1、全球和中国半导体产业发展历史和大事记1947 年，美国贝尔实验室发明了半导体点接触式晶体管，从而开创了人类的硅文明时代。1956 年，我国提出“向科学进军”，根据国外发展电子器件的进程，提出了中国也要研究半导体科学，把半导体技术列为国家四大紧急措施之一。中国科学院应用物理所首先举办了半导体器件短期培训班。请回国的半导体专家黄昆、吴锡九、黄敞、林兰英、王守武、成众志等讲授半导体理论、晶体管制造技术和半导体线路。在五所大学北京大学、复旦大学、吉林大学、厦门大学和南京大学联合在北京大学开办了半导体物理专业，共同培养第一批半导体人才。培养出了第一批著名的教授：北京大学的黄昆、复旦大学的谢希德、吉林大学
2、的高鼎三。1957 年毕业的第一批研究生中有中国科学院院士王阳元（北京大学微电子所所长）、工程院院士许居衍（华晶集团中央研究院院长）和电子工业部总工程师俞忠钰（北方华虹设计公司董事长）。1957 年，北京电子管厂通过还原氧化锗，拉出了锗单晶。中国科学院应用物理研究所和二机部十局第十一所开发锗晶体管。当年，中国相继研制出锗点接触二极管和三极管（即晶体管）。1958 年，美国德州仪器公司和仙童公司各自研制发明了半导体集成电路（IC）之后，发展极为迅猛，从 SSI（小规模集成电路）起步，经过 MSI（中规模集成电路），发展到 LSI（大规模集成电路），然后发展到现在的 VLSI（超大规模集成电路）及
3、最近的 ULSI（特大规模集成电路），甚至发展到将来的GSI（甚大规模集成电路），届时单片集成电路集成度将超过 10 亿个元件。1959 年，天津拉制出硅（Si）单晶。1960 年，中科院在北京建立半导体研究所，同年在河北建立工业性专业化研究所第十三所（河北半导体研究所）。1962 年，天津拉制出砷化镓单晶（GaAs），为研究制备其他化合物半导体打下了基础。1962 年，我国研究制成硅外延工艺，并开始研究采用照相制版，光刻工艺。1963 年，河北省半导体研究所制成硅平面型晶体管。1964 年，河北省半导体研究所研制出硅外延平面型晶体管。1965 年 12 月，河北半导体研究所召开鉴定会，鉴定了
4、第一批半导体管，并在国内首先鉴定了 DTL 型（二极管晶体管逻辑）数字逻辑电路。1966 年底，在工厂范围内上海元件五厂鉴定了 TTL 电路产品。这些小规模双极型数字集成电路主要以与非门为主，还有与非驱动器、与门、或非门、或门、以及与或非电路等。标志着中国已经制成了自己的小规模集成电路。1968 年，组建国营东光电工厂（878 厂）、上海无线电十九厂，至 1970 年建成投产，形成中国 IC 产业中的“两霸”。1968 年，上海无线电十四厂首家制成 PMOS（P 型金属氧化物半导体）电路（MOSIC）。拉开了我国发展 MOS 电路的序幕，并在七十年代初，永川半导体研究所（现电子第 24 所）、
5、上无十四厂和北京 878 厂相继研制成功 NMOS 电路。之后，又研制成 CMOS 电路。七十年代初，IC 价高利厚，需求巨大，引起了全国建设 IC 生产企业的热潮，共有四十多家集成电路工厂建成，四机部所属厂有 749 厂（永红器材厂）、871（天光集成电路厂）、878（东光电工厂）、4433 厂（风光电工厂）和 4435厂（韶光电工厂）等。各省市所建厂主要有：上海元件五厂、上无七厂、上无十四厂、上无十九厂、苏州半导体厂、常州半导体厂、北京半导体器件二厂、三厂、五厂、六厂、天津半导体（一）厂、航天部西安 691 厂等等。1972 年，中国第一块 PMOS 型 LSI 电路在四川永川半导体研究所
6、研制成功。1973 年，我国 7 个单位分别从国外引进单台设备，期望建成七条 3 英寸工艺线，最后只有北京 878 厂，航天部陕西骊山 771 所和贵州都匀 4433 厂。1976 年 11 月，中国科学院计算所研制成功 1000 万次大型电子计算机，所使用的电路为中国科学院 109 厂（现中科院微电子中心）研制的 ECL 型（发射极耦合逻辑）电路。1982 年，江苏无锡的江南无线电器材厂（742 厂）IC 生产线建成验收投产，这是一条从日本东芝公司全面引进彩色和黑白电视机集成电路生产线，不仅拥有部封装，而且有 3 英寸全新工艺设备的芯片制造线，不但引进了设备和净化厂房及动力设备等“硬件”，而
7、且还引进了制造工艺技术“软件”。这是中国第一次从国外引进集成电路技术。第一期 742 厂共投资 2.7 亿元（6600 万美元），建设目标是月投 10000 片 3 英寸硅片的生产能力，年产 2648 万块 IC 成品，产品为双极型消费类线性电路，包括电视机电路和音响电路。到 1984 年达产，产量达到 3000 万块，成为中国技术先进、规模最大，具有工业化大生产的专业化工厂。1982 年 10 月，国务院为了加强全国计算机和大规模集成电路的领导，成立了以万里副总理为组长的“电子计算机和大规模集成电路领导小组”，制定了中国 IC 发展规划，提出“六五”期间要对半导体工业进行技术改造。1983
8、年，针对当时多头引进，重复布点的情况，国务院大规模集成电路领导小组提出“治散治乱”，集成电路要“建立南北两个基地和一个点”的发展战略，南方基地主要指上海、江苏和浙江，北方基地主要指北京、天津和沈阳，一个点指西安，主要为航天配套。1986 年，电子部厦门集成电路发展战略研讨会，提出“七五”期间我国集成电路技术“531”发展战略，即普及推广 5 微米技术，开发 3 微米技术，进行1 微米技术科技攻关。1988 年，871 厂绍兴分厂，改名为华越微电子有限公司。1988 年 9 月，上无十四厂在技术引进项目，建了新厂房的基础上，成立了中外合资公司上海贝岭微电子制造有限公司。1988 年，在上海元件五
9、厂、上无七厂和上无十九厂联合搞技术引进项目的基础上，组建成中外合资公司上海飞利浦半导体公司（现在的上海先进）。1989 年 2 月，机电部在无锡召开“八五”集成电路发展战略研讨会，提出了“加快基地建设，形成规模生产，注重发展专用电路，加强科研和支持条件，振兴集成电路产业”的发展战略。1989 年 8 月 8 日，742 厂和永川半导体研究所无锡分所合并成立了中国华晶电子集团公司。1990 年 10 月，国家计委和机电部在北京联合召开了有关领导和专家参加的座谈会，并向党中央进行了汇报，决定实施九 O 八工程。1991 年，首都钢铁公司和日本 NEC 公司成立中外合资公司首钢 NEC 电子有限公司
10、。1995 年，电子部提出“九五”集成电路发展战略：以市场为导向，以 CAD为突破口，产学研用相结合，以我为主，开展国际合作，强化投资，加强重点工程和技术创新能力的建设，促进集成电路产业进入良性循环。1995 年 10 月，电子部和国家外专局在北京联合召开国内外专家座谈会，献计献策，加速我国集成电路产业发展。11 月，电子部向国务院做了专题汇报，确定实施九 0 九工程。1997 年 7 月 17 日，由上海华虹集团与日本 NEC 公司合资组建的上海华虹NEC 电子有限公司组建，总投资为 12 亿美元，注册资金 7 亿美元，华虹 NEC 主要承担“九 0 九”工程超大规模集成电路芯片生产线项目建
11、设。1998 年 1 月，华晶与上华合作生产 MOS 圆片合约签定，有效期四年，华晶芯片生产线开始承接上华公司来料加工业务。1998 年 1 月 18 日，“九 0 八”主体工程华晶项目通过对外合同验收，这条从朗讯科技公司引进的 0.9 微米的生产线已经具备了月投 6000 片 6 英寸圆片的生产能力。1998 年 1 月，中国华大集成电路设计中心向国内外用户推出了熊猫 2000系统，这是我国自主开发的一套 EDA 系统，可以满足亚微米和深亚微米工艺需要，可处理规模达百万门级，支持高层次设计。1998 年 2 月，韶光与群立在长沙签订 LSI 合资项目，投资额达 2.4 亿元，合资建设大规模集
12、成电路（LSI）微封装，将形成封装、测试集成电路 5200 万块的生产能力。1998 年 2 月 28 日，我国第一条 8 英寸硅单晶抛光片生产线建成投产，这个项目是在北京有色金属研究总院半导体材料国家工程研究中心进行的。1998 年 3 月 16 日，北京华虹集成电路设计有限责任公司与日本 NEC 株式会社在北京长城-饭店举行北京华虹 NEC 集成电路设计公司合资合同签字仪式，新成立的合资公司其设计能力为每年约 200 个集成电路品种，并为华虹 NEC 生产线每年提供 8 英寸硅片两万片的加工订单。1998 年 4 月，集成电路“九 0 八”工程九个产品设计开发中心项目验收授牌，这九个设计中
13、心为信息产业部电子第十五研究所、信息产业部电子第五下四研究所、上海集成电路设计公司、深圳先科设计中心、杭州东方设计中心、广东专用电路设计中心、兵器第二一四研究所、北京机械工业自动化研究所和航天工业 771 研究所。这些设计中心是与华晶六英寸生产线项目配套建设的。1998 年 6 月，上海华虹 NEC 九 0 九二期工程启动。1998 年 6 月 12 日，深港超大规模集成电路项目一期工程后工序生产线及设计中心在深圳赛意法微电子有限公司正式投产，其集成电路封装测试的年生产能力由原设计的 3.18 亿块提高到目前的 7.3 亿块，并将扩展的 10 亿块的水平。1998 年 10 月，华越集成电路引
14、进的日本富士通设备和技术的生产线开始验收试制投片，-该生产线以双极工艺为主、兼顾 Bi-CMOS 工艺、2 微米技术水平、年投 5 英寸硅片 15 万片、年产各类集成电路芯片 1 亿只能力的前道工序生产线及动力配套系统。1998 年 3 月，由西安交通大学开元集团微电子科技有限公司自行设计开发的我国第一个-CMOS 微型彩色摄像芯片开发成功，我国视觉芯片设计开发工作取得的一项可喜的成绩。1999 年 2 月 23 日，上海华虹 NEC 电子有限公司建成试投片，工艺技术档次从计划中的 0.5 微米提升到了 0.35 微米，主导产品 64M 同步动态存储器（SDRAM）。这条生产线的建-成投产标志
15、着我国从此有了自己的深亚微米超大规模集成电路芯片生产线。中国半导体产业发展历史分立器件发展阶段（-）年中国提出“向科学进军”，国家制订了发展各门尖端科学的“十二年科学技术发展远景规划”，明确了目标。根据国外发展电子器件的进程，提出了中国也要研究发展半导体科学，把半导体技术列为国家四大紧急措施之一。从半导体材料开始，自力更生研究半导体器件。为了落实发展半导体规划，中国科学院应用物理所首先举行了半导体器件短期训练班。请回国的半导体专家内昆、吴锡九、黄敞、林兰英、王守武、成众志等讲授半导体理论、晶体管制技术和半导体线路。参加短训班的约多人。当时国家决定由五所大学-北京大学、复旦大学、吉林大学、厦门大
16、学和南京大学联合在北京大学半导体物理专来，共同培养第一批半导体人才。五校中最出名的教授有北京大学的黄昆、复旦大学的谢希德和吉林大学的高鼎三。年就有一批毕业生，其中有现在成为中国科学院院士的王阳元（北京大学）、工程院院士的许居衍（华晶集团公司）和电子工业部总工程师俞忠钰等人。之后，清华大学等一批工科大学也先后设置了半导体专业。中国半导体材料从锗（）开始。通过提炼煤灰制备了锗材料。年北京电子管厂通过还原氧化锗，拉出了锗单晶。中国科学院应用物理研究所和二机部十局第十一研究所开发锗晶体管。前者由王守武任半导体实验室主任，后者由武尔桢负责。可国依靠自己的技术开发，相继研制出锗点接触二极管和三极管（即晶体
17、管）。为了加强半导体的研究，中国科学院于年在北京建立了半导体研究所，同年在河北省石家庄建立了工业性专业研究所-第十三研究所，即现在的河北半导体研究所。到六十年代初，中国半导体器件开始在工厂生产。此时，国内搞半导体器件的已有十几个厂点。当时北方以北京电子管厂为代表，生产了低频合金管和高频合金扩散管；南方以上海元件五厂为代表。在锗之后，很快也研究出其他半导体材料。年天津拉制了硅（）单晶。年又接制了砷化镓（）单晶，后来也研究开发了其他种化合物半导体。硅器件开始搞的是合金管。年研究成外延工艺，并开始研究采用照相制版、光刻工艺，河北半导体研究所在年搞出了硅平面型晶体管，年搞出了硅外延平面型晶体管。在平面
18、管之前不久，也搞过错和硅的台面扩散管，但一旦平面管研制出来后，绝大部分器件采用平面结构，因为它更适合于批量生产。当时接制的单晶棒的直径很小，也不规则。一般将硅片切成方片的形状，如、。后来单晶直径拉大些后，就开始采用不规则的圆片，但直径一般在之间。在半导体器件批量生产之后，六十年代主要用来生产晶体管收音机，电子管收音机在体积上大为缩小，重量大为减轻。一般老百姓把晶体管收音机俗称为“半导体”。它在六十年代成为普通居民所要购买的“四大件”之一。（其他三大件为缝纫机、自行车和手表）另一方面，新品开发主要研究方向是硅高频大功率管，目的是要把部队所用的采用电子管的“八一”电台换装为采用晶体管的“小八一”电
19、台，它曾是河北半导体所和北京电子管厂当年的主攻任务。除了收讯放大管之外，之后也开发了开关管。中国科学院在半导体所之外建立了一所实验工厂，取名厂。（后改建为微电子中心）它所生产的开关管，供中国科学院计算研究所研制成第二代计算机。随后在北京有线电厂等工厂批量生产了型锗晶体管计算机，速度达到 1 万次以上。后来还研制出速度更快的机，以及速度达万次、容量更大的型中型计算机，该机采用硅开关管。总之，向科学进军的号如下，中国的知识分子、技术人员在外界封锁的环境下，在海外回国的一批半导体学者带领下，凭藉知识和实验室发展到实验性工厂和生产性工厂，开始建立起自己的半导体行业。这期间苏联曾派过半导体专家来指导，但
20、很快因中苏关系恶化而撤走了。这一发展分立器件的阶段历时十年，与国外差距为十年。初始发展阶段（年）在有了硅平面工艺之后，中国半导体界也跟随世界半导体开始研究半导体集成电路，当时称为固体电路。国际上是在年由美国的得克萨斯仪器公司（）和仙兰公司各自分别发明了半导体集成电路。当初研制的是采用（电阻一晶体管逻辑）型式的最基本的门电路，将单个的分立器件：电阻和晶体管，在同一个硅片上集合而成一个电路，故称之为“集成电路”（，简称）。中国第一块半导体集成电路究竟是由哪一个单位首先研制成功的？这一问题有过争议。在相差不远的时间里，有中国科学院半导体研究所，河北半导体研究所，它在年月份召开的产品鉴定会上鉴定了一批
21、半导体管，并在国内首先鉴定了型（二极管-晶体管逻辑）数字逻辑电路。这是十室提交鉴定的，当时采用的还不是国外普遍使用的 P-N 结隔离，而是仅在国外文献中有所报导的介质隔离，通过反外延方法制备基片。在研究单位之后，工厂在生产平面管的基础上也开始研制集成电路。北方为北京电子管厂，也采用介质隔离研制成数字电路，南方为上海元件五厂，在华东计算机所的合作下，研制出采用结隔离的型（晶体管-晶体管逻辑）数字电路，并在年底，在工厂范围内首家召开了产品鉴定会鉴定了 TTL 电路。和都是双极型数字集成电路，主要是逻辑计算电路，以基本的与非门为基础，当时都是小规模集成电路，还有与非驱动器、与门、或非门、或门、以及与
22、或非电路等。主要用途是用于电子计算机。中国第一台第三代计算机是由位于北京的华北计算技术研究所研制成功的，采用型数字电路，与非门是由北京电子管厂生产，与非驱动器是由河北半导体研究所生产，展出年代是年。为了加速发展半导体集成电路，四机部（后来改名为电子工业部）决定筹建第一个专门从事半导体集成电路的专业化工厂，由北京电子管厂抽一部分技术力量，在年建立了国营东光电工厂（代号：厂），当时正处于动乱的十年“文革”初期，国家领导号召建设大三线，四机部新建工厂，采用“”字头的都是在内地大三线，唯独厂，为了加快建成专业化集成电路生产厂，破例地建在首都北京。与此同时，上海仪表局也将上海元件五厂生产数字电路的五车间
23、搬迁到近郊，建设了上海无线电十九厂（简称上无十九厂）。到年两厂均已建成投产。从此，七十年代形成了中国行业的“两霸”，南霸上无十九厂，北霸厂。在国外实行对华封锁的年代里，集成电路属于高新技术产品，是禁止向中国出口的。因此，在封闭的自力更生、计划经济年代里，这两厂的一度成为每年召开两次电子元器件订货会上最走俏的产品。当时一块触发器要想马上拿到手，得要部长的亲笔批条。在中国实行改革开放政策之前，在中国完全是卖方市场。七十年代上半期，一个工厂的年产量，只有几十万块，到七十年代末期，上无十九厂年产量才实破万块，位居全国第一。文化大革命开始后，陈伯达向毛泽东主席提出了“电子中心论”。一时间采用群众运动的方
24、式“全民”大搞半导体为了打破尖端迷信，报上宣传说城市里了道老太太在弄堂里拉一台扩散炉，也能做出半导体批判厂建厂时铺了水磨石地板为“大，洋，全”。这股风使工厂里不重视产品质量，这曾导致厂为北京大学电子仪器厂生产和（肖特基二极管钳位的）电路研制百万次大型电子计算机“推倒重来”。最后质量改进后的电路才使北大在年研制成中国第一台真正达到万次运算速度的大型电子计算机机。（在此之前，由上无十九厂生产的电路，供华东计算所研制出达到多万次速度的大型计算机，号称“百万次”。）随后，中国科学院厂研制了型(发射极藕合逻辑)电路，提供给中国科学院计算所，在年月研制成功万次大型电子计算机。总之，在中国初始发展阶段的十五
25、年间，在开发集成电路方面，尽管国外实行对华封锁，中国还是能够依靠自己的技术力量，相继研制并生产了、各种类型的双极型数字逻辑电路，支持了国内计算机行业，研制成百万次、千万次级的大型电子计算机。但这都是小规模集成电路。在发展双极型电路（）之后，不久也开始研究（金属-氧化物一一半导体）电路（）。年研究出电路，这是上海无线电十四厂首家搞成的。到七十年代初期，永川半导体研究所，即所，（它由石家庄所十一室搬到四川水川扩大而建的）上无十四厂和北京厂相继研制成电路。之后，又研制成电路。在七十年代初期，由于受国外迅速发展和国内“电子中心论”的影响，加上当时的价格偏高（一块与非门电路不变价曾哀达元，利润较大销售利
26、润率有的厂高达以上），而货源又很紧张，因而造成各地厂点大量涌现，曾经形成过一股“热”。不少省市自治区，以及其他一些工业部门都兴建了自己的工厂，造成-哄而起的局面。在这期间，全国建设了四十多家集成电路工厂。四机部直属厂有厂（永红器材厂）、厂（天光集成电路厂）、厂（东光电工厂）、厂（风光电工厂）和厂（韶光电工厂）等。各省市所建厂中有名的有：上海元件五厂、上无七厂、上无十四厂、上无十九厂、苏州半导体厂、常州半导体厂、北京市半导体器件二厂、三厂、五厂、六厂、天津半导体（一）厂、航天部西安厂等等。集成电路一经出现，随着设备和工艺的不断发展，集成度迅速提高。从小规模集成（），经过中规模集成（），很快发展到
27、大规模集成（），这在美国用年时间。而中国在初始发展阶段中出仅用年时间走完这段路，与国外差距还不是很大。年中国第一块型电路在四川永川半导体研究所研制成功，为了加速发展，中国接连召开了三次全国性会议，第一次年在北京召开，第二次年在上海召开；第三次年在大三线贵州省召开。为了提高工艺设备的技术水平，并了解国外发展的状况，在年中日邦交恢复一周年之际，中国组织了由人参加的电子工业考察团赴日本考察产业，参观了日本当时八大公司：日立、东芝、三菱、富士通、三洋、冲电气和夏普，以及不少设备制造厂。原先想与谈成全线引进，因政治和资金原因没有成匀丢失了一次机迂。后来改为由七个单位从国外购买单位台设备，期望建成七条工艺
28、线。最后成线的只有北京厂，航天部陕西骊山所和贵州都匀厂。这一阶段年，从研制小规模到大规模电路，在技术上中国都依靠自己的力量，只是从国外进口了一些水平较低的工艺设备，与国外差距逐渐加大。在这期间美国和日本已先后进入规模生产的阶段。自從有人類以來，已經過了上百萬年的歲月。社會的進步可以用當時人類使用的器物來代表，從遠古的石器時代、到銅器，再進步到鐵器時代。現今，以矽為原料的電子元件產值，則超過了以鋼為原料的產值，人類的歷史因而正式進入了一個新的時代，也就是矽的時代。矽所代表的正是半導體元件，包括記憶元件、微處理機、邏輯元件、光電元件與偵測器等等在內，舉凡電視、電話、電腦、電冰箱、汽車，這些半導體元
29、件無時無刻都在為我們服務。矽是地殼中最常見的元素，許多石頭的主要成分都是二氧化矽，然而，經過數百道製程做出的積體電路，其價值可達上萬美金；把石頭變成矽晶片的過程是一項點石成金的成就，也是近代科學的奇蹟！在日本，有人把半導體比喻為工業社會的稻米，是近代社會一日不可或缺的。在國防上，惟有紮實的電子工業基礎，才有強大的國防能力，1991 年的波斯灣戰爭中，美國已經把新一代電子武器發揮得淋漓盡致。從 1970 年代以來，美國與日本間發生多次貿易摩擦，但最後在許多項目美國都妥協了，但是為了半導體，雙方均不肯輕易讓步，最後兩國政府慎重其事地簽訂了協議，足證對此事的重視程度，這是因為半導體工業發展的成敗，關
30、係著國家的命脈，不可不慎。在台灣，半導體工業是新竹科學園區的主要支柱，半導體公司也是最賺錢的企業，台灣如果要成為明日的科技矽島，半導體工業是我們必經的途徑。在二十世紀的近代科學，特別是量子力學發展知道金屬材料擁有良好的導電與導熱特性，而陶瓷材料則否，性質出來之前，人們對於四周物體的認識仍然屬於較為巨觀的瞭解，那時已經介於這兩者之間的，就是半導體材料。英國科學家法拉第(Michael Faraday， 17911867)，在電磁學方面擁有許多貢獻，但較不為人所知的，則是他在 1833 年發現的其中一種半導體材料：硫化銀，因為它的電阻隨著溫度上升而降低，當時只覺得這件事有些奇特，並沒有激起太大的火
31、花；然而，今天我們已經知道，隨著溫度的提升，晶格震動越厲害，使得電阻增加，但對半導體而言，溫度上升使自由載子的濃度增加，反而有助於導電，這也是半導體一個非常重要的物理性質。1874 年，德國的布勞恩(Ferdinand Braun，18501918)，注意到硫化物的電導率與所加電壓的方向有關，這就是半導體的整流作用。但直到 1906 年，美國電機發明家匹卡(G. W. Pickard，18771956)，才發明了第一個固態電子元件：無線電波偵測器(cats whisker)，它使用金屬與矽或硫化鉛相接觸所產生的整流功能，來偵測無線電波。在整流理論方面，德國的蕭特基(Walter Schottk
32、y，18861976)在 1939 年，於德國物理學報發表了一篇有關整流理論的重要論文，做了許多推論，他認為金屬與半導體間有能障(potential barrier)的存在，其主要貢獻就在於精確計算出這個能障的形狀與寬度。至於現在為大家所接受的整流理論，則是 1942 年，由索末菲(Arnold Sommerfeld， 18681951)的學生貝特(Hans Bethe，1906 )所發展出來，他提出的就是熱電子發射理論(thermionic emission)，這些具有較高能量的電子，可越過能障到達另一邊，其理論也與實驗結果較為符合。在半導體領域中，與整流理論同等重要的，就是能帶理論。布洛赫
33、(Felix Bloch，19051983)在這方面做出了重要的貢獻，其定理是將電子波函數加上了週期性的項，首開能帶理論的先河。另一方面，德國人佩爾斯(Rudolf Peierls， 1907 ) 於 1929 年，則指出一個幾乎完全填滿的能帶，其電特性可以用一些帶正電的電荷來解釋，這就是電洞概念的濫觴；他後來提出的微擾理論，解釋了能?Energy gap)存在。早在 1930 與 1940 年代，使用半導體製作固態放大器的想法就持續不絕；第一個有實驗結果的放大器是 1938 年，由波歐(Robert Pohl， 18841976)與赫希(Rudolf Hilsch)所做的，使用的是溴化鉀晶體
34、與鎢絲做成的閘極，儘管其操作頻率只有一赫茲，並無實際用途，卻證明了類似真空管的固態三端子元件的實用性。二次大戰後，美國的貝爾實驗室(Bell Lab)，決定要進行一個半導體方面的計畫，目標自然是想做出固態放大器，它們在 1945 年 7 月，成立了固態物理的研究部門，經理正是蕭克萊(William Shockley， 19101989)與摩根(Stanley Morgan)。由於使用場效應(field effect)來改變電導的許多實驗都失敗了，巴丁(John Bardeen，19081991)推定是因為半導體具有表面態(surface state)的關係，為了避開表面態的問題，1947 年
35、11 月 17 日，巴丁與布萊登(Walter Brattain 19021987)在矽表面滴上水滴，用塗了蠟的鎢絲與矽接觸，再加上一伏特的電壓，發現流經接點的電流增加了！但若想得到足夠的功率放大，相鄰兩接觸點的距離要接近到千分之二英吋以下。12月 16 日，布萊登用一塊三角形塑膠，在塑膠角上貼上金箔，然後用刀片切開一條細縫，形成了兩個距離很近的電極，其中，加正電壓的稱為射極 (emitter)，負電壓的稱為集極 (collector)，塑膠下方接觸的鍺晶體就是基極 (base)，構成第一個點接觸電晶體 (point contact transistor)，1947 年 12 月 23 日，他
36、們更進一步使用點接觸電晶體製作出一個語音放大器，該日因而成為電晶體正式發明的重大日子。另一方面，就在點接觸電晶體發明整整一個月後，蕭克萊想到使用 p-n 接面來製作接面電晶體 (junction transistor) 的方法，在蕭克萊的構想中，使用半導體兩邊的 n 型層來取代點接觸電晶體的金屬針，藉由調節中間 p 型層的電壓，就能調控電子或電洞的流動，這是一種進步很多的電晶體，也稱為雙極型電晶體 (bipolar transistor)，但以當時的技術，還無法實際製作出來。電晶體的確是由於科學發明而創造出來的一個新元件，但是工業界在 1950 年代為了生產電晶體，卻碰到許多困難。1951 年
37、，西方電器公司（Western Electric）開始生產商用的鍺接點電晶體，1952 年 4 月，西方電器、雷神(Raytheon)、美國無線電(RCA) 與奇異(GE)等公司，則生產出商用的雙極型電晶體。但直到 1954 年 5 月，第一顆以矽做成的電晶體才由美國德州儀器公司(Texas Instruments)開發成功；約在同時，利用氣體擴散來把雜質摻入半導體的技術也由貝爾實驗室與奇異公司研發出來；在 1957 年底，各界已製造出六百種以上不同形式的電晶體，使用於包括無線電、收音機、電子計算機甚至助聽器等等電子產品。早期製造出來的電晶體均屬於高台式的結構。1958 年，快捷半導體公司 (
38、Fairchild Semiconductor)發展出平面工藝技術(planar technology)，藉著氧化、黃光微影、蝕刻、金屬蒸鍍等技巧，可以很容易地在矽晶片的同一面製作半導體元件。1960 年，磊晶(epitaxy)技術也由貝爾實驗室發展出來了。至此，半導體工業獲得了可以批次(batch)生產的能力，終於站穩腳步，開始快速成長。積體電路就是把許多分立元件製作在同一個半導體晶片上所形成的電路，早在 1952 年，英國的杜默 (Geoffrey W. A. Dummer) 就提出積體電路的構想。1958 年 9 月 12 日，德州儀器公司(Texas Instruments)的基爾比
39、(Jack Kilby， 1923 )，細心地切了一塊鍺作為電阻，再用一塊 pn 接面做為電容，製造出一個震盪器的電路，並在 1964 年獲得專利，首度證明了可以在同一塊半導體晶片上能包含不同的元件。1964 年，快捷半導體(Fairchild Semiconductor)的諾宜斯(Robert Noyce，19271990)，則使用平面工藝方法，即藉著蒸鍍金屬、微影、蝕刻等方式，解決了積體電路中，不同元件間導線連結的問題。積體電路的第一個商品是助聽器，發表於 1963 年 12 月，當時用的仍是雙極型電晶體；1970 年，通用微電子(General Microelectronics)與通用儀
40、器公司 (General Instruments)，解決了矽與二氧化矽界面間大量表面態的問題，開發出金氧半電晶體 (metal-oxide-semiconductor， MOS)；因為金氧半電晶體比起雙極型電晶體，功率較低、集積度高，製程也比較簡單，因而成為後來大型積體電路的基本元件。 60 年代發展出來的平面工藝，可以把越來越多的金氧半元件放在一塊矽晶片上，從 1960 年的不到十個元件，倍數成長到 1980 年的十萬個，以及 1990 年約一千萬個，這個每年加倍的現象稱為莫爾定律 (Moores law)，是莫爾(Gordon Moore)在 1964 年的一次演講中提出的，後來竟成了事實
41、。在 1970 年代，決定半導體工業發展方向的，有兩個最重要的因素，那就是半導體記憶體 (semiconductor memory) 與微處理機 (micro processor)。在微處理機方面，1968 年，諾宜斯和莫爾成立了英代爾 (Intel) 公司，不久，葛洛夫 (Andrew Grove) 也加入了，1969 年，一個日本計算機公司比吉康 (Busicom) 和英代爾接觸，希望英代爾生產一系列計算機晶片，但當時任職於英代爾的霍夫 (Macian E. Hoff) 卻設計出一個單一可程式化晶片，1971 年 11 月 15 日，世界上第一個微處理器 4004 誕生了，它包括一個四位元
42、的平行加法器、十六個四位元的暫存器、一個儲存器 (accumulator) 與一個下推堆疊 (push-down stack)，共計約二千三百個電晶體；4004 與其他唯讀記憶體、移位暫存器與隨機存取記憶體，結合成 MCS-4 微電腦系統；從此之後，各種集積度更高、功能更強的微處理器開始快速發展，對電子業產生巨大影響。三十年後的今天，英代爾的Pentium III 已經包含了一千萬個以上的電晶體。 毫無疑問的，記憶體晶片與微處理器同等的重要，1965 年，快捷公司的施密特 (J. D. Schmidt) 使用金氧半技術做成實驗性的隨機存取記憶體。1969 年，英代爾公司推出第一個商業性產品，這
43、是一個使用矽閘極、p 型通道的 256 位元隨機存取記憶體。記憶體發展過程中最重要的一步，就是 1969 年，IBM 的迪納 (R. H. Dennard) 發明了只需一個電晶體和一個電容器，就可以儲存一個位元的記憶單元；由於結構簡單，密度又高，現今半導體製程的發展常以動態隨機存取記憶體的容量為指標。大致而言，1970 年就有 1K 的產品；1974 年進步到 4K (閘極線寬十微米)；1976年 16K （五微米）；1979 年 64K (三微米)；1983 年 256K （一點五微米）；1986 年 1M （一點二微米）；1989 年 4M (零點八微米)；1992 年 16M (零點五微米)；1995 年 64M (零點三五微米)；1998 年到 256M (零點二五微米)，大約每三年進步一個世代，2001 年就邁入十億位元大關。 根據國際半導體科技進程 (International Technology Roadmap for Semiconductor) 的推估，西元 2014 年，最小線寬可達 0.035 微米，記憶體容量更高達兩億五千六百萬位元，儘管新製程、新技術的開發越形困難，但半導體業在未來十五年內，相信仍會迅速的發展下去。
