Category Archives: 電的旅程

「第十五章：矽谷與晶片」

＜平面製程與晶片 ( 3 )＞……(續上)

        1959年，基爾比的機會來了，德儀中央實驗所聘請了他。基爾比興奮的到德儀報到，然後全心投入到工作中。他很快就對德儀電晶體製造的過程有了瞭解，對元件各方面的原理及性能也有了更深刻的認識。七月份是研究所關閉的日子，很多人都和家人渡暑假去了，非常冷清。基爾比剛來上班，沒有假期積累，只好留下來，趁此機會靜靜的思考問題。

        在他熟悉的薄膜併合電路上，普通常用的元件有電晶體、二極體、電阻及電容。有時還需電感應，但不常用。基爾比再想深一層：用擴散技術製造成的電晶體，本身是一個三極體，但如果只用三極中的兩極，就是一個二極體，同時在負電壓（不導電的方向）的情形下，二極體可看成是一個電容器，而半導體材料本身就是電阻。所以，所有這些元件的功能在同一枚晶片中都存在。如果把這些元件設計好，再連接起來，不就可以把整個電路製造在同一片矽或鍺晶片上嗎？基爾比把各種元件的實際數據仔細分析之後，覺得這個想法有可能成功。

假期結束大家回來後，基爾比把他的想法和詳細的分析結果，和上司商量，得到充分的支持。他請實驗室中的專家，用一小片已經經過擴散步驟的鍺，蝕刻成設計好的三極體、二極體、電容及電阻，然後用細的金線把元件焊接起來。這個電路設計是一個簡單的「振盪器」（oscillator），就是阿姆斯壯在發展收音機時的發明。當基爾比把電壓緩緩加高時，用來測示的螢光幕上清楚的顯示了每秒振動一百萬次的訊號，符合了基爾比電路設計的預測。世界上第一片「積體電路」（integrated circuit，簡稱IC，或直接叫chip、晶片）問世了！…… (待續)

「第十五章：矽谷與晶片」

＜平面製程與晶片 ( 2 )＞……(續上)

        Centralab是美國中西部一家中型電子公司，公司裡有一名年輕的工程師名叫基爾比（Jack Kilby），他身高2米，平常沉默寡言，但思路清晰周密，技術上非常出色。基爾比從伊利諾大學電機系畢業，二次大戰時參軍，被派往緬甸專門維修無線通訊設備。由於天氣極端潮濕，美軍的無線電經常失靈。基爾比充分發揮了「解決難題」的工程師本能，改良了無線電的設計，提高了在熱帶叢林作戰的可靠度。

        戰爭結束後，他參加了Centralab，在公司中專門設計及組裝「薄膜併合電路」電子系統。做得時間長了，對這些技術有些厭倦。基爾比在1952年時，曾由公司派去參加貝爾實驗室的電晶體技術轉移訓練班，他一直渴望有機會研究電晶體的基本技術，可惜Centralab沒有這方面的計畫及資源，基爾比久經考慮，決定另外尋找新工作。…… (待續)

「第十五章：矽谷與晶片」

＜平面製程與晶片 ( 1 )＞

        1957年，蘇聯成功發射了「旅伴號」（Sputnik）人造衛星，使得美國朝野震驚。第二年初，美國就成立了航空暨太空總署（NASA）及國防高等研究計畫署（DARPA），來統籌美國在太空及尖端軍事技術上的發展和投資。這對於還在嬰兒時代的半導體工業來說，是一個好消息。快捷半導體開業半年不到，就從IBM拿到一張50萬美金的訂單，提供最先進的矽電晶體用在新的軍用電腦上。不久，國防部及航太總署的訂單源源不絕而來，公司很快開始有盈餘。其他公司如德儀及摩托羅拉也是一樣。

        如果把封裝在微型金屬罐中的電晶體標準產品用在太空或火箭上的電子設備中，體積仍嫌太大。在1943年，英國的愛斯勒（Paul Eisler）發明了「印刷電路板」（printed circuit board，簡稱PCB）。美國軍方認為這個做法有助於縮小電子系統的體積及重量，於是根據PCB技術原理，投資發展了多種更精確的封裝技術，包括「薄膜併合電路」（thin film hybrid）——在一塊附有多層金屬膜的絕緣陶瓷片上，用「光刻」和酸蝕技術把金屬膜蝕刻成設計的電路，然後把小型片狀的電晶體等元件，小心的放置在準確的電路位置上，再焊接各個通電的接觸點。用這個辦法，很多重要的電子系統可以縮小到比一個火柴盒還小，小型的雷達追蹤器甚至可以直接安裝在火箭頂端。…… (待續)

「第十五章：矽谷與晶片」

        ＜克萊與「八叛徒」( 9 )＞……續上

        除了講述半導體物理外，蕭克萊還喜歡和學生分享一些自己思考的方法，包括「思考的決心」和「創意的失敗」（creative failure）。「思考的決心」在他1947年底發明接面電晶體時，已有論及。至於「創意的失敗」，他舉的例子是巴丁和布拉頓的點觸式電晶體，在應用上沒有起作用，可以說是失敗的，但直接引發了更優越的接面電晶體。雖然論點沒有錯，但總有一些貶低巴丁及布拉頓的味道。同樣的，我們也可以說：蕭克萊半導體實驗室是「創意的失敗」，引發了後來矽谷的成功！

        蕭克萊提倡：解決複雜的問題時，先要把問題分解成一連串簡單的問題，再從最簡單的先著手。還有一個概念就是，世上有些問題不一定有答案，如果長期不能解決，就須退一步重新考慮根本因素，另覓新徑。

        記得有一次小考，有一個題目大家做不出來，都很困擾。他聽了大家的想法後哈哈大笑說：「你們怎麼沒有想到，我給你們的幾個先決條件是互相矛盾的？所以這個問題根本沒有答案！」他的思考本領，我們還沒有學到家吧！也或許我們這些學生太容易受權威震怯，而失去了獨立思考的能力？

        蕭克萊有時會講一下貝爾實驗室的往事，但從不提起他的創業歷史及八名叛徒，也不提優生學。看著這位微微駝背、戴著金絲邊眼鏡、面帶微笑，好像與世無爭的長者，印象上很難和歷史上的蕭克萊連起來。俱往矣！……(完)

「第十五章：矽谷與晶片」

        ＜克萊與「八叛徒」( 8 )＞……續上

        蕭克萊電晶體公司本來已危機重重，八人離開後，更是搖搖欲墜。生產出來的新產品經貝爾實驗室測試，不符合電話中央交換機的要求，沒有接到訂單，也沒有其他市場。後來貝克曼低價把公司賣給了另一家叫Clevite的公司，自己退出了半導體工業。至此蕭克萊意氣消沉，離開了一手創立的公司，去鄰近史丹福大學當教授，對後來矽谷的蓬勃發展做了一個旁觀者。在研究方面，他選擇了飽受爭議的優生學，固執的逆流而爭。1989年，蕭克萊因前列腺癌逝世，享年七十九歲。毫無疑問，在半導體歷史上，蕭克萊是最有影響力的人，他對技術的貢獻與洞見，無人可以相比。

        在1971到1972年間，我有幸選修了蕭克萊兩門課。他給我的印象是非常和善客氣，一點也沒有架子。在九個月中，他從來沒有缺過課，教得非常認真。用的教科書就是他在1952年出版的《半導體的電子與電洞》（Electrons and Holes in Semiconductor）。蕭克萊教書重視概念上的認識，數學只是用來更具體的解釋這些概念及計算一些「量」的結果。他思維活躍，不拘格式。

        他最得意的理論，是與呂德（W. T. Read）一起發展出來的p-n接面中電子與電洞「產生－重組」過程所產生的滲漏電流。這個理論沒有用上熟悉的固態物理，而是聰敏的利用了熱力學「細緻平衡原理」（detailed balance principle）。他最推崇的當世科學家是費米（Enrico Fermi），坦承費米在統計學上的思路給了他很多啟發。…… (待續)

「第十五章：矽谷與晶片」

        ＜克萊與「八叛徒」( 7 )＞……續上

        回顧這件事，可以看到蕭克萊當年眼光獨到，他聘請的這八個年輕人都是一流人才，而且能力相輔相佐，組成出色的團隊，可惜他自己缺乏領袖才能，浪費了大好機會。當八人還身在蕭克萊實驗室的時候，已在積極籌備新公司的設立及運作，大家帶了很多技術去快捷半導體是不用置疑的。貝克曼曾經考慮對八人提出法律訴訟，結果也不知道為了什麼原因，沒有追究下去，或許因為八人事先曾四次誠意的找他商量解決辦法，但他沒有接受他們的建議。貝克曼對這八人感情上一定很複雜，包括也有一些歉意吧。

        八人的作風，後來在矽谷各間公司重複了無數次。如果當初貝克曼支持八人的建議，貝克曼（蕭克萊）半導體公司很有可能會是世界最大的電子企業；同樣的，如果洛克沒有在最後關頭找到費捷投資，諾宜斯等八人很可能就此分道揚鑣，矽谷也不一定會產生。歷史的發展就是這樣，令人感歎。…… (待續)

「第十五章：矽谷與晶片」

        ＜克萊與「八叛徒」( 6 )＞……續上

        諾宜斯等八人在籌備建立快捷半導體時，都還是蕭克萊實驗室的僱員。到1957年9月，萬事俱備，八人同時辭職，第二天就向附近新成立的快捷半導體報到。新租的廠房只是一間空屋，沒有任何設備。其實當時也根本沒有專門製造半導體生產設備的工業，一切都要靠自己動手設計和建造。

        八人中，諾宜斯及拉斯特（Jay Last）兩人對光學很專長，他們買了舊的16 mm相機鏡頭，自己設計並製成了三套用來「光刻」時用的精確感光生產設備。摩爾和何尼（Jean Hoerni）兩人負責設計和製造氣態擴散用的高溫爐子和石英管設置。摩爾會吹玻璃，這個本領派上了大用場。羅拔茲（Sheldon Roberts）製造了拉單晶的設備，幾個月後就可自行供應矽晶圓。格林尼齊（Victor Grinich）對電子系統很拿手，很快設立了半自動設備，用來測試生產的電晶體性能。布蘭克（Julius Blank）和克萊納負責完成整套生產設備及流程。克萊納還是一位出色的機械師，自己動手用車床製成了很多特別設計的部件。

        這是大家在兩年中第二度全心全力投入創業的浪潮，但是這次他們自己有股份，也沒有蕭克萊從中作梗。公司發展的目標明確，全力集中開發用擴散技術生產的矽電晶體。兩個月後，他們從IBM拿到了第一張50萬美元的訂單，於是開始招兵買馬，從全國各地吸引了很多新的技術精銳加盟。就在快捷半導體搬進一間空廠房之後的第十個月，公司就成功生產了第一批電晶體，向IBM交了貨，一間新興的半導體公司誕生了。…… (待續)

「第十五章：矽谷與晶片」

        ＜克萊與「八叛徒」( 5 )＞……續上

        費捷在紐約長島擁有照相儀器公司及飛機公司，專發展軍事偵察機及機上的超高解析度照相設備。費捷個人對攝影及高科技很有興趣，聽了洛克的計畫後表示有興趣投資。不久，洛克安排費捷和諾宜斯等人見了面，他很爽快的答應由他屬下的照相機及儀器公司出面投資150萬美元，設立「快捷半導體公司」（Fairchild Semicondutor Company），佔有公司的70%股份。洛克的經紀行也做了少量投資，佔20%。加盟的八人，每人只要出資500美元，就可平分剩下的10%股份。這個安排開創了現代流行的風險資本創業投資（簡稱「創投」）模式。洛克自己在1960年從紐約搬到三藩市，設立了矽谷第一家創投公司，後來英代爾及蘋果電腦創業，洛克都是主要投資者。…… (待續)

「第十五章：矽谷與晶片」

        ＜克萊與「八叛徒」( 4 )＞……續上

        諾宜斯等人商量的結果是八人共同進退，一起離開蕭克萊，希望有公司可以把他們八個人一起僱用。八人中有一個名叫克萊納（Gene Kleiner），他的父親熟識一間華爾街投資經紀行，於是他寫了一封信徵求意見，碰碰運氣。出乎意料的是經紀行派了兩人從紐約專程來三藩市和大家見面，兩人中有一位年輕人剛從哈佛商學院畢業，叫洛克（Arthur Rock），他從投資角度來看覺得這是個大好機會，大膽建議八人一起設立自己的公司，找人投資。

        對諾宜斯等八人來說，他們只想去大公司找工作，沒有想過自己開公司。洛克的建議令大家茅塞頓開，非常興奮，可是這種創業概念風險太大，銀行是絕對不肯借錢的。商量的結果是先接觸大公司，看有沒有哪一家公司有興趣投資。大家從道瓊上市股的名單中找出了35家對電晶體產業可能有興趣的公司，洛克回紐約後就去接洽每一家公司。

        在隨後的日子裏，洛克發出很多詢問信都沒有回音，就算有回信，也表明沒有興趣。主要的問題是這些公司內部都已有很多技術人員，管理階層認為這種新的創業投資安排會影響內部的士氣與安定。就在這個前途非常不明確的時刻，洛克在一個偶然機會碰到了紐約富豪費捷（Sherman Fairchild），他的父親是IBM創始人之一，因自己是獨生子，繼承了父親的全部遺產，成為IBM最大的個人股東。…… (待續)

「第十五章：矽谷與晶片」

        ＜克萊與「八叛徒」( 3 )＞……續上

        諾宜斯及摩爾等人知道這個新技術生產困難，市場狹小，勸蕭克萊不要去做，還是集中資源發展矽電晶體產品比較好，但是蕭克萊一意孤行，認為德儀已在矽電晶體技術上領先，跟在別人後面做沒有意思，產品上必須另擘新徑。同時他對經濟情況毫無興趣，公司財務不斷惡化，他毫不動容。

        在這情形下，諾宜斯及摩爾這些年輕人忍無可忍，決定瞞著蕭克萊集體越級去和貝克曼直接面談，前後一共談了四次。這批年輕人共有八人，當時都是二、三十歲的人。他們向貝克曼建議讓蕭克萊去大學裡當教授或做顧問，公司再請一個專職的業務經理來管理，技術及產品的發展可由他們八人負責。

        其實貝克曼對公司中這些事情也瞭解，充分同情他們的想法，但他對蕭克萊有諾言在先，不想違背，不像當年摩根在GE一腳踢開愛迪生那樣。蕭克萊知道此事後，氣得面如白紙，痛心自己聘請並發掘出來的八人，不單不能感恩圖報，更是背叛了他，直呼他們為「八名叛徒」。雖然蕭克萊太太後來否認他曾用過這個詞彙，但這個稱號一直傳了下來。經此一役貝克曼雖想繼續調停，但裂痕已太大，無可彌補。…… (待續)