歷史經驗表明，集成電路行業的每次迭代，總是能夠深刻改變人們的生活和行業的格局。計算機技術發展以來尤其是互聯網發展以來，人們的各方面生活已無時無刻離不開晶片，集成電路行業的偉大成就為我們的便利奠定了重要基礎。今天，要了解紛繁複雜的集成電路，需回頭看看當初集成電路是如何發明出來的，又是遵循什麼樣的的軌跡演變的。

晶體管的起源

    20世紀40年代的第二次世界大戰中，美國陸軍部在新型火泡研發中設立了“阿拉丁彈道研究實驗室”，複雜的計算要求使美國軍方對高速計算有了龐大的需求。1942年，賓夕法尼亞大學莫爾學院的約翰·莫奇利(John W.Mauchiy)教授建議以電子管為基本元件製造計算機，獲得美國陸軍部的認同。次年，莫奇利與24歲的研究生埃克脫(J.Presper Eckert)組織團隊開始研製墊子數學積分計算機(Electronic Numerical Integrator and Computer,簡稱EMIAC)。研究進行3年後，世界上第一台電子數字積分式計算機――“埃尼克”(EMIAC)問世，電子計算機時代的到來，為集成電路的發展需求埋下了種子。

    莫奇利所使用的電子管，其源頭可以追溯到愛迪生的發明。1883年，美國發明家愛迪生發明炭絲電燈後，發現燈絲老是在正極燒斷。於是，愛迪生便在燈泡中加入小金屬板並連接到電表，施加正電壓和負電壓以觀察電流。由此，愛迪生通過實驗得出“在燈絲與金屬片之間的真空間隙內有電流流過，而且電流具有單向流動的特性”的結論。炭絲加熱後，載流子能從炭絲裡發射出來，這些載流子可能是電子或者離子，因而在燈絲與金屬板間形成電流。根據金屬加熱時自由電子容易產生游離的現象，愛迪生認為可以製成電流計、電壓計等電器，並由此申請了專利，命名為“愛迪生效應”。1889年，英國物理學家約瑟夫·約翰·湯姆孫(Josepn John Thomson)進一步解釋了“愛迪生效應”:灼熱的燈絲會發射一種帶負電荷的粒子，它們穿過燈絲與金屬片之間的真空間隙，被金屬片所收集，這就是愛迪生在實驗中測量出的電流。1897年，湯姆孫測出了這種帶負電的粒子的荷質比，用實驗證明了電子的存在。

    1904年，英國電機工程師、物理學家安布羅斯·弗萊明(J.Ambrose Fleming)根據“愛迪生效應”揭示的電子單向流動特性，發明了裝有燈絲和板極的真空二極管。在弗萊明提出的專利中，這種二極管被稱為振蕩閥。兩年後，美國科學家德福雷斯特·李(De Forest Lee)在弗萊明的真空二極管中引入了第三個電集(栅極)，製造出了第一支真空二極管。1912年，美國電話電報公司和通用電氣公司在德福雷斯特的三極管基礎上研製出高真空管：“陰極”(Cathode,以K代表)代表陰性釋放電子流;“屏極”(Plate,以P代表)連接正電壓;“栅極”(Grid,以G代表)在陰極與屏極之間，通電壓可以控制電子流量。此後，電子器件不斷應用，再生式收音機(1912年)、超外差式收音機、(1919年)和超外差無線電收音機(1922年)相繼問世，遠程無線電通信、無線電話、收音機、廣播、雷達、慣性導航、電視、有聲電影、高頻加熱爐及計算機等消費類電子問世。

莫奇利利用墊子管製造計算機，源於第二次世界大戰的需求。然而，第二次世界大戰也證明了電子管重量大、能耗大、壽命短、製造工藝複雜、易出故障的局限。1946年貝爾實驗室的肖克利提議開展半導體研究，與沃特·布拉頓(Waiter Brattain)、約翰·巴丁(John Bardeen)等組成團隊，選中硅、鍺半導體作為研究對象研發替代電子管的器件。次年，在肖克利的理論指導下，巴丁和布拉頓成功地製造出第一支晶體管。1948年，肖克利構思出可以利用平面工藝(如擴散、掩膜等)進行大規模生產的結型晶體管。

    同一年，貝爾實驗室的克勞德·艾爾伍德·香濃(Claude Elwood Shannon)發表了著名的論文“通信的數學理論”(AMathematical Theory of Communication)，奠定了現代信息論的基礎，香濃定理成為指導後來通信技術發展的基礎理論。在這些綜合因素的作用下，發明集成電路的曙光已現。1952年，英國雷達研究所科學家杰夫·達默(Geoffrey Dummer)首次提出集成電路的設想：“可以把電子線路中的分立元器件，集中製作在一塊半導體硅片上，一小塊硅片就是一個完整電路。這樣一來，電子線路的體積就可大大縮小，可靠性大幅提升。”

    在肖克利實驗室成立的時候，美國材料學家富勒和賴斯發明了半導體生產的擴散工藝，為集成電路的發明提供了工藝技術基礎。1957年，美國通用電氣公司開發出世界上第一款晶體精閘管(可控硅整流器)產品，此後便迎來了杰克·基爾比(Jacl Kilby)與諾伊斯的天才發明。