【转】苏联电子信息技术真实水平的探讨

在有关苏联科学技术的成就中,以苏联电子信息科技水平的争论最多,讨论也最广泛,其中不乏认为“苏联衰落的真凶是半导体”、“苏联落后西方XX年”等类的结论。最著名的例子莫过于让人津津乐道的是当年米格-25的电子管设计,以此来说明苏联在电子科技发展上的方向错误
早期米格-25装备的龙卷风-A(Смерч-А)РП-25型雷达,其真空管发射机成了招牌标志 当然从很多资料来看,苏联/俄罗斯电子技术,包括很多军用电子技术展现的确实是一种很粗放的特点,而且大量分立元件的使用至今还在很多装备中看到俄制Kh-31反辐射导弹Л-112Э导引头,采用了俄罗斯此类型制导头特有的螺旋天线,以及俄罗斯电路和分立器件9E420空空导弹雷达制导导引头,仍然是大量分立元件相比之下,美国空空导弹导引头,采用了大量数字集成电路和模块 同样,看看我军引进的俄罗斯道尔-M1防空导弹车内部,以及其俄罗斯新改型道尔-M2内部,就可以看出来其早期人-机系统设计上的繁琐和现在的改进.手工操作为主的早期指挥控制系统新改型的道尔-M2内部
据此很多人就认为苏联的电子技术落后。那么,我们今天就以苏联和俄罗斯的资料为基础,来认识一下苏联电子科技的真实水平。

楼主 苏维埃的美利坚  发布于 2014-02-08 20:58:00 +0800 CST  
现代信息社会的革命都是从半导体晶体管说起,而半导体晶体管当年的出现是为了代替真空管
真空管(英文:Vacuum Tube)是一种电子元件,在电路中控制电子的流动。参与工作的电极被封装在一个真空的容器内(管壁大多为玻璃),因而得名。真空管的历史可溯自灯泡的发明人汤玛斯·爱迪生。1880年某日,他好奇地在灯泡中多放了一个电极,且洒了点箔片,结果发现了奇特的现象:第三极通正电时,箔片毫无反应;但通负电时,箔片随即翻腾漂浮。当时爱迪生不知道此现象的起由,但由于他不经意的发现,这个现象后来被称为爱迪生效应。一直到1901年,欧文·理查森提出定律,说明电子的激发态引起箔片漂浮,后更以此拿到1928年的诺贝尔物理奖。接着约翰·弗莱明在1904年发展出二极管,李·德佛瑞斯特(Lee De Forest)更在1907年作出第一个三极管。在二十世纪中期前,因半导体尚未普及,基本上当时所有的电子器材均使用真空管,形成了当时对真空管的需求。
其实一切的发明都和电子流动有关,在真空管发明之前,半导体就已经被发现了。
半导体的发现实际上可以追溯到很久以前, 1833年,英国巴拉迪最先发现硫化银的电阻随着温度的变化情况不同于一般金属,一般情况下,金属的电阻随温度升高而增加,但巴拉迪发现硫化银材料的电阻是随着温度的上升而降低。这是半导体现象的首次发现。不久,1839年法国的贝克莱尔发现半导体和电解质接触形成的结,在光照下会产生一个电压,这就是后来人们熟知的光生伏特效应,这是被发现的半导体的第二个特征。在1874年,德国的布劳恩观察到某些硫化物的电导与所加电场的方向有关,即它的导电有方向性,在它两端加一个正向电压,它是导通的;如果把电压极性反过来,它就不导电,这就是半导体的整流效应,也是半导体所特有的第三种特性。同年,舒斯特又发现了铜与氧化铜的整流效应。1873年,英国的史密斯发现硒晶体材料在光照下电导增加的光电导效应,这是半导体又一个特有的性质。 半导体的这四个效应,虽在1880年以前就先后被发现了,但半导体这个名词大概到1911年才被考尼白格和维斯首次使用。而众所周知的是1947年,美国贝尔实验室美国人约翰·巴丁,布拉顿.沃尔特和威廉·肖克利发明了世界上第一个晶体管,但,如果你认为苏联人在这一领域无所成就,那就错了。
其实早在1930年代,苏联科学家就已经在半导体物理(固体物理)方面取得了很大成就,最著名的就是约飞А·Ф·Иоффе院士。约飞 (1880~1960)苏联物理学家。1880年10月29日生于俄国波尔塔瓦省,1960年10月14日在列宁格勒逝世约飞在1902年毕业于彼得堡工业大学后,赴德国的慕尼黑大学从物理学家W.K.伦琴学习,他以出色的实验才能为伦琴所赞赏,1905年以优异成绩获得博士学位。随即回俄担任彼得堡工业大学物理实验室的高级实验人员,1914年以对石英的力学性质和电学性质的研究获得博士学位,同年任教授当时他在圣彼得堡组织领导的物理学讨论会是圣彼得堡物理研究的中心。十月革命后,他对苏联物理学的发展功绩卓著。他建议并参与筹建设立在苏联各地的16所物理研究机构,其中有他任所长多年的列宁格勒的苏联科学院物理技术研究所,独具一格的苏联农业物理研究所以及1954年成立的苏联科学院半导体研究所。
约飞毕生致力于固体物理的研究,他在慕尼黑时期除了完成关于研究石英的博士论文外,还作了电解质的导电机制和晶体强度方面的工作,这些都是当时亟待解决的问题。30年代初,他就指出半导体材料是电子技术的新材料,他和夫伦克耳在半导体的导电性的研究中提出阻挡层的概念,他的有关半导体中的两种载流子和它们的迁移率的研究开辟了人们对N型和P型半导体的研究方向。他从开发新能源着眼,研究半导体的光电转换以及半导体致冷,在当时都是开创性的工作。
约飞对苏联物理学发展的贡献,不限于研究机构的组织领导工作和自己的研究工作(他发表过数以百计的论文)这两个方面,他还培养了不少知名的苏联物理学家,像诺贝尔奖获得者..卡皮察和朗这样卓越的物理学家都是他的学生。在国际物理学界,约飞也是很知名,约飞在20年代末期曾应邀去美国讲学,1928年在美国出版了以他在美国讲学的讲义为基础的专著《晶体物理学》。他的其他主要著作有1933年的《电子半导体》、1954年的《近代物理学中的半导体》,后者1955年就有了中文译本,对我国半导体物理的发展曾起了很大作用。
除了约飞院士外
1931年,苏联物理学家Я.Н. 弗伦凯尔Френкель建立了配对半导体的载流子:电子和空穴的激励理论;*
1938年,苏联物理学家Б.达维多夫Давыдов与英国内维尔.莫特,和德国沃尔特.肖特基德国各自对整流做出了定义;
1941年,苏联物理学家В. Е. 拉什卡列夫Лашкарев 发表了观察到关于半导体材料中的“阻挡层”论文,也就是后来的PN结过渡层概念
除了理论研究外,苏联和其他国家的科学家也在工程实践中进行过尝试,20年代后期,高尔基城的苏联科学家О.В.卢瑟夫Лосев 就曾开始尝试在硅材料表面设置4个触点,到1939年他曾写道“......用半导体可建类似三极管的三电极系统”,但是由于战争,他没有最后坚持下去,很多苏联的相关研究也中断了。

楼主 苏维埃的美利坚  发布于 2014-02-08 21:00:00 +0800 CST  
进入20 世纪30 年代后,电话电报系统的控制电路使用的电子管等部件,存在切换速度慢、耗电大、散热难、寿命短等缺点。因此,开发一种新的电子放大器件,便成了贝尔实验室主管人员关注的一项重大课题。二战后期,贝尔实验室迅速恢复固体物理方面的研究。1944 年底,该室超短波无线电通讯专家奥尔首先用硅半导体材料制成了一个粗糙的无线电接收器,这是制作固体放大器件的一次成功尝试。加上在二战中由于对技术的需要,美国军方曾先后组织普度大学、贝尔实验室等机构研制出了多晶硅、硅P - N 结等,更坚定了肖克莱等人利用半导体材料研制电子放大器件的信心。最后,3位美国科学家1947年12月16日完成了人类历史上的伟大发明。3位科学家发明的点接触锗晶体管 但很少有人了解的是,就在同一个时期,苏联科学家也开创了固体物理的这一新领域。苏联科学家亚历山大.克拉斯洛夫Александр Викторович, 毕业于基辅理工学院。于1932年在列宁格勒“斯维特兰娜”电子管厂开始了他的职业生涯。他积极参与真空电子技术的发展,在伟大的卫国战争期间,参与了在新西伯利亚建立新电子厂工作,后来被送到美国订购的真空电子设备,在那里他了解到了“韦斯顿”、“通用电气”、“西屋”、“惠普”等公司的工作。
1947年开始研究固态电子学,在他的领导下,苏联НИИ-160 研究所(也就是今天大名鼎鼎的“伊斯托克”联合体)开发成功并投入生产了几个厘米和毫米波段的系列微波硅-锗探测器,以满足雷达、微波无线电仪器及测量技术的需求。由于这项工作,克拉斯洛夫于1949年被授予斯大林奖。
在这个基础上,克拉斯洛夫观察到了锗的晶体管效应,并在1948年与莫斯科化工学院苏珊娜.马多娅Сусанной Гукасовной Мадоян 合作开始研究并尝试解释这个效应,并在1948年11月15日的“苏联无线电”№21 “信息通报”上发表了关于苏联晶体管的第一篇文章叫做“晶体三极管Кристаллический триод ”,这是苏联第一份关于晶体管发明的文献。1949年2月,他们在实验室完成了苏联第一个点接触型锗晶体管。对比就可以发现,美国人第一篇关于晶体管的论文1948年7月发表在《物理评论》杂志,可以说克拉斯洛夫是差不多时期独立完成了晶体管研制。苏维埃第一个晶体管С1- С4
就在1950年,苏联ЦНИИ-108 研究所、苏联科学院列宁格勒约飞物理技术研究所、乌克兰科学院物理研究所В. Е. 拉什卡列夫Лашкаревым 等,都分别完成了类似的晶体管样品研制,但是很不幸的是,这些工作因为保密和部门分割,都没有互相公开。由于亚历山大.克拉斯洛夫在半导体晶体管研制方面的杰出贡献,后来荣获列宁勋章和其他government奖励。

楼主 苏维埃的美利坚  发布于 2014-02-08 21:05:00 +0800 CST  
半导体晶体管可以实现与真空管相同的整流和放大功能,但为什么它最终能够在诸多场合取代真空管呢?让我们来比较一下。
首先,论“个头”,晶体管更轻巧。普通的真空管大概像灯泡一般大,而普通的晶体管只有一颗黄豆那么大,超小型真空管的体积约为0.02~0.03立方厘米,像一个米粒大小,这已经是真空管制造的极限尺寸了,而体积小于0.01立方厘米的晶体管随处可见,如今的技术甚至可在1立方厘米的元件中集成上亿只晶体管,其体积可以用原子来衡量。
论“体格”,晶体管更皮实。由于晶体管没有灯丝、金属板等零碎的部件,所以结构要比真空管坚固得多,能够经得起剧烈振动和冲击。单个晶体管可以承受20000g的过载,如果换成真空管,100g的加速度就快让这个娇贵的小兄弟吃不消了。
比“寿命”,晶体管也比真空管要长寿得多。一只晶体管的平均寿命可达75000小时,即使每天工作8小时,周末不休息,也可以连续用上25年,而军用设备中的真空管免不了磕磕碰碰,能用上几百个小时不出问题已经是传奇了。
比“能耗”,晶体管更省。同样的放大倍数,晶体管消耗的功率一般只有真空管的四分之一,甚至更少。而且,真空管开机要有一个预热时间,灯丝必须达到一定温度才能“烘烤”出足够的电子实现放大。晶体管则不然,一接通就立即进入工作状态,不仅不会浪费宝贵的功率,更重要的是响应速度大大提高了。



当美国和苏联研制成功晶体管后,苏联科学家也意识到了其巨大的潜在价值。1953年初,时任国防部副部长的苏联科学院院士,苏联海军电子工程专家А.И伯格(Берг)就起草了一封上书苏共中央委员会的信,建议开展对晶体管的开发工作。同年5月,在通信产业部长М. Г. 别尔乌辛Первухин 主持的会议上决定组织一个专门的半导体研究机构,这就是后来的莫斯科半导体电子学研究与发展研究所,当时代号НИИ-35,也就是今天俄罗斯微波固态电路和器件的骨干企业——“脉冲星”科学生产联合体。
前文提到的苏联晶体管发明者克拉斯洛夫和苏珊娜.玛多延(С.Г.Мадоян)来到НИИ-35,开始了苏维埃晶体管产业的起步,可能你想象不到的是,苏联晶体管的发明者苏珊娜.玛多延那时才25岁!


苏珊娜.玛多延,1925年6月24日出生在格鲁吉亚巴统市的一个军人家庭。1944年战争后期,战乱中辗转的她终于获得中学毕业证书,进入莫斯科门捷列夫化工技术学院,在“真空和气体放电器件技术”系学习。1948年,当面临毕业实习的时候,这个漂亮、聪明但很害羞的格鲁吉亚姑娘被排到了最后,她只有红着脸找到系里,要求给她一个实习机会,她的老师告诉她“苏珊娜,你是个勇敢的女孩,你要主动和学会处理问题”,就这样她被派往莫斯科НИИ-160 研究所,研究课题是“晶体三极管的材料研究”,而她的导师就是克拉斯洛夫。


面对晶体管的苏珊娜,除了半导体的一般理论外没有任何特殊的知识,那时她想去探索的是荧光现象,但历史证明,克拉斯洛夫确实是一个杰出的领导者,他成了苏珊娜的伯乐。当时还没有专门为实验制备的材料,只有一些从纳粹德国缴获的西门子传感器用半导体材料样品,但并不是为了做晶体管。而且当时晶体磨损的很厉害,化学出身的苏珊娜就利用她的专业知识,用二氧化锗提炼出了一些锗单晶,并用这个做出了实验用的材料。


随后她自己设计了一个铍青铜立式的两个带接触弹簧的结构,以及两个钢支架。实验中用螺丝刀来调整两个接触面,在两端设置一个微型普通变阻器,用一台类似于示波器的“характерограф”装置来测量微小的电位差,并将其调谐到另一个实验室设备进行放大。 既有理论知识和实践经验的苏珊娜不得不缓慢的微调动触头来寻找提供最佳触点,并定时观察是否通过放大获得最佳结果。但是,显示特征非常不稳定,直到大约一个小时的工作后,终于获得“放大晶体管效应”结果。1949年,第一次记录观察“晶体管效应”,事实上,她的实验创立了第一个苏维埃三极管,尽管只是一个实验室装置,但是那时她还没有意识到。不过她很高兴的是实验设计被发表在了杂志上,她可以顺利毕业获得她的工程师文凭。
当美国公布了其晶体管的发明后,苏珊娜终于明白,她的实验诞生了苏维埃的第一个晶体管!!

楼主 苏维埃的美利坚  发布于 2014-02-08 21:05:00 +0800 CST  


今日脉冲星科学生产联合体大楼
但是就象任何新鲜事物一样一开始并不总是顺利,晶体管在发明后面临着很多问题。所以美国军方在资助了多年后,发现难以继续支持,把这个产业化的任务甩给了私人公司,因为确实有不少问题。首先是材料。尽管半导体材料很多,但晶体管主要的材料是金属锗,还不是后来名满世界的硅, 因为硅当时的提纯工艺还不完善。锗是一种稀有金属,银灰色晶体,熔点937.4℃,沸点2830℃,密度5.35克/立方厘米(20℃),室温下晶态锗性脆,可塑性很小。在地壳中含量:(ppm)1.8 , 主要矿物有硫银锗矿、黑硫银锡矿、锗石、硫锗铁铜矿。但这些独立矿藏量稀少。大量的锗分散在煤及金属硅酸盐和硫化物矿中,锗在各类煤中的含量为0.001%~0.1%,以低灰分的煤中含锗多,所以可由二氧化锗用碳还原制得。也可以从煤气发生炉生产烟道中的灰尘中回收。
锗有着良好的半导体性质,如电子迁移率、空穴迁移率等等。在高纯锗中掺入三价元素(如铟、镓、硼)、得到P型锗半导体;掺入五价元素(如锑、砷、磷),得到N型锗半导体。此外锗材还用于辐射探测器及热电材料。高纯锗单晶具有高的折射系数,对红外线透明,不透过可见光和紫外线,可作专透红外光的锗窗、棱镜或透镜。锗和铌的化合物是超导材料。二氧化锗是聚合反应的催化剂,含二氧化锗的玻璃有较高的折射率和色散性能,可作广角照相机和显微镜镜头,三氯化锗还是新型光纤材料添加剂。而硅虽然遍布地球,也就是一般沙子二氧化硅的主要成分,但高纯硅的工艺还没发明,所以提炼技术在初期和锗一样,而且锗半导体三极管的增益大,频率响应好,尤其适用于低压线路,所以一开始无论美国还是苏联都以锗为第一代晶体管主要材料。


第一批工业化生产的苏联晶体三级管
1953年,在35所的克拉斯洛夫和苏珊娜面临的也是挑战,因为实验室成果要转化为工业化生产必须解决很多问题,他们一开始并没有生产半导体材料的经验,全部工艺设计都是由位于列宁格勒的“斯维特兰娜”电子管厂协助,因为电子管生产中需要高真空设备。但是在生产中他们发现,半导体材料的生产对环境的要求实在太苛刻了,电子管工厂的标准并不适应,所以他们从新设计,从净化车间,到高纯水制备以至到后来,连烧结单晶的马弗炉的类型,晶体管的电极材料,称重手动线,石墨带材、流程控制时间的秒表等等,这些操作所需的准确度,及设备都是要达到实验室级的。这个难坏了那些习惯了真空管的家伙们,以至于他们都想撂挑子不干了。


此外,晶体管材料的掺杂、封装技术也是第一次接触,尽管今天看来那些管腿土的掉渣,但在当时都是革命性的工艺。何谓掺杂?半导体的导电能力取决于他们的纯度,完全纯净或本征半导体的导电能力很低,因为他们只含有很少的热运动产生的载流子。某种杂质的添加能极大的增加载流子的数目。这些掺杂质的半导体能接近金属的导电能力。轻掺杂的半导体可能在每十亿中只有一小部分,但由于半导体对于杂质的极度敏感性,很难制造真正的本征物质,因此实际上半导体器件几乎都是由掺杂物质制造的。
就这样,1953年年在脉冲星诞生了苏联第一批点接触型锗晶体管КС1和КС8,前者工作在5MHz的放大电路中,后者工作在1.5MHz-5MHz的振荡电路中。同期,НИИ-160研究所(伊斯托克)也开始生产С1 - С4二极管,产量为几十块/天。 1955年面接触型锗晶体管КСВ-1 和КСВ-2 问世,而同时列宁格勒的“斯维特兰娜”电子管厂也开始生产晶体管。


С1二极管
到1956年,苏维埃第一个硅晶体管П104诞生,这个比美国晚了6年。但是,这还不是问题,尽管有象伯格院士这样的有识之士支持,但苏联仍有不少人反对晶体管产业化。有些是出于部门利益,有些是出于无知,有些是出于学术分歧,包括苏联半导体权威约飞院士都不支持锗半导体研究,据复旦大学物理系教授王讯回忆1956年他在中国科学院物理研究所进行半导体研究实习的时候说“当时国内的锗、硅半导体材料是根本没有的,在苏联也不重视对锗材料和锗晶体管的研究。苏联当时半导体界受其权威约飞的控制,只相信他们自己的研究方向,做半导体热电效应和温差发电等”,所以他们只能按照苏联专家的建议做一般材料研究。


苏维埃第一个硅晶体管П104
由于苏联国内的影响,以至于在1956年在苏联部长会议一次讨论中,出现了“晶体管永远不会成为一个有用的东西,充其量就是做助听器,让社会保障机构去干吧!”的结论。这很正常,因为就是著名科学家也会出这样的问题,最著名的就是泡利。泡利是著名的奥地利物理学家,因1925年提出“泡利不相容原理”而获得诺贝尔物理学奖。但是就在1931年,半导体正处在实验研究阶段时,人们发现,不同的材料,特性不同,重复性也不同。但泡利因此说:“我劝人们不要搞半导体研究,这是十足的瞎折腾。谁知道半导体是真还是假。”
当时正是苏联紧锣密鼓准备火箭发射和宇航突破的关键时期,由于晶体管技术的不成熟,加上苏联此时又出现了一个电子管技术的突破,因此很多人相信电子管仍然有生命力。

楼主 苏维埃的美利坚  发布于 2014-02-08 21:09:00 +0800 CST  

说到苏联晶体管技术发展的时候,我们又得回过头讲讲电子管。听上去有些滑稽,是不是?但是我们如果不说这个电子管,可能你很难理解苏联为什么一直坚持发展电子管和模拟电子技术,即使是苏联在微电子技术奋起直追的同时也不放弃,并直到今天还在发展。
说起电子管,恐怕今天只有一些音响发烧友和退休的电子科技专家们还了解,可以说,现在除了独联体,没有什么国家在大学还讲电子管。但是,就象晶体管开创了信息时代一样,电子管将人类带入电子时代。
1883年,美国发明家爱迪生发现了热的灯丝发射电荷的现象,并被称之为“爱迪生效应”。1889年,英国著名物理学家汤姆逊解释了这种现象,并把带电的粒子称为“电子”。同年,英国伦敦大学电工学教授弗莱明开始认真研究爱迪生效应,并且于1904年研制出检测电波用的第一只真空二极管,从而宣告人类第一个电子二极管的诞生。由于弗莱明的二极管在实际应用中比法国科学家布兰雷发明的粉末检波器稳定,因而在当年11月就获得了英国专利。不久以后,意大利科学家马可尼就继承了弗莱明的这一专利。
1906年,美国发明家德福雷斯特在对弗莱明的二极管进行实验时发现,若在阳极A和阴极K的中间加上栅状的电极G,在G上加负的偏压就可以使阳极电流为零。如果改变栅极电压,就可以使阳极电流发生相应的变化,这个实验结果使德福雷斯特高兴异常,由于德福雷斯特在二极管的两个电极之间增加了一个形状像栅栏的电极,用来控制电流的大小,从而制造出三极管。因而可以用较小的控制电压获得很大的输出电流或电压,具有放大信号的作用,在当时算是非常优秀的电子器件了,但随着时间的推移,三极管的不足之处渐渐表现出来,首先放大系数只有3—30左右,使用中嫌它不够大;其次,阴极与栅极之间的电容太大,本身容易产主振荡。1913年,美国学者林格慕在三极管里增加第二栅极,从而出现了四极管,其放大倍数可达160—600。1926年荷兰菲利浦公司首次发明了五极管。电子管的出现推动了无线电电子学的蓬勃发展,将人类带进了电子时代。


苏联的电子技术也是从电子管起步,而只要有关苏联电子管的,都和一个非常女性化的名字紧紧相连——斯维特兰娜Светлана。
1913年,沙俄时代的一个俄罗斯烟草机械厂老板,被一个德国发明家忽悠着投资建设了一个生产白炽灯与金属线的工厂,因为当时俄国的碳丝灯泡产量只能满足国内需求的20%,所以这个钨丝灯泡厂一旦建成,钱途远大,而且老板还给工厂还取了一个非常浪漫的名字:斯维特兰娜,因为美丽的光芒总让人想起优雅的女性。


斯维特兰娜的第一个灯泡
但是显然被骗了,因为德国人虽然供应了钨丝工艺,但特殊的玻壳还得进口。所以愤怒的投资者们要找德国佬讨个说法——但是战争爆发,让一切都化为乌有。战争期间,在法国人帮助下,工厂终于生产出了合格灯泡,日产2000只。战争期间,还一度生产军品,其中有一个工人叫米哈伊尔·加里宁。十月革命后,工厂被收归国有,1920年,在伟大列宁发出了苏维埃电气化的口号中,企业全力以赴扩大生产,到1926年年产量扩大到500万只,灯泡寿命从800小时延长到1200小时,为苏联电气化做出了巨大贡献。就在这个时期,企业做出了重大战略决策,为苏联电子技术发展起到了关键作用,1926年,企业决定转产真空电子管,做出这个决定的,就是苏联科学院院士С. А.韦科舍列斯基Векшинский。


С. А.韦科舍列斯基
С. А.韦科舍列斯基当时在斯维特兰娜组建了一个小实验室,进行刚流行的真空电子学研究,在那里他们研制出了苏联第一个真空管。1924年他带领一个小组访问了德国,法国,看到资本主义国家电子管技术的蓬勃兴起,他开始上书中央,要求扩大苏维埃电子技术生产。因为苏联此时大力发展无线电,1922年建成了发射功率20千瓦电台,而苏维埃还发出了要让每个家庭都有1部收音机的宏伟目标,并计划1931年建成覆盖苏联的500千瓦的发射电台网。为此,1928年苏联government将斯维特兰娜工厂与列宁格勒另外一家生产功率电子器件的工厂合并,成为苏联最大的电子管企业,С. А.韦科舍列斯基成为首席专家。
在1929年企业70%依赖进口,主要是它涉及的组件的材料。 因为,西门子正掌握着世界上几乎所有的钽金属生产。而钽是当时生产真空管的关键材料。为此在工厂实验室,攻关任务是减少这种依赖,很快,研究人员开发并推出苏联第一个五极管 - 用于AC/DC换流闸流管。在苏联科学家的努力下,4年后,对进口原料的依赖从70%降低到0.1%!同时,该厂的产品第一次出现在国外市场上。


斯维特兰娜生产的高功率管
1933年工厂实验室扩大,最后决定把它转换成一个电真空技术研究所,在这里工作过的人中就有日后成为科学院院士的苏联无线电技术权威、苏联远程预警雷达的创始人A.明茨Минц;1937年该厂掌握了生产绰号“橡子”的金属真空电子管技术,随后,他们被更先进的“拇指管”和无线电管代替;1938年在莫斯科和列宁格勒的电信中心已经采用了“斯维特兰娜”生产的接收和发射管;1940年,工厂设计并批量生产出第一台苏维埃电视用的自行研制的显像管。在这个时候,国内已经有几百个广播电台,上千广播站,几十万的收音机。伟大卫国战争期间,工厂被部分疏散到西伯利亚,部分到乌法,并生产过弹药。战后,继续发展电子管技术,并在50年以后开始参与苏联晶体管技术,1955年部分生产改为晶体管。不过就在斯维特兰娜内迁西伯利亚的企业中,一个人的成就让苏联电子管技术登上了顶峰,并一直影响到后来....

楼主 苏维埃的美利坚  发布于 2014-02-08 21:10:00 +0800 CST  

在下诺夫哥罗德无线电实验室诞生的苏联第一个电子管
我们再回头来说苏联的真空电子管技术的发展,因为这和苏联后来电子信息技术的发展方向影响很大。真空电子管在西方国家的发展很快,1904年,英国的弗莱明制成了真空二极管,它是实际应用真空自由电子的一种器件,人们用它进行检波和整流。1907年,美国人德福雷斯在二极管中又增加了一个电极,做成真空三极管。德福雷斯的发现,为发展无线电广播事业奠定了坚实的基础。1915年,人们实现了从美国到法国8000公里的远距离广播。1920 年世界上第一座无线电广播电台开始播音,广播事业的大发展从此开始。1909年钨丝的发明更加促进了电子学的发展,白炽灯泡中用钨丝代替碳丝成为现实。真空二极管、三极管的年产量巨增,美国1922年一年就出售了100万只电子管。到1929 年,电子管的年销售量达6900万只。各国相继建起了庞大的电子工业,每年总产值达上千亿美元。波澜壮阔的电子工业的发展为真空技术提供了各种抽气设备和测量仪器,促进了真空技术的飞速发展。1916年冷凝扩散泵出现,热阴极电离真空规也问世。1923年分子泵问世,1936年油扩散泵问世,1937年使用潘宁放电的冷阴极电离规问世。


苏联生产的6Ж1Ж型“榛子”管
尽管俄国科学家波波夫对无线电技术的发展做出了卓越贡献,但总的来说,沙俄在这一领域还是很落后的,直到苏联时期,欧洲最主要的电子管生产巨头都是西方公司如“马可尼”、“德律风根”和“飞利浦”等,美国又以RCA(美国无线电)为主,所以苏联电子管技术的发展基本上处于追赶,随着列宁格勒“斯维特兰娜”工厂的迅速发展和苏联科学家的努力,苏联在电子管技术上逐渐追赶上来。西方经济大萧条时期,苏联抓住机会在30年代后期到战争前夕,从美国和欧洲购买了一批生产设备,包括采用美国标准8脚管的生产线,迅速扩大了生产,并建立了自己的苏联国家标准(ГОСТ),使得苏联在伟大卫国战争时期军用无线电设备的生产得到了保证。


8脚管,左为美国生产,右为苏联生产;
战争爆发后,苏联企业迅速东迁,特别是位于列宁格勒的“斯维特兰娜”,掌握着苏联电子技术的核心,所以万分紧急的情况下,该厂被疏散到新西伯利亚,和工厂一起转移的还有大约500名工人和工程师以及他们的家属,搬迁到新西伯利亚后工厂被安置新西伯利亚农学院以及学生宿舍。最初投产的设施生产前线用弹药,但在1942年初,从列宁格勒生命之路(拉多加湖)外撤的设备开始生产接收放大管。还有另外一部分设备来到了乌法,莫斯科灯具厂,在那里被组织生产军用无线电所需的部分发生器,调节器。
在后撤到西伯利亚的企业后来在那里组建了代号617工厂(НИИ-617),其中有一位名叫瓦伦丁-阿夫迪夫Валентин Николаевич Авдеев的工程师,他在那里做出了杰出贡献,而特别让人没有想到的是,这个日后对苏联电子管小型化技术做出巨大贡献的苏联科学院院士,其实只是一个小学毕业的工人出身,完全是自学成才的典范。


苏联杰出的电子工程专家,科学院院士瓦伦丁-阿夫迪夫,1915年5月6日出生于沙俄特维尔省一个农民家庭。只接受过小学教育的他1930年进入列宁格勒“斯维特兰娜”当了一名工人。尽管文化程度不高,但他聪明好学,很快显示出了他的天赋,后来被推选为工长,并在1934-1938年参加了全苏技术函授学院的教育,他的聪明才智被当时负责工厂技术的总工韦科舍列斯基看中,让他直接进入电真空技术实验室成为他的助手,从此瓦伦丁的潜力被发掘出来。


1935年韦科舍列斯基代表苏联到美国进行引进RCA公司技术谈判,1940年,瓦伦丁作为技术专家派往美国工作,在那里他掌握了电子管技术的技巧,为他日后的发明打下了基础。战争爆发后,瓦伦丁作为后撤专家直接从美国来到西伯利亚,开始着手组建617工厂,并在1942年成为总工,负责军需品生产。1943年成为工厂实验室副主任,1946年成为主任,后来一直在西伯利亚工作直到1961年调动到白俄罗斯科学院,就在这个期间,他的新发明诞生,为苏联和美国航天领域竞赛中取得第一回合的胜利发挥了重要作用,甚至一度影响了苏联电子科技发展方向的选择......

楼主 苏维埃的美利坚  发布于 2014-02-08 21:11:00 +0800 CST  
在理解瓦伦丁的发明前,我们简单了解下真空电子管。


基本电子管一般有三个极,一个阴极 (K) 用来发射电子,一个阳极(A)用来吸收阴极所发射的电子,一个栅极(G)用来控制流到阳极的电子流量。阴极发射电子的基本条件是:阴极本身必须具有相当的热量,阴极又分两种,一种是直热式,它是由电流直接通过阴极使阴极发热而发射电子;另一种称旁热式阴极,其结构一般是一个空心金属管,管内装有绕成螺线形的灯丝,加上灯丝电压使灯丝发热从而使阴极发热而发射电子,现在日常用的多半是这种电子管(如图所示)。由阴极发射出来的电子穿过栅极金属丝间的空隙而达到阳极,由于栅极比阳极离阴极近得多,因而改变栅极电位对阳极电流的影响比改变阳极电压时大得多,这就是三极管的放大作用。换句话说就是栅极电压对阳极电流的控制作用。我们用一个参数称跨导(S)来表示.另外还有一个参数μ来描述电子管的放大系数,它的意义是说明了栅极电压控制阳流的能力比阳极电压对阳流的作用大多少倍。


为了提高电子管的放大系数,在三极管的阳极和控制栅极之间另外加入一个栅极称之为帘栅极,而构成四极管,由于帘栅极具有比阴极高很多的正电压,因此也是一个能力很强的加速电极,它使得电子以更高的速度迅速到达阳极,这样控制栅极的控制作用变得更为显著。因此比三极管具有更大的放大系数。但是由于帘栅极对电子的加速作用,高速运动的电子打到阳极,这些高速电子的动能很大,将从阳极上打出所谓二次电子,这些二次电子有些将被帘栅吸收形成帘栅电流,使帘栅电流上升导致帘栅电压的下降,从而导致阳极电流的下降,为此四极管的放大系数受到一定而限制。


为了解决上述矛盾,在四极管帘栅极外的两侧再加入一对与阴极相连的集射极,由于集射极的电位与阴极相同,所以对电子有排斥作用,使得电子在通过帘栅极之后在集射极的作用下按一定方向前进并形成扁形射束,这扁形电子射束的电杆桩子密度很大,从而形成了一个低压区,从阳极上打出来的二次电子受到这个低压区的排斥作用而被推回到阳极,从而使帘栅电流大大减少,电子管的放大能力得而加强,这种电子管我们称为束射四极管。束射四极管不但放大系数较三极管为高,而且其阳极面积较大,允许通过较大的电流,因此现在的功放机常用到它作为功率放大。
由于电子管的特性,一般体积较大,如何缩小体积就成为一个重大课题。在50年代初,随着晶体管固态器件的革命性突破,美国企业开始转向晶体管,但是瓦伦丁坚信,电子管必定有潜力可挖。1946年,他就开始进行设计,到1953年完成了杆状核心真空管Стержневая радиолампа的设计。




从上面的这2张我们可以看出,瓦伦丁的杆状真空管体积上已经有了明显进步,不再是那种圆圆胖胖的玻璃管形状,而更重要的是,这种真空管的结构也和传统管有明显不同。


这些是杆状真空管与一般真空管的对比,我们可以看出,杆状管的电极类似于我们常用的阻容元件,电极分别在两端接出,其中阳极单独接出。而管子内部,都是平行的杆状电极,这是一种直接加热阴极的电子管。在这样的管内部,其电极排列成网格的控制电子通量的平行杆状。它们的横截面通常是圆形或矩形。杆状电极形成的静电透镜聚焦电子通量和提升管中的电流分布,其结果是杆状电极管可以在相对低的阳极和6-60伏(V)的屏栅电压下操作,而杆状电极在高功率管的电压可达到120 V,同时杆状电极比直接加热电子管灯丝消耗更少。




更为重要的是,这种电子管不仅高频性极好,而且几乎克服了电子管相比当时晶体管的种种缺点:坚固,抗振动;工作温度范围:-60~+150度;寿命大于5000小时,相对于传统的真空管不工作超过500小时,这堪称划时代飞跃!这个“金系列”超小型杆状管系列包括:1Ж17Б, 1Ж18Б, 1Ж24Б, 1Ж26А, 1Ж29Б, 1Ж30Б, 1Ж36Б, 1Ж37Б, 1Ж42А, 1П5Б, 1П22Б-В, 1П24Б-В, 1П32Б, 2П5Б


楼主 苏维埃的美利坚  发布于 2014-02-08 21:12:00 +0800 CST  
50年代的早期,和美国的太空竞赛已经在明争暗斗的进行。当时的美国人已经打算在第一个人造卫星上采用晶体管,而此时的苏联,锗晶体管技术还未过关,因为锗晶体管有着天生的温度工作区狭窄的缺陷,在航天级的设备上应用有很大的不稳定性,所以在当时,科罗廖夫按照取舍原则,果断决定采用这种电子管,于是瓦伦丁的这个系列注定要在冷战时期的“大对抗”中发挥了历史性的作用。


1957年10月4日,莫斯科时间22时28分,苏联第一颗卫星成功发射,并顺利进入太空轨道。这颗人造地球卫星为球形,直径58厘米,重83.6公斤。密封的球体由铝合金制成,里面装满了无线电设备和电池,卫星电源为银锌蓄电池,可供使用2-3个星期。卫星上有两个交替工作的无线电发射器,其功率为1瓦,信号波长分别为15米和7.5米。卫星外表安有四根杆状天线,长度为2.4到2.9米不等。卫星信号的延续时间为0.3秒,全世界的无线电爱好者都能在20MHz和40MHz频段上清晰地收听到太空里哔-哔的声音。其中采用了40个功率1瓦的1П24Б发射管。而后来上天的美国卫星,虽然是晶体管,但发射功率有限,只有60mW,只能用灵敏度高的短波电台收到,瓦伦丁的电子管优势尽显,声耀太空!

楼主 苏维埃的美利坚  发布于 2014-02-08 21:12:00 +0800 CST  

随着瓦伦丁的杆状电子管的成功,苏联在当时情况下具备了电子产品小型化的要素,特别是这些小型管确实具有所需要的稳定可靠的特点,直到世界第一个宇航员加加林上天时的通信、对讲系统都是杆状电子管系统,下面就是加加林飞入太空时“东方”号上的P-855系列甚高频电台,采用了苏联当时最先进的2种电子器件:1Ж29Б杆状超小型管和Р-855УМ晶体管 。


苏联国防工业也大量采用了超小型管,著名的产品还有苏联第一代反坦克导弹的指令制导系统。苏联第一代反坦克导弹9K11,代号“宝贝Малютка”,北约代号AT-3“萨格尔(或耐火箱)”,这是苏联20世纪60年代发展和装备部队的第一代反坦克导弹,采用架式发射,目视瞄准跟踪,手动操纵,有线传输指令。该弹的苏军代号为9M14。


该导弹于60年开始服役、1965年前苏联红场阅兵时展出,同年装备苏军摩托化步兵团反坦克导弹连,其他原华约国家和阿拉伯国家也相继大量装备。1973年10月第四次中东战争中,埃及、叙利亚曾大量使用,并取得了很好的作战效果。其无线电指令接收机就采用了杆状电子管电路设计。




导弹结构和线导组件
相比之下,50年代末苏联当时的晶体管技术还不成熟,到1957年产量只有270万,而美国此时出口就达到了30万,所以为了弥补在产量不足方面的差距,苏联在那一时期大力发展了超小型电子管的生产,除了西伯利亚外,斯维特兰娜也开始生产超小型抗震电子管。


苏联产超小型抗震电子管


60-70年代苏军装备的无线电台基本上都是超小型电子管和晶体管混合,充分发挥各自的优点,这是60年代的标准P-123电台


P-130M-1电台


这是装备苏军伞兵精锐部队和克格勃特种部队的P-353“质子”电台,也采用了超小型电子管


卡卢加电子管厂,就是大名鼎鼎的日出(Калужский радиоламповый завод(КРЛЗ) 始建于1960年,该厂是为生产小型收信电子管而建,所生产的第一只电子管是6Ж1П(也就是中国的6J1)。在苏联时期该厂是一家先进的电子器件生产厂,是苏联国防部指定的特种电子器件生产基地,后来也有微电子器件生产。其电子产品广泛应用于特种装备及其它各行业,如:电视、通讯设备及核能技术等领域。1971年开始生产半导体电子器材,1978年其微电子产品占其总额的51%。1976年该厂获得“红旗劳动勋章”及“苏联五十年荣誉”。1979年,卡卢加电子管厂与其它几家公司合并,组建成立了新的国有企业——“日出ВОСХОД”联合体。日出联合体成立后,继续研发和生产收信电子管,并生产集成电路、热感应器件、半导体激光器以及医疗设备等等。1993年公司由国有公司转制为开放式股份公司。1999年恢复使用“卡卢加电子管厂”的名称。产品获得ISO9001认证。目前其主要产品为激光光电类和微电路器件。
乌里扬诺夫电子管厂隶属于大型国营企业乌里扬诺夫飞行工业局(就是今天俄罗斯Aviastar“航星”飞机制造股份公司的前身), 始建于70年代中期,是专为安-124,图-204等大飞机研制和生产所需电子管而设立(苏联的飞机直到80年代都是采用电子管)。大约在1993年左右停产电子管。该厂是飞机专用电子管(尤其是6С33С超大电流三极管)的专业生产厂。所知的其它型号有:ГУ-50、ГУ-13(=813)、6С19П、6С41П等。该厂的电子管在发烧音响界颇有盛名。
尽管苏联电子管小型化取得了成功,但并非传言的“苏联人搞了10年发现不行才开始发展半导体”,接下来的帖子我们就开始回顾苏联微电子工业的起飞。

楼主 苏维埃的美利坚  发布于 2014-02-08 21:13:00 +0800 CST  
视频来自:优酷

苏联纪录片,《工业控制计算机》,本片介绍了苏联时期以乌克兰自动控制研究所为代表的苏联科学家和工程师们,如何利用自身优势在工业控制计算机领域取得的杰出成就。
从这个记录片,我们将引入一些新发掘的资料,而这些资料将披露很多不为人知的苏联微电子和计算机技术发展秘密。

楼主 苏维埃的美利坚  发布于 2014-02-08 21:14:00 +0800 CST  
继续介绍信息时代的开端。晶体管的发明弥补了电子管的不足,但工程师们很快又遇到了新的麻烦。虽然那个时代的工程师们因为晶体管发明而备受鼓舞,开始尝试设计高速计算机,但是问题还没有完全解决:把晶体组件变成电路,还是太笨重了,设计的电路有几千米长的线路和上百万个焊点,每个焊点必须使用手工锡焊连接,相当费时而且成本高,建造它的难度可想而知。

苏联A导弹防御系统的主控计算机M-40也采用了大量晶体管,是苏联第一次将晶体管应用在计算机领域


美国民兵I导弹上的弹载计算机D-17B重约62磅(28公斤),包含1521个晶体管,6,282个二极管,1116个电容器和504个电阻器。


但是请仔细看D-17B计算机,你就会发现这台计算机是无数块电路板按照扇形排列,当然都是加固安装,以密密麻麻的信号电缆连接起来,这些信号电缆按照航空航天军标要求非常严格。但是当我们抽出其中一块,你就会发现,原来电路板上密密麻麻的都是晶体管和阻容元件焊接其上,其复杂程度叫人头大。所以当时科学家和工程师们仍然希望有更好更先进的技术出现。如果说一个人一生中做出过一项发明,而这一发明不仅革新了我们的工业,而且改变了我们生活的世界,那就非杰克·基尔比和他的集成电路莫属了。


杰克·基尔比1923年出生于美国密苏里州杰斐逊城, 从小就对电子学有着浓厚的兴趣,读书时他立志成为一名电气工程师。 后来基尔比进入伊利诺斯大学学习电子学,1947年取得电子工程学学士学位,1950年在威斯康星大学获得电子工程硕士学位。
1958年,34岁的基尔比来到德州仪器公司,从事电路小型化研制。他刚报到没几天,公司全体员工外出度假。按照德州仪器公司当时的惯例,作为一名新员工,他还没有资格享受长假,所以基尔比就选择独自一人留在实验室工作。他仔细研究了一些电子线路图和设计方案后,突然产生了一个想法:电路中所有的有源器件和无源元件,都可以在同一块基板上用制作晶体管的办法制作出来。当老板度完假回来时,基尔比已经完成了新方案的设计图。 1958年9月12日,基尔比研制成功世界上第一块集成电路。基尔比回忆:“当时大家都毫不怀疑,只是担心怎样提高产量”。基尔比转换了思维角度,提出了一个突破性的想法,便改变了我们这个世界。


几根零乱的电线将五个电子元件连接在一起,就形成了历史上第一个集成电路。虽然它看起来并不美观,但事实证明,其工作效能要比使用离散的部件要高得多。历史上第一个集成电路出自杰克-基尔比之手。集成电路的发明开拓了电子器件微型化的新纪元,开创了人类硅文明时代,引领人们走进信息社会。它的诞生使微处理器的出现成为了可能,也使计算机走进人们生产生活的各个领域。今天,集成电路在各行各业中获得了广泛的应用,人类生活中,芯片无处不在。到2000年,集成电路问世42年以后,基尔比因集成电路的发明被授予了诺贝尔物理学奖。诺贝尔奖评审委员会曾经这样评价基尔比:“为现代信息技术奠定了基础”。这迟来42年的诺贝尔奖对于基尔比来说实属不易,这也许和他只有硕士学位有关,另外就是业界对于集成电路的发明是工业发明还是科学发现一直有争议。不管怎么说,基尔比获此殊荣当之无愧,集成电路的发明给整个社会带来了翻天覆地的变化。

楼主 苏维埃的美利坚  发布于 2014-02-08 21:16:00 +0800 CST  

诺依斯,真正将世界带入硅时代的先锋
今天信息时代,或者说硅时代,其基础就是集成电路。所谓集成电路是一种微型电子器件或部件。采用半导体制作的工艺,把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件,按照多层布线或者隧道布线的方法,全部制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上,然后封装在一个管壳内,成为具有所需电路功能的微型结构;其中所有元件在结构上已组成一个整体。这样,整个电路的体积大大缩小,且引出线和焊接点的数目也大为减少,从而使电子元件向着微小型化、低功耗和高可靠性方面迈进了一大步。
在集成电路发展历史上,公认最有成就的除了基尔比外,就是著名的仙童公司了,因为仙童的历史,就折射了世界集成电路发展的缩影,仙童的影响远远超过了德州仪器。所以我们先来简单回顾仙童的发展,为集成电路的定义和发展做一些科普。
许多电脑史学家都认为,要想了解美国硅谷的发展史,就必须了解早期的仙童半导体公司(Fairchild Semiconductor)。这家公司,曾经是世界上最大、最富创新精神和最令人振奋的半导体生产企业,为硅谷的成长奠定了坚实的基础。更重要的是,这家公司还为硅谷孕育了成千上万的技术人才和管理人才,它不愧是电子、电脑业界的“西点军校”,是名符其实的“人才摇篮”。一批又一批精英人才从这里出走和创业,书写了硅谷一段辉煌的历史;然而,正因为人才的大量流失,也造成了这家公司历经坎坷的商海沉浮。
仙童半导体创立于1957年,这段史实必须从两条线索讲起。
1955年,成就了“本世纪最伟大发明”的“晶体管之父”的肖克利(W.Shockley)博士,离开贝尔实验室返回故乡圣克拉拉,创建“肖克利半导体实验室”。这一喜讯,正中特曼教授为硅谷网罗天下英才之下怀: 有了肖克利这棵“梧桐树” ,何愁引不到成群的“凤凰”来?
电子电脑界焦急地关注着肖克利的行踪。 不久,因仰慕“晶体管之父”的大名,求职信像雪片般飞到肖克利办公桌上。第二年,八位年轻的科学家从美国东部陆续到达硅谷,加盟肖克利实验室。他们是:诺依斯(N. Noyce)、摩尔(R.Moore)、布兰克(J.Blank)、克莱尔(E.Kliner)、赫尔尼(J.Hoerni)、拉斯特(J.Last)、罗伯茨(S.Boberts)和格里尼克(V.Grinich)。他们的年龄都在30岁以下,风华正茂,学有所成,处在创造能力的巅峰。他们之中,有获得过双博士学位者,有来自大公司的工程师,有著名大学的研究员和教授,这是当年美国西部从未有过的英才大集合。
29岁的诺依斯是八人之中的长者,是“投奔”肖克利最坚定的一位。当他飞抵旧金山后所做的第一件事,就是倾囊为自己购下一所住所,决定永久性定居,根本就没有考虑到工作环境、条件和待遇。其他七位青年,来硅谷的经历与诺依斯大抵相似。可惜,肖克利是天才的科学家,却缺乏经营能力;他雄心勃勃,但对管理一窍不通。特曼曾评论说:“肖克利在才华横溢的年轻人眼里是非常有吸引力的人物,但他们又很难跟他共事。”一年之中,实验室没有研制出任何象样的产品。


著名的八叛逆组合,他们的叛逆开创了新时代
八位青年瞒着肖克利开始计划出走。在诺依斯带领下,他们向肖克利递交了辞职书。肖克利怒不可遏地骂他们是“八叛逆”(The Traitorous Eight)。青年人面面相觑,但还是义无反顾离开了他们的“伯乐”。不过,后来就连肖克利本人也改口把他们称为“八个天才的叛逆”。在硅谷许多著作中,“八叛逆”的照片与惠普的车库照片,具有同样的历史价值。
“八叛逆”找到了一家地处美国纽约的摄影器材公司来支持他们创业,这家公司名称为Fairchild,音译“费尔柴尔德”,但通常意译为“仙童”。仙童摄影器材公司的前身是谢尔曼·费尔柴尔德(S. Fairchild)1920年创办的航空摄影公司。费尔柴尔德不仅是企业家,也是发明家。他的发明主要在航空领域,包括密封舱飞机、折叠机翼等等。由于产品非常畅销,他在1936年将公司一分为二,其中,生产照相机和电子设备的就是仙童摄影器材公司。
当“八叛逆”向他寻求合作的时候,已经60多岁的费尔柴尔德先生仅仅提供了3600美元的种子基金, 要求他们开发和生产商业半导体器件, 并享有两年的购买特权。于是,“八叛逆”创办的企业被正式命名为仙童半导体公司,“仙童”之首自然是诺依斯。
1957年10月,仙童半导体公司仍然在硅谷嘹望山查尔斯顿路租下一间小屋,距离肖克利实验室和距离当初惠普公司的汽车库差不多远。“仙童”们商议要制造一种双扩散基型晶体管,以便用硅来取代传统的锗材料,这是他们在肖克利实验室尚未完成却又不受肖克利重视的项目。 费尔柴尔德摄影器材公司答应提供财力,总额为150万美元。诺依斯给伙伴们分了工,由赫尔尼和摩尔负责研究新的扩散工艺,而他自己则与拉斯特一起专攻平面照相技术。
1958年1月, IBM公司给了他们第一张订单,订购100个硅晶体管,用于该公司电脑的存储器。 到1958年底,“八叛逆”的小小公司已经拥有50万销售额和100名员工,依靠技术创新优势,一举成为硅谷成长最快的公司。
仙童半导体公司在诺依斯精心运筹下,业务迅速地发展,同时,一整套制造晶体管的平面处理技术也日趋成熟。天才科学家赫尔尼是众“仙童”中的佼佼者,他像变魔术一般把硅表面的氧化层挤压到最大限度。仙童公司制造晶体管的方法也与众不同,他们首先把具有半导体性质的杂质扩散到高纯度硅片上,然而在掩模上绘好晶体管结构,用照相制版
的方法缩小,将结构显影在硅片表面氧化层,再用光刻法去掉不需要的部分。
扩散、掩模、照相、光刻……,整个过程叫做平面处理技术,它标志着硅晶体管批量生产的一大飞跃,也仿佛为“仙童”们打开了一扇奇妙的大门,使他们看到了一个无底的深渊:用这种方法既然能做一个晶体管,为什么不能做它几十个、几百个,乃至成千上万呢?1959年1月23日,诺依斯在日记里详细地记录了这一闪光的设想。


诺依斯的构想后来申请了专利,但他的运气却差了一点点......

楼主 苏维埃的美利坚  发布于 2014-02-08 21:16:00 +0800 CST  

诺依斯他们的设计
1959年2月,德克萨斯仪器公司(TI)工程师基尔比(J.kilby)申请第一个集成电路发明专利的消息传来,诺依斯十分震惊。他当即召集“八叛逆”商议对策。基尔比在TI公司面临的难题,比如在硅片上进行两次扩散和导线互相连接等等,正是仙童半导体公司的拿手好戏。诺依斯提出:可以用蒸发沉积金属的方法代替热焊接导线,这是解决元件相互连接的最好途径。仙童半导体公司开始奋起疾追。 1959年7月30日,他们也向美国专利局申请了专利。为争夺集成电路的发明权,两家公司开始旷日持久的争执。1966年,基尔比和诺依斯同时被富兰克林学会授予巴兰丁奖章,基尔比被誉为“第一块集成电路的发明家”而诺依斯被誉为“提出了适合于工业生产的集成电路理论”的人。1969年,法院最后的判决下达,也从法律上实际承认了集成电路是一项同时的发明。
1960年,仙童半导体公司取得进一步的发展和成功。由于发明集成电路使它的名声大振, 母公司费尔柴尔德摄影器材公司决定以300万美元购买其股权,“八叛逆”每人拥有了价值25万美元的股票。1964年,仙童半导体公司创始人之一摩尔博士,以三页纸的短小篇幅,发表了一个奇特的定律。摩尔天才地预言说道,集成电路上能被集成的晶体管数目,将会以每18个月翻一番的速度稳定增长,并在今后数十年内保持着这种势头。摩尔所作的这个预言,因后来集成电路的发展而得以证明,并在较长时期保持了它的有效性,被人誉为“摩尔定律”,成为新兴电子电脑产业的“第一定律”。
60年代的仙童半导体公司进入了它的黄金时期。 到1967年,公司营业额已接近2亿美元,在当时可以说是天文数字。据那一年进入该公司的虞有澄博士(现英特尔公司华裔副总裁)回忆说:“进入仙童公司,就等于跨进了硅谷半导体工业的大门。”然而,也就是在这一时期,仙童公司也开始孕育着危机。母公司总经理不断把利润转移到东海岸,去支持费尔柴尔德摄影器材公司的盈利水平。目睹母公司的不公平,“八叛逆”中的赫尔尼、罗伯茨和克莱尔首先负气出走,成立了阿内尔科公司。据说,赫尔尼后来创办的新公司达12家之多。随后,“八叛逆”另一成员格拉斯也带着几个人脱离仙童创办西格奈蒂克斯半导体公司。从此,纷纷涌进仙童的大批人才精英,又纷纷出走自行创业。
正如苹果公司乔布斯形象比喻的那样:“仙童半导体公司就象个成熟了的蒲公英,你一吹它,这种创业精神的种子就随风四处飘扬了。”脱离仙童半导体创办公司者之中,较有名气的是查尔斯·斯波克(C.Sporck)和杰里·桑德斯(J. Sanders)。斯波克曾一度担任过仙童半导体公司总经理,1967年出走后,来到国民半导体公司(NSC) 担任CEO。他大刀阔斧地推行改革,把NSC从康涅狄格州迁到了硅谷, 使它从一家亏损企业快速成长为全球第6大半导体厂商。桑德斯则是仙童半导体公司销售部主任,1969年,他带着7位仙童员工创办高级微型仪器公司(AMD),这家公司目前已经是仅次于英特尔公司的微处理器生产厂商,K6、K6-2等微处理器产品畅销全世界。
1968年,“八叛逆”中的最后两位诺依斯和摩尔,也带着葛罗夫(A. Grove)脱离仙童公司自立门户, 他们创办的公司就是大名鼎鼎的英特尔(Intel)。虽然告别了仙童,“八叛逆”仍然约定时间在一起聚会,最近的一次是1997年,8人之中只有6人还健在。似乎要高扬“八叛逆”的“叛逃”精神,一批又一批“仙童”夺路而出,掀起了巨大的创业热潮。对此,80年代初出版的著名畅销书《硅谷热》(Silicon Valley Fever)写到:“硅谷大约70家半导体公司的半数,是仙童公司的直接或间接后裔。在仙童公司供职是进入遍布于硅谷各地的半导体业的途径。1969年在森尼维尔举行的一次半导体工程师大会上, 400位与会者中,未曾在仙童公司工作过的还不到24人。”从这个意义上讲,说仙童半导体公司是“硅谷人才摇篮”毫不为过。
人才大量流失是硅谷发展的“福音”,给仙童半导体带来的却是一场灾难。从1965年到1968年, 公司销售额不断滑坡,还不足1.2亿美元,连续两年没有赢利。人们都清楚地意识到,它再也不是“淘气孩子们创造的奇迹”了。以后的仙童半导体逐渐地淡出了人们视线,但是请大家不要忘记,当我们在使用着INTEL,或者AMD的时候,他们都和仙童紧紧相连。

楼主 苏维埃的美利坚  发布于 2014-02-08 21:17:00 +0800 CST  
了解完了硅时代的发端,就该回归苏维埃了。1953年5月苏联建立了专门的半导体工厂НИИ-35也就是现在的“脉冲星”联合体(НИИ “Пульсар”)批量生产半导体器件;1955年,在列宁格勒“斯维特兰娜”工厂也建立了生产晶体管生产线,并在工厂下属设计局研制开发半导体器件;1956年,莫斯科NII-311试验厂改名为“蓝宝石”研究所,并重新专注于半导体二极管和晶闸管的研发。 1957年以后,苏联无论科学界还是领导人都意识到了在半导体产量上的落后,此时的晶体管收音机已经进入苏联家庭,其小巧方便给大家带来了全新的感觉,因此1957年以后,苏联government决定加快半导体工业的发展。但是苏联当时仍然有不少的人莫名其妙的反对发展半导体,认为它不可靠???不过反对意见不是来自赫鲁晓夫,而是负责电子工业真空电子技术领域的领导和专家。今天看来他们的目的不是出于推动技术发展,而是为了自己部门利益。


但是,在一个钳工出身,机械专业函授生毕业的专家坚持和领导下,苏联电子工业终于及时调整方向,开始在50年代末大力发展半导体产业,并在与美国集成电路发展差不多的时期也有了苏维埃芯片诞生,为苏联硅谷——泽廖诺格勒的建立奠定了坚实基础,这个人就是苏联电子工业领导人亚历山大.·伊万诺维奇·绍金(Александром Ивановичем Шокиным)


战争时期的亚历山大.绍金,负责苏联国防工业
其实,在苏联,要想推动某一技术的发展,有一个非常简单的办法:那就是显示其在推动国防军事领域技术进步、为战胜美帝国主义势力提供技术上优势的潜力。瓦伦丁的超小型电子管就是因为在航天竞赛中出色地达到了器件超小型化的要求,并在太空中稳定可靠地工作而获得国家大力支持,延续了将近20年的电子管神话。对于半导体技术来说也一样,只要能够让苏联领导人和军方看见起潜在的优势,就有大力发展的希望(半导体技术本来就更先进)。但是在苏联体制下,要想通过这一途径实现,那就必须有一个头脑清晰、目光敏锐的人,他既了解技术的潜在价值,又有机会让高层能亲身感受。对于苏联半导体产业来说,这个伯乐式的人物就是亚历山大.绍金。
亚历山大.绍金,1909年出生于一个沙俄军官家庭,父亲1920年内战中参加了红色队伍。他1923年加入共青团,1927年已经考入捷尔任斯基高等海军工程学院,但因健康原因辍学来到莫斯科,在一家工厂里当了学徒工。1930年他考入今天的鲍曼科技大学函授学校,1934年毕业后又上了2年大学夜校“金属切削”,1932年他在奔萨205工厂工作,这家工厂就是今天的“Корпус”科学生产联合体,是苏联和俄罗斯机车/列车自动控制设备的主要生产企业,绍金这段时间的精密机电设备制造工作使得他对任何电子技术的进步都有切身体会。而1934-1935年末,他作为专职高级技师出差到美国,当时是资本主义大萧条时期,苏联抓住机会从美国引进了一批先进技术,包括铁路机车(有关资料可以看我们论坛这个版块里的有关苏联机车帖子),他在美国的经历开阔了他的眼界。
综观苏联电子工业发展的历程,我们就会发现很多时候都是这种具有广阔见识和博大胸怀的人在关键时期起到了重要作用,他们对西方资本主义国家的了解使得他们能够更好地吸收其经验为苏联技术发展出力。事实上,列宁就是这么希望的。


60年代绍金视察苏联微电子生产线
随后作为技术工人出身的他平步青云,1934-1938年从工人提升为总工程师,1938年成为国防工业人民委员的助手,1939-1943成为船舶工业人民委员副手,1943-1946成为国家国防委员会负责雷达技术部门的领导。二战后当过通信工业副部长,电力工业副部长等,直到1955年成为苏联电子工业第一副部长,开始了将近30年的电子工业领导生涯,在他的带领下,苏联微电子技术迅速发展,与美国的差距不断缩小,到1985年苏联微电子技术已经具备了强大实力。为此他两次获得苏联社会主义劳动英雄称号 (1975 ,1979)。
接下来的篇章我们就要讲述苏联微电子技术的起步。
这是俄罗斯电视台的一个纪录片,介绍了亚历山大.绍金生平,以及他对苏联微电子产业做出的贡献。
视频来自:优酷

楼主 苏维埃的美利坚  发布于 2014-02-08 21:18:00 +0800 CST  
今天就先搬运到这里了。

楼主 苏维埃的美利坚  发布于 2014-02-08 21:19:00 +0800 CST  
就没人关注了吗?

楼主 苏维埃的美利坚  发布于 2014-02-11 00:50:00 +0800 CST  
@布拉瓦莫丝

楼主 苏维埃的美利坚  发布于 2014-03-09 16:37:00 +0800 CST  
50年代后期,一批苏联科学家已经意识到了苏联在半导体技术上的落后,而这种差距如果进一步扩大,将导致苏联在新兴的计算机和信息技术领域处于不利局面。因此,他们积极呼吁government大力扶持新兴半导体技术的发展,最后1956年苏共中央和苏联部长会议也意识到了重要性,于是在电子工业部门成立了一个独立分支——苏联国家电子工程委员会(Госкомитет по электронной технике — ГКЭТ),专项主管新兴的半导体电子技术,负责人就是亚历山大.绍金。促成这一决定的,除了一直从事半导体技术研究的35研究所НИИ-35 (“脉冲星”)外,还有苏联第1设计局КБ-1,也就是今天俄罗斯军工巨无霸“金刚石-安泰”联合体的前身,而在其中起关键作用的是当时的第1设计局КБ-1总工程师费奥多尔·维克托罗维奇.卢金Федора Викторовича Лукина。


苏联第1设计局总工程师费奥多尔·维克托罗维奇.卢金。1908年出生于白俄罗斯一个贵族家庭。童年的卢金由于内战,特别是波兰的侵略而颠沛流离,他只上到小学4年级就辍学,当过牧羊人,港口搬运工等,从1925年到1927年,在博布鲁伊斯克工厂当司炉。和绍金一样,他也是从工人成长为科学家。1929年考入今天的鲍曼科技大学,1934年毕业获得无线电电子工程学位。毕业后在莫斯科通信学院当老师,伟大卫国战争前夕他进入位于列宁格勒的苏联海军第10研究所НИИ-10,也就是后来的“牵牛星”设计局,从组长一直干到总工。期间他因为研制出用于控制巡洋舰和驱逐舰主炮和小口径速射炮的“Редан-1”和“Редан-2”火控雷达系统,而第一次荣获斯大林奖。


卢金主持研制的“Редан-1”火控雷达系统的电动转台
战后卢金从海军第10研究所来到第1设计局担任总工,一直致力于研制新型舰用雷达和计算设备,他特别注重新兴电子技术的应用。尤其是战后随着导弹和火箭技术的发展,他敏锐地观察到小型化器件对提高导弹制导-控制精度和可靠性起着相当大的作用。1953年他主持完成了苏联第一代机载空-海巡航导弹“彗星”K-2半主动寻的导引头,为此第二次获得斯大林奖。
战后卢金从海军第10研究所来到第1设计局担任总工,一直致力于研制新型舰用雷达和计算设备,他特别注重新兴电子技术的应用。尤其是战后随着导弹和火箭技术的发展,他敏锐地观察到小型化器件对提高导弹制导-控制精度和可靠性起着相当大的作用。1953年他主持完成了苏联第一代机载空-海巡航导弹“彗星”K-2半主动寻的导引头,为此第二次获得斯大林奖。

楼主 苏维埃的美利坚  发布于 2015-02-19 00:02:00 +0800 CST  


这是苏联第一种小规模生产的巡航导弹KS-1“彗星”/AS-1“狗窝”导弹。该型导弹研究始于1947年,在朝鲜战争期间配备部队。该型导弹由图-4“公牛”轰炸机搭载。图-4轰炸机安装了K-1M X波段雷达,为“彗星”反舰巡航导弹提供驾束中段制导。一旦导弹接近目标,在K-1M雷达的照射下,制导改由位于导弹前部的K-2半主动寻的导引头担负。


这是导弹的半主动寻的导引头天线


但是由于采用了电子管技术,仪器部分体积大而异常笨重,因此采用先进的固态电子技术对导弹技术发展至关重要
美国当时已经将晶体管应用于导弹计算机控制系统中,体积、重量大为减轻,而可靠性和性能显著提高,因此卢金在这一时期积极开展应用半导体器件进行导弹电子系统小型化的努力。在1953年斯大林去世后,赫鲁晓夫上台开始清算贝利亚的势力,而小贝利亚曾担任第1设计局的总设计师,因此第1设计局一度面临被关闭的命运,但是由于赫鲁晓夫对导弹火箭技术的偏爱而重新获得青睐,卢金也临危授命地担任了副总,成功地保住了设计局。


苏联第一代商用计算机“箭-1”型的首台样机就安装在第1设计局,正是由于卢金的这种创新精神,对苏联微电子技术发展产生了推动作用
卢金作为主管技术的副总设计师,力促其助手А.А.科洛索夫Колосову进行有关新型器件的研制,研制出了独特的小型无线电单元,解决了高效计算设备的设计和技术问题,成功地将标准化印刷电路板技术应用在导弹、雷达电子系统中,使得电路焊接大大简化,可靠性提高,为此他1956年获得列宁勋章。不仅如此,他敢于应用新技术,勇于做吃螃蟹的第一人,1953年首次将苏联第一代商用计算机“箭-1”型的首台样机应用在第1设计局的企业管理和科研中,成为苏联企业计算机化第一人。该计算机采用了6200个电子管和60,000个半导体二极管,是苏联最早的实用计算机。正是由于卢金的创新精神,第1设计局能够一直保持苏联武器装备研制的先锋角色。而他对新兴电子技术的专注,也使得第1设计局建立了自己的电子实验室,并为世界上第一种实用防空导弹系统——C-75研制了雷达电子系统的部分元器件。

楼主 苏维埃的美利坚  发布于 2015-02-19 00:04:00 +0800 CST  

楼主:苏维埃的美利坚

字数:33887

发表时间:2014-02-09 04:58:00 +0800 CST

更新时间:2016-07-17 00:10:17 +0800 CST

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