芯片破壁者(二):半导体“硅”铺就的文明阶梯

  在历史学家汤因比眼中,人类社会发展的规律即挑战和应战,文明即是在挑战和应战这对矛盾中诞生和延续的。应战成功,文明可以继续向前发展,反之则会导致文明的流产。

  在半导体不算漫长的历史进程中,出现过无数个这样的挑战与应战。它们大部分时候,是由某一个企业或国家,施与另一个竞争对手的。

  那些被狙击的产业体系,就如同被三体人派出的智子锁死了一样,再也无法实现科技升级,进而失去了向前发展的可能性。

  所以,当我们探讨如何走出半导体产业封锁的囚笼,突破一个个智子的封锁就变成了核心要务。

  其中一个非常重要的智子,叫做硅。

  作为世界的创新中心,硅谷不仅拥有仙童、英特尔、谷歌等等明星企业和富可敌国的资本,更影响了全人类的生活方式与文明进程。

  从西部淘金地,再到点石成金的硅谷,这个普通的旧金山南方小城,用不到百年的时间与硅结下不解之缘?又为何在成为高科技之都后,失去了对硅材料的统治权?

  带着这些问题,我们一起踏上今天的阳光加州之旅。

  从硅谷到东京:硅的三个瞬间

  历史的许多重大转折,往往源于微末处的机缘巧合。少有人会想到,以硅砂为原料的半导体行业兴起,是源于一个儿子想要逃离北上广回乡的愿望。

  1956年,因为母亲年事已高,肖克利辞去了贝尔实验室的工作,回到了故乡加州的圣克拉拉谷,也就是后来的硅谷。

  在此之前,旧金山湾区最为人熟知的矿藏是金子。而肖克利的到来,为这里开启了第二次Gold rush淘金热,资本和人才疯狂涌入的目标,则是新时代白色的金子半导体硅(Si)。

  在肖克利之前,关于半导体材料的研究已经持续了上百年。人们发现,许多元素和化合物具有半导体性质,在常温之下的导电性能处于导体与绝缘体之间。

  因为导电性可控,半导体非常适合用来制作电子元器件。

  比如1874年,卡尔费迪南德布劳恩发明了第一个半导体器件晶体探测器。1906年,美国工程师格林利夫惠蒂尔皮卡德则开发出了一种硅射电晶体探测器,这也是第一个硅半导体器件。1941年,第二次世界大战期间,高纯度锗和硅晶体也开始被应用在雷达微波探测器上。

  理论上,所有半导体都可以用来制造现代生活不可或缺的芯片,为什么漫长的变革之后,只有硅脱颖而出,成为集成电路的基础,也成功晋升为最具商业价值的材料呢?

  其实一开始,硅并不是集成电路的第一选择,它的崛起历经了一个漫长的时期。

  为了不陷入细枝末节的故纸堆,我们为这趟时光旅行设置了三个坐标:

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