芯耀
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半導體行業(yè)里的大部分人員都清楚地知道，TTL 產(chǎn)品在這個行業(yè)已經(jīng)統(tǒng)治了三十年之久了。其中有一部分人可能還知道，德州儀器是 TTL 之王。但是如果你再接著問下去知道不知道 TTL 具體是什么東西，大多人都要三搖其頭表示不解了。如果你恰巧是搖頭族一員，現(xiàn)在請搬個板凳做好，讓灑家來給你科個普。
在半導體行業(yè)剛剛成型的早期階段，有三家重量級的大咖，分別是仙童半導體、摩托羅拉和德州儀器。除此之外，還有一些追隨者模仿者，比如國家半導體、Signetic、Amelco 和 Siliconix 等等。那個時候，英特爾還是個上不了大場面的小不點。那個年代，第一款標準邏輯器件是仙童半導體的 RTL- 通過電阻 R 輸入、通過晶體管 T 輸出的邏輯器件 L。就像當時幾乎所有東西一樣，它是采用雙極晶體管構建的，仙童半導體給這種器件家族冠以微邏輯（Micrologic）的名字。不過可悲的是，RTL 最終化為了歷史的塵埃。
必須承認的是，仙童半導體確實開了個好頭，RTL 基于的諾依斯的專利技術確實很對口，但是它另外一個技術支撐 -Kilby 的專利卻起了反作用。結果就是，仙童半導體的 RTL 電路存在很大的問題，無論是在扇入扇出能力上，還是在噪聲容限和速度上都有難以克服的缺陷。這種缺陷幾乎決定了當時器件性能的一切。所以，仙童半導體放棄了 RTL，改到 DTL- 二極管 D- 晶體管 T- 邏輯 L- 上，從二極管輸入，從晶體管輸出的邏輯器件。DTL 最初的發(fā)明權不在仙童半導體，IBM 在它的 360 系列大型計算機中就使用了這種邏輯器件。這是一個比 RTL 表現(xiàn)得好得多的設計，解決了除了速度之外 RTL 所有的問題。仙童半導體推出它們的 DTL 系列時，歷史的腳步已經(jīng)來到了 1964 年。
DTL 門包括一些背靠背的二極管。其中，一個輸入二極管的陰極連接到輸入焊盤上，另外一個被稱為電平設置二極管的陰極連接到一個被稱為分相器的晶體管基極上，這兩個二極管的陽極連接到一起。有了 DTL 之后，聰明的電路設計天才們就想，為什么不把這兩個二極管放到同一個隔離區(qū)域呢？可以用單個雙極 NPN 晶體管來代替兩個晶體管！在這種結構中，輸入二極管將是晶體管的發(fā)射極，電平設置二極管則是晶體管的集電極。對于一個雙輸入的門，其中使用的晶體管將有兩個發(fā)射極。對于四輸入的門，其晶體管將有四個發(fā)射極。上面這個示意圖可能看起來有點奇怪，但它清晰地描述了這種原理。
為什么這種結構比 DTL 要好呢？讓我們來看看。當輸入焊盤上的電平為低時，晶體管導通并從分相器的基極上吸取電荷，從而縮短了關閉分相器所需的時間，這個關斷時間正是當時那些迫切想要提高電路工作速度的工程師們面臨的頭號問題。和歷史上出現(xiàn)的大多數(shù)發(fā)明一樣，我們并不是很清楚哪個天才可以當?shù)闷?TTL 發(fā)明者的殊榮。需要指出的是，可以真正工作的 TTL 電路版本要比上面這個圖里的簡化描述復雜得多?，F(xiàn)在人們公認，在 Sylvania 工作的 Tom Longo 是把 TTL 門整合到成功商用 IC 中的第一人。
這是一個重大突破。這種技術的命名也經(jīng)歷了一些有趣的歷史，Longo 把它成為 SUHL，TRW 的 James Buie 把它稱為 TCTL，最終，它的名稱定格為 TTL（晶體管 - 晶體管邏輯）。和 DTL 相比，TTL 在相似的成本上實現(xiàn)了更快的速度。Longo 和其它一些人發(fā)明了 TTL，但是最終大肆收割獲益的卻是德州儀器。1964 年，德州儀器推出了他們的 5400 TTL 系列，同年，守舊的仙童半導體發(fā)布了他們的 DTL 系列。正如前文所述的那樣，TTL 更好！德州儀器很快地將其 TTL 產(chǎn)品放到他們開發(fā)的廉價塑料封裝中，成本比其它任何人都要低。最終，德州儀器以 1 美元的價格對外出售 TTL 門器件，每個封裝中有四個門，所以相當于每個門 25 美分。在那個年代，這個價格低得令人難以置信。別人發(fā)明了 TTL，桃子卻被德州儀器摘走了。從那個時候起，德州儀器稱霸了全世界，成為那個年代當之無愧的王者。
為什么早期發(fā)明 TTL 的 Longo 那些人好像被人們遺忘了，沒有獲得他們應得的榮譽呢？那是因為，德州儀器在 TTL 發(fā)展的早期獲得了巨大的領先優(yōu)勢，以至于每個人都想當然地認為 TTL 是德州儀器的發(fā)明。但是事實并非如此，德州儀器只是早早地發(fā)現(xiàn)了 TTL 的巨大潛力，并傾盡全力地跳入了 TTL 發(fā)展的洪流，最終靠它席卷了整個半導體市場。關于這個事情，哈佛曾經(jīng)將它作為一個案例研究過。
那 Tom Longo 最后怎么樣了呢？后來他先到了 Transitron，后來又跳槽到了仙童半導體。這個家伙確實非常聰明，在半導體行業(yè)是一個表現(xiàn)非凡的推動者（踢別人屁股的人）。但是我無法確定這是好事還是壞事。我在仙童半導體比他低好幾個級別，所以平時沒有機會和他交流。觀察人踢人屁股很有趣，當然，如果你是被踢的那個人就另當別論了。不過說到踢屁股，當時的 Tom 肯定非常不喜歡德州儀器使用他所發(fā)明的產(chǎn)品一直踢仙童屁股的這一事實。
仙童半導體看到 TTL 那么成功，后來也試圖進入這個市場。它首先推出了 9000 系列 TTL 產(chǎn)品，但是出了一個問題：我們并沒有真正理解集電極 - 發(fā)射極漏電流（ICEO）問題。ICEO 是我們當時面臨的主要問題，使用黃金催化劑更加劇了這個問題。當時，影響門電路速度的最大障礙在于雙極晶體管的關斷時間。導通很容易，但是關斷它卻需要等待所有少數(shù)載流子離開基極，這個過程花了很長時間。我們之前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在基極區(qū)域加入一些金原子有助于少數(shù)載流子的撤離，我們把它稱為黃金興奮劑。為了滿足速度要求，你必須使用黃金，但是，黃金的使用使得集電極 - 發(fā)射極漏電問題變得更糟了。用了黃金，漏電流增加，輸出能力下降，同時成本也增加了。
所以，大約在 1969 年那一年，我們產(chǎn)品的良率很低，成本很高。怎么辦？后來，Hogan 從摩托羅拉招來一些家伙，導入了他們認為可以解決漏電流問題的摩托羅拉版工藝，并把它部署在山景工廠。剛開始良率確實很好，于是我們匆匆地投入大批量生產(chǎn)。但是要命的是，我們沒有做 HTRB（產(chǎn)品生命測試的簡化版 - 高溫反向溫差測試），那時也沒有正式的質量要求。但是，我們剛剛投產(chǎn)，就遇到了大麻煩。我們搞砸了?。。∪绻覀兡呐伦鲆粋€ HTRB 測試，就會遇到產(chǎn)品老化問題。這就是說，頭幾個月早期生產(chǎn)的所謂良率很好的那些晶圓是不可靠的。當我們發(fā)現(xiàn)遇到了大麻煩后，就把這些制造出來的“垃圾”燒毀了。逆襲失敗，德州儀器依然高昂著頭顱，一副不可挑戰(zhàn)的王者氣勢。
后來，Tom Longo 離開了仙童半導體，成為了 Performance Semiconductor 的創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官。
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