晶體管發(fā)明簡(jiǎn)史晶體管—20世紀(jì)在電子技術(shù)方面最偉大的發(fā)明，推動(dòng)了信息革命，帶動(dòng)了產(chǎn)業(yè)革命，開辟了億萬個(gè)就業(yè)崗位，改變了人類社會(huì)工作方式和生活方式，奠定了現(xiàn)代文明社會(huì)的基礎(chǔ)。.激動(dòng)人心的時(shí)刻1947年12月23日，那是圣誕節(jié)的前一天，威廉肖克力把車開到離紐約市20公里的貝爾實(shí)驗(yàn)室。那時(shí)天空陰暗，才早上7點(diǎn)，他匆忙走過空空蕩蕩的走廊，到達(dá)二樓辦公室。在那里，他心情激動(dòng)的等待著他的同事們。因?yàn)楫?dāng)天下午他們要向貝爾實(shí)驗(yàn)室的領(lǐng)導(dǎo)演示他們的新發(fā)明 不用電子管的放大器。大約一個(gè)小時(shí)后，約翰巴丁和瓦爾特布萊頓陸續(xù)來到實(shí)驗(yàn)室。巴丁進(jìn)行了一些簡(jiǎn)單的計(jì)算，布萊頓和他的助手再一次檢查對(duì)那個(gè)神秘裝置的接線。布萊頓望著窗外連綿的細(xì)雨，心里嘀咕那是吉祥還是災(zāi)難的預(yù)兆。午餐后，貝爾實(shí)驗(yàn)事的各方面領(lǐng)導(dǎo)來到實(shí)驗(yàn)室，其中有固體小組組長(zhǎng)肖克力，肖克力的上司、聲學(xué)家Fletcher，貝爾實(shí)驗(yàn)室的研究室主任Bown，此外還有提供錯(cuò)樣品的Gibney，和巴丁、布萊頓在同一試驗(yàn)室的Pearson，負(fù)責(zé)接線測(cè)試的Moore.展示在他們面前的，除了常規(guī)的儀器設(shè)備如示波器、信號(hào)發(fā)生器、變壓器、話筒、耳機(jī)、電表、轉(zhuǎn)換開關(guān)之外，就是被他們圍繞著的神秘裝置。它是由兩邊包著金箔的塑料楔形體，由彈簧壓在錯(cuò)半導(dǎo)體表面上所組成的，兩部的金箔分別接信號(hào)的輸入端和輸出端，錯(cuò)半導(dǎo)體底部為共同端。在簡(jiǎn)短介紹之后，布萊頓接通電源和信號(hào)。從示波器熒光屏上顯示的，經(jīng)放大器前后的波形對(duì)比，可以看到信號(hào)是顯著的被放大了。布萊頓然后對(duì)著話筒隨意講一些話，帶著耳機(jī)的Bown臉上立刻露出驚奇的神情。它把耳機(jī)傳給Fletcher，F(xiàn)letcher聽了之后不斷的搖頭驚嘆。這激動(dòng)人心的情景，令人回憶起70年代前電話的發(fā)明者亞歷山大貝爾在波士頓住所的閣樓上拿著話筒對(duì)他的助手說：，華生先生到這里來，我需要你'的現(xiàn)場(chǎng)。他們似乎預(yù)感到，科學(xué)發(fā)展史中另一個(gè)新篇章已經(jīng)開始了。.漫長(zhǎng)而曲折的道路晶體管的發(fā)明是許許多多科學(xué)工作者辛勤工作的結(jié)晶。早在20世紀(jì)30年代，從事電話業(yè)務(wù)的企業(yè)就希望能有一種電子器件，它具有電子管的功能但卻沒有電子管的燈絲，因?yàn)榧訜釤艚z不僅消耗能量而且加熱需要時(shí)間，這就延長(zhǎng)了工作時(shí)的啟動(dòng)過程；再加上燈絲有一定的壽命，連續(xù)使用一年半載就要更換；此外，燈絲發(fā)出的熱量有時(shí)還需要排除。這些缺點(diǎn)給電子管設(shè)備的設(shè)計(jì)者、使用者、維修者帶來很多不便。對(duì)此，軍事部門需要解決的迫切性更為強(qiáng)烈。有鑒于此，當(dāng)時(shí)貝爾實(shí)驗(yàn)室主任Kelly根據(jù)19世紀(jì)以來關(guān)于半導(dǎo)體在光照下能產(chǎn)生電流，以及它和金屬接觸能起到整流和檢波的作用的現(xiàn)象，認(rèn)為半導(dǎo)體有希望取代電子管。為此，要加強(qiáng)對(duì)固體物理基礎(chǔ)理論的研究。從1936年起開始招聘有關(guān)的尖端人才，組成研究小組。肖克力那時(shí)和布萊頓都是其中的成員，他們共同研究的課題是氧化銅的工作原理。肖克力想以氧化銅制成三極管，但實(shí)驗(yàn)屢次失敗。1939年貝爾實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家Ohl和Scaff制成兩個(gè)方向?qū)щ娦阅懿煌墓璋?，而且用光照時(shí)能產(chǎn)生電流。他們定義一端為P另一端為N。后來Theuzer發(fā)現(xiàn)，將微量的硼加入融化的硅中，冷卻后即成為P型半導(dǎo)體，而將微量的磷加入后，即成N半導(dǎo)體。1940年Kelly召集布萊頓和其他一些人觀看Ohl做的光電效應(yīng)表演，布萊頓看了之后，連連搖頭說：“這簡(jiǎn)直不可思議”。因?yàn)樗ㄙM(fèi)多年心血研究出來的成果，其電流值還不到人家的1/10。隨著二戰(zhàn)爆發(fā)，肖克力和布萊頓都另有任務(wù)，他們的研究課題就擱置下來。二戰(zhàn)結(jié)束后，肖克力和布萊頓又回到了貝爾實(shí)驗(yàn)室，那時(shí)Kelly已是貝爾實(shí)驗(yàn)室的副總經(jīng)理，他繼續(xù)推行研究固體物理的方針，于1945年成立固體物理研究小組，由肖克力任組長(zhǎng)。肖克力上任后做的第一件事就是聘用巴丁和其它一些科學(xué)家，第二件事是整理過去有關(guān)半導(dǎo)體方面的文獻(xiàn)，第三件事是到普渡大學(xué)調(diào)研，盡可能獲得最新信息，然后提出構(gòu)成一個(gè)半導(dǎo)體三極管的設(shè)想。那就是將一片金屬覆蓋在半導(dǎo)體上面，利用金屬與半導(dǎo)體之間的電壓所產(chǎn)生的電場(chǎng)來控制在半導(dǎo)體中通過的電流，這基本上是結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理。不幸的是，布萊頓等人進(jìn)行了多次試驗(yàn)都沒有成功。1946年巴丁分析了失敗的原因，提出了表面狀態(tài)理論。即由于半導(dǎo)體的表面晶體有缺陷，它能捕獲電子，形成對(duì)電場(chǎng)的屏蔽，使場(chǎng)效應(yīng)無法實(shí)現(xiàn)。1947年的下半年，他們已經(jīng)采用在金屬與半導(dǎo)體之間加入電解質(zhì)并在它和半導(dǎo)體之間通電以消除表面狀態(tài)的方法，使半導(dǎo)體的表面電阻能在一定范圍內(nèi)變化，但還存在沒有電壓增益以及頻率響應(yīng)只能達(dá)到10Hz等缺點(diǎn)。1947年12月11日，同組的物理化學(xué)家Gibney向他們提供了一個(gè)N型錯(cuò)片，上面生成了氧化層（取代電解質(zhì)），在氧化層上面又沉淀了5個(gè)小金粒。布萊頓在金粒上面打了一個(gè)小洞，用鎢絲穿過小洞和氧化層達(dá)到半導(dǎo)體作為一個(gè)電極，希望通過改變金粒和半導(dǎo)體之間的電壓能改變電極和半導(dǎo)體之間的電阻（或流過半導(dǎo)體的電流）。布萊頓在做實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)金粒與半導(dǎo)體之間的電阻很小，二者幾乎形成短路，即氧化層沒有起絕緣作用。而當(dāng)布萊頓在金粒和鎢絲加上負(fù)電壓后，發(fā)現(xiàn)沒有輸出信號(hào)。在操作過程中，布萊頓不小心將鎢絲和金粒短路，將金粒燒毀。布萊頓分析失敗的原因，是由于用水沖洗時(shí)將氧化層的氧化膜一起沖走，從而造成短路。他將鎢絲電極移到金粒的旁邊，加上負(fù)電壓，而在金粒上加了正電壓，突然間，在輸出端出現(xiàn)和輸入端變化相反的信號(hào)，巴丁和布萊頓立刻意識(shí)到一個(gè)歷史性的新紀(jì)元開始了。初步測(cè)試的結(jié)果顯示：電壓放大倍數(shù)為2，上限頻率可達(dá)1萬Hz，至此，前面所說的兩個(gè)缺點(diǎn)都被克服。此后的幾天，他們把試驗(yàn)裝置進(jìn)行了改進(jìn)，測(cè)得的功率增益為大于18。根據(jù)記錄，晶體管的發(fā)明時(shí)間應(yīng)該是1947年12月15日，根據(jù)小組成員對(duì)這項(xiàng)工作的貢獻(xiàn)大小，推舉巴丁和布萊頓為發(fā)明人。考慮肖克力在發(fā)明前后對(duì)晶體管理論的研究成就，他和巴布三人共同獲得1956年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。.發(fā)明以后那個(gè)“神秘裝置”表演成功以后，要給它起一個(gè)名字。按常規(guī)，這個(gè)光榮任務(wù)由巴丁和布萊頓來承擔(dān)。他們?yōu)榇擞喠藥讞l原則：第一，字節(jié)不要過長(zhǎng)，以2?3為度；第二，最后兩個(gè)字母應(yīng)該是er或or，表示與其它電子元件一致，例如：Resistor；第三，要體現(xiàn)它的性能特點(diǎn)。巴和布苦思冥想了好久，始終沒能提出合適的。有一天，恰巧以寫科幻小說出名的作家Pierce從他們辦公室門口走過，他們急忙把他攔住，說：“你正是我們要找的人！”陳述原委之后，Pierce問：“他的特點(diǎn)是什么？’答：“和電子管相仿?！庇謫枺骸半娮庸茏钔怀龅男阅苁鞘裁?？"答：“Transconductance。"Pierce一拍腦袋說：“那么就叫Transresistor如何？”他們認(rèn)為這個(gè)主意不錯(cuò)，但字節(jié)太長(zhǎng)，于是就把它壓縮成為Transistor020世紀(jì)50年代我國(guó)科學(xué)家按上述三原則把它譯成晶體管，延用至今。晶體管的發(fā)明是研究小組送給貝爾實(shí)驗(yàn)室的最豐盛的圣誕禮物，有關(guān)的人門無不歡欣鼓舞，然而有一位卻例外，那就是肖克力。他自幼天資聰明，從不甘居后，但在這場(chǎng)戰(zhàn)役中，他作為一組之長(zhǎng)，既沒有身先士卒又沒有親自指揮，沒有被列入發(fā)明家是理所當(dāng)然的，這使他的自尊心受到很大的打擊。沮喪之余，他又轉(zhuǎn)回來研究晶體管，但不是和大家一起集中精力開發(fā)巴丁和布萊頓發(fā)明的點(diǎn)觸式晶體管，而是研究用PN結(jié)代替點(diǎn)接觸，這樣做在工藝上比較容易實(shí)現(xiàn)而且性能比較穩(wěn)定可靠。然而他卻不和巴丁、布萊頓進(jìn)行交流，而是背著大家干。于是巴丁和布萊頓逐漸離開小組到其它崗位，而肖克力提出的場(chǎng)效應(yīng)管和結(jié)型晶體管的研究工作倒也取得很大進(jìn)展?？吹桨雽?dǎo)體形式大好，肖克力于1955年脫離貝爾實(shí)驗(yàn)室，1956年在加州硅谷創(chuàng)建他自己的“肖克力半導(dǎo)體實(shí)驗(yàn)室”，并從貝爾實(shí)驗(yàn)室和其它單位招聘一些杰出的科學(xué)家，想大干一場(chǎng)，但由于經(jīng)營(yíng)不等原因，實(shí)驗(yàn)室于1965年倒閉。鑒于晶體管發(fā)明后小組人才不斷流失的情況，貝爾實(shí)驗(yàn)室放棄了自己開發(fā)、生產(chǎn)晶體管的設(shè)想，而把這項(xiàng)任務(wù)通過出售產(chǎn)品許可證的方式轉(zhuǎn)移給有關(guān)企業(yè)。首先得到許可證的有:RCA、GE、Philco、Westinghouse等八家制造電子管的公司，到1956年，貝餌實(shí)驗(yàn)室已從中收入百萬元，相當(dāng)于從一開始到1949年全部研究晶體管的費(fèi)用。在應(yīng)用方面，1953年首先用于助聽器，1954年德州儀器公司（TI）制成硅三極管并用它制成第一批晶體管收音機(jī)，售價(jià)49.95美元，不久這個(gè)市場(chǎng)卻被日本的索尼（當(dāng)時(shí)是一個(gè)不知名的小公司）公司所占有。到了1958年至1