壮志未酬身将死？长使咱家泪满澿。

汉语是联合国官方正式使用的 6 种同等有效语言之一。请不要歧视汉语！

Chinese is one of the six equally effective official languages of the United Nations.

Not to discriminate against Chinese, please!

[讨论，预测，创新] 集成电路下一个重要原创：平面化

集成电路： integrated circuit

霍尔尼： Jean Amédée Hoerni

平面工艺： planar manufacturing process

场效应晶体管： field effect transistor; FET

短沟道效应： short channel effect

三材料栅极： tri-material gate

跨开栅极装置结构： straddle gate device structure

无结晶体管： junctionless transistor

纳米线晶体管： nanowire transistor

超薄体场效应晶体管： extremely thin silicon on insulator field effect transistor; ETSOI

   为了证明本科生《电工学》课程的巨大威力，本来想在“电路/集成电路”方面做出个“诺贝尔奖”水平的成果。

   可惜实在太累了。脑力不够，今晚是做不出来了。

   看官大人，您要是做出来，不妨告诉我所有的技术细节！俺可是以“振兴《电工学》”为理由！多么漂亮的理由啊！！

   反正您“淡泊名利”，“事了拂衣去，深藏身与名。”

   您比格罗森迪克老师还*！

https://cdn.quotesgram.com/img/27/44/160162311-e716d736ad7ce1600844d04886079f5d.jpg

https://quotesgram.com/img/alexander-grothendieck-quotes/8243746/

https://3quarksdaily.com/wp-content/uploads/2021/03/1_puXOPYAOD-xMvCgvgwLjzA.png

格罗森迪克 Alexander Grothendieck, 1928-03-28 ~ 2014-11-13

https://www.heidelberg-laureate-forum.org/fileadmin/laureaten/Grothendieck.jpg

https://www.heidelberg-laureate-forum.org/laureate/alexander-grothendieck.html

一、晶体管与集成电路：立体 → 平面 → 立体

1.1  晶体管：立体 → 平面 → 立体

图1  贝尔实验室发明的第一只点接触晶体管，立体

https://www.juliantrubin.com/bigten/transistorexperiments_files/first-transistor.jpg

https://www.juliantrubin.com/bigten/transistorexperiments.html

图2  贝尔第一只点接触晶体管，和结构示意图，立体

   First point-contact transistor is on left. On the right is the schematic representation. Image courtesy of AT&T.

   第一个点接触晶体管在左边。右边是示意图。图片由AT&T提供。

https://www.nutsvolts.com/uploads/wygwam/NV_0419_Steber_Figure07.jpg

https://www.nutsvolts.com/magazine/article/the-story-of-the-transistor

图3  MESA VS. PLANAR: Side views of a mesa [left] and a planar transistor, from a report Hoerni prepared in 1960.

MESA与平面晶体管：Hoerni 在1960年编写的一份报告中的台面[左]和平面晶体管的侧视图。

https://ieeexplore.ieee.org/document/4390023

图4  Transistors go beyond FinFET. 超越 FinFET 的晶体管。   2023-08-16，立体

https://www.nature.com/articles/s41586-023-06145-x/figures/4

https://media.springernature.com/full/springer-static/image/art%3A10.1038%2Fs41586-023-06145-x/MediaObjects/41586_2023_6145_Fig4_HTML.png?as=webp

1.2  集成电路：平面 → 立体

图5  1961年仙童的第一片芯片，平面工艺

   Robert Noyce—another Fairchild Semiconductor cofounder, who later cofounded Intel—saw a way to use ¬Hoerni’s process to combine multiple electronic components, including transistors, on a single piece of silicon. Announced in 1961, this resistor-transistor logic chip was one of the first commercial integrated circuits. It has four transistors (quadrants in the middle). The white lines are metal traces, which connect the transistors to the two resistors below (horizontal blue bar). The Apollo Guidance Computer used the chip.

   另一位Fairchild Semiconductor的联合创始人Robert Noyce，后来又联合创立了英特尔，他看到了一种利用Hoerni工艺将包括晶体管在内的多个电子元件组合在一块硅上的方法。这款电阻晶体管逻辑芯片于1961年问世，是首批商用集成电路之一。它有四个晶体管（中间的象限）。白线是金属迹线，将晶体管连接到下面的两个电阻器（水平蓝条）。阿波罗制导计算机使用了该芯片。

https://s3.amazonaws.com/files.technologyreview.com/p/pub/legacy/0109-chip-c_x600.jpg

https://www.technologyreview.com/2008/12/22/216817/moores-law/

图6  2000年有 4200万个晶体管的芯片

   In 2000, Intel unveiled the Pentium 4 chip, a completely new design; it had 42 million transistors. The two distinct blocks on the right are part of its cache.

   2000年，英特尔推出了全新设计的奔腾4芯片；它有4200万个晶体管。右边两个不同的块是其缓存的一部分。

https://s3.amazonaws.com/files.technologyreview.com/p/pub/legacy/0109-chip-k_x600.jpg

https://www.technologyreview.com/2008/12/22/216817/moores-law/

图7  2009年有 7.58亿个晶体管的芯片

   AMD’s Phenom II, scheduled for release in early 2009, has four cores (flanking the rightmost yellow blocks), a large shared cache, and around 758 million transistors.

   AMD的 Phenom II 计划于2009年初发布，有四个核心（位于最右边的黄色块两侧）、一个大型共享缓存和大约7.58亿个晶体管。

https://s3.amazonaws.com/files.technologyreview.com/p/pub/legacy/0109-chip-n_x600.jpg

https://www.technologyreview.com/2008/12/22/216817/moores-law/

二、[讨论，预测，创新] 集成电路下一个重要原创：平面化

2.1  数学理论

   连续统：一维的和 n 维等势，即可以建立“一一对应”关系。

   尽管这个关系不是连续的。

2.2  集成电路再次“平面化”后优点众多

   我就不说了。

   俺又不是格罗森迪克。干嘛要说出来？

   关键难点：

   集成电路再次“平面化”的具体方法。

   刘慈欣老师《三体3：死神永生》里有“二向箔”。

2.3  集成电路再次“平面化”：一个重要的“想法 idea”

   正如发明第一个集成电路的基尔比（Jack St. Clair Kilby）在 2000-12-08 的诺贝尔演讲（Nobel Lecture）里写到：

   Charles Townes won the Nobel Prize for his work in laser technology, and he summed up how I feel. Townes said, "It's like the beaver told the rabbit as they stared at the Hoover Dam. 'No, I didn’t build it myself. But it’s based on an idea of mine!'"

https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2000/kilby/lecture/

   查尔斯·汤斯（Charles Hard Townes）因其在激光技术方面的工作获得了诺贝尔奖，他总结了我的感受。汤斯说：“这就像海狸盯着胡佛大坝对兔子说。‘不，它不是我自己亲自建造的。但它基于我的想法！’”

   上面是在诺贝尔奖官网找到的基尔比的原话。

   基尔比（Jack St. Clair Kilby）作为发明集成电路第一人, 获得 2000年诺贝尔物理学奖（ The Nobel Prize in Physics 2000）。

https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2000/kilby/facts/

https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2000/summary/

参考资料：

[1] 2022-12-23，格罗森迪克，A./Grothendieck,Alexandre/胡作玄，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=418851&Type=bkzyb&SubID=61734

   （1928-03-28～2014-11-13）

   定居法国的无国籍数学家。又译格罗滕迪克。

[2] 亚历山大·格罗滕迪克(数学家) - 百度百科

https://baike.baidu.com/item/%E4%BA%9A%E5%8E%86%E5%B1%B1%E5%A4%A7%C2%B7%E6%A0%BC%E7%BD%97%E6%BB%95%E8%BF%AA%E5%85%8B?fromModule=lemma_search-box

[3] Alexander Grothendieck, MacTutor History of Mathematics

https://mathshistory.st-andrews.ac.uk/Biographies/Grothendieck/

[4] David Mumford, John Tate. Alexander Grothendieck (1928–2014) [J]. Nature, 2015, 571(7534): 272.

doi:  10.1038/517272a

https://www.nature.com/articles/517272a

[5] 3 QUARKS DAILY, 2021-03-21, The Anarchist Abstractionist — Who Was Alexander Grothendieck?

https://3quarksdaily.com/3quarksdaily/2021/03/the-anarchist-abstractionist-who-was-alexander-grothendieck.html

[6] George R. Steber, 2019 ISSUE-4, The Story of the Transistor

https://www.nutsvolts.com/magazine/article/the-story-of-the-transistor

[7] Michael Riordan. How Bell Labs Missed the Microchip, The man who pioneered the transistor never appreciated its full [J]. IEEE Spectrum, 2007, 44(12): 51-56.

doi:  10.1109/MSPEC.2006.253406

https://ieeexplore.ieee.org/document/4025617

[8] MIT Technology Review, 2008-12-22, Moore’s Law, The computer chip has evolved from a simple integrated circuit to a microprocessor with millions of transistors.

https://www.technologyreview.com/2008/12/22/216817/moores-law/

相关链接：

[1] 2023-11-18，[小资料] 场效应晶体管 FET：短沟道效应

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1410158.html

[2] 2023-11-17，[小资料] 场效应晶体管 FET：多材料栅极

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1410052.html

[3] 2023-11-13，[打听] 继晶体管、集成电路之后，电路重大突破会出现在哪里？

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1409521.html

[4] 2023-11-14，[打听] 哪些新型半导体器件是未来的主流？

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1409653.html

[5] 2023-11-15，[悲恸，绝望，崩溃] 创新，有时会气死人吗？（霍尔尼 Hoerni 的平面工艺 planar）

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1409771.html

[6] 2023-09-09，[小资料] FinFET（鳍式场效应晶体管 fin field effect transistor）

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1402038.html

[7] 2023-09-07，[小资料] 1966年鲍尔（Robert W. Bower）申请的 MOSFET 自对准栅极工艺专利（图片）

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1401852.html

[8] 2023-09-06，[小资料] 1963年万拉斯（Frank Marion Wanlass）、萨支唐（Chih-Tang Sah）申请的CMOS专利和论文（图片）

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1401741.html

[9] 2023-09-05，[小资料] 1963年霍夫施泰因（Steven R. Hofstein）、海曼（Frederic Paul Heiman）的MOS场效应管论文（部分图片）

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1401577.html

[10] 2023-09-04，[小资料] 1960年阿塔拉（Martin (John) M. Atalla）、江大原（Dawon Kahng）申请的MOS场效应管专利（图片）

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1401453.html

[11] 2023-09-02，[小资料] 1935年海尔（Oskar Heil）的场效应管专利（图片）

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1401242.html

[12] 2023-09-01，[小资料] 1926年利林费尔德（Julius Edgar Lilienfeld）的场效应半导体专利（图片）

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1401136.html

[13] 2023-08-11，[怀旧，回顾，展望] 二极管与非门，场效应晶体管

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1398708.html

[14] 2022-09-19，[？？？] 热血沸腾之后，更是“耗尽/耗干”后的无奈（关联资料“集成电路”，诺伊斯 Robert Norton Noyce）

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1356020.html

[15] 2022-07-26，[汇报] 近十多年的时间、精力状态（欠佳）

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1348843.html

[16] 2022-09-24，《信息革命的技术源流》第三轮阅读：创新真难！

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1356669.html  

[17] 2023-09-17，Zenas 公理：2023年汪波老师的《为什么芯片相关的发明最初总不受待见？》 

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1402929.html

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