一、从晶体管到集成电路
20世纪30年代，由于量子力学取得了举世瞩目的成就，它应用于固体物理，产生了固体能带理论，成为解释固体材料，其中包括半导体的基本性质、发展半导体技术的重要理论基础。1947年，世界上出现了第一个晶体三极管。由于其体积小，功耗低，所以很快被应用到电子技术领域中代替了电子管，从而为电子设备的小型化打下了坚实的基础。这一项发明是20世纪在电子技术上的重大突破，为微电子集成电路技术的出台拉开了序幕。
晶体管取代电子管，这只是一种器件代替另一种器件，单个晶体管的出现，仍然不能满足电子技术飞速发展的需要。随着电子技术应用的不断推广和电子产品发展的日趋复杂，在电子设备中应用的电子器件越来越多。比如第二次世界大战末出现的B29轰炸机上装有1千个电子管和1万多个无线电元件。1960年上市的通用型号计算机有10万个二极管和2.5万个晶体管。有些更为复杂的电子设备中就可能要用上百万个晶体管。一个晶体管有3条腿，复杂一些的设备就可能有数百万个焊接点，稍有不慎，就极可能出现故障。为确保设备的可靠性，缩小其重量和体积，人们迫切需要在电子技术领域来一次新的突破。1957年苏联成功地发射了第一颗人造卫星，这一震惊世界的消息引起了美国朝野的极大震动，它严重挫伤了美国人的自尊心和优越感。发达的空间技术是建立在先进的电子技术基础上的，为夺得空间科技的领先地位，美国政府于1958年成立了国家航空和宇航局，负责军事和宇航研究，为实现电子设备的小型化和轻量化，投入了天文数字的经费。
就是在这种激烈的军备竞赛的刺激下，在已有的晶体管技术的基础上，一种新兴技术诞生了，那就是今天大放异彩的集成电路。有了集成电路，计算机、电视机等与人类社会生活密切相关的设备不仅体积缩小，功能也越来越齐全，给现代人的工作、学习和娱乐带来了极大便利。那么，什么是集成电路呢？集成电路是在一块几平方毫米的极其微小的半导体晶片上，将成千上万的晶体管、电阻、电容及连接线制作在一起。真正是立锥之地布千军。它是材料、元件、晶体管三位一体的有机结合。
1952年5月，英国人达默在一次电子元件会议上首次提出了集成电路的设想。达默认为：可以将电子设备做在一个没有导线的固体块上，这种固体块由一些绝缘的、导电的、整流的以及放大的材料层构成，把每层分割出来的区域直接相连，可以实现某种功能。1957年，英国普列斯公司与马耳维尔雷达研究所协作，在硅晶上，制成了触发器电路。1958年，美国得克萨斯仪器公司的基尔比和仙童公司的诺伊斯在6.45m平方米的硅片上做成了一个包括电阻、电容在内的由12个元件组成的RC移相振荡器。1959年，仙童公司的诺伊斯和摩尔研制出了一种特别适合于做集成电路的工艺。它巧妙地利用了二氧化硅对某些杂质的扩散的屏蔽作用，在硅片上的二氧化硅层被刻蚀的窗口中，扩散一定的材料，以形成各种元器件，同时，又应用了PN结的隔离技术，并在二氧化硅上沉积金属作为导线，这样就基本上完成了集成电路的全部工艺。奠定了半导体集成电路发展的坚实基础。二、又一位诺贝尔奖获得者的故事
2000年12月10日，瑞典国王向得州仪器公司（TI）已退休的发明家和工程师杰克·基尔比（Jack Kilby）颁发了诺贝尔物理奖，以表彰他于1958年在得克萨斯仪器公司发明集成电路时所作的贡献。奖品包括一枚奖章、一份证书和一笔奖金。颁奖仪式在斯德哥尔摩音乐厅举行。
基尔比先生是瑞典皇家科学院为表彰“通信和信息技术的基础工作”而评选出的三名获奖者之一。基尔比先生获得一半奖项，另一半由开发了高速和光电子使用的半导体异质结构的若尔斯·阿尔费罗夫（Zhores Alferov）和赫伯特·克雷默（Herbert Kroemer）获得。基尔比所发明的集成电路是今天几乎所有电子产品的基础，可以说它改变了我们生存的世界，使整个电子行业得以发展壮大。
德州仪器公司董事长、总裁兼首席执行官安吉伯先生（Tom Engibous）说道：“基尔比的工作给世界带来的改变之深远，是历史上罕见的。很难想象如果没有杰克·基尔比，德州仪器公司，整个IT行业，以及这个世界会是什么样子，安吉伯评论道：只有福特、爱迪生、莱特兄弟和基尔比等屈指可数的人物，真正地改变了世界和我们的生活方式。如果说有一种开创性的发明不仅改变了半导体产业，而且改变了世界，那就是杰克发明的第一块集成电路。
在美国堪萨斯州Great Bend长大的基尔比，对于电子学很早就产生了兴趣。他的父亲经营一家小型电力公司，客户分散在堪萨斯乡村。当一场严重的冰暴淹没了电话和电力线时，基尔比的父亲与业余电台操作者一起与客户之间的无线通信，引发了幼年基尔比对于电子学的终生迷恋。
基尔比后来在美国伊利诺伊大学学习电子学，但因入伍参加二战而中断学业。战争结束后，他于1947年在伊利诺伊大学完成了学士学位。毕业后在密尔沃基（Milwaukee）的中心实验室谋得一份工作，开始和晶体管打交道。同时，他开始在威斯康星大学电机工程专业深造，并于1950年获得硕士学位。
基尔比这样讲述他开发世界第一块集成电路的情形：“在经过若干次面试之后，1958年我被上司威利·亚克（Willis Adcock）聘用到德州仪器公司。但并没有对我的工作职责进行具体划分，我知道我将在微型化领域工作。在德州仪器公司工作后不久，我就意识到，由于公司制造晶体管、电阻器和电容器，对其产品进行重新组装可能会提供出更有效的微型模块产品。因此，我设计了一个使用管状部件的中频放大器，而且做出了原型。”
“作为一名新员工，我没有假期，就独自留下来，对中频放大器的试对试验效果进行思考。通过进行成本分析，我第一次了解到半导体车间的成本结构的内部情况。成本数字很高，非常高。我觉得如果我不能很快地想出一个好办法，那么在假期结束后，就会分配我去做微型模块项目提案的工作。在心情很沮丧的时候，我开始感觉到，半导体车间唯一可以以高成本效益方式制造的产品就是半导体。经过进一步思考，我得出这样的结论，真正需要的实际上就是半导体电阻器和电容器，具体说来，可以用与有源晶体管相同的材料来制造。我还认识到，由于所有的部件都可以用一种材料制造，那么可以先在一块材料上将它们做出来，然后将它们进行互连而形成一条完整的电路。于是我很快起草了一个使用这些部件的触发器的设计提案。用硅的体效应来提供电阻器，而电容器则通过PN结来提供。我很快就完成了这些草图，并在亚克（Adcock）度假回来后交给他。他很感兴趣，但是并不乐观，他要求我证明完全由半导体作成的电路能够工作。因此我用分离的硅材料制造了一条电路。其中使用了封装好的成熟晶体管，而电阻器是通过在硅上凿出小条并蚀刻上值后做出来的，电容器则是在扩散式硅功率电容器晶片上凿出来并用金属处理两侧。整个电路组装完成，并于1958年8月28日向亚克（Adcock）进行了演示。”
“虽然那次试验表明，电路是可以全部用半导体元素制造的，但并没有采用集成方式。于是我就又立即按照最初的计划进行构造集成结构的尝试。我获得了几个晶片，是扩散式的，并有触点。在选择要制造的电路中，我安排了两个结构，使其可以使用晶片上已有的触点。第一个尝试制造的电路是移相振荡器，当时这是一个很受欢迎的线性电路演示工具。就这样，我制作出了世界上第一块集成电路。”
1958年9月12日，工程师杰克·基尔比公司在得州仪器半导体实验室展示了首批三个此种类型的振荡器。第一次将所有有源晶体管和无源电阻、电容都集成到只有一个曲别针大小（不足1/2英寸见方）的半导体材料上。这块集成电路共集成了12个元件（2个晶体管、2个电容和8个电阻）。
三、集成电路平面工艺——“仙童”的发明
也许很多人对“仙童”（Fairchild）公司没有任何的概念，故在此我们向大家作一下简单的介绍，如果没有“仙童”的话，那么就没有现在的IT界，或者说IT界就不会是现在这个样子。如果你要为现在的处理器行业或者说整个IT行业的现状寻找根源的话，那么那个根源毫无疑问就是——“仙童”。
“仙童半导体”成立于1957年，但“仙童”的核心人物，却是从“肖克莱半导体实验室”集体辞职的“八叛逆”。尽管肖克莱是天才的科学家，且雄心勃勃，但却缺乏经营能力对管理也一窍不通。一年之中，实验室没有研制出任何像样的产品。八位青年瞒着肖克莱开始计划出走。在诺依斯带领下，他们向肖克莱递交了辞职书。
“八叛逆”找到了一家纽约的摄影器材公司来给他们投资创业，这家公司名称为Fairchild，音译为“费尔柴尔德”，但通常意译为“仙童”。仙童摄影器材公司的前身是谢尔曼·费尔柴尔德（S.Fairchild）1920年创办的航空摄影公司。费尔柴尔德不仅是企业家，也是发明家。他的发明主要在航空领域，包括密封舱飞机、折叠机翼等等。由于产品非常畅销，他在1936年将公司一分为二，而其中生产照相机和电子设备的就是仙童摄影器材公司。当“八叛逆”向他寻求合作的时候，已经60多岁的费尔柴尔德先生仅仅给他们提供了3600美元的创业基金，要求他们开发和生产商业半导体器件，并享有两年的购买特权。于是，“八叛逆”创办的企业被正式命名为仙童半导体公司，“仙童”之首自然是诺依斯。1957年10月，仙童半导体公司在硅谷嘹望山查尔斯顿路租下一间小屋，距离肖克莱实验室和距离当初惠普公司的汽车库差不多远。“仙童”们商议要制造一种双扩散型晶体管，以便用硅来取代传统的锗材料，这是他们在肖克莱实验室尚未完成却又不受肖克莱重视的项目。费尔柴尔德摄影器材公司答应提供财力，总额为150万美元。诺依斯给伙伴们分了工，由赫尔尼和摩尔负责研究新的扩散工艺，而他自己则与拉斯特一起专攻平面照相技术。
1958年1月，蓝色巨人IBM公司给了他们第一张订单，订购100个硅晶体管，用于该公司电脑的存储器。到1958年底，“八叛逆”的公司已经拥有50万销售额和100名员工，依靠技术创新的优势，一举成为硅谷成长最快的公司。
仙童半导体公司在诺依斯的精心运筹下，业务迅速的发展，同时，一整套制造晶体管的平面处理技术也日趋成熟。天才科学家赫尔尼是众“仙童”中的佼佼者，他像变魔术一般把硅表面的氧化层挤压到最大限度。仙童公司制造晶体管的方法也与众不同，他们首先把具有半导体性质的杂质扩散到高纯度硅片上，然后在掩模上绘好晶体管结构，用照相制版的方法缩小，将结构显影在硅片表面氧化层，再用光刻法去掉不需要的部分。扩散、掩模、照相、光刻……整个过程叫做平面处理技术，它标志着硅晶体管批量生产的一大飞跃，也为“仙童”打开了一扇奇妙的大门，使他们看到了一个无底的深渊：用这种方法既然能做一个晶体管，为什么不能做它几十个、几百个，乃至成千上万呢？1959年1月23日，诺依斯在日记里详细地记录了这一最伟大，也被当时的人们看成是最疯狂的设想。
1959年2月，得克萨斯仪器公司（TI）工程师基尔比（J.kilby）申请第一个集成电路发明专利的消息传来，诺依斯十分震惊。他当即召集“八叛逆”商议对策。基尔比在TI公司面临的难题，比如在硅片上进行两次扩散和导线互相连接等等，正是仙童半导体公司的拿手好戏。诺依斯提出：可以用蒸发沉积金属的方法代替热焊接导线，这是解决元件相互连接的最好途径。仙童半导体公司开始奋起急追。1959年7月30日，他们也向美国专利局申请了专利。为争夺集成电路的发明权，两家公司开始了旷日持久的争执。1966年，基尔比和诺依斯同时被富兰克林学会授予“巴兰丁”奖章，基尔比被誉为“第一块集成电路的发明家”，而诺依斯被誉为“提出了适合于工业生产的集成电路理论”的人。1969年，法院最后的判决下达，也从法律上实际承认了集成电路是一项同时的发明。