1、第十章 凝聚態(tài)物理學(xué)簡史 由大量原子、分子或離子集聚而成的固態(tài)和液態(tài)物質(zhì)統(tǒng)稱為由大量原子、分子或離子集聚而成的固態(tài)和液態(tài)物質(zhì)統(tǒng)稱為凝聚態(tài)物質(zhì)凝聚態(tài)物質(zhì)，凝聚態(tài)物理學(xué)就是研究這些物質(zhì)的物理性質(zhì)、微觀結(jié)構(gòu)、粒子運(yùn)動形態(tài)及其凝聚態(tài)物理學(xué)就是研究這些物質(zhì)的物理性質(zhì)、微觀結(jié)構(gòu)、粒子運(yùn)動形態(tài)及其相互關(guān)系的學(xué)科。相互關(guān)系的學(xué)科。 固態(tài)和液態(tài)物質(zhì)的宏觀變化規(guī)律早有所了解，不過大都屬于表象規(guī)律。從固態(tài)和液態(tài)物質(zhì)的宏觀變化規(guī)律早有所了解，不過大都屬于表象規(guī)律。從結(jié)構(gòu)上說，凝聚態(tài)物質(zhì)比氣態(tài)要復(fù)雜得多，因?yàn)槟蹜B(tài)物質(zhì)的原子（或分子）結(jié)構(gòu)上說，凝聚態(tài)物質(zhì)比氣態(tài)要復(fù)雜得多，因?yàn)槟蹜B(tài)物質(zhì)的原子（或分子）間距與原子（或分子

2、）本身的線度在數(shù)量級上大致相同，原子間有較強(qiáng)的相間距與原子（或分子）本身的線度在數(shù)量級上大致相同，原子間有較強(qiáng)的相互作用力，因此經(jīng)典理論不適用于處理凝聚態(tài)的微觀過程。只有進(jìn)入互作用力，因此經(jīng)典理論不適用于處理凝聚態(tài)的微觀過程。只有進(jìn)入20世紀(jì)，世紀(jì)，在認(rèn)識了原子結(jié)構(gòu)和量子規(guī)律之后，才對這些物質(zhì)的物理性質(zhì)、結(jié)構(gòu)及其內(nèi)在認(rèn)識了原子結(jié)構(gòu)和量子規(guī)律之后，才對這些物質(zhì)的物理性質(zhì)、結(jié)構(gòu)及其內(nèi)部運(yùn)動規(guī)律取得真正的認(rèn)識。部運(yùn)動規(guī)律取得真正的認(rèn)識。 凝聚態(tài)物理學(xué)是由固體物理學(xué)發(fā)展而來的。凝聚態(tài)物理學(xué)是由固體物理學(xué)發(fā)展而來的。20世紀(jì)初，物理學(xué)發(fā)展史中有世紀(jì)初，物理學(xué)發(fā)展史中有幾個里程碑事件與固體物理學(xué)有關(guān)，例如

3、：幾個里程碑事件與固體物理學(xué)有關(guān)，例如：1907年愛因斯坦把量子概念用于年愛因斯坦把量子概念用于點(diǎn)陣振動來解釋固體的比熱，點(diǎn)陣振動來解釋固體的比熱，1912年勞厄發(fā)現(xiàn)晶體的年勞厄發(fā)現(xiàn)晶體的X射線衍射，射線衍射，1913年布年布拉格父子用拉格父子用X射線衍射研究晶體點(diǎn)陣，射線衍射研究晶體點(diǎn)陣，1927年索末菲提出金屬的半經(jīng)典電子年索末菲提出金屬的半經(jīng)典電子論，論，1928年海森伯提出鐵磁性的微觀理論，布洛赫提出能帶論。年海森伯提出鐵磁性的微觀理論，布洛赫提出能帶論。20世紀(jì)世紀(jì)30年年代，固體物理學(xué)以量子力學(xué)作為理論基礎(chǔ)蓬勃發(fā)展起來，成為一門研究固體代，固體物理學(xué)以量子力學(xué)作為理論基礎(chǔ)蓬勃發(fā)展起

4、來，成為一門研究固體各種物理性質(zhì)（力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)、磁學(xué)等性質(zhì)）、微觀結(jié)構(gòu)及其內(nèi)各種物理性質(zhì)（力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)、磁學(xué)等性質(zhì)）、微觀結(jié)構(gòu)及其內(nèi)部運(yùn)動規(guī)律的學(xué)科。以后的幾十年里，固體物理學(xué)的研究對象主要是晶體。部運(yùn)動規(guī)律的學(xué)科。以后的幾十年里，固體物理學(xué)的研究對象主要是晶體。第十章 凝聚態(tài)物理學(xué)簡史20世紀(jì)世紀(jì)70年代以來，由于社會對新材料的需要，使固體物理學(xué)的研究集中固年代以來，由于社會對新材料的需要，使固體物理學(xué)的研究集中固體的表面和原子、分子無規(guī)則的排列形態(tài)，開創(chuàng)了表面物理學(xué)和非晶物理學(xué)；體的表面和原子、分子無規(guī)則的排列形態(tài)，開創(chuàng)了表面物理學(xué)和非晶物理學(xué)；此外還援救了液晶和超流體

5、。此外還援救了液晶和超流體。20世紀(jì)末，固體物理學(xué)的領(lǐng)域已擴(kuò)大成為包括世紀(jì)末，固體物理學(xué)的領(lǐng)域已擴(kuò)大成為包括量子液體及其他液體的綜合性學(xué)科，形成了凝聚態(tài)物理學(xué)。量子液體及其他液體的綜合性學(xué)科，形成了凝聚態(tài)物理學(xué)。 時(shí)至今日，我們已經(jīng)可以從凝聚態(tài)的微觀理論出發(fā)，建立物理模型，借助時(shí)至今日，我們已經(jīng)可以從凝聚態(tài)的微觀理論出發(fā)，建立物理模型，借助大型計(jì)算機(jī)計(jì)算電子結(jié)構(gòu)，并依據(jù)物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)來解釋材料的大型計(jì)算機(jī)計(jì)算電子結(jié)構(gòu)，并依據(jù)物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)來解釋材料的各種特性；可以按照預(yù)先的構(gòu)想和設(shè)計(jì)，制備具有新奇性能的微結(jié)構(gòu)，或制各種特性；可以按照預(yù)先的構(gòu)想和設(shè)計(jì)，制備具有新奇性能的微結(jié)構(gòu)

6、，或制備具有優(yōu)異性能的人工材料和器件；可以利用掃描隧道顯微鏡直接觀察固體備具有優(yōu)異性能的人工材料和器件；可以利用掃描隧道顯微鏡直接觀察固體中原子的形貌及其運(yùn)動；還可以在超低溫、超高壓、超真空、超強(qiáng)磁場和強(qiáng)中原子的形貌及其運(yùn)動；還可以在超低溫、超高壓、超真空、超強(qiáng)磁場和強(qiáng)光作用等極端條件下研究凝聚態(tài)的原子結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)及其與宏觀性質(zhì)的關(guān)光作用等極端條件下研究凝聚態(tài)的原子結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)及其與宏觀性質(zhì)的關(guān)系。凝聚態(tài)物理學(xué)正方興未艾，前途無量。由于凝聚態(tài)領(lǐng)域的研究具有極強(qiáng)系。凝聚態(tài)物理學(xué)正方興未艾，前途無量。由于凝聚態(tài)領(lǐng)域的研究具有極強(qiáng)的應(yīng)用背景，新材料的研制、電子工業(yè)的應(yīng)用背景，新材料的研制、電子工

7、業(yè) 的發(fā)展，都與它有密切關(guān)系，因此從的發(fā)展，都與它有密切關(guān)系，因此從20世紀(jì)中葉以來，這門學(xué)科就成了物理學(xué)中發(fā)展最快、規(guī)模最大的一個分支。世紀(jì)中葉以來，這門學(xué)科就成了物理學(xué)中發(fā)展最快、規(guī)模最大的一個分支。第十章 凝聚態(tài)物理學(xué)簡史 近年來凝聚態(tài)物理學(xué)發(fā)展的趨勢大致是：近年來凝聚態(tài)物理學(xué)發(fā)展的趨勢大致是：（1）由研究體內(nèi)性質(zhì)轉(zhuǎn)到研究表面、界面性質(zhì)；）由研究體內(nèi)性質(zhì)轉(zhuǎn)到研究表面、界面性質(zhì)；（2）由研究三維體系轉(zhuǎn)到研究低維（一維、二維）體系；）由研究三維體系轉(zhuǎn)到研究低維（一維、二維）體系；（3）由研究晶態(tài)轉(zhuǎn)到研究瞬態(tài)、亞穩(wěn)態(tài)、臨界現(xiàn)象和相變；）由研究晶態(tài)轉(zhuǎn)到研究瞬態(tài)、亞穩(wěn)態(tài)、臨界現(xiàn)象和相變；（4）由研

8、究性質(zhì)單一體系轉(zhuǎn)到共性體系；）由研究性質(zhì)單一體系轉(zhuǎn)到共性體系；（5）由研究理想晶體轉(zhuǎn)到研究晶體中的雜質(zhì)和缺陷；）由研究理想晶體轉(zhuǎn)到研究晶體中的雜質(zhì)和缺陷；（6）由研究普通的晶體轉(zhuǎn)到研究半導(dǎo)體和金屬的人工量子晶體）由研究普通的晶體轉(zhuǎn)到研究半導(dǎo)體和金屬的人工量子晶體超晶格。超晶格。 由于凝聚態(tài)物理學(xué)研究的領(lǐng)域太廣，下面僅就幾個基礎(chǔ)的領(lǐng)域作簡要介紹。由于凝聚態(tài)物理學(xué)研究的領(lǐng)域太廣，下面僅就幾個基礎(chǔ)的領(lǐng)域作簡要介紹。第十章 凝聚態(tài)物理學(xué)簡史弗里德里希和尼平的弗里德里希和尼平的X射線衍射實(shí)驗(yàn)裝置射線衍射實(shí)驗(yàn)裝置 1912年德國物理學(xué)勞厄提出了一個非常卓越的思想：年德國物理學(xué)勞厄提出了一個非常卓越的思想：

9、既然晶體的相鄰原子間距和既然晶體的相鄰原子間距和X射線波長有相同數(shù)量級，那射線波長有相同數(shù)量級，那么么X射線通過晶體就會發(fā)生衍射現(xiàn)象。射線通過晶體就會發(fā)生衍射現(xiàn)象。勞厄勞厄 對晶體對晶體X射線衍射現(xiàn)象的解釋，應(yīng)主要?dú)w功于英國物射線衍射現(xiàn)象的解釋，應(yīng)主要?dú)w功于英國物理學(xué)家理學(xué)家布拉格父子布拉格父子當(dāng)時(shí)，曾在倫琴實(shí)驗(yàn)室內(nèi)研究過當(dāng)時(shí)，曾在倫琴實(shí)驗(yàn)室內(nèi)研究過X射線的射線的弗里德里希弗里德里希和和尼平尼平著手從實(shí)著手從實(shí)驗(yàn)上證實(shí)勞厄的思想，他們把一塊驗(yàn)上證實(shí)勞厄的思想，他們把一塊亞硫酸銅晶體放在一束準(zhǔn)直的亞硫酸銅晶體放在一束準(zhǔn)直的X射射線中，在晶體后面一定距離處放置線中，在晶體后面一定距離處放置照相底片

10、。發(fā)現(xiàn)：當(dāng)晶照相底片。發(fā)現(xiàn)：當(dāng)晶則排列的黑點(diǎn)，排列的形狀與晶體光柵的幾何形狀有則排列的黑點(diǎn)，排列的形狀與晶體光柵的幾何形狀有關(guān)。關(guān)。這一實(shí)驗(yàn)不僅說明了這一實(shí)驗(yàn)不僅說明了X射線的電磁本性，而且肯定射線的電磁本性，而且肯定了晶體空間點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)假設(shè)的正確性，并提出了對晶體了晶體空間點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)假設(shè)的正確性，并提出了對晶體進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析的方法。進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析的方法。體與體與X射線同向時(shí)，底片上出現(xiàn)規(guī)射線同向時(shí)，底片上出現(xiàn)規(guī)第十章 凝聚態(tài)物理學(xué)簡史勞倫斯勞倫斯布拉格的原子面反射原理圖布拉格的原子面反射原理圖 勞厄和布拉格父子開創(chuàng)性的工作已勞厄和布拉格父子開創(chuàng)性的工作已成為晶體結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)，是固體物成為晶體結(jié)構(gòu)分

11、析的基礎(chǔ)，是固體物理學(xué)發(fā)展史中一個重要的里程碑。理學(xué)發(fā)展史中一個重要的里程碑。 勞厄勞厄1914年獲諾貝爾物理學(xué)獎，布拉格年獲諾貝爾物理學(xué)獎，布拉格父子父子1915年獲諾貝爾物理學(xué)獎。小布拉格年獲諾貝爾物理學(xué)獎。小布拉格當(dāng)年僅當(dāng)年僅25歲，從而成為歲，從而成為最年輕的獲獎?wù)咦钅贻p的獲獎?wù)摺?、金屬電子論、金屬電子論 20世紀(jì)以前，人們已經(jīng)掌握了有關(guān)金屬導(dǎo)電的一些經(jīng)驗(yàn)規(guī)律（如歐姆定律、世紀(jì)以前，人們已經(jīng)掌握了有關(guān)金屬導(dǎo)電的一些經(jīng)驗(yàn)規(guī)律（如歐姆定律、維德曼維德曼-夫蘭茲定律等），氣體動理論在處理理想氣體問題上獲得很大成功，夫蘭茲定律等），氣體動理論在處理理想氣體問題上獲得很大成功，1897年，湯姆

12、孫發(fā)現(xiàn)了電子。年，湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子。1900年特魯?shù)绿岢鼋饘僮杂呻娮託饽Ｐ?。把金年特魯?shù)绿岢鼋饘僮杂呻娮託饽Ｐ?。把金屬中的電子看成服從玻爾茲曼統(tǒng)計(jì)的自由電子氣，引入平均自由程概念，推屬中的電子看成服從玻爾茲曼統(tǒng)計(jì)的自由電子氣，引入平均自由程概念，推導(dǎo)出金屬的熱導(dǎo)率與電導(dǎo)率，并找到了它們之間的關(guān)系，從而解釋了導(dǎo)電性導(dǎo)出金屬的熱導(dǎo)率與電導(dǎo)率，并找到了它們之間的關(guān)系，從而解釋了導(dǎo)電性好的金屬也是熱的良導(dǎo)體的事實(shí)。利用這一理論能成功證明歐姆定律和維德好的金屬也是熱的良導(dǎo)體的事實(shí)。利用這一理論能成功證明歐姆定律和維德曼曼-夫蘭茲定律。夫蘭茲定律。 在在特魯?shù)鹿ぷ鞯幕A(chǔ)上，特魯?shù)鹿ぷ鞯幕A(chǔ)上，1905年，

13、洛倫茲建立了更完善的自由電子氣模型。年，洛倫茲建立了更完善的自由電子氣模型。第十章 凝聚態(tài)物理學(xué)簡史 盡管金屬電子論取得了多方面的成功，但不久就遇到重重困難。直到盡管金屬電子論取得了多方面的成功，但不久就遇到重重困難。直到1926年，海森伯和薛定諤等建立了描述微觀粒子運(yùn)動的量子力學(xué)之后，才得到一年，海森伯和薛定諤等建立了描述微觀粒子運(yùn)動的量子力學(xué)之后，才得到一定程度的克服。定程度的克服。1927年，索末菲提出了金屬的半經(jīng)典電子論，認(rèn)為金屬中的年，索末菲提出了金屬的半經(jīng)典電子論，認(rèn)為金屬中的電子是服從費(fèi)米電子是服從費(fèi)米-狄拉克量子統(tǒng)計(jì)的簡并電子氣，由此得出了費(fèi)米能級、費(fèi)米狄拉克量子統(tǒng)計(jì)的簡并電子

14、氣，由此得出了費(fèi)米能級、費(fèi)米面等一系列重要概念并成功地解決了電子比熱容比經(jīng)典值小等經(jīng)典模型無法面等一系列重要概念并成功地解決了電子比熱容比經(jīng)典值小等經(jīng)典模型無法解釋的問題。解釋的問題。2、能帶理論的建立、能帶理論的建立 能帶理論是固體物理學(xué)中最重要的基礎(chǔ)理論，它的出現(xiàn)是量子力學(xué)、量子統(tǒng)能帶理論是固體物理學(xué)中最重要的基礎(chǔ)理論，它的出現(xiàn)是量子力學(xué)、量子統(tǒng)計(jì)學(xué)在固體中應(yīng)用得最直接、最重要的結(jié)果。能帶理論成功地解決了索末菲半計(jì)學(xué)在固體中應(yīng)用得最直接、最重要的結(jié)果。能帶理論成功地解決了索末菲半經(jīng)典電子論處理金屬所遺留下來的問題，為其后固體物理學(xué)的大發(fā)展作了準(zhǔn)備。經(jīng)典電子論處理金屬所遺留下來的問題，為其后

15、固體物理學(xué)的大發(fā)展作了準(zhǔn)備。能帶理論是由能帶理論是由布洛赫布洛赫（19051983，瑞士，瑞士-美國物理學(xué)家）建立的。美國物理學(xué)家）建立的。 1927年，布洛赫成為了海森伯的研究生。他選擇了有關(guān)金屬導(dǎo)電理論作為博年，布洛赫成為了海森伯的研究生。他選擇了有關(guān)金屬導(dǎo)電理論作為博士論文的課題。士論文的課題。1928年夏，布洛赫完成了他的全部計(jì)算工作，博士論文的題目年夏，布洛赫完成了他的全部計(jì)算工作，博士論文的題目是是“晶格中電子的量子力學(xué)晶格中電子的量子力學(xué)”，他的論文問世后，許多科學(xué)家立刻意識到能帶，他的論文問世后，許多科學(xué)家立刻意識到能帶結(jié)構(gòu)將是決定固體各種特殊性質(zhì)的關(guān)鍵。應(yīng)用它不僅可以說明金屬

16、、半導(dǎo)體和結(jié)構(gòu)將是決定固體各種特殊性質(zhì)的關(guān)鍵。應(yīng)用它不僅可以說明金屬、半導(dǎo)體和絕緣體的區(qū)別，而且也是說明物質(zhì)磁性、輸運(yùn)性質(zhì)以及超導(dǎo)電性質(zhì)的先決條件。絕緣體的區(qū)別，而且也是說明物質(zhì)磁性、輸運(yùn)性質(zhì)以及超導(dǎo)電性質(zhì)的先決條件。 能帶理論為現(xiàn)代固體理論奠定了基礎(chǔ)。半個多世紀(jì)以來，對具體材料的能帶能帶理論為現(xiàn)代固體理論奠定了基礎(chǔ)。半個多世紀(jì)以來，對具體材料的能帶進(jìn)行理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究，一直是固體物理中的重要基礎(chǔ)課題。經(jīng)過布洛赫、進(jìn)行理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究，一直是固體物理中的重要基礎(chǔ)課題。經(jīng)過布洛赫、佩爾斯、威爾遜、布里淵等科學(xué)家的努力，逐漸建立了完善的固體能帶理論。佩爾斯、威爾遜、布里淵等科學(xué)家的努力，逐漸建

17、立了完善的固體能帶理論。第十章 凝聚態(tài)物理學(xué)簡史為之后為之后的半導(dǎo)體發(fā)展提供了理論基礎(chǔ)。的半導(dǎo)體發(fā)展提供了理論基礎(chǔ)。3、晶體管的發(fā)明、晶體管的發(fā)明 晶體管的發(fā)明是固體物理學(xué)理論指導(dǎo)實(shí)踐的產(chǎn)物，是科學(xué)家長期探索的結(jié)果。晶體管的發(fā)明是固體物理學(xué)理論指導(dǎo)實(shí)踐的產(chǎn)物，是科學(xué)家長期探索的結(jié)果。 在美國貝爾電話實(shí)驗(yàn)室工作的布拉坦（在美國貝爾電話實(shí)驗(yàn)室工作的布拉坦（1902年年2月月10日生于中國廈門）和日生于中國廈門）和貝克爾于貝克爾于19301940年間曾多次試圖制造固體三級管，結(jié)果都以失敗告終。年間曾多次試圖制造固體三級管，結(jié)果都以失敗告終。 1945年的某天美國貝爾電話實(shí)驗(yàn)室的副所長凱利同理論物理學(xué)

18、家肖克利談了年的某天美國貝爾電話實(shí)驗(yàn)室的副所長凱利同理論物理學(xué)家肖克利談了一次話，議題是：一次話，議題是： “探索研制新型電子器件探索研制新型電子器件”。 貝爾實(shí)驗(yàn)室的另外幾位專家：歐爾和蒂爾等致力于硅和鍺的提純，并研究成貝爾實(shí)驗(yàn)室的另外幾位專家：歐爾和蒂爾等致力于硅和鍺的提純，并研究成功生長大晶體鍺的工藝，使固體物理學(xué)研究組有可能利用新型的半導(dǎo)體材料進(jìn)功生長大晶體鍺的工藝，使固體物理學(xué)研究組有可能利用新型的半導(dǎo)體材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。行實(shí)驗(yàn)。 1945年夏，貝爾實(shí)驗(yàn)室決定成立固體物理研究組。這個組共有年夏，貝爾實(shí)驗(yàn)室決定成立固體物理研究組。這個組共有7人，組長是人，組長是肖克，另有半導(dǎo)體專家皮爾遜、

19、物理化學(xué)家吉布尼、電子線路專家摩爾、實(shí)驗(yàn)肖克，另有半導(dǎo)體專家皮爾遜、物理化學(xué)家吉布尼、電子線路專家摩爾、實(shí)驗(yàn)技術(shù)專家布拉坦，最關(guān)鍵的一位是理論物理學(xué)家技術(shù)專家布拉坦，最關(guān)鍵的一位是理論物理學(xué)家巴丁巴丁。他提出了。他提出了半導(dǎo)體表面態(tài)半導(dǎo)體表面態(tài)和表面能級和表面能級的概念，把半導(dǎo)體理論又提高了一步，使半導(dǎo)體器件的試制工作走的概念，把半導(dǎo)體理論又提高了一步，使半導(dǎo)體器件的試制工作走上了正確的道路。后來肖克利的另一同學(xué)赫林也加入了研究組。上了正確的道路。后來肖克利的另一同學(xué)赫林也加入了研究組。 在肖克利的指導(dǎo)下，巴丁和布拉坦等集中于硅和鍺的研究。在此之前肖克在肖克利的指導(dǎo)下，巴丁和布拉坦等集中于硅和

20、鍺的研究。在此之前肖克利就得出結(jié)論：通過給半導(dǎo)體表面施加一電場，就可能控制表面附近的載流利就得出結(jié)論：通過給半導(dǎo)體表面施加一電場，就可能控制表面附近的載流子數(shù)目，即所謂的子數(shù)目，即所謂的“場效應(yīng)場效應(yīng)”。第十章 凝聚態(tài)物理學(xué)簡史 肖克利與巴丁注意到，當(dāng)時(shí)流行的表面理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)果有不少矛盾，于是巴肖克利與巴丁注意到，當(dāng)時(shí)流行的表面理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)果有不少矛盾，于是巴丁提出用表面態(tài)去解釋這些理論與實(shí)驗(yàn)之間的矛盾。表面態(tài)的引入使研究組的丁提出用表面態(tài)去解釋這些理論與實(shí)驗(yàn)之間的矛盾。表面態(tài)的引入使研究組的工作登上了一個新臺階。工作登上了一個新臺階。巴?。ㄗ筮呎玖⒄撸┖筒祭D（右邊巴?。ㄗ筮呎玖⒄撸┖筒祭D

21、（右邊站立者）正在看肖克利觀察顯微鏡站立者）正在看肖克利觀察顯微鏡 他們測量一系列雜質(zhì)濃度不同的他們測量一系列雜質(zhì)濃度不同的 p型和型和n型硅的表面接觸電勢，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過不同表面型硅的表面接觸電勢，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過不同表面處理或在不同氣氛中，接觸電勢也不同，處理或在不同氣氛中，接觸電勢也不同，還發(fā)現(xiàn)當(dāng)光照射硅的表面時(shí)，其接觸電勢還發(fā)現(xiàn)當(dāng)光照射硅的表面時(shí)，其接觸電勢會發(fā)生變化。接著，他們準(zhǔn)備進(jìn)一步測量會發(fā)生變化。接著，他們準(zhǔn)備進(jìn)一步測量鍺、硅的接觸電勢與溫度的關(guān)系。為了避鍺、硅的接觸電勢與溫度的關(guān)系。為了避免水汽凝結(jié)在半導(dǎo)體表面造成的影響，他免水汽凝結(jié)在半導(dǎo)體表面造成的影響，他們把樣品和參考電極浸在液體（可

22、導(dǎo)電的們把樣品和參考電極浸在液體（可導(dǎo)電的水）中，意外的發(fā)現(xiàn)，光生電動勢大大增水）中，意外的發(fā)現(xiàn)，光生電動勢大大增加，改變電壓的大小和極性，光生電動勢加，改變電壓的大小和極性，光生電動勢也隨之改變大小和符號。經(jīng)過討論，他們也隨之改變大小和符號。經(jīng)過討論，他們意識到，這正式肖克利預(yù)言的意識到，這正式肖克利預(yù)言的“場效應(yīng)場效應(yīng)”。 巴丁提出了一個新方案。巴丁提出了一個新方案。第十章 凝聚態(tài)物理學(xué)簡史功率放大效應(yīng)的實(shí)現(xiàn)功率放大效應(yīng)的實(shí)現(xiàn)最初的晶體管最初的晶體管 巴丁提出了一個新方案。用一層很薄的石蠟封住金屬針尖，把針尖壓在硅表巴丁提出了一個新方案。用一層很薄的石蠟封住金屬針尖，把針尖壓在硅表面上（下

23、左圖），針尖周圍加一滴水，水與硅表面接觸。帶有蠟層的針與水是面上（下左圖），針尖周圍加一滴水，水與硅表面接觸。帶有蠟層的針與水是絕緣的。正如他們所預(yù)期的，加在水和硅之間的電壓，會改變從硅流向針尖的絕緣的。正如他們所預(yù)期的，加在水和硅之間的電壓，會改變從硅流向針尖的電流。這一實(shí)驗(yàn)使他們第一次實(shí)現(xiàn)了電流。這一實(shí)驗(yàn)使他們第一次實(shí)現(xiàn)了功率放大功率放大。后來，改用。后來，改用n型鍺做實(shí)驗(yàn)，效型鍺做實(shí)驗(yàn)，效果更好。果更好。 實(shí)驗(yàn)雖然取得了巨大成功，但裝置顯然沒有實(shí)用價(jià)值。因?yàn)樗芸鞎徽舭l(fā)，實(shí)驗(yàn)雖然取得了巨大成功，但裝置顯然沒有實(shí)用價(jià)值。因?yàn)樗芸鞎徽舭l(fā)，而電解液的動作也太慢。而電解液的動作也太慢。第十

24、章 凝聚態(tài)物理學(xué)簡史最初的晶體管最初的晶體管 他們發(fā)現(xiàn)，在電解液下面的鍺表面會形成氧化膜，如果在氧化膜上蒸鍍一金他們發(fā)現(xiàn)，在電解液下面的鍺表面會形成氧化膜，如果在氧化膜上蒸鍍一金點(diǎn)作為電極，有可能達(dá)到同樣的效果。但是這一方案實(shí)現(xiàn)起來有很大的困難。點(diǎn)作為電極，有可能達(dá)到同樣的效果。但是這一方案實(shí)現(xiàn)起來有很大的困難。 最后，他們在鍺表面安置兩個僅隔最后，他們在鍺表面安置兩個僅隔0.005cm的微型金屬接觸點(diǎn)代替電解液，的微型金屬接觸點(diǎn)代替電解液，當(dāng)其中一個的電流有非常微小的變化時(shí)，另一個的輸出功率卻會大大改變。就當(dāng)其中一個的電流有非常微小的變化時(shí)，另一個的輸出功率卻會大大改變。就這樣，他們在這樣，

25、他們在1947年年12月月23日做成了世界上第一只能用于音頻的固體放大器，日做成了世界上第一只能用于音頻的固體放大器，這就是點(diǎn)接觸型晶體管。這就是點(diǎn)接觸型晶體管。接著，肖克利把接著，肖克利把n型半導(dǎo)體夾在兩型半導(dǎo)體夾在兩p型半導(dǎo)體之間。于型半導(dǎo)體之間。于1950年年4月做成了結(jié)型晶體管。月做成了結(jié)型晶體管。1947年年12月月23日布日布拉坦拉坦的實(shí)的實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)室日志日志晶體管的晶體管的發(fā)明，是發(fā)明，是電子學(xué)發(fā)電子學(xué)發(fā)展史上的展史上的一個重要一個重要里程碑。里程碑。第十章 凝聚態(tài)物理學(xué)簡史第一塊集成電路第一塊集成電路計(jì)算機(jī)里的大規(guī)模集成電路板計(jì)算機(jī)里的大規(guī)模集成電路板 1958年年,美國德克薩斯

26、州儀器公司的工程師基爾比美國德克薩斯州儀器公司的工程師基爾比(Jack Kilby)在一塊半導(dǎo)在一塊半導(dǎo)體硅晶片上將電阻、電容等分立元件集成在里面體硅晶片上將電阻、電容等分立元件集成在里面,制成世界上第一片集成電路。制成世界上第一片集成電路。 第十章 凝聚態(tài)物理學(xué)簡史 世界上第一臺計(jì)算機(jī)誕生于第二次世界大戰(zhàn)期間，美國軍方為了解決計(jì)算世界上第一臺計(jì)算機(jī)誕生于第二次世界大戰(zhàn)期間，美國軍方為了解決計(jì)算大量軍用數(shù)據(jù)的難題，成立了由賓夕法尼亞大學(xué)莫奇利和埃克特領(lǐng)導(dǎo)的研究大量軍用數(shù)據(jù)的難題，成立了由賓夕法尼亞大學(xué)莫奇利和?？颂仡I(lǐng)導(dǎo)的研究小組，開始研制世界上第一臺電子計(jì)算機(jī)。小組，開始研制世界上第一臺電子計(jì)算機(jī)。 經(jīng)過三年緊張的工作，第一臺電子計(jì)算機(jī)終于在經(jīng)過三年緊張的工作，第一臺電子計(jì)算機(jī)終于在1946年年2 月月14日問世了。日問世了。它由它由17468個電子管、個電子管、6萬個電阻器、萬個電阻器、1萬個電容器和萬個電容器和6千個開關(guān)組成，重達(dá)千個開關(guān)組成，重達(dá)30噸，占地噸，占地160平方米，