半导体物理是自然科学领域中一个极其重要的学科，也是集成电路产业蓬勃发展的基础。诺贝尔物理学奖作为全世界范围内最具权威性的自然科学奖励，与集成电路的发展存在密不可分的联系。
从1956年至今，大概有十项半导体技术获评诺贝尔物理学奖，在一定程度上真实而客观地记录和反映了几十年来半导体技术所走过的光辉历程。晶体管和集成电路的发明在半导体技术发展过程中具有里程碑式的重大意义，对人类文明和社会进步产生了巨大的影响。
在1956年，为表彰肖克莱、巴丁和布拉顿三位科学家对晶体管发明所作出的决定性和开创性贡献，他们共同荣获了诺贝尔物理学奖。
肖克莱(Shockley)在1910年2月出生于英国，在美国加利福尼亚州长大，在1936年获得了麻省理工学院(MIT)的博士学位，在1951年成为美国国家科学院院士，他一生共获得了90多项专利。巴丁(Bardeen)出生于1908年，在1929年获得硕士学位后，先后从事了地球物理学、数学和固体物理学的研究。1920年，布拉顿(Brattain)出生于中国厦门，但成长于华盛顿州的养牛牧场，他在1929年在明尼苏达大学(UMN)获得博士学位并进入贝尔实验室工作。在晶体管诞生之前，放大电信号主要是通过电子管 (真空三极管)，但由于制作困难、体积大、耗能高且使用寿命短，人们一直希望能够用固态器件来替换它。在第二次世界大战结束前夕，贝尔实验成立了以肖克莱为首的固体物理小组，开始着手固体理论的基础研究，并进行半导体器件的研制探索。巴丁在固体量子理论上有扎实的基础，善于用理论解释和协调实验数据及现象，而肖克莱擅长用几何图像说明物理现象，布拉顿则是在半导体实验方面取得了重要的成果。1945年，由肖克莱设计晶体管和有关电路，布拉顿进行实验，但并未取得预期的电流调制作用。1947年，布拉顿按照巴丁提出的表面效应理论，对锗半导体表面形成金属点接触结构的电子流动特性进行实验研究时，成功发现了电流放大现象，进而发明了世界上第一个点接触晶体管，并申请了相关专利。
在这个点接触式晶体管中，通过把间距为50μm的两个金电极压在锗半导体上，微小的电信号由一个金电极 (发射极) 进入锗半导体 (基极) 并被显著放大，然后通过另一个金电极 (集电极) 输出，这个器件在1kHz的增益为4.5。
在1948年7月1日的美国《纽约时报》上，出现了一个叫做“晶体管”(transistor）的词。“一种叫做晶体管的设备在贝尔实验室首次得到了公开展示，它在通常使用真空管的无线电设备中有几项应用。”这句话就是全球新闻界第一次正式关于“晶体管”的正式介绍。1948年9月，巴丁（Bardeen）、肖克利（Shockley）和布拉顿（Brattain）三位科学家登上了美国《电子学》杂志的封面。
点接触晶体管制造困难，可靠性不高，因此肖克莱继续深入研究，在1948年独立提出了结型晶体管的概念，在1949年提出了半导体PN结理论，在1951年与合作者一起成功研制了以PN结为有源区的结型双极晶体管，这一结构更容易制造，效果也更好，立即成了BJT的标准结构，并服役至今。
改变世界的重大创新——集成电路
在2000年，基尔比因为在1958年发明了集成电路而获得诺贝尔物理学奖。我们可以发现，获奖时间远远晚于集成电路的发明时间，达到了42年，这是因为当时集成电路被人们认为是一项重要的技术创新，而并非是一项重大的科学发明。但是集成电路的发展经受住了时间的考验，并且直至今日依旧在不断发展。基尔比(Kilby)在1923年11月8日出生于美国密苏里州的杰佛逊市，早在中学时代，他就与父亲一起从事电话和无线电通信方面工作，并对电子学产生了浓厚的兴趣。在1947年和1950年，他分别在伊利诺伊(Illinois)大学和威斯康星(Wisconsin）大学获得学士学位和硕士学位。
早在第二次世界大战期间和此后的朝鲜战争时期，军事上对电子装备的小型化及其可靠性提出了迫切的需求．当时一架B－29轰炸机要求上千个真空管和几万个无源元件。它的成本、体积和可靠性成为一个电子系统发展的制约因素。
关于集成电路的概念的最早描述，应该说是由英国皇家信号和雷达机构 （Royal Signal＆Radar Establishment）于1952年5月在电子元器件会议上提出的，但是却未能予以实现。基尔比在德州仪器（TI）负责电子装备的小型化工作时，认为用传统的微型化模型的工作方式解决不了问题。因此他试图将电阻、电容等无源元件和有源元件都做在同一块半导体材料上，于1958年9月12日在实验室完成了第一块集成电路振荡器的演示实验，标志着集成电路的诞生。
第二年，他在光刻技术的帮助下成功研制出了新的锗触发器。
此后基尔比一直从事集成电路的军事、工业和商业应用的开拓性工作，在军事应用系统和集成电路计算机等方面都取得了一定的成就。作为发明人之一，他还发明了掌上计算器和用于袖珍数据终端热打印机。
可以发现，第一个晶体管是锗基晶体管，第一个集成电路芯片是锗芯片，锗材料在半导体芯片的早期占据了主导地位。仙童公司在1959年7月30日申请了基于硅平面工艺的集成电路专利，使用了外延、氧化、扩散和光刻等一系列新工艺技术，更适合大批量生产，相对于锗芯片来说具有价格上的优势。除此之外，硅在物理、化学性质以及在储量上都占有绝对性的优势。
因此，随着硅芯片技术的不断发展，锗芯片逐渐退出了历史的舞台。虽然锗退出了芯片领域，但它仍然是一种重要的半导体材料，在高频大功率器件、光电雪崩二极管和太阳能电池等领域仍旧有着不可取代的地位。
高端芯片的未来——先进封装
基于市场竞争，不断提高产品的性价比是半导体技术发展的动力，而缩小特征尺寸是最有效手段之一。1964年，Intel公司创始人之一的摩尔(Moore)提出著名的摩尔定律(Moore's Law)，预测芯片技术的未来发展趋势是：当价格不变时，芯片上可容纳的元器件的数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。后来50多年芯片技术的发展也证明了摩尔定律基本上还是准确的。
但是，随着特征尺寸的不断缩小，器件尺度进入了纳米量级、时间尺度为飞秒量级的新器件将遇到器件结构、关键工艺、集成技术和材料体系以及理论基础等方面的一系列问题，越来越接近其物理限制。近年来，各种先进封装的方法层出不穷，实现了更高层次的封装集成，使芯片具有了更高的密度、更强的功能、更优的性能、更小的体积、更低的功耗、更快的速度、更小的延迟、更低的成本等优势。半导体产业正在进入后摩尔时代，作为集成电路产业中不可或缺的后道工序，先进封装技术正扮演着越来越重要的角色。
参考文献
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