芯片專利史（一）

最近，OPPO突然關停旗下的芯片公司哲庫，日本出臺半導體制造設備的管制措施，在國內外引起了廣泛討論。芯片產業非常特殊，芯片是數據和計算的載體，現代產業中所有涉及到數據存儲和處理的設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設施。正是因為二戰后芯片的發明和進步，才觸發和推動了第三次科技革命，讓人類進入數字化和網絡化的時代。

芯片從上世紀50年代發明以來，一直以后都是工業革命的基礎設施，已經發展60多年了，人類在這半個多世紀取得的進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。在可預見的未來，人類的進步依然依靠算力的進步，人工智能的發展也從側面印證了這一點。

芯片是如此重要，這就決定著未來人類依然會把最強的資源投入到芯片的研發和制造中，不斷提高芯片的算力，減少芯片制造的成本。

關于如何發展中國的芯片產業，產業界的討論很多。但筆者想從專利的角度談一下。既然要自主創新，了解下芯片的技術發展脈絡和創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展歷程理清楚，因為在芯片的發展歷程中，幾乎每一項基礎專利都是一個諾貝爾獎，同時也是一家公司甚至一個產業的基礎。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業的發展方向，然后再從專利的角度分析下我們的芯片產業方向，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的晶體管的專利，專利號為US2569347，題目為“使用半導體材料的電路原件”，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明的序幕。這件專利1951年9月25日獲得授權。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

這件專利的構思非常簡單，但多次入選20世紀最偉大的發明之一，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專利，發明名稱為“半導體制造”，專利號為US2890395。

第一項光刻機專利

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，在權利要求中提出了集成電路的概念，如下：

1.在單晶半導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型晶體管均在其中，每個導體都包含導電體，這是由導體類型的導體層組成的在提供覆蓋集合體區域的基礎和發射區域的晶片中，每個SAD晶體管的基極-發射體和基體連接都延伸到所說的一個主要面上，在整個區域中很長的一段為了提供半導體電阻器，將長區域設置在與晶體管相同的一個主要面上，并且將長區域的選定區域連接到選定的晶體管區域。

基爾比的芯片專利

1959年7月30日，仙童半導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“半導體器件和引線結構”，權利要求為：

1. 半導體電路裝置，在單晶 p 型硅半導體主體中，具有至少兩個帶 pn 結的半導體電路元件，其邊緣區域位于半導體主體表面的同一側，并且在至少兩個電路元件的p區和η區通過線連接，線的末端連接到某些p和η區的歐姆接觸，其特征在于，15a)半導體本體的表面側是平坦的并且被半導體材料的氧化物層覆蓋，b) 用于形成區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體本體表面上 pn 結邊緣區域部分上的氧化層，d) 線路排列在半導體材料的氧化物層上并粘附在其上，e) 并且半導體本體的另一表面側（其上沒有pn結的邊緣區域）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體和基爾比所在的德州儀器進行多年的專利大戰，爭奪芯片的專利權。1969年，美國法院裁定芯片的發明權屬于二人，雙方的權利要求沒有重疊，都是芯片的重要部分，共同成為芯片的發明者。隨后，德州儀器和仙童半導體進行了交叉許可。

至此，真正的現代芯片產生，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，此后很多科學家在此基礎不斷優化，芯片的性能不斷提升，涉及的行業范圍也逐漸擴大，向產業的各個領域開始滲透。

1960年5月31日，美籍華人科學家發明薩支唐申請了場效應晶體管專利，發明名稱為“電場控制的半導體裝置”，專利號為US3102230，權利要求為：

1.結合起來的半導體晶圓，至少包括一個導電類型的第一和第三區域，該區域由相反的導電類型的第二區域分開，并分別定義了第二和第二PN結，第一和第二個PN結晶圓中，在最主要的主要表面上覆蓋有一層電介質，用于表示沿所述第一和第二PN結施加電壓，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，又包含所述半導電層電場特別地被表征為響應于所述第一PN結和第二PN結之間的電壓變化。

場效應晶體管專利

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，但是在產業化中英特爾公司后來居上，打開了存儲芯片的市場。

DRAM的基礎專利

1970年2月16日，貝爾實驗室的Boyle和Smith申請了一件發明名稱為“信息存儲裝置”的專利，專利號為US3858232，這是CCD芯片的基礎專利，通過將電荷轉移到輸出級，通過連續讀出每條光柵線獲得圖像，開啟了圖像處理芯片的新紀元。

第一項CCD專利

1971年5月16日，貝爾實驗室的Tompsett申請了發明名稱為“電荷轉移圖像裝置”，專利號為US4085456，很多人認為這件專利與CCD的產業更相關。但是諾貝爾獎授予了前者。

CCD基礎專利

英特爾公司很快在存儲芯片方面被日本企業趕超，最后不得不關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“用于多芯片數字計算機的存儲系統”，專利號為3821715，這是第一件CPU專利，主要內容為“一種通用數字計算機，包括多個金屬氧化物半導體（MOS）芯片。用作計算機一部分的隨機存取存儲器（RAM）和只讀存儲器（ROM）與公共雙向數據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行尋址。使用安裝在標準16針雙列直插式包裝上的芯片制造計算機，從而可以向計算機中添加其他內存芯片?！?/p>

英特爾的第一項CPU專利

微處理芯片的發明和產業化是科技革命的里程碑事件。（未完待續）