晶體管的誕生2023年2月1日14建筑智能xqp一、什么是晶體管晶體管（transistor）是一種固體半導(dǎo)體器件，具有檢波、整流、放大、開(kāi)關(guān)、穩(wěn)壓、信號(hào)調(diào)制等多種功能。晶體管作為一種可變電流開(kāi)關(guān)，能夠基于輸入電壓控制輸出電流。與普通機(jī)械開(kāi)關(guān)（如Relay、switch）不同，晶體管利用電訊號(hào)來(lái)控制自身的開(kāi)合，而且開(kāi)關(guān)速度可以非?？?，實(shí)驗(yàn)室中的切換速度可達(dá)100GHz以上。晶體管主要分為兩大類(lèi)：雙極性晶體管（BJT）和場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FET）。晶體管有三個(gè)極；雙極性晶體管的三個(gè)極，分別由N型跟P型組成發(fā)射極（Emitter）、基極(Base)和集電極（Collector）;場(chǎng)效應(yīng)晶體管的三個(gè)極，分別是源極（Source）、柵極（Gate）和漏極（Drain）。二、晶體管的發(fā)明者肖克利1910年生于倫敦。3歲隨父母舉家遷往加州。從事礦業(yè)的雙親從小給他灌輸科學(xué)思想，加上中學(xué)教師斯拉特的熏陶，他考入了麻省理（MIT），獲固體物理學(xué)博士學(xué)位后留校任教。不久，位于新澤西州的貝爾實(shí)驗(yàn)室副主任凱利來(lái)麻省“挖角”，將肖克利挖走了。二戰(zhàn)結(jié)束后，貝爾實(shí)驗(yàn)室開(kāi)始研制新一代的電子管，具體由肖克利負(fù)責(zé)。1947年圣誕節(jié)前兩天的一個(gè)中午，肖克利的兩位同事沃爾特·布蘭坦（WalterBrattain）和約翰·巴?。↗ohnBardeen），用幾條金箔片，一片半導(dǎo)體材料和一個(gè)彎紙架制成一個(gè)小模型，可以傳導(dǎo)、放大和開(kāi)關(guān)電流。他們把這一發(fā)明稱(chēng)為“點(diǎn)接晶體管放大器”（Point－ContactTransistorAmplifier）。這就是后來(lái)引發(fā)一場(chǎng)電子革命的“晶體管”。肖克利和這兩位同事榮獲1956年度的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。這是一種用以代替真空管的電子信號(hào)放大元件，是電子專(zhuān)業(yè)的強(qiáng)大引擎，被媒體和科學(xué)界稱(chēng)為“20世紀(jì)最重要的發(fā)明”。也有人說(shuō)：“沒(méi)有貝爾實(shí)驗(yàn)室，就沒(méi)有硅谷。巴丁1908年5月23日生于威斯康星州麥迪遜城，15歲便高中畢業(yè)。1923年入威斯康星大學(xué)電機(jī)工程系就學(xué)，畢業(yè)后即留在該校擔(dān)任電機(jī)工程研究助理。1930-1933年在匹茲堡海灣實(shí)驗(yàn)研究所從事地球磁場(chǎng)及重力場(chǎng)勘測(cè)方法的研究。1928年獲威斯康星大學(xué)理學(xué)士學(xué)位，1929年獲碩士學(xué)位。1936年獲普林斯頓大學(xué)博士學(xué)位。1933年到普林斯頓大學(xué)，在E·P·維格納的指導(dǎo)下，從事固態(tài)理論的研究。1935-1938年任哈佛大學(xué)研究員。1936年以《金屬功函數(shù)理論》的論文從普林斯頓大學(xué)獲得哲學(xué)博士學(xué)位。1938-1941年任明尼蘇達(dá)大學(xué)物理學(xué)助理教授，1941-1945年在華盛頓海軍軍械實(shí)驗(yàn)室工作，1945-1951年在貝爾電話(huà)公司實(shí)驗(yàn)研究所研究半導(dǎo)體及金屬的導(dǎo)電機(jī)制、半導(dǎo)體表面性能等基本問(wèn)題。1947年和其同事W·H·布喇頓共同發(fā)明第一個(gè)半導(dǎo)體三極管，一個(gè)月后，W·肖克萊發(fā)明PN結(jié)晶體管。這一發(fā)明使他們?nèi)双@得1956年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，巴丁并被選為美國(guó)科學(xué)院院士。布拉頓布拉頓（Brattain,WalterHouser)美國(guó)物理學(xué)家。1902年2月10日生于中國(guó)（父母是美國(guó)人）廈門(mén)。布拉頓的少年時(shí)期是在牧場(chǎng)上度過(guò)的。他1924年畢業(yè)于惠特曼學(xué)院（在華盛頓州沃拉沃拉），1929年在明尼蘇達(dá)大學(xué)取得博士學(xué)位。同年，他進(jìn)入貝爾電話(huà)實(shí)驗(yàn)室，成為一名物理學(xué)研究人員。第二次世界大戰(zhàn)期間，他在那里從事潛艇磁探測(cè)的工作。他同肖克利和巴丁共同獲得1956年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。1967年，他接受惠特曼學(xué)院的聘請(qǐng)，擔(dān)任了自己母校的教授。三、晶體管的誕生1936年，在號(hào)稱(chēng)"工程師的搖籃"的美國(guó)麻省理工學(xué)院，一位不速客悄悄推開(kāi)了博士生肖克利的房門(mén)。來(lái)者自報(bào)家門(mén)，說(shuō)明他來(lái)自貝爾實(shí)驗(yàn)室，名叫凱利。肖克利吃了一驚，他久聞這位著名物理學(xué)家的大名。"小伙子，愿意來(lái)貝爾實(shí)驗(yàn)室工作嗎？"凱利快人快語(yǔ)，毫不掩飾自己來(lái)麻省"挖人"的意圖。凱利的話(huà)使肖克利怦然心動(dòng)。貝爾實(shí)驗(yàn)室在電子學(xué)方面開(kāi)展著世界上規(guī)模最大的基礎(chǔ)研究，發(fā)明專(zhuān)利的注冊(cè)已達(dá)近萬(wàn)項(xiàng)之多。畢業(yè)后，肖克利毫不遲疑地打點(diǎn)行裝，來(lái)到了新澤西。貝爾實(shí)驗(yàn)室里早就有位青年人---布拉頓。布拉頓先后取得過(guò)理學(xué)碩士和哲學(xué)博士學(xué)位，從1929年起就加盟貝爾實(shí)驗(yàn)室。肖克利專(zhuān)攻理論物理，布拉頓則擅長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)物理，知識(shí)結(jié)構(gòu)相得益彰，大有相見(jiàn)恨晚的感覺(jué)。工作之余，他們也常聚在一起"侃大山"。凡是涉及到當(dāng)時(shí)電子學(xué)中的熱門(mén)話(huà)題無(wú)話(huà)不談。直到有一天，肖克利講到一種"礦石"時(shí)，思想碰撞的火花終于引燃了"鏈?zhǔn)椒磻?yīng)"。肖克利說(shuō)："有一類(lèi)晶體礦石被人們稱(chēng)為半導(dǎo)體，比如鍺和硅等等，它們的導(dǎo)電性并不太好，但有一些很奇妙的特性，說(shuō)不定哪天它們會(huì)影響到未來(lái)電子學(xué)的發(fā)展方向。"布拉頓心領(lǐng)神會(huì)，連連點(diǎn)頭。如果不是第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)，肖克利和布拉頓或許更早就"挖掘"到了"珍寶"，然而，戰(zhàn)爭(zhēng)畢竟來(lái)臨了，肖克利和布拉頓先后被派往美國(guó)海軍部從事軍事方面的研究，剛剛開(kāi)始的半導(dǎo)體課題遺憾地被戰(zhàn)火中斷。1945年，戰(zhàn)火硝煙剛剛消散，肖克利一路風(fēng)塵趕回貝爾，并帶來(lái)了另一位青年科學(xué)家巴丁。巴丁是普林斯頓大學(xué)的數(shù)學(xué)物理博士，擅長(zhǎng)固體物理學(xué)。巴丁的到來(lái)，對(duì)肖、布的后續(xù)研究如虎添翼，他淵博的學(xué)識(shí)和固體物理學(xué)專(zhuān)長(zhǎng)，恰好彌補(bǔ)了肖克利和布拉頓知識(shí)結(jié)構(gòu)的不足。貝爾實(shí)驗(yàn)室迅速批準(zhǔn)固體物理學(xué)研究項(xiàng)目上馬，凱利作為決策者在課題任務(wù)書(shū)上簽署了大名。由肖克利領(lǐng)銜，布拉頓、巴丁等人組成的半導(dǎo)體小組把目光盯住了那些特殊的"礦石"。肖克利首先提出了"場(chǎng)效應(yīng)"半導(dǎo)體管實(shí)驗(yàn)方案，然而首戰(zhàn)失利，他們并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)預(yù)期的那種放大作用。1947年的圣誕節(jié)即將來(lái)臨，這天晌午時(shí)分，布拉頓和巴丁不約而同地走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室。在此之前，由于有巴丁固體表面態(tài)理論的指導(dǎo)，他倆幾乎接近了成功的邊緣。實(shí)驗(yàn)表明，只要將兩根金屬絲的接觸點(diǎn)盡可能地靠近，就可能引起半導(dǎo)體放大電流的效果。但是，如何才能在晶體表面形成這種小于0．4毫米的觸點(diǎn)呢？布拉頓精湛的實(shí)驗(yàn)技藝開(kāi)始大顯神威。他平穩(wěn)地用刀片在三角形金箔上劃了一道細(xì)痕，恰到好處地將頂角一分為二，分別接上導(dǎo)線(xiàn)，隨即準(zhǔn)確地壓進(jìn)鍺晶體表面的選定部位。電流表的指示清晰地顯示出，他們得到了一個(gè)有放大作用的新電