從IEEE Cledo Brunetti Award獲獎情況看半導(dǎo)體發(fā)展

一個多世紀(jì)以來，IEEE及其前身AIEE協(xié)會長期以來一直頒發(fā)各種獎勵，以表彰其會員在關(guān)注領(lǐng)域中的各種杰出貢獻(xiàn)。IEEE獎勵計劃分為三種類型：IEEE Medals（獎?wù)拢?nbsp;Technical Field Awards（技術(shù)領(lǐng)域獎）、Recognitions （認(rèn)可）。

IEEE Technical Field Awards（技術(shù)領(lǐng)域獎）是授予在IEEE特定領(lǐng)域做出貢獻(xiàn)的技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者。

IEEE Cledo Brunetti Award是1975年由已故的FMC公司高管Cledo Brunetti提出的遺贈而設(shè)立的一個技術(shù)領(lǐng)域獎，也是IEEE頒發(fā)的第三個技術(shù)獎，也是第一個針對集成電路的技術(shù)獎項(xiàng)。

IEEE Cledo Brunetti Award的授予對象是個人或人數(shù)不超過三人的團(tuán)體。

從1978年開始頒發(fā)以來，43次頒獎共計有60人獲獎，其中來自產(chǎn)業(yè)界有38人，來自高校有18人，來自研究機(jī)構(gòu)的有4人。

從地區(qū)來看，美國最多，共44人；日本有10人，中國臺灣、荷蘭、英國、法國、奧地利、比利時各1人。

從單位來分，IBM最多有19人（分在11個年度）；加州大學(xué)有5 人獲獎，英特爾有4人獲獎。

在60位獲獎?wù)咧?，?/span>4 人是華人。 

眾多的獲獎?wù)邽榱思呻娐返男⌒突龀隽司薮筘暙I(xiàn)。全部獲獎名單見文末。

一、集成電路的發(fā)明，改變的世界的進(jìn)程

1978年：羅伯特·諾伊斯（英特爾）和杰克·基爾比（德州儀器）

IEEE Cledo Brunetti于1978年首發(fā)，獲獎?wù)呤怯⑻貭柕牧_伯特·諾伊斯（Robert N. Noyce）和德州儀器的杰克·基爾比（Jack S. Kilby），由于集成電路的發(fā)明為電子小型化做出了貢獻(xiàn)。

1958年9月2日，Jack S. Kilby把晶體管、電阻和電容等集成在不超過4平方毫米面積的電路板上，用熱焊方式把元件以極細(xì)的導(dǎo)線互連，大約集成了20余個元件。1959年7月30日，Robert N. Noyce研究出一種二氧化硅的擴(kuò)散技術(shù)和PN結(jié)的隔離技術(shù)，并創(chuàng)造性地在氧化膜上制作出鋁條連線，使元件和導(dǎo)線合成一體，從而為半導(dǎo)體集成電路的平面制作工藝、為工業(yè)大批量生產(chǎn)奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)。

Jack S. Kilby被譽(yù)為“第一塊集成電路的發(fā)明家”，Robert N. Noyce被譽(yù)為“提出了適合于工業(yè)生產(chǎn)的集成電路理論”的人。1969年，美國聯(lián)邦法院最后從法律上承認(rèn)了集成電路是一項(xiàng)“同時的發(fā)明”。

羅伯特·諾伊斯（Robert N. Noyce）和杰克·基爾比（Jack S. Kilby）還分別在1978年、1986年獲得了IEEE榮譽(yù)勛章（Medal of Honor），這是IEEE最高的獎?wù)隆?/span>

IEEE獎項(xiàng)還有以兩人名字命名的獎項(xiàng)，在1995年設(shè)立了IEEE Jack S. Kilby Signal Processing Medal Award，獲得者是在信號處理技術(shù)領(lǐng)域取得重大貢獻(xiàn)的個人（華人圈有2人獲得）；1999年設(shè)立了IEEE Robert N. Noyce Award，獲得者是在微電子領(lǐng)域取得重大貢獻(xiàn)的個人（華人圈有1人獲得,就是AMD現(xiàn)任CEO蘇姿豐）。

二、微處理器的發(fā)明，助力計算機(jī)騰飛

1980年：霍夫（英特爾）

貢獻(xiàn)：發(fā)明微處理器

霍夫（Marcian E. Hoff），微處理器之父。

1971年1月，霍夫研制成功英特爾的第一顆4位處理器芯片4004，采用硅柵PMOS 10μm工藝生產(chǎn)，Die Size芯片面積只有13.5mm2，集成了2300個晶體管，采用CDIP16封裝時鐘頻率僅為108KHz，每秒執(zhí)行6萬條指令（0.06 MIPs），功能比較弱，只能用在Busicom計算器上。

1973年8月，霍夫等人研制出八位微處理器英特爾8080，以NMOS 6μm工藝生產(chǎn)，新一代微處理器就此誕生，共有6000個晶體管，主頻2MHz的8080處理器運(yùn)算速度比8008快10倍，可存取64KB存儲器，處理速度為0.64MIPS。

霍夫還在2011年獲得IEEE/Royal Society of Edinburgh (RSE) James Clerk Maxwell Award，該獎項(xiàng)授予在電子電氣工程領(lǐng)域有突破性貢獻(xiàn)的人物。

三、創(chuàng)新助力光刻技術(shù)前行

1981年：Donald R. Herriott（Bell Labs.）

 貢獻(xiàn)：凹面光學(xué)裝置

1964年Bell Labs.的Donald R. Herriott提出了用2個凹面反射鏡組成結(jié)構(gòu)簡單、多次反射的光學(xué)裝置的初步設(shè)想。 

1983年：Abe Offner（Perkin-Elmer）

 貢獻(xiàn)：凸面光學(xué)裝置

Abe Offner于1947年加盟Perkin-Elmer，后來擔(dān)任首席光科學(xué)家。

1973年，Perkin-Elmer基于Abe Offner提出的凸面光學(xué)裝置發(fā)明了掃描投影光刻設(shè)備（Scanning Projection Aligners），相較之前的接觸式和接近式光刻機(jī)設(shè)備，Micralign系列使IC制造突破了量產(chǎn)瓶頸。

凸面光學(xué)裝置含兩個凹面反射鏡和一個凸面光柵，光學(xué)元件的曲率中心位置重合或基本重合，也就是常說的離軸同心。

2012年：Yan Borodovsky、Sam Sivakumar（英特爾）

貢獻(xiàn)：光刻技術(shù)創(chuàng)新

來自英特爾的Yan Borodovsky和Sam Sivakumar憑借“開發(fā)和實(shí)施創(chuàng)新的光刻和圖案化設(shè)備與工藝做出貢獻(xiàn)，以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高效的邏輯技術(shù)擴(kuò)展”而獲獎。

Yan Borodovsky（1987年加入英特爾）和Sam Sivakumar（1990年加入英特爾）都工作于英特爾的光刻部門，致力推動光刻技術(shù)的發(fā)展，使得英特爾在45納米（干法）、32納米（浸沒）、22納米等技術(shù)節(jié)點(diǎn)保持領(lǐng)先。

Yan Borodovsky和Sam Sivakumar還為開發(fā)像素化相位掩模、無鉻相移掩模和反光刻等新的分辨率增強(qiáng)技術(shù)技術(shù)做出了創(chuàng)新性貢獻(xiàn)。

2014年：Martin van den Brink（阿斯麥）

 貢獻(xiàn)：新型光刻裝置產(chǎn)業(yè)化

2014年的獲獎?wù)呤莵碜?/span>ASML的副總裁Martin van den Brink，正如頒獎詞所說：ASML在其帶領(lǐng)下，不斷推出新的光刻工具并推向市場，從而實(shí)現(xiàn)集成電路工藝從微米到納米級轉(zhuǎn)變。

Martin van den Brink是ASML在1984年成立后的第一批員工，負(fù)責(zé)ASML的幾乎所有主要技術(shù)決策。在1980年代，他提出了模塊化設(shè)計和開放式創(chuàng)新政策；在1990年代，幫助ASML從步進(jìn)光刻到掃描光刻的轉(zhuǎn)變；在2000年代，TWINSCAN雙工件臺機(jī)型的推出極大地提高了生產(chǎn)率和良率，2004年推出可提供更高分辨率的浸沒式光刻，并提出多重圖案化技術(shù)；并負(fù)責(zé)引入 EUVA光刻技術(shù)，使得摩爾技術(shù)得以延續(xù)。

Martin van den Brink還在2015年獲得IEEE Robert N. Noyce Award，連續(xù)兩年獲得IEEE大獎，實(shí)在不易。

在光刻領(lǐng)域做出突出貢獻(xiàn)的還有兩位華人，相關(guān)內(nèi)容見《華人圈》部分。 

四、存儲器的發(fā)明

1982年、1991年和1996年的三位獲獎人都和DRAM有關(guān)系。

1982年：羅伯特·登納德（IBM）

貢獻(xiàn)：發(fā)明DRAM，提出Dennard Scaling

1966年，羅伯特·登納德（Robert H. Dennard）在深秋的晚止靈光乍現(xiàn)：用一個晶體管存儲一比特數(shù)據(jù)，并基于此發(fā)明了DRAM。在接下來的55年中，DRAM不斷發(fā)展，最終演化為擁有512GB容量的存儲介質(zhì)。

1974年羅伯特登納德在論文“Design of ion-implanted MOSFETS with very small physical dimensions”中表示，晶體管面積的縮小使得其所消耗的電壓以及電流會以差不多相同的比例縮小。這就是著名的登納德縮放比例定律（Dennard Scaling），也就是說，如果晶體管的大小減半，該晶體管的靜態(tài)功耗將會降至四分之一（電壓電流同時減半）。芯片業(yè)的發(fā)展目標(biāo)基本上是在保證功耗不變的情況下盡可能提高性能。那么根據(jù)登納德縮放比例，設(shè)計者可以大大地提高芯片的時鐘頻率，因?yàn)樘岣哳l率所帶來的更多的動態(tài)功耗會和減小的靜態(tài)功耗相抵消。

羅伯特·登納德（Robert H. Dennard）還在2001年和2009年分別獲得IEEE Edison Medal Award和IEEE Medal of Honor Award兩大獎項(xiàng)。

1991年：Sunami Hideo（日立）

貢獻(xiàn)：發(fā)明Trench DRAM

1975年，日立（Hitachi）Sunami Hideo發(fā)明了溝槽式（Trench）DRAM，推動了與高深寬比溝槽相關(guān)的干法蝕刻、缺陷控制和檢查的發(fā)展。

Sunami Hideo還在2006年獲得IEEE Jun-ichi Nishizawa Medal Award（IEEE Jun-ichi Nishizawa Medal Award成立于2002年，主要是表彰在器件和材料領(lǐng)域有突出貢獻(xiàn)的個人）。

1996年：Mitsumasa Koyanagi（東北大學(xué)）

貢獻(xiàn)：發(fā)明Stacked DRAM

Mitsumasa Koyanagi于1974年加入日立公司，從事存儲器的研究和開發(fā)，1980年前后發(fā)明了堆疊式（Stacked）DRAM。目前堆疊式（Stacked）已經(jīng)成為DRAM的主流。

1985年加入了施樂帕洛阿爾托研究中心；1988年加入日本廣島大學(xué)，從事0.1um以下MOS器件、3-D集成和光互連等工作。

Mitsumasa Koyanagi憑借在DRAM領(lǐng)域的成就還于2006年獲得IEEE Jun-ichi Nishizawa Award。

Mitsumasa Koyanagi感興趣的領(lǐng)域還有三維集成和裸片堆疊技術(shù)，并憑此其在2020年獲得IEEE Electronics Packaging Award（電子封裝獎）。 

五、SOI領(lǐng)域

SOI產(chǎn)業(yè)化至今已經(jīng)20年了，但路阻后長。

2008年：Michel Bruel（CEA-LETI）

貢獻(xiàn)：Smart Cut技術(shù)

1992年法國CEA-Leti的Michel Bruel發(fā)明SmartCut技術(shù)是業(yè)界革命性的晶圓鍵合和剝離技術(shù)，用SmartCut技術(shù)可以將納米級厚度的單晶硅薄膜轉(zhuǎn)移到承載基底上，SmartCut成為Silicon-on-Insulator（SOI）的技術(shù)基礎(chǔ)之一使SOI晶圓大規(guī)模量產(chǎn)成為現(xiàn)實(shí)。結(jié)合其他襯底材料，Smart Cut能夠?qū)⑷我獗∧げ牧限D(zhuǎn)移到其他材料之上，同時保證初始晶體特性。

1992年Soitec從CEA-Leti獨(dú)立出來專門研發(fā)SOI和SmartCut技術(shù)并生產(chǎn)設(shè)備。

2010年：Ghavam Shahidi（IBM）

貢獻(xiàn)：SOI-CMOS產(chǎn)業(yè)化

1998年8月，IBM宣布首次利用SOI技術(shù)成功地研制成功高速、低功耗、高可靠的微處理器芯片，此舉標(biāo)志著SOI技術(shù)正從以軍工應(yīng)用為主轉(zhuǎn)向量大面廣的民用電路；并帶動了包括摩托羅拉、德州儀器、AMD、意法半導(dǎo)體等一批公司跟隨。

六、Siegfried Selberherr

貢獻(xiàn)：TCAD創(chuàng)始人之一

Siegfried Selberherr提出的建模和軟件開發(fā)工具，對于半導(dǎo)體器件的持續(xù)小型化具有不可估量的價值。TCAD涉及使用計算機(jī)仿真來開發(fā)和優(yōu)化半導(dǎo)體加工技術(shù)。Selberherr開發(fā)了MINIMOS，用于二維預(yù)測小型器件的電氣特性，以了解和控制隨著器件尺寸的縮小而遇到的短溝道效應(yīng)和摻雜分布。MINIMOS隨后進(jìn)行了增強(qiáng)，以進(jìn)行三維仿真，以解決能量傳輸和界面物理問題。他還創(chuàng)建了ZOMBIE和PROMIS模擬器，結(jié)合了網(wǎng)格生成和編程接口。Selberherr開發(fā)了用于TCAD應(yīng)用程序的Vienna Integrated System（VISTA），以將過程和器件 仿真工具結(jié)合在一個通用框架中。

七、華人圈

華人圈在IEEE Cledo Brunetti Award有四人獲獎，其中有2019年和2020年都是團(tuán)體一起獲獎。

2004年：周郁（Stephen Y. Chou）（普林斯頓大學(xué)）

貢獻(xiàn)：納米壓印光刻技術(shù)（NIL）

2004年，周郁（Stephen Y. Chou）榮獲IEEE Cledo Brunetti Award，這是首位華人科學(xué)家獲此殊榮。周郁教授是光刻自組裝（lithographically induced self-assembly，LISA）和激光直寫 （laser-assisted direct imprint，LADI）、納米壓印光刻（Nano Imprint Lithography，NIL）技術(shù)應(yīng)用研究的重要發(fā)起人之一。

周郁于1978年從中國科技大學(xué)物理系畢業(yè)，1986年獲得麻省理工學(xué)院（MIT）博士學(xué)位；1993年開創(chuàng)了量子磁性存儲盤制作技術(shù)，成為磁介質(zhì)數(shù)據(jù)存儲新的典范；1995年開始納米壓印技術(shù)研究工作，獲得納米圖樣的方法可以在大面積區(qū)域高效低成本地制備小于10nm尺寸的光刻圖樣，該技術(shù)被美國麻省理工科技周刊評為“將改變世界的十大新興技術(shù)之一”；1997年應(yīng)聘至普林斯頓大學(xué)主持納米結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室。

2007年因在納米印刷和發(fā)展電子、光子、磁、生物器材等領(lǐng)域作出杰出貢獻(xiàn)，而當(dāng)選為美國國家工程院院士，是改革開放后中國大陸高校畢業(yè)生獲取美國國家工程院院士的第一人。

2009年：林本堅（Burn Jeng Lin）（臺積電）

貢獻(xiàn)：浸沒式光刻（Immersion Lithography）

2002年，林本堅博士在一次研討會上正式提出了浸沒式方案，在鏡頭和晶圓之間加1mm厚的水，水可以把193nm的光波長折射成134nm。自此，浸入式光刻成功翻越157nm大關(guān)。加上后來不斷改進(jìn)的高NA鏡頭、多重圖案、FinFET、Pitch-split、光刻膠技術(shù)，浸入式光刻機(jī)一直做到如今的5nm。

林本堅于1942年出生在越南，1963年獲得臺灣大學(xué)電機(jī)工程學(xué)系學(xué)士；1970年獲得美國俄亥俄州立大學(xué)電機(jī)工程學(xué)系博士；畢業(yè)后就職于IBM；1992年創(chuàng)辦Linnovation，發(fā)展與光刻相關(guān)的軟件以及其他技術(shù)；2000年至2015年在臺灣積體電路制造股份有限公司任資深處長和副總經(jīng)理；2008年當(dāng)選美國國家工程學(xué)院院士；2015年底從臺積電退休。

林本堅博士還在2013年獲得IEEE Jun-ichi Nishizawa Medal Award（IEEE Jun-ichi Nishizawa Medal Award成立于2002年，主要是表彰在器件和材料領(lǐng)域有突出貢獻(xiàn)的個人）。

2019年：Chao-Kun Hu（IBM）

2019年，Chao-Kun Hu由于在“制造，可靠和可擴(kuò)展的CMOS銅互連和低k介電技術(shù)做出貢獻(xiàn)”而隨同Daniel C. Edelstein、Alfred Grill等一起獲獎。

2020年：Ernest Yue Wu（IBM）

2020年，Ernest Yue Wu由于在“For contributions to the understanding of gate dielectric reliability and its application to transistor scaling.”而隨同James H. Stathis一起獲獎。

附：以下是IEEE Cledo Brunetti Award的歷年獲獎名單