集成电路发明人——杰克·基尔比

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       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。

       1923年11月8日,在美国密苏里州首府、密苏里河畔的杰斐逊城,诞生了一个叫基尔比的男孩。这个城市是以“独立宣言”的起草者、美国第三任总统Thomas Jefferson(1743—1826)的名字命名的。正是杰斐逊,在1804年5月组织了以刘易斯上尉(Captain Meriwether Lewis)为首的“发现之旅”(The Corps of Discovery),沿密苏里河北上,然后跨过荒无人迹的落矶山脉,抵达太平洋沿岸。这支43人的探险队历尽千难万苦,耗时两年多,终于回到密苏里州。他们的探索为后来美国西部的大开发奠定了基础,在加利福尼亚发现金矿以后掀起的“淘金热”中,成千上万的东部美国人就是沿着“发现之旅”开辟的道路穿过落矶山到达西海岸的。谁能想到,200多年后在杰斐逊城降生的这个孩子,竟然实现了一次新的“发现之旅”。

        基尔比的全名是Jack St.Chair Kilby,他的父亲是一个电气工程师,后来当上了堪萨斯电力公司(Kansas Power Company)的总裁。基尔比小时常常跟着父亲到公司去,对各种电气设施很感兴趣。他父亲有一个小型的无线电收发机用来和远处的电站保持联系,这最使基尔比着迷。中学时,他就利用残次零件组装了一台收音机。1941年6月中学毕业以后,基尔比报考在电气工程方面最负盛名的MIT,录取线是500分,基尔比不幸考了497分而未能如愿,只好进了伊利诺大学。但入学不久,就爆发了珍珠港事件,基尔比应征人伍,参加陆军通信兵团(U.S.Army Signal Corps),被派往印度东北的一个军事基地负责修理无线电设备。当时的盟军空降兵配备一种背荷式无线电收发报机以便与指挥官保持联系,但它们既笨重又不可靠,更不适用于亚洲丛林地区。基尔比为此在加尔各答的黑市上采购了一卡车无线电元件,改进了这种收发报机,使它既小巧又可靠(据说期间他也到过中国)。

  战后基尔比重返大学,并于1947年毕业取得电气工程学土学位。然后他在威斯康辛州的密尔沃基(Milwaukee,Wisconsin)进入globe-Union公司的Centralab工作,这个公司主要生产电视机、收音机、助听器的电气元件,基尔比负责用丝网印刷技术制造电路板。在这个工作中基尔比萌芽了将各种电气元件集成在一起使之微型化的思想。这段时间,他在Marquette大学旁听了有关晶体管的所有研究生课程,也听过晶体管发明人之一巴丁(John Bardeen)的报告,阅读了他能找到的一切有关晶体管的资料。1952年,Centralab用2万5千美元从贝尔实验室购买了晶体管的生产许可证,并把基尔比送到贝尔实验室去参加了一个培训班。回来以后,基尔比投入了晶体管的生产过程。他一方面受晶体管的能力所鼓舞,另一方面也意识到了它的局限性:太多的元件和太多的连线影响到它的实际应用。以美军的B-29轰炸机为例,需要上千个晶体管和上万个无源器件,这使价格、体积、可靠性和速度都大受影响。

  为此,基尔比决定离开Centralab,虽然他在这里工作得不错,取得了几个专利(包括用块滑石封装的晶体管和低钛酸盐电容等),但这里的环境条件无法实现他更高的追求。他看中了位于达拉斯的德州仪器公司TI(Texas Instruments),并于1958年春天来到这家公司。TI公司在1954年生产出了第一台晶体管收音机和第一只硅晶体管,在业界有很大影响。基尔比进入TI时,TI正受军方的委托进行“微组件”的研究(micromodule)。微组件的目标也是微型化,但其方案是将标准元件通过内部连线相连接而形成功能模块。基尔比觉得这不是一个彻底的解决办法,他要另辟蹊径。当年7月,TI公司的几乎所有员工都去度假避暑去了,只有基尔比因初来乍到还没有这个权利,他正好充分利用机会在实验室做实验。

  到同事们回到公司的时候,基尔比的方案已经酝酿成熟。他找到他的老板阿特柯克(Willis Adcock),向他介绍了把晶体管、二极管、电阻、电容等元件都做在一块半导体晶片上以形成电路的设想。阿特柯克当时正热衷于微组件,对基尔比的“幻想”并不很热情,但他感觉到这个新来的伙计说不定会干出什么大事来,因此答应基尔比继续按自己的思路去实验,但要求他尽快完成一个样品。

        经过近2个月的努力,1958年9月,集成在一块半英寸长、一把折叠刀那么宽的锗晶片上的相移振荡器(phase—shift oscillator)终于完成。TI公司的首脑们都聚集到实验室来,当基尔比接通电源,紧张地旋动同步调节旋钮,在示波器上终于出现了漂亮的正弦波形的时候,TI公司的首脑们意识到了这位上岗不到半年的年青人为公司创造出了一个划时代的产品,集成电路诞生了。1959年2月6日,TI公司向专利局提出了专利申请,1959年3月,在纽约举行的工业发明博览会上,TI公司宣布了它的集成电路。基尔比的成功促进了仙童公司的“神童”们在同一方向上的研究,当年7月30日,诺伊斯也提出了专利申请。有趣的是,基尔比的专利虽然申请在前,却被批准在后(1964年6月23日),而诺伊斯的申请却在1961年4月26日就被批准了。这引起了一场发明权的诉讼,最后法院判两个专利都有效,因而使集成电路成为一项同时发明,基尔比和诺伊斯共享了“集成电路之父”的荣誉。

  集成电路首先被成功地用于改进民兵式导弹(Minuteman missile)。TI公司则致力于将集成电路推向民用,由基尔比领头研制集成电路的手持式计算机。计算机的样机1966年就完成了,但推向市场的Pocketronic却迟至1971年4月才问世,主要是输出设备遇到困难,基尔比最后发明了半导体热打印系统(semiconductor thermal printingsystem)才解决了这个难题。Pocketronic的重量只有2.5英磅,售价仅250美元,获得极大成功,1972年在美国售出500万台,此后,其售价逐年下降,1972年底降至100美元,1976年降至25美元,1980年降至10美元。在世界范围内,售出的Pocketronic达1亿台之多。

  基尔比于1971年离开TI公司,从事咨询工作并继续其发明创造,也曾在德州农业和机械大学(Texas A&M University)当教授。其间,基尔比曾在美国能源部的资助下从事“清洁能源”——太阳能的开发利用,建立了几个大型系统。但由于石油价格的下跌,太阳能项目未被重视,因此基尔比这方面的成果未能商业化。

  2000年基尔比获得诺贝尔物理学奖。在这之前,基尔比曾经和诺伊斯共享过美国工程院设立的最高奖、以惯性制导技术的发明人命名的Charles Stark Draper奖(1989年,奖金金额35万美元)。1993年他获得日本政府设立的用于奖励高科技的Kyoto奖(奖金金额约合30万美元)。基尔比是美国工程院院士。他既是美国科学奖章(National Medal of Science)的获得者,又是美国技术奖章(National Medal of Technology)的获得者,同时获得这两种奖章的极为罕见。1982年他人选美国发明家名人堂(National Inventors Hall of Fame)。

       2005年6月20日基尔比在达拉斯市去世,享年八十一岁。

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