最近，OPPO突然關(guān)停旗下的芯片公司哲庫，日本出臺半導(dǎo)體制造設(shè)備的管制措施，在國內(nèi)外引起了廣泛討論。芯片產(chǎn)業(yè)非常特殊，芯片是數(shù)據(jù)和計算的載體，現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)中所有涉及到數(shù)據(jù)存儲和處理的設(shè)備幾乎都會用到芯片，芯片某種程度上是人類第三次科技革命的基礎(chǔ)設(shè)施。正是因為二戰(zhàn)后芯片的發(fā)明和進(jìn)步，才觸發(fā)和推動了第三次科技革命，讓人類進(jìn)入數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化的時代。
芯片從上世紀(jì)50年代發(fā)明以來，一直以后都是工業(yè)革命的基礎(chǔ)設(shè)施，已經(jīng)發(fā)展60多年了，人類在這半個多世紀(jì)取得的進(jìn)步超過以往任何時代，最大的原因就是芯片算力的飛速增強(qiáng)。在可預(yù)見的未來，人類的進(jìn)步依然依靠算力的進(jìn)步，人工智能的發(fā)展也從側(cè)面印證了這一點。
芯片是如此重要，這就決定著未來人類依然會把最強(qiáng)的資源投入到芯片的研發(fā)和制造中，不斷提高芯片的算力，減少芯片制造的成本。
關(guān)于如何發(fā)展中國的芯片產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)業(yè)界的討論很多。但筆者想從專利的角度談一下。既然要自主創(chuàng)新，了解下芯片的技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)和創(chuàng)新的過程肯定是有幫助的。從專利的角度是最容易把人類芯片發(fā)展歷程理清楚，因為在芯片的發(fā)展歷程中，幾乎每一項基礎(chǔ)專利都是一個諾貝爾獎，同時也是一家公司甚至一個產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)。這些專利都是芯片巨頭的源頭。我們順著這條線可以看到芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向，然后再從專利的角度分析下我們的芯片產(chǎn)業(yè)方向，或許有一些價值。
1948年6月26日，貝爾實驗室的肖克利申請了改進(jìn)的晶體管的專利，專利號為US2569347.題目為“使用半導(dǎo)體材料的電路原件”，晶體管是芯片的基本元素，正是肖克利的這件專利拉開了芯片發(fā)明的序幕。這件專利1951年9月25日獲得授權(quán)。這件專利價值連城，后來迫于反壟斷的壓力，以25000美元的專利許可費(fèi)許可多家公司。
肖克利的晶體管專利
1949年4月14日，德國的維爾納·雅各比申請了半導(dǎo)體放大器專利，采用多個晶體管連接形成放大器，用來代替電子管放大器。
芯片原型專利
這件專利的構(gòu)思非常簡單，但多次入選20世紀(jì)最偉大的發(fā)明之一，可以說這件專利是芯片最早的原型。
1954年12月24日，貝爾實驗室的Lincoln Derick申請了第一件二氧化硅薄膜專利，發(fā)明名稱為“硅裝置的制造”，這是最早的芯片材料專利。
第一項二氧化硅薄膜專利
1957年10月31日，美國的Jay Lathrop和James Nall申請了第一件光刻機(jī)專利，發(fā)明名稱為“半導(dǎo)體制造”，專利號為US2890395.
第一項光刻機(jī)專利
1959年2月6日，德州儀器的基爾比申請了一件名為“小型化電路”的專利，專利號為US3138743.在權(quán)利要求中提出了集成電路的概念，如下：
1.在單晶半導(dǎo)體材料晶圓中具有多個電路組件的集成電路中，在晶圓中定義的多個結(jié)型晶體管均在其中，每個導(dǎo)體都包含導(dǎo)電體，這是由導(dǎo)體類型的導(dǎo)體層組成的在提供覆蓋集合體區(qū)域的基礎(chǔ)和發(fā)射區(qū)域的晶片中，每個SAD晶體管的基極-發(fā)射體和基體連接都延伸到所說的一個主要面上，在整個區(qū)域中很長的一段為了提供半導(dǎo)體電阻器，將長區(qū)域設(shè)置在與晶體管相同的一個主要面上，并且將長區(qū)域的選定區(qū)域連接到選定的晶體管區(qū)域。
基爾比的芯片專利
1959年7月30日，仙童半導(dǎo)體的諾伊斯也幾乎同時申請了集成電路的專利，專利號為US2981877A，題目為“半導(dǎo)體器件和引線結(jié)構(gòu)”，權(quán)利要求為：
1. 半導(dǎo)體電路裝置，在單晶 p 型硅半導(dǎo)體主體中，具有至少兩個帶 pn 結(jié)的半導(dǎo)體電路元件，其邊緣區(qū)域位于半導(dǎo)體主體表面的同一側(cè)，并且在至少兩個電路元件的p區(qū)和η區(qū)通過線連接，線的末端連接到某些p和η區(qū)的歐姆接觸，其特征在于，15a)半導(dǎo)體本體的表面?zhèn)仁瞧教沟牟⑶冶话雽?dǎo)體材料的氧化物層覆蓋，b) 用于形成區(qū)域接觸的那部分氧化層已被去除，c) 去除通過接觸橋接的半導(dǎo)體本體表面上 pn 結(jié)邊緣區(qū)域部分上的氧化層，d) 線路排列在半導(dǎo)體材料的氧化物層上并粘附在其上，e) 并且半導(dǎo)體本體的另一表面?zhèn)?其上沒有pn結(jié)的邊緣區(qū)域)覆蓋有金屬層，該金屬層用作電路裝置的公共連接。
諾伊斯的芯片專利
后來諾伊斯所在的仙童半導(dǎo)體和基爾比所在的德州儀器進(jìn)行多年的專利大戰(zhàn)，爭奪芯片的專利權(quán)。1969年，美國法院裁定芯片的發(fā)明權(quán)屬于二人，雙方的權(quán)利要求沒有重疊，都是芯片的重要部分，共同成為芯片的發(fā)明者。隨后，德州儀器和仙童半導(dǎo)體進(jìn)行了交叉許可。
至此，真正的現(xiàn)代芯片產(chǎn)生，幾乎這里的每個專利都是諾獎級別，每個專利都是一項諾貝爾獎，直接推動了第三次科技革命的誕生。
德州儀器和仙童半導(dǎo)體也是最早的芯片廠家，但是這時候的芯片市場還是非常有限，此后很多科學(xué)家在此基礎(chǔ)不斷優(yōu)化，芯片的性能不斷提升，涉及的行業(yè)范圍也逐漸擴(kuò)大，向產(chǎn)業(yè)的各個領(lǐng)域開始滲透。
1960年5月31日，美籍華人科學(xué)家發(fā)明薩支唐申請了場效應(yīng)晶體管專利，發(fā)明名稱為“電場控制的半導(dǎo)體裝置”，專利號為US3102230.權(quán)利要求為：
1.結(jié)合起來的半導(dǎo)體晶圓，至少包括一個導(dǎo)電類型的第一和第三區(qū)域，該區(qū)域由相反的導(dǎo)電類型的第二區(qū)域分開，并分別定義了第二和第二PN結(jié)，第一和第二個PN結(jié)晶圓中，在最主要的主要表面上覆蓋有一層電介質(zhì)，用于表示沿所述第一和第二PN結(jié)施加電壓，是一種用于沿整個電場施加電場的方法，用于既包含所述介電層，又包含所述半導(dǎo)電層電場特別地被表征為響應(yīng)于所述第一PN結(jié)和第二PN結(jié)之間的電壓變化。
場效應(yīng)晶體管專利
1967年7月14日，MIT的Robert和IBM的Watson申請了一件名稱為“場效應(yīng)晶體管存儲器”的專利，專利號為US3387286.這是存儲芯片DRAM的第一件專利，但是在產(chǎn)業(yè)化中英特爾公司后來居上，打開了存儲芯片的市場。
DRAM的基礎(chǔ)專利
1970年2月16日，貝爾實驗室的Boyle和Smith申請了一件發(fā)明名稱為“信息存儲裝置”的專利，專利號為US3858232.這是CCD芯片的基礎(chǔ)專利，通過將電荷轉(zhuǎn)移到輸出級，通過連續(xù)讀出每條光柵線獲得圖像，開啟了圖像處理芯片的新紀(jì)元。
第一項CCD專利
1971年5月16日，貝爾實驗室的Tompsett申請了發(fā)明名稱為“電荷轉(zhuǎn)移圖像裝置”，專利號為US4085456.很多人認(rèn)為這件專利與CCD的產(chǎn)業(yè)更相關(guān)。但是諾貝爾獎授予了前者。
CCD基礎(chǔ)專利
英特爾公司很快在存儲芯片方面被日本企業(yè)趕超，最后不得不關(guān)停了存儲芯片的項目，專攻微處理器芯片。
1973年1月22日，英特爾公司的霍夫申請了一件名稱為“用于多芯片數(shù)字計算機(jī)的存儲系統(tǒng)”，專利號為3821715.這是第一件CPU專利，主要內(nèi)容為“一種通用數(shù)字計算機(jī)，包括多個金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)芯片。用作計算機(jī)一部分的隨機(jī)存取存儲器(RAM)和只讀存儲器(ROM)與公共雙向數(shù)據(jù)總線耦合到中央處理單元(CPU)，每個存儲器都包括解碼電路，以確定哪個CPU正在對多個存儲芯片進(jìn)行尋址。使用安裝在標(biāo)準(zhǔn)16針雙列直插式包裝上的芯片制造計算機(jī)，從而可以向計算機(jī)中添加其他內(nèi)存芯片。”
英特爾的第一項CPU專利
微處理芯片的發(fā)明和產(chǎn)業(yè)化是科技革命的里程碑事件。(未完待續(xù))
(原標(biāo)題：芯片專利史<一>)
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