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元件都能用，为什么整个电路还会成为难题
晶体管可以放大信号，但一个能用的电路还需要电阻、电容和正确连接。把元件分别做出来以后，又出现第二道难题：怎样组装许多零件，让需要相连的端子连上，不该相通的地方保持隔离，并且反复工作可靠。单个元件缩小，不会自动消除装配问题。
Kilby 的集成构想，是让不同电路功能在同一块半导体材料中、用彼此兼容的工艺形成。重点在“电路”：几只元件靠得很近还不够，它们要有合适参数，该分开的地方分开，该连接的地方接通，合起来确实执行一个功能。
这也说明为什么集成电路是不同于发明晶体管的另一项突破。前者改变完整功能怎样组织、怎样制造，后者提供强有力的有源元件。要证明集成成功，需要电学运行结果，不能只给一张图案密集的照片。
1958年的振荡器把构想变成可测输出
Kilby 的本人叙述，把前期演示与集成结构分得很清楚。他先用分开的硅元件搭电路，证明半导体材料能提供所需的各种元件功能。这个实验有意义，但零件仍然分开，所以还没有证明它们能在一个材料体内集成。
接下来，他利用已有锗晶片制作移相振荡器。这样的电路把放大作用与随频率变化的反馈网络接起来，通电后可维持周期电压。稳定输出因此同时检验有源、无源元件及其连接是否协同工作。讲稿记载，1958 年 9 月 12 日完成了三只这样的振荡器，第一只约在一点三兆赫振荡。
这比“芯片能用了”具体得多：它给出功能，也给出可测时间尺度。但它还不是已经能够批量制造的现代处理器。早期样机采用锗区和细外连线，关键贡献是用半导体材料做出完整电路；后续制造技术仍有许多问题要解。
来源：[1]
同一种半导体怎样兼任电阻和电容
一段半导体可以利用电导率和几何形状充当电阻。对于近似均匀的细条，越长电阻越大，横截面越大电阻越小；电阻率又受材料和掺杂影响。这一关系中的长度、面积须使用相容单位，近似要求电流通路足够均匀、接触与导电接近欧姆行为。
结区中分离的电荷会随电压变化，可以提供电容；被绝缘层隔开的导电区也能形成电容。晶体管则用安排好的掺杂区和结控制载流子。不同功能由同一材料体的不同区域承担，不必让每种元件各用一种独立块体材料。
这些参数却不能完全各调各的。为了改善晶体管而改掺杂，可能也改掉附近电阻或电容；后一步热处理，可能影响前一步结构。Kilby 专利讨论的正包括微型元件工艺互不兼容的问题。集成要成功，整套工艺得做出所需组合，而不是要求每个元件都先在自己最喜欢的材料里达到单项最佳。
共用基底以后，怎样避免电流走错路
共用一块半导体，也带来危险：电路图上分开的两个区域，可能经基底偷偷导通。功能隔离因此与做出好晶体管同样基本。合适结构中的反向偏置结或绝缘边界，可以抑制不希望的通路；漏电、击穿和寄生效应仍须考虑。
读芯片结构图时，要记住画在晶体管周围的一条线，并不自动就是电学围墙。它必须对应真正做出的阻隔结构和合适偏置。金属引线跨过结区时，也需要绝缘层把本来不该连通的区域隔开，否则“连线”会变成短路。
电学验证既要检查希望的通路，也要检查应该被压住的通路。电路能否建立正确工作点、在指定信号范围内响应，才说明各功能配合起来了。若旁边节点一加电压，预期行为就变样，就应检查非预期耦合。集成控制的是许多功能在同一材料中的电关系，远不只是把尺寸压小。
平面互连把接线也纳入制造过程
Noyce 独立发展了利用硅平面工艺、在绝缘氧化层上做金属导线的路线。他在 1959 年申请的专利，描述保留表面氧化层、只在选定接触区开口，再沉积金属引线。导线可以跨过下方区域，却不必与经过的每一处半导体导通。
这直接回答了互连难题。原来每条微小连接都要单独装配，现在可把指定接线图作为制造的一部分做出来。氧化层开口决定金属在哪里真正接触硅，图案化则让许多器件有机会重复使用同一布局。
Kilby 样机与 Noyce 平面互连，因此是相关而不同的进展：一个证明完整半导体集成电路能工作，另一个帮助形成在硅上制造绝缘连接的实用途径。这段历史也离不开平面工艺本身的发展。诺奖把相应份额授给 Kilby，不意味着全部必要制造步骤都能压缩成一个人的单次发明。
连线也有电阻、电容和时间尺度
理想电路图中的导线没有压降，信号似乎能立刻传过去。真实互连有电阻，也与相邻导体、基底形成电容。电流经过有限电阻给这些电容充电，就需要时间。下面的乘积给出集中参数电阻—电容模型的特征时间，不是整块芯片一概适用的传播延迟公式。
假定驱动电阻一万欧、负载电容十皮法，特征时间是一百纳秒；电容增加十倍，同一近似下就变成一微秒。这说明即使晶体管没改，减少多余耦合、缩短路径，也会改变电路响应。Noyce 的专利本身就讨论了引线下方不希望出现的并联电容。
批量制造又加上新的要求：图案要在公差内重复，得有足够多电路正常工作；连接要可靠，耗散热量要能离开芯片。尺寸缩小只会改变这些取舍，不会取消它们。第一只工作电路证明了原则，工艺控制、测试与热设计则决定原则能推广多远。
区分完整电路的突破与单个器件的模型
2000 年授奖表彰 Kilby 在集成电路发明中的贡献。持续影响来自一种新的设计与制造组织方式：电子功能与材料、互连工艺一起安排。早期振荡器的实际运行，是这项主张的具体起点；后来芯片复杂度的增长，属于继续展开的历史。
集成电路把问题从“能不能造出一个好元件”，推进到元件、隔离和连接能否共同工作。早期振荡器把这种共同工作变成了可测输出；可重复的平面工艺则让许多连接也进入制造过程。材料物理、布局和工艺开始围绕整个电路一起设计。