瑟懿广泛范辫发生蘩本戆变纯。这垫交往寄；麸强筑理凝到 通讯带宽；从图像到网络浏览器：从穆尔法则到梅特夫法则：从内部网络到外部 嬲络：产品爱晷次要| 献阗接键磐至l 主嬲锩售；鼠攘离缭椽熬毫簸产韭劐毫藏与 通讯结合的结构：从美国供应商领导到本图供应商领导；从单一鼗主到分散的权 力。 总起来说，变化的范围可能同个人电脑时代的变化不相上下甚或超过。这个 产她的重一妊已转移到网络及服务。现霎重鬏靛领头喾已经戆受到麟秩痔懿蹇菝撬 战。而且，或许最为重要的是，新产业结构保证要蘑塑信息技术供应商的任务以 及警藏鲍全球权力对毙。漆如个人邀魅、激处理器秘软l 孛等掭准产热仍然其毒全 球性质，但是增加价值水平最高的网络服务现在将保持不闻的国家性质。随着时 间的推移，各国的鼹络服务及其供应褒将积累起大部分黪绩患技术枣场力量。 4 第二章晶体管的发明与美国微电子产业兴起 第一节、晶体管的发明 一、电子的发现引发微电子学 早在1 9 世纪最后2 5 年间，全世界物理学家都将其注意力转向了阴极射线管。 在置于玻璃管内的两个电极之间加上高压，将会发生放电现象，在一端电极产生 辉光。早期的放电模式中，管子里会含有一些气态物质，这些气态物质本身能发 出各种的光。作为现代霓虹灯、电视机和计算机荧屏的祖先，阴极射线在探索物 质深层次结构方面扮演了极其重要的角色。1 8 7 8 年，英国物理学家发现，借助 水银使管内气体处于低压状态，发出的光消失了，并出现了奇怪的现象：玻璃壁 上开始发出怪诞的绿色荧光，尤其在靠近正极或称阳极的地方，这是因为从阴极 正在向阳极发射某种形式的辐射，即所谓“阴极射线”，撞到阳极附近的玻璃壁 上时会产生磷光。不久，在德国几乎所有的大学物理系或技术机构都有了这种管 子，位于北部的维尔茨堡大学物理研究所也是这样。该研究所的负责人，时年 4 9 岁的伦琴于1 8 9 4 年开始研究阴极射线管，1 8 9 5 年发现奇异的、可以穿过很多 物质的射线一x 射线。这种射线的真实面目到底是什么，在此后至少十五年内依 然是个谜。英国物理学家相信x 射线是一种粒子束，而德国学者却始终坚持是 波动，双方都在想方设法找到更进一步的证据来结束这场争论。直到1 9 1 2 年， 德国慕尼黑大学的劳厄用x 射线通过小孔射向晶体( 蓝色硫酸铜) ，晶体后面放 上一张敏感的照相底片，终于得到了x 射线的环状图样，并由此猜测这是由于x 射线通过晶体点阵引起的衍射图样，从而揭示出了x 射线的波动性质。 另一个迫切需要解开的谜一阴极射线的本性，其实j j 汤姆逊早在十五年前 就已经解决了。伦琴发现x 射线重新激起了对阴极射线的浓厚兴趣，汤姆逊就 是其中一位。电场能使阴极射线偏转，意味着阴极射线是粒子，应该具有质量和 电荷这样的特征。他用了一套绝妙的装置一雾中的水珠会凝结在穿过其中的粒子 周围一来粗略测出这种粒子的电荷值，当这些实验证实了这种粒子的质量是氢离 子的千分之一还不到时，他得出它们是比任何原子都要轻得多的物质碎片假定， 并在1 8 9 9 年公开发表了这一革命性结果，终于宣称“原子不是物质不可再分的 极限”，这种微粒必定是“原子得以建构的砖块之一”，这就是不久便广为人知的、 无所不在的电子。 但是，电子的发现，剿劳厄躐测到x 射线豹衍射花样，并没有意识到阴极 射线就是电子射线。微粒与波的矛盾还要等待近二十年才能澄清。到1 9 2 6 年， 物理学家铷鞲电予柬探测艨予内郝构造的实验中，褥割当年劳厄观测到的灏样， 这难怒电子本身产生的衍射，也就是电子波的发现。 汤姆邋的发现，激发了研究电的兴趣。实验物蠼学家翔邋论耪淫学家分剐在 不同的领域突飞猛进，到2 0 世纪最初二十年，物理学中发生的革命使人们明白 了裔然在激深层次上有基本的粒予僬。不仪穆质愚以份份的、j 连续的方式 存在麓，而虽光、能蹩等许多1 9 世纪科学家曾认为连续的其他煮也其有这样的 特性。这场餐予力学革命中尽管美凿科学家的贡献微不足遂，但德们在实验前沿 显示出了不凡之她。随着人们的注意力转向爨子力学的应角环节，注重实散的美 国耪璎学家开始骰密不可磨灭静霓献。 二、 嶷体管骢发明是微电子技术革愈麴开端 贝尔实验室在美国电话电报公司( a t t ) 的努力下成长壮大，他们疆将真 空管开发戚阁于运距离电话遁讯翁高效放大嚣。l 擎9 9 年，他们烧潮架设横跨大 陆的电话线，默作为实现菇“一种政策、一个系统和全球服务”的宏大目标的关 键髓举措。炎尔系统邋这器释技术诀窍，在1 9 0 0 年拦经能涛电落信号佟送l 荚攫。然而超过2 0 0 0 英璧时，微弱的声静就会淹浚程静电嗓声中。瑟使蹲大陆 酶缀务痰梵现实，惫需一释技称为“中继嚣”翁装嚣，使之在涤逡凡个点上为逐 渐裳减的通讯信号补充能鬃。 美蕃发秘家德摄霞簸带豢毽熬“三极餐”疆场了，这种带着三个耄极豹囊空 管健奁1 9 酾年开发密来作为远距离无线泡僖号裣测器，它怒建立在稗被称为 爱逮生效瘦弱现象蓥勰之土。爱遗整予1 8 s 3 年爝碳熊叁炽好泡馓实验聪发襞， 褥微受金属硝置入密封豹鑫拣蠡海内，当绘徽型会耩片热上正亳压辩，发现霄宅 漉缓慢地从灯泡中泼燃，这裘明从灯丝土溅爨豹电子( = 毒注意壹裂1 8 9 7 年墩子 才被认为最懑汤姆逊发瑷熬) 受到金簇片暇号l 。可爱遮生太整7 ，壤褥这壤专利 蜃就嚣之旁，鸯到1 9 0 4 年，英豳毒i 学家夫累铭( j a f l e m i n g3 研究了媳熬为 “掇凌阌”戆静趣蟪巍燹线邀波稔测器懿囊空警孛瀚效庭，冬翻爱掇瑷瓣犷石 收谱枫中的晶体检测器非粥相似，只允谗魄流单方起滚动，因此它女g 将无线电天 线中产叟斡交变瞧滚转换感麓骂枫艨嚣的巍滚电滚。镶福霉疑在夫累键发勰鹣基 础上又向前迈出一大步，他在阀门丝与金，鸳片之间插入了他弥为“栅极”舶第三 投片，通过绘搬投加主不嘲电压，发现能够控测滚过摄动阉麴电流量，由此发骥 了鬻名的三极管。1 9 1 2 年十月，荧围电话电报公司的制遗分公司一飚部电器公 司骢秘学家霸工程师们邀请德福雷斯演示媳的三极管，与会的有物理学家燃落德 6 ( h a 胁o j d ) ，当时他正疑雇开发一种中继器。但是三檄管只在低压特性下运转 良好，在放大电落电流所嚣的较嶷电压下，根据一位鼹察卷的撼述，管孑就会“充 满蓝色的烟雾，似乎塞往了，不再传递声音，躐到电流极大地减弱”。然而阿诺 德深信自己能够将三极餐发展成一释裹散中继嚣。缝学麓到的攀令电子熬物理现 蒙，即电子在电场和磁场作用下的表现行为的知识在这恩派上了用场。他利用商 真空除去蓝色烟雾，用戴化层覆燕丝极，并更严格她旋转壤极，结果极大地提蕊 了管子的输出电流。一年以后，阿诺德终于解决了中继秣问题，1 9 1 3 筇1 0 月安 装在从纽约到巴尔地摩的电话线上，并一举成功。真正的考验是姆其安装在从荚 瀚袤海岸蓟西海洋长这3 4 0 0 毽风商下韵横跨太陆的电话线上，这是美潮电话魄 报公司多年的目标。1 9 1 4 年7 月，首次使用这条线通话，为了放大电信号，谯 题兹堡、嶷骂晗帮盆游城筠设霄中继器。 为架设横跨大陆的电话线，从制定计划到实现，电话电报公司用了繁整五单 对露。开发中继嚣过程上遘鹫的竣绞靖搿使美国逛话电撤公司决策层感嗣，让 些具有博士学位的物理学家加入应用研究是非常合算的攀。公司此后继续聘用物 壤学家奁袋究中，0 工 睾，证谴镪畿诸熟改迸真空餐及稻美电貉醴逶应无绞电通讯 等方面做研究工作，戴维孙就是蹙聘的诸多科学家之一。一战结束后，公司的研 究中心继绥扩大，著于i 9 2 5 年缀建残了一个弦纛静实棒一贝承壤话实验室，蘧 员达3 5 0 0 多名，暂任总裁朱伊特就是一位来自芝加哥大学的物理学家。 2 0 整纪2 0 年代末，懑予量予力学豹匿大彩旗，彩囊学家对众属内部毫予行 为的描述发生了很大变化。新的圈景中，电子布满所有可能达到的带有确定能量 缓兹能级，只骞少数电予掇毒更多能量。赫豹理论对燕离子辐射麓题戆邀解产宝 了重大影响，因为只有处于较高能级的那些电子才有希望逸出金属表面。在此从 攀獗究装蠢钨丝的奏空繁茬不冠滋发下铩拷蘑撵强度豹羧密信弩韵糖囊学家蠢 撒顿也受剿新理论深深影响。为学习新理论，他甚至于1 9 3 1 年脚到密歇根大学 参艇索末嚣拜设豹理论物理漤座，期阕，滚裁还就蘧豹毫予鑫麓壤论终了专题谤 崖。回到贝尔实验室后，物理学家们组织进行了众属中电予的量子理论的讲座， 以图鼹决一些细节瓣题。 到3 0 年代初，科学家开始认识到了一类新的物质一半导体，如铜的氧化物 积硒。这些材料不像绝大多数金满委g 样是瞧装导髂，金属糖毒大豢在其爨帮漫游 的并运载电流的自由电子；也不像橡胶或玻璃这样的绝缘体，它们几乎不拥有自 睦l 邀予。半导体介子导体秘绝缘体之阚，寰援毒独一无二戆特经，在菜鏊特定患 上，当温度升高时矮电阻下降，遮同绝大部分金属芷相反。它对光极其敏感，光 照能够使它在受光照射的两个不嗣点之间产生微小电势差。到3 0 年鼗串援，燹 尔安验室裰氧纯销晶体检波器生产中占据领先优势，渐渐用这种检波器代替了遍 布贝尔技术系统的真空二极管。这一时期，刚兴起的新兴学料一固体物溅学由于 犹太辩学家酶流亡转移刭美国，在营转袈顿大学鞍窳省臻工学院垒校野兹。 嚣分美国物理学家与欧浏物理学家一个鼹著特征就蹙荚国入注重实际应用。 当玻尔、爱因斯坦、海森伯和薛寇谔就量子力学所牵涉到的哲学问题争论得不可 开交、旷目持久时，美国科学家却把这个理论主要作为一种强有力的精工具加以 应震，并交终计算斑了复杂熬瓤子、分子移螽体等行麓穆散豹缨节弱憨。委尔实 验室总裁朱伊特认识到新兴的阉体物理学有研能对他的雇员一起追求的产业定 位研究产生重大影响。贝尔实验寝主任、主持蕻空管开发工作的凯利是位具有 博士学位弱物理学窳，挎3 6 年毯嚣戆设怒潋瓣体元终取季数委万笨耋落居熬奏 空管和机电开关。1 9 3 8 年，凯剩重组了凭尔的物理学研究部，由肖克利等人组 成一个集中研究固体物理学的小组，这个小组将从事“固体物理学的基础研究，” 其撮终目标是“发现新的材料或处理原有材料靛方法，以馁应用于电落她。”这 令小缀在簌事阖钵黪毽骚究露怒璃度自由翡，只要魏稻豹工捧自够与公镯总俸上 保持一致即可。他缀建一个固体物理研究小缀，负责人是毕业于加州麻省理工的 肖克利，熏要成员肖1 9 2 9 年进入贝尔实验室、毕业于明尼苏达的布拉顿，和毕 业予埝佛及营拣焱顿黪巴丁。及震l 3 9 年藤，遂支爨裁叛免鑫五有了袋熬豹怒 法，程一块半导体内镶入一片飙化了的铜片，但结果证明怒这种想法遐失败的。 进步的探索发现，需要对的细微结构作深入的研究，需要商度纯净的半导体材 料。出予第二次避努大战的爆发，磺究被中颧了。但战时瓣磺究戈电子学及无线 窀逶讯研究领域圈簸彀褥突疆毪逡震奠定了率疆麴基穑。 2 0 世纪4 0 年代初发现的硅、锗等四价元索的独特性麟，这第四族元素是独 一无二的1 。到1 9 4 0 年时，掺杂碱的所谓p n 结被贝尔实验窒的科学家认识到。 鸯予羧参，荚美鼓零麓交广泛合佟，共享售惑，跨爱是奁甏达技术磺究方嚣，这 也是幽撮尔实验室主持进行的研究。可是，肖必p n 结的研究状况的信息贝尔 实验室却禁止向外界公开，因为遂是一次重大突破，是公司的核心技术机密，更 不能拱手送绘英国人。二战结束之翦嚣年，氍戮璇着手甄戴浚争缮寒之聪瑟象实 验室酌来来前途。扶稳己直接涉猪的宽泛军事研究，尤其蔻从微波研究及雷达系 统的开发性研究中，凯利认识到，一且这个国家的科学家和正程师回到民用研究 领域，通讯技术非常可熊获得巨大改进，固体物理在这些研究中将扮演关键性角 色。 由予组成了批涉猎诸多学科的天才和对撼础研究持脊浓厚兴趣的科学家， 贝尔实验塞半导体缎工作得非常出色，进展迅迭。经过两年雾的反复研究，主要 研究考恐丁毒器毒拉顿终于克骚了磷究霾薅放大嚣戆嚣太藩褥；毽农裂霸瓣裹反囊 1 第四旗辩素的原予相互之 韬1 能嗨共享电予，一个给定原子岛四个电子与晶格点阵中邻近原乎的鼹个电子 相匹配，产生八个电子的饱和层。 s 电压的锗晶体实现了良好的功放系数；通过清除硼酸脂液滴并使斑属电椴与晶体 袭嚣直接接触获终了良好躯稳应频率，群决了在竣入与竣爨嚣考之彝保持露步夔 问题。固体放大器的研究于1 9 4 7 年底取得突破性进展，革命性的固体放大器晶 体管终于闽世，发明者之布拉顿在笔 悉本中记漾了演示晶体管这一事馋： “这种电路确实可以用来传播声音。借助于转换开关可以对输入与输出信号 进行控制，在听觉范匿内可毒等音凝信号放大到能够听溥楚的程度，薅且从承渡嚣 上看，音频信号束发生多大变化，信号傈真度良好。” 这段溉事论攀的话下蔼撬藏麓辩学象镪长期奄斗研必的火热激馕。半导体放 大器的问键证明了凯利强调对固体物理进行基础研究的决策非常明智，导致这一 煎大发明的关键就在于认识到了墩子理论的重要性，尤其是认识到空穴农半导体 衮面酣近逶载电荷的过程上扮演的极其羹器的角色。他坚持多学科交叉研究的做 法也同样被证明是明智的选择。在贝尔实验室的半导体研究小组整，基础理论硒 究、实验童装餐歉技术专长蘩紧蛾维合在起，这种做法也同样蓬要。 一、早期半导体企业 第二节、微电子企盟 晶体管的研发，原本撼为远稷电话通讯提供一种小功率放大器，取代笨重又 性熊不稳定的大功率电子镫，即使楚贝尔实验室当时也没蠢意识剿这个发观会弓| 发一场革命。到5 0 年代宋期，物理学家和工程师已经认识到了晶体管的价值， 晶体管可能得以广泛应用的市场鞠益显示爨来。当对象，征赞美国工业巨头麴通爱 电器公司、美国无线电公司和齐尼思公司缚年生产出上百万台收留机、电视机及 其他电器设备，可是每一葶 i 电器均薅配各庞大露笨蓬的塞滚电子餐的箱子，这穆 电器在工作之前需花费一分钟左右的时闻来预热。 这一时期，贝尔实验黛致力予不断改滋晶体管，从点接触型熟体管、结型晶 体管，虱扩散垄晶体管，不断取得技术性突破。可怒每次晶体管制作技术的重大 革命并没肖像人们想象的那样引越许多生产厂家的浓厚兴趣，他们舍不得放弃手 中已经掌攘的半导体裁佟工艺。鬣弼1 9 5 4 年，一容小型的富有创新精神的得克 萨斯仪器公司开始生产用予袖珍式收音机的结型晶体管，弗为其他大型公阁提供 元件，由魏生意菲鬻火爆。这家公司在1 9 5 2 年觚贝尔实验室取得生产许冒权。 1 9 5 5 年，i b m 公司阁得克萨斯仪器公司的技术帮助下生产出了台宠全晶体管优 静计算枫。 就在逡一年，晶体管的三个发明人之肖克制离开贝尔实验室，来到加剥福 9 利亚创办自己的公剥，他招募一热有创造力的雇员。在硅晶体提纯法和扩敞型晶 薅管裁俸工艺基疆土，蕾手生产簸宠送嚣半导搭元终。这瓣候褥支萨絮纹疆公霭 已经在引导半导体制造业，日产l o 只晶体管，能够满越月产收音机一万台的 市场需洙缺口。肖克刹得到贝克照仪器公司的支持。这是寐生产严格控制生产 流程的母莹业质量的分辑仪的公司，隧着皇动他焱产设备大爨运尾，他们生产蛇分 褥纹箴了许多生产厂瘃心器中静知名晶簿。为了继续扩张簸务，自然絮德将公司 的业务扩张到新兴的半导体领域。肖克利的公闭位于斯坦稻大学附近，他认为这 一地区优势有利于吸弓l 一流人才，建立一支出甑的最富有创造性的研究与汗发队 五。逛藏裂器为曩髂袋之父戆名黧魏毽瓣罗一貔顼尖磅突入爨繁寒摄大蘩韵。蘧 物色到的人中，脊一位是毕渡予麻省理工年仅2 9 岁的物理学家诺伊斯 ( r n o y c e ) ，另有位就是g 穆尔( g m o o r e ) ，肇业于加州理工、年仅2 7 岁的物 理化学家。这两人通避心理及智辩测试均被录用，尽管这秽测试显示这鼹个人均 来耱邋j 篷管理这一关，存谁挠预凳鬻| 后来两入会成为最顶头。及至1 9 弱冬6 胃， 肖克利的半导体实验塞拥有了二十余名雇员，由诺伊斯掌管的研究小组的八名成 员中，只有一位超龄越过3 0 岁。 粪尔实验室掇鸯趋褰菠零联凌，蕤毒踅一浚戆疆学、羔鬟萃雾技术工人，撵 有昂贵的、高精度韵仪器设备，谯这里取得的溅展，要想在肖克利这样一个缺乏 超级技术环境，甚至逡一般性的技术环境也难以具备的初创期实验室内产生根本 行不遥。5 s 年l i 足，逛克利、巴丁、毒拉顿痰予发硬了鑫体警获雩导落哭尔奖。 可是，稳的公司经瞽状况不好，爨镣缝桶为之强罗了将近一年蹿闻，遣努力使公 司技术趋于完善，但愿少在未来几个月内还看不出能够生产在市场销售的产品， 更不用说获得多少利润了。肖克刹大权独揽的做法开始引越员工的不满，1 9 5 7 年，缱孚下瓣，名工弦努离嚣，缀建了餐童半导俸公司，其串穰菇诺伊蘩簧耩穆象， 这两人衙来成为英特尔的老板。遮烂公司擅长于制造晶体管。 1 9 s 7 年l o 月，苏联率先发射了世界上第一颗人造卫星，一个月后又将第二 颞送上了魏遂。随蓑登闽时代斡采赣，戳及美国入恕要逐逮壤羚导弹领域鹣空鑫， 半导体生产厂家现奁糖有了火爨的市场。链们能够生产出商频晶体管、高额电子 开关及其他电子元件，同他们的竞争对手真空管相比，由于藏燕量和能耗仪为前 者的几荫分之一，甚焱几千分之一，固体半导体元器件现在襄歪成了研制美国导 弹兹难一蓄选都释。这样，在燕荦l 禚稳噩这片主遗上琚起懿遮蓬半导体公镯据有 了稳定的市场销路。 二、徽电子产业瓣港起 微电予产业受半释体支配，其能几个大产她部门，如航空空间、计算机和通 信已缀完全依赖电子产业。当肖兜利离开贝尔实验室组建自已的实验室超，这个 产监麓放寒海岸囊鼹移动。营蔗港兖稳手下鹣晁名专家缀建了唾羹童半荸俅公霉， 最后又由仙童的雇员进步刨建了许多新公司，这些公司大多仍在原来的公司附 近，这就形成著名的硪谷。之所以钟爱这个地联，是因为那熙有许多现代化企业、 优良的激育与文化设施和令人愉快静生活条l 串。这些公司耀邻，便于分攀辕助设 藏，茏蔟是金熬裰务浚藏，毯骞秘予情摄交流。虽然硅谷名声很大，毽这个产韭 另一些踅要的企业怒设在其他地方，如得克萨斯仪器公司，以及亚利桑那的摩托 罗拉公司，都很成功。这两家公司很大，足以缀建自己的卫掇企业，不黼舞紧密 靠近弱纾公司。 到1 9 6 8 年，晶体管闯世十周年，全美晶体管年产量醴选3 0