从IEEE Cledo Brunetti Award获奖情况看半导体发展

一个多世纪以来，IEEE及其前身AIEE协会长期以来一直颁发各种奖励，以表彰其会员在关注领域中的各种杰出贡献。IEEE奖励计划分为三种类型：IEEE Medals（奖章）、 Technical Field Awards（技术领域奖）、Recognitions （认可）。

IEEE Technical Field Awards（技术领域奖）是授予在IEEE特定领域做出贡献的技术领导者。

IEEE Cledo Brunetti Award是1975年由已故的FMC公司高管Cledo Brunetti提出的遗赠而设立的一个技术领域奖，也是IEEE颁发的第三个技术奖，也是第一个针对集成电路的技术奖项。

IEEE Cledo Brunetti Award的授予对象是个人或人数不超过三人的团体。

从1978年开始颁发以来，43次颁奖共计有60人获奖，其中来自产业界有38人，来自高校有18人，来自研究机构的有4人。

从地区来看，美国最多，共44人；日本有10人，中国台湾、荷兰、英国、法国、奥地利、比利时各1人。

从单位来分，IBM最多有19人（分在11个年度）；加州大学有5 人获奖，英特尔有4人获奖。

在60位获奖者中，有4 人是华人。 

众多的获奖者为了集成电路的小型化做出了巨大贡献。全部获奖名单见文末。

一、集成电路的发明，改变的世界的进程

1978年：罗伯特·诺伊斯（英特尔）和杰克·基尔比（德州仪器）

IEEE Cledo Brunetti于1978年首发，获奖者是英特尔的罗伯特·诺伊斯（Robert N. Noyce）和德州仪器的杰克·基尔比（Jack S. Kilby），由于集成电路的发明为电子小型化做出了贡献。

1958年9月2日，Jack S. Kilby把晶体管、电阻和电容等集成在不超过4平方毫米面积的电路板上，用热焊方式把元件以极细的导线互连，大约集成了20余个元件。1959年7月30日，Robert N. Noyce研究出一种二氧化硅的扩散技术和PN结的隔离技术，并创造性地在氧化膜上制作出铝条连线，使元件和导线合成一体，从而为半导体集成电路的平面制作工艺、为工业大批量生产奠定了坚实的基础。

Jack S. Kilby被誉为“第一块集成电路的发明家”，Robert N. Noyce被誉为“提出了适合于工业生产的集成电路理论”的人。1969年，美国联邦法院最后从法律上承认了集成电路是一项“同时的发明”。

罗伯特·诺伊斯（Robert N. Noyce）和杰克·基尔比（Jack S. Kilby）还分别在1978年、1986年获得了IEEE荣誉勋章（Medal of Honor），这是IEEE最高的奖章。

IEEE奖项还有以两人名字命名的奖项，在1995年设立了IEEE Jack S. Kilby Signal Processing Medal Award，获得者是在信号处理技术领域取得重大贡献的个人（华人圈有2人获得）；1999年设立了IEEE Robert N. Noyce Award，获得者是在微电子领域取得重大贡献的个人（华人圈有1人获得,就是AMD现任CEO苏姿丰）。

二、微处理器的发明，助力计算机腾飞

1980年：霍夫（英特尔）

贡献：发明微处理器

霍夫（Marcian E. Hoff），微处理器之父。

1971年1月，霍夫研制成功英特尔的第一颗4位处理器芯片4004，采用硅栅PMOS 10μm工艺生产，Die Size芯片面积只有13.5mm2，集成了2300个晶体管，采用CDIP16封装时钟频率仅为108KHz，每秒执行6万条指令（0.06 MIPs），功能比较弱，只能用在Busicom计算器上。

1973年8月，霍夫等人研制出八位微处理器英特尔8080，以NMOS 6μm工艺生产，新一代微处理器就此诞生，共有6000个晶体管，主频2MHz的8080处理器运算速度比8008快10倍，可存取64KB存储器，处理速度为0.64MIPS。

霍夫还在2011年获得IEEE/Royal Society of Edinburgh (RSE) James Clerk Maxwell Award，该奖项授予在电子电气工程领域有突破性贡献的人物。

三、创新助力光刻技术前行

1981年：Donald R. Herriott（Bell Labs.）

 贡献：凹面光学装置

1964年Bell Labs.的Donald R. Herriott提出了用2个凹面反射镜组成结构简单、多次反射的光学装置的初步设想。 

1983年：Abe Offner（Perkin-Elmer）

 贡献：凸面光学装置

Abe Offner于1947年加盟Perkin-Elmer，后来担任首席光科学家。

1973年，Perkin-Elmer基于Abe Offner提出的凸面光学装置发明了扫描投影光刻设备（Scanning Projection Aligners），相较之前的接触式和接近式光刻机设备，Micralign系列使IC制造突破了量产瓶颈。

凸面光学装置含两个凹面反射镜和一个凸面光栅，光学元件的曲率中心位置重合或基本重合，也就是常说的离轴同心。

2012年：Yan Borodovsky、Sam Sivakumar（英特尔）

贡献：光刻技术创新

来自英特尔的Yan Borodovsky和Sam Sivakumar凭借“开发和实施创新的光刻和图案化设备与工艺做出贡献，以实现经济高效的逻辑技术扩展”而获奖。

Yan Borodovsky（1987年加入英特尔）和Sam Sivakumar（1990年加入英特尔）都工作于英特尔的光刻部门，致力推动光刻技术的发展，使得英特尔在45纳米（干法）、32纳米（浸没）、22纳米等技术节点保持领先。

Yan Borodovsky和Sam Sivakumar还为开发像素化相位掩模、无铬相移掩模和反光刻等新的分辨率增强技术技术做出了创新性贡献。

2014年：Martin van den Brink（阿斯麦）

 贡献：新型光刻装置产业化

2014年的获奖者是来自ASML的副总裁Martin van den Brink，正如颁奖词所说：ASML在其带领下，不断推出新的光刻工具并推向市场，从而实现集成电路工艺从微米到纳米级转变。

Martin van den Brink是ASML在1984年成立后的第一批员工，负责ASML的几乎所有主要技术决策。在1980年代，他提出了模块化设计和开放式创新政策；在1990年代，帮助ASML从步进光刻到扫描光刻的转变；在2000年代，TWINSCAN双工件台机型的推出极大地提高了生产率和良率，2004年推出可提供更高分辨率的浸没式光刻，并提出多重图案化技术；并负责引入 EUVA光刻技术，使得摩尔技术得以延续。

Martin van den Brink还在2015年获得IEEE Robert N. Noyce Award，连续两年获得IEEE大奖，实在不易。

在光刻领域做出突出贡献的还有两位华人，相关内容见《华人圈》部分。 

四、存储器的发明

1982年、1991年和1996年的三位获奖人都和DRAM有关系。

1982年：罗伯特·登纳德（IBM）

贡献：发明DRAM，提出Dennard Scaling

1966年，罗伯特·登纳德（Robert H. Dennard）在深秋的晚止灵光乍现：用一个晶体管存储一比特数据，并基于此发明了DRAM。在接下来的55年中，DRAM不断发展，最终演化为拥有512GB容量的存储介质。

1974年罗伯特登纳德在论文“Design of ion-implanted MOSFETS with very small physical dimensions”中表示，晶体管面积的缩小使得其所消耗的电压以及电流会以差不多相同的比例缩小。这就是著名的登纳德缩放比例定律（Dennard Scaling），也就是说，如果晶体管的大小减半，该晶体管的静态功耗将会降至四分之一（电压电流同时减半）。芯片业的发展目标基本上是在保证功耗不变的情况下尽可能提高性能。那么根据登纳德缩放比例，设计者可以大大地提高芯片的时钟频率，因为提高频率所带来的更多的动态功耗会和减小的静态功耗相抵消。

罗伯特·登纳德（Robert H. Dennard）还在2001年和2009年分别获得IEEE Edison Medal Award和IEEE Medal of Honor Award两大奖项。

1991年：Sunami Hideo（日立）

贡献：发明Trench DRAM

1975年，日立（Hitachi）Sunami Hideo发明了沟槽式（Trench）DRAM，推动了与高深宽比沟槽相关的干法蚀刻、缺陷控制和检查的发展。

Sunami Hideo还在2006年获得IEEE Jun-ichi Nishizawa Medal Award（IEEE Jun-ichi Nishizawa Medal Award成立于2002年，主要是表彰在器件和材料领域有突出贡献的个人）。

1996年：Mitsumasa Koyanagi（东北大学）

贡献：发明Stacked DRAM

Mitsumasa Koyanagi于1974年加入日立公司，从事存储器的研究和开发，1980年前后发明了堆叠式（Stacked）DRAM。目前堆叠式（Stacked）已经成为DRAM的主流。

1985年加入了施乐帕洛阿尔托研究中心；1988年加入日本广岛大学，从事0.1um以下MOS器件、3-D集成和光互连等工作。

Mitsumasa Koyanagi凭借在DRAM领域的成就还于2006年获得IEEE Jun-ichi Nishizawa Award。

Mitsumasa Koyanagi感兴趣的领域还有三维集成和裸片堆叠技术，并凭此其在2020年获得IEEE Electronics Packaging Award（电子封装奖）。 

五、SOI领域

SOI产业化至今已经20年了，但路阻后长。

2008年：Michel Bruel（CEA-LETI）

贡献：Smart Cut技术

1992年法国CEA-Leti的Michel Bruel发明SmartCut技术是业界革命性的晶圆键合和剥离技术，用SmartCut技术可以将纳米级厚度的单晶硅薄膜转移到承载基底上，SmartCut成为Silicon-on-Insulator（SOI）的技术基础之一使SOI晶圆大规模量产成为现实。结合其他衬底材料，Smart Cut能够将任意薄膜材料转移到其他材料之上，同时保证初始晶体特性。

1992年Soitec从CEA-Leti独立出来专门研发SOI和SmartCut技术并生产设备。

2010年：Ghavam Shahidi（IBM）

贡献：SOI-CMOS产业化

1998年8月，IBM宣布首次利用SOI技术成功地研制成功高速、低功耗、高可靠的微处理器芯片，此举标志着SOI技术正从以军工应用为主转向量大面广的民用电路；并带动了包括摩托罗拉、德州仪器、AMD、意法半导体等一批公司跟随。

六、Siegfried Selberherr

贡献：TCAD创始人之一

Siegfried Selberherr提出的建模和软件开发工具，对于半导体器件的持续小型化具有不可估量的价值。TCAD涉及使用计算机仿真来开发和优化半导体加工技术。Selberherr开发了MINIMOS，用于二维预测小型器件的电气特性，以了解和控制随着器件尺寸的缩小而遇到的短沟道效应和掺杂分布。MINIMOS随后进行了增强，以进行三维仿真，以解决能量传输和界面物理问题。他还创建了ZOMBIE和PROMIS模拟器，结合了网格生成和编程接口。Selberherr开发了用于TCAD应用程序的Vienna Integrated System（VISTA），以将过程和器件 仿真工具结合在一个通用框架中。

七、华人圈

华人圈在IEEE Cledo Brunetti Award有四人获奖，其中有2019年和2020年都是团体一起获奖。

2004年：周郁（Stephen Y. Chou）（普林斯顿大学）

贡献：纳米压印光刻技术（NIL）

2004年，周郁（Stephen Y. Chou）荣获IEEE Cledo Brunetti Award，这是首位华人科学家获此殊荣。周郁教授是光刻自组装（lithographically induced self-assembly，LISA）和激光直写 （laser-assisted direct imprint，LADI）、纳米压印光刻（Nano Imprint Lithography，NIL）技术应用研究的重要发起人之一。

周郁于1978年从中国科技大学物理系毕业，1986年获得麻省理工学院（MIT）博士学位；1993年开创了量子磁性存储盘制作技术，成为磁介质数据存储新的典范；1995年开始纳米压印技术研究工作，获得纳米图样的方法可以在大面积区域高效低成本地制备小于10nm尺寸的光刻图样，该技术被美国麻省理工科技周刊评为“将改变世界的十大新兴技术之一”；1997年应聘至普林斯顿大学主持纳米结构实验室。

2007年因在纳米印刷和发展电子、光子、磁、生物器材等领域作出杰出贡献，而当选为美国国家工程院院士，是改革开放后中国大陆高校毕业生获取美国国家工程院院士的第一人。

2009年：林本坚（Burn Jeng Lin）（台积电）

贡献：浸没式光刻（Immersion Lithography）

2002年，林本坚博士在一次研讨会上正式提出了浸没式方案，在镜头和晶圆之间加1mm厚的水，水可以把193nm的光波长折射成134nm。自此，浸入式光刻成功翻越157nm大关。加上后来不断改进的高NA镜头、多重图案、FinFET、Pitch-split、光刻胶技术，浸入式光刻机一直做到如今的5nm。

林本坚于1942年出生在越南，1963年获得台湾大学电机工程学系学士；1970年获得美国俄亥俄州立大学电机工程学系博士；毕业后就职于IBM；1992年创办Linnovation，发展与光刻相关的软件以及其他技术；2000年至2015年在台湾积体电路制造股份有限公司任资深处长和副总经理；2008年当选美国国家工程学院院士；2015年底从台积电退休。

林本坚博士还在2013年获得IEEE Jun-ichi Nishizawa Medal Award（IEEE Jun-ichi Nishizawa Medal Award成立于2002年，主要是表彰在器件和材料领域有突出贡献的个人）。

2019年：Chao-Kun Hu（IBM）

2019年，Chao-Kun Hu由于在“制造，可靠和可扩展的CMOS铜互连和低k介电技术做出贡献”而随同Daniel C. Edelstein、Alfred Grill等一起获奖。

2020年：Ernest Yue Wu（IBM）

2020年，Ernest Yue Wu由于在“For contributions to the understanding of gate dielectric reliability and its application to transistor scaling.”而随同James H. Stathis一起获奖。

附：以下是IEEE Cledo Brunetti Award的历年获奖名单