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文柏华    2006-2-20

◎分立器件发展阶段(1956--1965)

  1956年中国提出“向科学进军”,国家制订了发展各门尖端科学的“十二年科学技术发展远景规划”,明确了目标。根据国外发展电子器件的进程,提出了中国也要研究发展半导体科学,把半导体技术列为国家四大紧急措施之一。从半导体材料开始,自力更生研究半导体器件。为了落实发展半导体规划,中国科学院应用物理所首先举行了半导体器件短期训练班。请回国的半导体专家内昆、吴锡九、黄敞、林兰英、王守武、成众志等讲授半导体理论、晶体管制技术和半导体线路。参加短训班的约100多人。

  当时国家决定由五所大学-北京大学、复旦大学、吉林大学、厦门大学和南京大学联合在北京大学半导体物理专来,共同培养第一批半导体人才。五校中最出名的教授有北京大学的黄昆、复旦大学的谢希德和吉林大学的高鼎三。1957年就有一批毕业生,其中有现在成为中国科学院院士的王阳元(北京大学)、工程院院士的许居衍(华晶集团公司)和电子工业部总工程师俞忠钰等人。之后,清华大学等一批工科大学也先后设置了半导体专业。

  中国半导体材料从锗(Ge)开始。通过提炼煤灰制备了锗材料。1957年北京电子管厂通过还原氧化锗,拉出了锗单晶。中国科学院应用物理研究所和二机部十局第十一研究所开发锗晶体管。前者由王守武任半导体实验室主任,后者由武尔桢负责。1957可国依*自己的技术开发,相继研制出锗点接触二极管和三极管(即晶体管)。   为了加强半导体的研究,中国科学院于1960年在北京建立了半导体研究所,同年在河北省石家庄建立了工业性专业研究所-第十三研究所,即现在的河北半导体研究所。到六十年代初,中国半导体器件开始在工厂生产。此时,国内搞半导体器件的已有十几个厂点。当时北方以北京电子管厂为代表,生产了II-6低频合金管和II401高频合金扩散管;南方以上海元件五厂为代表。

  在锗之后,很快也研究出其他半导体材料。1959年天津拉制了硅(Si)单晶。 1962年又接制了砷化镓(GaAs)单晶,后来也研究开发了其他种化合物半导体。

  硅器件开始搞的是合金管。1962年研究成外延工艺,并开始研究采用照相制版、光刻工艺,河北半导体研究所在1963年搞出了硅平面型晶体管,1964年搞出了硅外延平面型晶体管。在平面管之前不久,也搞过错和硅的台面扩散管,但一旦平面管研制出来后,绝大部分器件采用平面结构,因为它更适合于批量生产。

  当时接制的单晶棒的直径很小,也不规则。一般将硅片切成方片的形状,如7*7、 10*10、15*15mm2。后来单晶直径拉大些后,就开始采用不规则的圆片,但直径一般在35-40mm之间。

  在半导体器件批量生产之后,六十年代主要用来生产晶体管收音机,电子管收音机在体积上大为缩小,重量大为减轻。一般老百姓把晶体管收音机俗称为“半导体”。它在六十年代成为普通居民所要购买的“四大件”之一。(其他三大件为缝纫机、自行车和手表)另一方面,新品开发主要研究方向是硅高频大功率管,目的是要把部队所用的采用电子管的“八一”电台换装为采用晶体管的“小八一”电台,它曾是河北半导体所和北京电子管厂当年的主攻任务。

  除了收讯放大管之外,之后也开发了开关管。中国科学院在半导体所之外建立了一所实验工厂,取名109厂。(后改建为微电子中心)它所生产的开关管,供中国科学院计算研究所研制成第二代计算机。随后在北京有线电厂等工厂批量生产了DJS-121型锗晶体管计算机,速度达到1万次以上。后来还研制出速度更快的108机,以及速度达28万次、容量更大的DJS-320型中型计算机,该机采用硅开关管。

  总之,向科学进军的号如下,中国的知识分子、技术人员在外界封锁的环境下,在海外回国的一批半导体学者带领下,凭藉知识和实验室发展到实验性工厂和生产性工厂,开始建立起自己的半导体行业。这期间苏联曾派过半导体专家来指导,但很快因中苏关系恶化而撤走了。这一发展分立器件的阶段历时十年,与国外差距为十年。

◎IC初始发展阶段(1965-1980年)

  在有了硅平面工艺之后,中国半导体界也跟随世界半导体开始研究半导体集成电路,当时称为固体电路。国际上是在1958年由美国的得克萨斯仪器公司(TI)和仙兰公司各自分别发明了半导体集成电路。当初研制的是采用RTL(电阻一晶体管逻辑)型式的最基本的门电路,将单个的分立器件:电阻和晶体管,在同一个硅片上集合而成一个电路,故称之为“集成电路”(Integrated Circrrit,简称IC)。中国第一块半导体集成电路究竟是由哪一个单位首先研制成功的?这一问题有过争议。在相差不远的时间里,有中国科学院半导体研究所,河北半导体研究所,它在1965年12月份召开的产品鉴定会上鉴定了一批半导体管,并在国内首先鉴定了DTL型(二极管-晶体管逻辑)数字逻辑电路。这是十室提交鉴定的,当时采用的还不是国外普遍使用的P-N结隔离,而是仅在国外文献中有所报导的Sio2介质隔离,通过反外延方法制备基片。   在研究单位之后,工厂在生产平面管的基础上也开始研制集成电路。北方为北京电子管厂,也采用介质隔离研制成DTL数字电路,南方为上海元件五厂,在华东计算机所的合作下,研制出采用P-N结隔离的TTL型(晶体管-晶体管逻辑)数字电路,并在1966年底,在工厂范围内首家召开了产品鉴定会鉴定了TTL电路。

  DTL和TTL都是双极型数字集成电路,主要是逻辑计算电路,以基本的与非门为基础,当时都是小规模集成电路,还有与非驱动器、与门、或非门、或门、以及与或非电路等。主要用途是用于电子计算机。中国第一台第三代计算机是由位于北京的华北计算技术研究所研制成功的,采用DTL型数字电路,与非门是由北京电子管厂生产,与非驱动器是由河北半导体研究所生产,展出年代是1968年。   为了加速发展半导体集成电路,四机部(后来改名为电子工业部)决定筹建第一个专门从事半导体集成电路的专业化工厂,由北京电子管厂抽一部分技术力量,在1968年建立了国营东光电工厂(代号:878厂),当时正处于动乱的十年“文革”初期,国家领导号召建设大三线,四机部新建工厂,采用“8”字头的都是在内地大三线,唯独878厂,为了加快建成专业化集成电路生产厂,破例地建在首都北京。与此同时,上海仪表局也将上海元件五厂生产TTL数字电路的五车间搬迁到近郊,建设了上海无线电十九厂(简称上无十九厂)。到1970年两厂均已建成投产。从此,七十年代形成了中国IC行业的“两霸”,南霸上无十九厂,北霸878厂。在国外实行对华封锁的年代里,集成电路属于高新技术产品,是禁止向中国出口的。因此,在封闭的自力更生、计划经济年代里,这两厂的IC一度成为每年召开两次电子元器件订货会上最走俏的产品。当时一块J-K触发器要想马上拿到手,得要部长的亲笔批条。在中国实行改革开放政策之前,IC在中国完全是卖方市场。七十年代上半期,一个工厂的IC年产量,只有几十万块,到七十年代末期,上无十九厂年产量才实破500万块,位居全国第一。   文化大革命开始后,陈伯达向毛泽东主席提出了“电子中心论”。一时间采用群众运动的方式“全民”大搞半导体.为了打破尖端迷信,报上宣传说城市里了道老太太在弄堂里拉一台扩散炉,也能做出半导体.批判878厂建厂时铺了水磨石地板为“大,洋,全”。这股风使工厂里不重视产品质量,这曾导致878厂为北京大学电子仪器厂生产TTL和  S-TTL(肖特基二极管钳位的TTL)电路研制百万次大型电子计算机“推倒重来”。最后质量改进后的电路才使北大在1975年研制成中国第一台真正达到100万次运算速度的大型电子计算机-150机。(在此之前,由上无十九厂生产的TTL电路,供华东计算所研制出达到80多万次速度的大型计算机,号称“百万次”。)   随后,中国科学院109厂研制了ECL型(发射极藕合逻辑)电路,提供给中国科学院计算所,在1976年11月研制成功1000万次大型电子计算机。

  总之,在中国IC初始发展阶段的十五年间,在开发集成电路方面,尽管国外实行对华封锁,中国还是能够依*自己的技术力量,相继研制并生产了DTL、TTL、 ECL各种类型的双极型数字逻辑电路,支持了国内计算机行业,研制成百万次、千万次级的大型电子计算机。但这都是小规模集成电路。

   在发展双极型电路(Bipolar IC)之后,不久也开始研究MOS(金属--氧化物一一半导体)电路(MOS IC)。 1968年研究出PMOS电路,这是上海无线电十四厂首家搞成的。到七十年代初期,永川半导体研究所,即24所,(它由石家庄13所十一室搬到四川水川扩大而建的)上无十四厂和北京878厂相继研制成NMOS电路。之后,又研制成CMOS电路。   在七十年代初期,由于受国外IC迅速发展和国内“电子中心论”的影响,加上当时IC的价格偏高(一块与非门电路不变价曾哀达500元,利润较大f销售利润率有的厂高达40%以上),而货源又很紧张,因而造成各地IC厂点大量涌现,曾经形成过一股“IC热”。不少省市自治区,以及其他一些工业部门都兴建了自己的IC工厂,造成--哄而起的局面。 在这期间,全国建设了四十多家集成电路工厂。四机部直属厂有749厂(永红器材厂)、 871厂(天光集成电路厂)、 878厂(东光电工厂)、 4433厂(风光电工厂)和4435厂(韶光电工厂)等。各省市所建厂中有名的有:上海元件五厂、上无七厂、上无十四厂、上无十九厂、苏州半导体厂、常州半导体厂、北京市半导体器件二厂、三厂、五厂、六厂、天津半导体(一)厂、航天部西安691厂等等。   集成电路一经出现,随着设备和工艺的不断发展,集成度迅速提高。从小规模集成  (SSI),经过中规模集成(MSL),很快发展到大规模集成(LSI),这在美国用8年时间。而中国在初始发展阶段中出仅用7年时间走完这段路,与国外差距还不是很大。

  1972年中国第一块PMOS型LST电路在四川永川半导体研究所研制成功,为了加速发展LSI,中国接连召开了三次全国性会议,第一次1974年在北京召开,第二次  1975年在上海召开;第三次1977年在大三线贵州省召开。   为了提高工艺设备的技术水平,并了解国外IC发展的状况,在1973年中日邦交恢复一周年之际,中国组织了由14人参加的电子工业考察团赴日本考察IC产业,参观了日本当时八大IC公司:日立、NEC、东芝、三菱、富士通、三洋、冲电气和夏普,以及不少设备制造厂。原先想与NEC谈成全线引进,因政治和资金原因没有成匀丢失了一次机迂。后来改为由七个单位从国外购买单位台设备,期望建成七条工艺线。最后成线的只有北京878厂,航天部陕西骊山771所和贵州都匀4433厂。   这一阶段15年,从研制小规模到大规模电路,在技术上中国都依*自己的力量,只是从国外进口了一些水平较低的工艺设备,与国外差距逐渐加大。在这期间美国和日本已先后进入IC规模生产的阶段。

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