浮栅晶体管发明者，施敏博士的半导体人生

“没有这个发明，你的相机还须用底片呢！”

这句话，出自著名的半导体器件专家施敏之口，而他所说的发明，正是今天无处不在的闪存。

中国工程院官方网站上对他的成就介绍中写道：在半导体设备，尤其是半导体接触，微波器件和金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)技术的研发中，施敏博士的贡献具有奠基性和开创性的意义。

在施敏参与研发的多项技术里，最著名的当属非易失性半导体存储器(NVSM)，在这一发明的基础上，诞生了今天包括闪速储存器和电可擦只读储存器(EEPROM)在内的大量储存设备，NVSM的问世，促成了功能更为强大的信息储存技术的发展，小到一张TF卡，大到服务器的数以千计的硬盘，都离不开他的发明创造。

这位半导体教父，于2023年11月6日与世长辞，享寿87岁，施敏这一生，见证了半导体在世界范围内跌宕起伏的发展历程，而他的贡献，也会永远被我们铭记和怀念

1936年，施敏出生于南京，不久后跟随父亲来到中国台湾。1957年毕业于台大电机系，随后赴美深造，1963年获斯坦福大学电机博士学位。毕业后进入贝尔实验室工作(Bell Laboratories)。也就是肖克利发明晶体管的地方，肖克利难以相处的个性让英特尔创办人戈登·摩尔及罗伯特·诺伊斯离职并创立仙童半导体，不过，当时贝尔实验室依旧是半导体人才的摇篮。

当时主流存储还是磁芯存储器，但磁芯存储器体积大又耗电，取代磁芯存储器将可大幅提升计算机效能，施敏在贝尔实验室的同事，美籍韩裔科学家姜大元率先研发出金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET)，至今仍被广泛应用于集成电路中。

金属氧化物半导体场效应晶体管的「金属氧化物半导体」是指晶体管中的栅极(gate)的材料是由一层金属、一层绝缘的氧化物及半导体所构成。但这项发明并不足以取代磁芯存储器，因为数据并不能长久保存在里面。

1967年1月的某天，施敏和同事共进午餐的时候，谈论到了怎么样改进由王安所发明的磁芯存储产品的话题。或许是灵光乍现，或许是积思所得，受到当时摆在餐桌上的蛋糕和三明治的启示，他脑海里浮现了“浮栅”FGMOS（Floating Gate MOSFET）的结构——两片面包夹着一片火腿肠。

因为当时所处环境的特殊性，施博士这一伟大构思，甚至只能简单地勾画在餐桌上的几张毫不起眼的面巾纸上。在草草地填饱了肚子之后，施敏和同事连夜开始赶制样品，他们在氧化层中间再加入一层金属层，使晶体管的栅极由上而下分别为金属、氧化层、金属(也就是浮栅)、一层较薄的氧化层以及最下面的半导体。中间的金属层，由于上下都是绝缘的氧化层，因此电荷可以被保留，这便是浮栅存储效应。

第一个器件出来之后，一经测试，所有的数据完全符合他们最初的预计和构想。这一发明在当年就被发表在《贝尔系统技术》杂志上，只可惜当时大家关注的重心全在DRAM之上，这项技术并未受到业界重视。

直到1983年，日本任天堂发布了FC游戏主机，在游戏卡带之上采用了这项技术，玩家们终于可以记录游玩记录，挑战Boss失败后也可以从存档点再次开始，非挥发性存储开始为大家所熟知。1984年，非挥发性存储被用于个人电脑的BIOS，揭开了闪存业的新篇章，施敏作为技术的发明者，迅速成为半导体行业的焦点。

施敏的成就不止于此，在非挥发性存储还未得到重视前，他在1967-1969年间撰写了《半导体元件物理学》，起先用于中国台湾交通大学电子研究所上课讲义，很快也受到了全球瞩目，翻译为6国语言，发行超过300万册，被誉为「半导体界圣经」

由于开创性的技术与杰出的教学，施敏在2017年被国际电机电子工程师学会IEEE推举为尊荣会员（Celebrated Member），此奖项全球仅9人获得，其中包括诺贝尔物理学奖得主江崎·里奥(Leo Esaki)、赫伯特·克罗默(Herbert Kroemer)和乔治·史密斯(George E. Smithm)，也包括了摩尔定律之父——戈登·摩尔(Gordon E Moore)。

除了技术上的贡献，施敏在今日中国台湾半导体业的蓝图中也居功甚伟。

早在1966年，施敏就向美国贝尔实验室申请5次留职停薪，返回中国台湾而在台湾交通大学、台湾大学、台湾中山大学等学校开班授课，并培育了中国台湾最早的4位工学博士(张俊彦、陈龙英、褚冀良以及苏翔)，对中国台湾半导体人才的启蒙及教育具有非常大的影响。

到了1970年代，中国台湾经济起飞的前夜，在孙运璿策划下，中国台湾半导体产业蓝图逐渐成形。那时，施敏应孙运璿之邀，加入到了“经济部发展集成电路计划工作小组”当中，而他所提出的最关键建言，就是力荐孙运璿要推动半导体业。

“当时这个小组给孙运璿的建议是，中国台湾没有地下资源、矿产稀少，唯一可以好好发展的资源就是脑力。半导体绝对是最新的高科技，未来发展前景看好，建议应该要发展IC产业。”施敏在台媒的访谈中表示。

正是这番话，坚定了孙运璿发展中国台湾半导体业的决心，也才会有后来向美国半导体厂RCA的技术转让，引进集成电路技术的发展，创立今日的台积电。后来，施敏又以工研院的前瞻科技指导委员会的身份，成了中国台湾半导体产业发展的重要顾问，

施敏在访谈中笑着谈到：“我真的把能给的建议都给光了。”

如果说没有施敏当年对孙运璿的建言，可能就没有中国台湾半导体业产值超过3万亿元的荣景；如果没有施敏当年发明闪存，可能就没有今日的智能手机和数码相机，正是闪存成为半导体广为应用的技术，才让庞大的数据存储演变成一块指甲盖大小的芯片，胶片相机也因而成了跟随时代消逝的浪花，柯达公司只能黯然宣告破产。

科技演进之迅速，看在施敏眼中，他很感慨，“我认为最棒的发明就是手机，但我最不喜欢的发明也是手机，因为智能手机坏了全球的眼睛。”他说。

值得一提的是，2002年初，全球半导体市场竞争激烈，中国台湾半导体产业尤其是晶圆代工受到较大冲击，而为了开拓市场、扩大经营，中国台湾以联电和台积电两家最大的晶圆厂为首，积极呼吁当局以双赢为目的，开放8英寸晶圆赴大陆投资设厂。

彼时，施敏以毫微米实验室（纳米元件实验室的前身）主任身分赴立法院答询，当时正值各方政治势力对8英寸晶圆厂应否开放赴大陆投资争论不休时，施敏被问及对此议题的看法时毫不保留指出，8英寸晶圆厂两年前就应该在大陆建厂，再不让台积电、联电8英寸晶圆厂西进，恐怕两家公司日后都无法生存下来。

施敏慷慨陈词的率直，与另一位出身台湾交大教授的官员形成强烈对比，不愧为大师风范。

如今，施敏已经与世长辞，而他的非凡一生以及对电子和半导体元件世界的贡献，也会被我们永远铭记和珍惜。

我们也不妨回顾一下，在2021年未来科学大奖颁奖典礼上，施敏对年轻学生的寄言：

“我也想借这个机会鼓励一下我们年轻的同学。我看了一下过去那么多年来，几乎最重要的发明都是年轻人做的，因为年轻人脑力很强，不但有很强的发明能力，同时也有发现能力。举个例子好了，刚才有提到像爱因斯坦的 E=mc²，他 26 岁的时候就做出来了；像 Noyce 在发明集成电路的时候也只有 32 岁；像爱迪生发明电灯泡的时候也刚过 32 岁。像我做 ohmic contact（欧姆接触）讨论或者是做 floating-gate（浮栅）讨论，那时候我也只有 31 岁左右，所以我希望年轻人能够在这方面对科学发生兴趣，而且借大奖的鼓励使他们了解未来科学的重要性，希望能够给人类带来更多的福祉……”

内容参考：中国侨网、今周刊、未来科学论坛等

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