從IEEE Cledo Brunetti Award獲獎情況看半導體發展

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一個多世紀以來，IEEE及其前身AIEE協會長期以來一直頒發各種獎勵，以表彰其會員在關注領域中的各種傑出貢獻。IEEE獎勵計劃分為三種類型：IEEE Medals（獎章）、 Technical Field Awards（技術領域獎）、Recognitions （認可）。

IEEE Technical Field Awards（技術領域獎）是授予在IEEE特定領域做出貢獻的技術領導者。

IEEE Cledo Brunetti Award是1975年由已故的FMC公司高管Cledo Brunetti提出的遺贈而設立的一個技術領域獎，也是IEEE頒發的第三個技術獎，也是第一個針對積體電路的技術獎項。

IEEE Cledo BrunettiAward的授予物件是個人或人數不超過三人的團體。

從1978年開始頒發以來，43次頒獎共計有60人獲獎，其中來自產業界有38人，來自高校有18人，來自研究機構的有4人。

從地區來看，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）；加州大學有5 人獲獎，英特爾有4人獲獎。

在60位獲獎者中，有4人是華人。

眾多的獲獎者為了積體電路的小型化做出了巨大貢獻。全部獲獎名單見文末。

一、積體電路的發明，改變的世界的程序

1978年：羅伯特·諾伊斯（英特爾）和傑克·基爾比（德州儀器）

IEEE Cledo Brunetti於1978年首發，獲獎者是英特爾的羅伯特·諾伊斯（Robert N. Noyce）和德州儀器的傑克·基爾比（Jack S. Kilby），由於積體電路的發明為電子小型化做出了貢獻。

1958年9月2日，Jack S. Kilby把電晶體、電阻和電容等整合在不超過4平方毫米麵積的電路板上，用熱焊方式把元件以極細的導線互連，大約集成了20餘個元件。1959年7月30日，Robert N. Noyce研究出一種二氧化矽的擴散技術和PN接面的隔離技術，並創造性地在氧化膜上製作出鋁條連線，使元件和導線合成一體，從而為半導體積體電路的平面製作工藝、為工業大批量生產奠定了堅實的基礎。

Jack S. Kilby被譽為「第一塊積體電路的發明家」，Robert N. Noyce被譽為「提出了適合於工業生產的積體電路理論」的人。1969年，美國聯邦法院最後從法律上承認了積體電路是一項「同時的發明」。

羅伯特·諾伊斯（Robert N. Noyce）和傑克·基爾比（Jack S. Kilby）還分別在1978年、1986年獲得了IEEE榮譽勳章（Medal of Honor），這是IEEE最高的獎章。

IEEE獎項還有以兩人名字命名的獎項，在1995年設立了IEEE Jack S. Kilby Signal Processing Medal Award，獲得者是在訊號處理技術領域取得重大貢獻的個人（華人圈有2人獲得）；1999年設立了IEEE Robert N. Noyce Award，獲得者是在微電子領域取得重大貢獻的個人（華人圈有1人獲得,就是AMD現任CEO蘇姿豐）。

二、微處理器的發明，助力計算機騰飛

1980年：霍夫（英特爾）

貢獻：發明微處理器

霍夫（Marcian E. Hoff），微處理器之父。

1971年1月，霍夫研製成功英特爾的第一顆4位處理器晶片4004，採用矽柵PMOS 10μm工藝生產，Die Size芯片面積只有13.5mm2，集成了2300個電晶體，採用CDIP16封裝時鐘頻率僅為108KHz，每秒執行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，霍夫等人研製出八位微處理器英特爾8080，以NMOS 6μm工藝生產，新一代微處理器就此誕生，共有6000個電晶體，主頻2MHz的8080處理器運算速度比8008快10倍，可存取64KB儲存器，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，該獎項授予在電子電氣工程領域有突破性貢獻的人物。

三、創新助力光刻技術前行

1981年：Donald R. Herriott（Bell Labs.）

貢獻：凹面光學裝置

1964年Bell Labs.的Donald R. Herriott提出了用2個凹面反射鏡組成結構簡單、多次反射的光學裝置的初步設想。

1983年：Abe Offner（Perkin-Elmer）

貢獻：凸面光學裝置

Abe Offner於1947年加盟Perkin-Elmer，後來擔任首席光科學家。

1973年，Perkin-Elmer基於Abe Offner提出的凸面光學裝置發明了掃描投影光刻裝置（Scanning Projection Aligners），相較之前的接觸式和接近式光刻機裝置，Micralign系列使IC製造突破了量產瓶頸。

凸面光學裝置含兩個凹面反射鏡和一個凸面光柵，光學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：光刻技術創新

來自英特爾的Yan Borodovsky和Sam Sivakumar憑藉「開發和實施創新的光刻和圖案化裝置與工藝做出貢獻，以實現經濟高效的邏輯技術擴展」而獲獎。

Yan Borodovsky（1987年加入英特爾）和Sam Sivakumar（1990年加入英特爾）都工作於英特爾的光刻部門，致力推動光刻技術的發展，使得英特爾在45納米（幹法）、32納米（浸沒）、22納米等技術節點保持領先。

Yan Borodovsky和Sam Sivakumar還為開發畫素化相位掩模、無鉻相移掩模和反光刻等新的解析度增強技術技術做出了創新性貢獻。

2014年：Martin van den Brink（阿斯麥）

貢獻：新型光刻裝置產業化

2014年的獲獎者是來自ASML的副總裁Martin van den Brink，正如頒獎詞所說：ASML在其帶領下，不斷推出新的光刻工具並推向市場，從而實現積體電路工藝從微米到納米級轉變。

Martin van den Brink是ASML在1984年成立後的第一批員工，負責ASML的幾乎所有主要技術決策。在1980年代，他提出了模組化設計和開放式創新政策；在1990年代，幫助ASML從步進光刻到掃描光刻的轉變；在2000年代，TWINSCAN雙工件臺機型的推出極大地提高了生產率和良率，2004年推出可提供更高解析度的浸沒式光刻，並提出多重圖案化技術；並負責引入EUVA光刻技術，使得摩爾技術得以延續。

Martin van den Brink還在2015年獲得IEEE Robert N. Noyce Award，連續兩年獲得IEEE大獎，實在不易。

在光刻領域做出突出貢獻的還有兩位華人，相關內容見《華人圈》部分。

四、儲存器的發明

1982年、1991年和1996年的三位獲獎人都和DRAM有關係。

1982年：羅伯特·登納德（IBM）

貢獻：發明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：用一個電晶體儲存一位元資料，並基於此發明了DRAM。在接下來的55年中，DRAM不斷髮展，最終演化為擁有512GB容量的儲存介質。

1974年羅伯特登納德在論文「Design of ion-implanted MOSFETS with very small physical dimensions」中表示，電晶體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，如果電晶體的大小減半，該電晶體的靜態功耗將會降至四分之一（電壓電流同時減半）。晶片業的發展目標基本上是在保證功耗不變的情況下儘可能提高效能。那麼根據登納德縮放比例，設計者可以大大地提高晶片的時鐘頻率，因為提高頻率所帶來的更多的動態功耗會和減小的靜態功耗相抵消。

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。

1991年：Sunami Hideo（日立）

貢獻：發明Trench DRAM

1975年，日立（Hitachi）Sunami Hideo發明了溝槽式（Trench）DRAM，推動了與高深寬比溝槽相關的幹法蝕刻、缺陷控制和檢查的發展。

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

1996年：Mitsumasa Koyanagi（東北大學）

貢獻：發明Stacked DRAM

Mitsumasa Koyanagi於1974年加入日立公司，從事儲存器的研究和開發，1980年前後發明了堆疊式（Stacked）DRAM。目前堆疊式（Stacked）已經成為DRAM的主流。

1985年加入了施樂帕洛阿爾託研究中心；1988年加入日本廣島大學，從事0.1um以下MOS器件、3-D整合和光互連等工作。

Mitsumasa Koyanagi憑藉在DRAM領域的成就還於2006年獲得IEEE Jun-ichi Nishizawa Award。

Mitsumasa Koyanagi感興趣的領域還有三維整合和裸片堆疊技術，並憑此其在2020年獲得IEEE Electronics Packaging Award（電子封裝獎）。

五、SOI領域

SOI產業化至今已經20年了，但路阻後長。

2008年：Michel Bruel（CEA-LETI）

貢獻：Smart Cut技術

1992年法國CEA-Leti的Michel Bruel發明SmartCut技術是業界革命性的晶圓鍵合和剝離技術，用SmartCut技術可以將納米級厚度的單晶矽薄膜轉移到承載基底上，SmartCut成為Silicon-on-Insulator（SOI）的技術基礎之一使SOI晶圓大規模量產成為現實。結合其他襯底材料，Smart Cut能夠將任意薄膜材料轉移到其他材料之上，同時保證初始晶體特性。

1992年Soitec從CEA-Leti獨立出來專門研發SOI和SmartCut技術並生產裝置。

2010年：Ghavam Shahidi（IBM）

貢獻：SOI-CMOS產業化

1998年8月，IBM宣佈首次利用SOI技術成功地研製成功高速、低功耗、高可靠的微處理器晶片，此舉標誌著SOI技術正從以軍工應用為主轉向量大面廣的民用電路；並帶動了包括摩托羅拉、德州儀器、AMD、意法半導體等一批公司跟隨。

六、Siegfried Selberherr

貢獻：TCAD創始人之一

Siegfried Selberherr提出的建模和軟體開發工具，對於半導體器件的持續小型化具有不可估量的價值。TCAD涉及使用計算機模擬來開發和優化半導體加工技術。Selberherr開發了MINIMOS，用於二維預測小型器件的電氣特性，以瞭解和控制隨著器件尺寸的縮小而遇到的短溝道效應和摻雜分佈。MINIMOS隨後進行了增強，以進行三維模擬，以解決能量傳輸和介面物理問題。他還創建了ZOMBIE和PROMIS模擬器，結合了網格生成和程式設計介面。Selberherr開發了用於TCAD應用程式的Vienna Integrated System（VISTA），以將過程和器件 模擬工具結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年都是團體一起獲獎。

2004年：周鬱（Stephen Y. Chou）（普林斯頓大學）

貢獻：納米壓印光刻技術（NIL）

2004年，周鬱（Stephen Y. Chou）榮獲IEEE Cledo Brunetti Award，這是首位華人科學家獲此殊榮。周鬱教授是光刻自組裝（lithographically induced self-assembly，LISA）和鐳射直寫（laser-assisted direct imprint，LADI）、納米壓印光刻（Nano Imprint Lithography，NIL）技術應用研究的重要發起人之一。

周鬱於1978年從中國科技大學物理系畢業，1986年獲得麻省理工學院（MIT）博士學位；1993年開創了量子磁性儲存盤製作技術，成為磁介質資料儲存新的典範；1995年開始納米壓印技術研究工作，獲得納米圖樣的方法可以在大面積區域高效低成本地製備小於10nm尺寸的光刻圖樣，該技術被美國麻省理工科技週刊評為「將改變世界的十大新興技術之一」；1997年應聘至普林斯頓大學主持納米結構實驗室。

2007年因在納米印刷和發展電子、光子、磁、生物器材等領域作出傑出貢獻，而當選為美國國家工程院院士，是改革開放後中國大陸高校畢業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：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。加上後來不斷改進的高NA鏡頭、多重圖案、FinFET、Pitch-split、光刻膠技術，浸入式光刻機一直做到如今的5nm。

林本堅於1942年出生在越南，1963年獲得臺灣大學電機工程學系學士；1970年獲得美國俄亥俄州立大學電機工程學系博士；畢業後就職於IBM；1992年創辦Linnovation，發展與光刻相關的軟體以及其他技術；2000年至2015年在臺灣積體電路製造股份有限公司任資深處長和副總經理；2008年當選美國國家工程學院院士；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 MedalAward成立於2002年，主要是表彰在器件和材料領域有突出貢獻的個人）。

2019年：Chao-Kun Hu（IBM）

2019年，Chao-Kun Hu由於在「製造，可靠和可擴展的CMOS銅互連和低k介電技術做出貢獻」而隨同Daniel C. Edelstein、Alfred Grill等一起獲獎。

2020年：Ernest Yue Wu（IBM）

2020年，Ernest Yue Wu由於在「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