RC振荡电路初学笔记(2)

上一篇Blog最后提及的Jack Kilby设计制造的人类历史上第一片集成电路芯片,是一枚RC相移振荡器(RC Phase shift oscillator),在输入12V的直流电时,可以产生特定频率的波形输出信号,具体的输出频率和幅值是通过其中的RC相移器设置产生的。

这枚人类历史上的第一枚集成电路芯片,诞生于1958年9月12日的德州仪器实验室中。它之所以与众不同、并且成为今天计算机发展历史上的重要一环,原因在于它是第一枚完全使用半导体工艺、在单晶片上集合集成了电阻、电容、PNP管的电路、也就是我们常说的“集成电路”。

在当时的德州仪器,已经可以规模化生产电阻器、电容器、PNP等电子元件,但是电阻和电容并不是通过半导体工艺生产的,所以要想将这些不同的IC小型化、集成化的“封装”在一起,则需要针对不同的IC进行不同的工艺制作,以便让每一个IC都缩小、让不同的IC彼此靠的更加紧密,从而使最终整体封装出来的电路尽可能小型化、高集成化。

这种令每一个元件都更小、令他们彼此考得更近的“小型化”想法,是比较朴素的想法,德州仪器也是在这种朴素的想法的指引下,设计了多种方案(可能是三种设计方案),但是这些方案本质上都是先将每一个IC缩小、再进行整体组装,如此就不可避免地还是会令最终的产品是一个“组装设备”,相对而言还是会比较大。

图中,Jack Kilby坐在正中间。图片来源:https://commons.wikimedia.org/wiki/File:TIDallasPhippsWeaverBiardKilbyFischer.png

Jack Kilby则采用了与上面想法不同的思路:他直接使用半导体生产工艺进行电阻、电容的制造,具体是使用氮化钛制作电阻、使用聚四氟乙烯制造电容,这样就可以令电路中所有用到的IC都是采用相同的半导体制造机制来生产,也就是说最终的所有IC都是“生长”在多片硅晶体上的,不再需要进行彼此的组装,而是一层层“生长、叠放”在一起,从而大幅度的缩小了最终电路的尺寸。

Jack Kilby的想法在实验室中最终得以实现,并且成功的在示波器上看到了预期的振荡输出波形。

最终,Jack Kilby被称为“集成电路之父”并于2000年时因发明集成电路而荣获了诺贝尔物理学奖。与Jack Kilby齐名的是来自于仙童半导体的罗伯特·诺伊斯,他则因集成电路平面制作工艺的发明,所以他们两人被同时誉为“集成电路之父”。