IC，即集成电路，为何选择制作在半导体上？

让我们从电路的起源开始。最初，无线电接收机依赖于称为“检波器”的装置，但检波器的性能极差，难以控制频率响应，导致干扰信号被触发。信号强度要求也非常高，使得发射设备的功率必须非常大。加之当时的发射设备简陋，只能发送类似方波的信号，而方波的频谱非常宽。因此，当时的无线电只能通过莫尔斯码交流。直到1907年，通过LC谐振电路实现了大功率正弦发生器，无线电通信才得以真正实用。

然而，真正的转折点在于真空三极管的发明，这一发明构成了未来所有电路的基础。真空三极管的出现使无线通信的发射机功率需求大大降低，通信距离也显著增加。但直到1912年Armstrong 发明再生接收机，人们才意识到这一器件的潜力。1917年Armstrong 通过正反馈实现了有实际用途的增益，并在此基础上完成了超外差式接收机，直到今天，相当多的RF接收机依然在使用这一结构。

三极管之所以重要，是因为它是第一个能够实现放大电路的器件。有了放大电路的加入，无线通信对于发射机功率的需求大大降低，通信距离也显著增加。真空三极管的发明标志着电路由真空管时代进入固体电路时代。

为什么说三极管是放大电路的基础？中学电路三巨头：电阻、电容、电感都是二端器件，输入端输出端无法分开，无法单独实现放大或计算。而三极管输入端与输出端得以分开，可通过输入端控制输出端信号。通过为输入端和输出端分配不同大小的负载，可以实现大于1的增益。

电子管的出现使得无线电真正实用。然而，计算机需求的急剧增加推动电路进入固体电路时代。在二战期间，基于电子管的无线电设备虽然昂贵且娇气，但在当时的需求量不大，因此大家对此并未感到困扰。然而，计算需求的增加导致传统的机械计算机不堪重负，电子计算机的需求异常迫切。在此背景下，ENIAC（第一台图灵完全的电子计算机）应运而生，然而其消耗了17000个以上的电子管，重量接近30吨，几乎每天都会有损坏的电子管需要替换，这样的开销令人头疼。因此，寻找一种更小、更廉价、更可靠的器件来代替电子管成为研究者的迫切需求。

硅的出现，使这一需求得以满足。硅具有出色的热稳定性、高介电常数的氧化物、易于制备的界面缺陷极少的硅-氧化硅界面、丰富的地表含量和容易的提纯过程。硅与印刷电路板的腐蚀印刷技术完美结合，形成了延续至今的集成电路平面工艺。然而，将晶体管、电阻、电容和导线集成在同一块半导体上并非易事。第一代集成电路使用的是锗基电路，但锗存在热稳定性差、氧化物不致密、界面缺陷多等问题，限制了其应用。因此，研究者转向硅作为替代材料。

硅作为一种半导体材料，具有热稳定性好、氧化物致密、界面缺陷少、地表含量大、提纯容易等优点，与印刷电路板的腐蚀印刷技术相匹配，形成了集成电路平面工艺。平面工艺的集成电路取代了第一代晶体管，并经历了从双极晶体管（BJT）到晶体管-晶体管逻辑电路（TTL）再到互补金属氧化物半导体（CMOS）的发展过程。CMOS以其结构简单、实现成本低、功耗和成本优势，最终占据了集成电路的主流地位。