芯片专利史（一）

最近，OPPO突然关停旗下的芯片公司哲库，日本出台半导体制造设备的管制措施，在国内外引起了广泛讨论。芯片产业非常特殊，芯片是数据和计算的载体，现代产业中所有涉及到数据存储和处理的设备几乎都会用到芯片，芯片某种程度上是人类第三次科技革命的基础设施。正是因为二战后芯片的发明和进步，才触发和推动了第三次科技革命，让人类进入数字化和网络化的时代。

芯片从上世纪50年代发明以来，一直以后都是工业革命的基础设施，已经发展60多年了，人类在这半个多世纪取得的进步超过以往任何时代，最大的原因就是芯片算力的飞速增强。在可预见的未来，人类的进步依然依靠算力的进步，人工智能的发展也从侧面印证了这一点。

芯片是如此重要，这就决定着未来人类依然会把最强的资源投入到芯片的研发和制造中，不断提高芯片的算力，减少芯片制造的成本。

关于如何发展中国的芯片产业，产业界的讨论很多。但笔者想从专利的角度谈一下。既然要自主创新，了解下芯片的技术发展脉络和创新的过程肯定是有帮助的。从专利的角度是最容易把人类芯片发展历程理清楚，因为在芯片的发展历程中，几乎每一项基础专利都是一个诺贝尔奖，同时也是一家公司甚至一个产业的基础。这些专利都是芯片巨头的源头。我们顺着这条线可以看到芯片产业的发展方向，然后再从专利的角度分析下我们的芯片产业方向，或许有一些价值。

1948年6月26日，贝尔实验室的肖克利申请了改进的晶体管的专利，专利号为US2569347，题目为“使用半导体材料的电路原件”，晶体管是芯片的基本元素，正是肖克利的这件专利拉开了芯片发明的序幕。这件专利1951年9月25日获得授权。这件专利价值连城，后来迫于反垄断的压力，以25000美元的专利许可费许可多家公司。

肖克利的晶体管专利

1949年4月14日，德国的维尔纳·雅各比申请了半导体放大器专利，采用多个晶体管连接形成放大器，用来代替电子管放大器。

芯片原型专利

这件专利的构思非常简单，但多次入选20世纪最伟大的发明之一，可以说这件专利是芯片最早的原型。

1954年12月24日，贝尔实验室的Lincoln Derick申请了第一件二氧化硅薄膜专利，发明名称为“硅装置的制造”，这是最早的芯片材料专利。

第一项二氧化硅薄膜专利

1957年10月31日，美国的Jay Lathrop和James Nall申请了第一件光刻机专利，发明名称为“半导体制造”，专利号为US2890395。

第一项光刻机专利

1959年2月6日，德州仪器的基尔比申请了一件名为“小型化电路”的专利，专利号为US3138743，在权利要求中提出了集成电路的概念，如下：

1.在单晶半导体材料晶圆中具有多个电路组件的集成电路中，在晶圆中定义的多个结型晶体管均在其中，每个导体都包含导电体，这是由导体类型的导体层组成的在提供覆盖集合体区域的基础和发射区域的晶片中，每个SAD晶体管的基极-发射体和基体连接都延伸到所说的一个主要面上，在整个区域中很长的一段为了提供半导体电阻器，将长区域设置在与晶体管相同的一个主要面上，并且将长区域的选定区域连接到选定的晶体管区域。

基尔比的芯片专利

1959年7月30日，仙童半导体的诺伊斯也几乎同时申请了集成电路的专利，专利号为US2981877A，题目为“半导体器件和引线结构”，权利要求为：

1. 半导体电路装置，在单晶 p 型硅半导体主体中，具有至少两个带 pn 结的半导体电路元件，其边缘区域位于半导体主体表面的同一侧，并且在至少两个电路元件的p区和η区通过线连接，线的末端连接到某些p和η区的欧姆接触，其特征在于，15a)半导体本体的表面侧是平坦的并且被半导体材料的氧化物层覆盖，b) 用于形成区域接触的那部分氧化层已被去除，c) 去除通过接触桥接的半导体本体表面上 pn 结边缘区域部分上的氧化层，d) 线路排列在半导体材料的氧化物层上并粘附在其上，e) 并且半导体本体的另一表面侧（其上没有pn结的边缘区域）覆盖有金属层，该金属层用作电路装置的公共连接。

诺伊斯的芯片专利

后来诺伊斯所在的仙童半导体和基尔比所在的德州仪器进行多年的专利大战，争夺芯片的专利权。1969年，美国法院裁定芯片的发明权属于二人，双方的权利要求没有重叠，都是芯片的重要部分，共同成为芯片的发明者。随后，德州仪器和仙童半导体进行了交叉许可。

至此，真正的现代芯片产生，几乎这里的每个专利都是诺奖级别，每个专利都是一项诺贝尔奖，直接推动了第三次科技革命的诞生。

德州仪器和仙童半导体也是最早的芯片厂家，但是这时候的芯片市场还是非常有限，此后很多科学家在此基础不断优化，芯片的性能不断提升，涉及的行业范围也逐渐扩大，向产业的各个领域开始渗透。

1960年5月31日，美籍华人科学家发明萨支唐申请了场效应晶体管专利，发明名称为“电场控制的半导体装置”，专利号为US3102230，权利要求为：

1.结合起来的半导体晶圆，至少包括一个导电类型的第一和第三区域，该区域由相反的导电类型的第二区域分开，并分别定义了第二和第二PN结，第一和第二个PN结晶圆中，在最主要的主要表面上覆盖有一层电介质，用于表示沿所述第一和第二PN结施加电压，是一种用于沿整个电场施加电场的方法，用于既包含所述介电层，又包含所述半导电层电场特别地被表征为响应于所述第一PN结和第二PN结之间的电压变化。

场效应晶体管专利

1967年7月14日，MIT的Robert和IBM的Watson申请了一件名称为“场效应晶体管存储器”的专利，专利号为US3387286。这是存储芯片DRAM的第一件专利，但是在产业化中英特尔公司后来居上，打开了存储芯片的市场。

DRAM的基础专利

1970年2月16日，贝尔实验室的Boyle和Smith申请了一件发明名称为“信息存储装置”的专利，专利号为US3858232，这是CCD芯片的基础专利，通过将电荷转移到输出级，通过连续读出每条光栅线获得图像，开启了图像处理芯片的新纪元。

第一项CCD专利

1971年5月16日，贝尔实验室的Tompsett申请了发明名称为“电荷转移图像装置”，专利号为US4085456，很多人认为这件专利与CCD的产业更相关。但是诺贝尔奖授予了前者。

CCD基础专利

英特尔公司很快在存储芯片方面被日本企业赶超，最后不得不关停了存储芯片的项目，专攻微处理器芯片。

1973年1月22日，英特尔公司的霍夫申请了一件名称为“用于多芯片数字计算机的存储系统”，专利号为3821715，这是第一件CPU专利，主要内容为“一种通用数字计算机，包括多个金属氧化物半导体（MOS）芯片。用作计算机一部分的随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）与公共双向数据总线耦合到中央处理单元（CPU），每个存储器都包括解码电路，以确定哪个CPU正在对多个存储芯片进行寻址。使用安装在标准16针双列直插式包装上的芯片制造计算机，从而可以向计算机中添加其他内存芯片。”

英特尔的第一项CPU专利

微处理芯片的发明和产业化是科技革命的里程碑事件。（未完待续）