1948年7月1日,美國的《紐約時報》用8個句子發表了一條短訊,首次公開報道了晶體管誕生的消息。實際上,這項發明早在半年前就完成了。

人們對半導體的研究很早就開始了。1878年,有人發現方鉛礦晶體能夠單向導電,但是限於當時的科學水平和技術條件,沒有找到它的實用價值。1895年,意大利科學家馬可尼在研究無線電檢波器時想利用這種晶體。到1906年,簡單的礦石檢波器製成,這就是現代半導體二極管的原型,它曾風行一時,廣泛應用於檢波。

弗萊明發明二極管,從而開始了一個無線電發明家的艱難生涯(二)

但是,由於這種晶體二極管工作不穩定,還不如當時的真空二極管有效,礦石晶體漸漸被人遺忘。後來,由於真空二極管無法用於高頻檢波。人們又重新想起那被遺忘的礦石晶體。不過,人們後來採用的是經過提煉和加工的鍺、硅半導體晶體,用這種材料製成的檢波器,結構非常簡單,檢波效率也很高。

早在1928年,就有人提議用半導體材料製作和電子管功能相當的晶體管,但由於當時還缺少研究半導體電子特性的固體物理學知識,而且按溫度、壓力、化學組成等宏觀概念產生的半導體材料,在微觀結構上是混亂的,沒有規律,其電子特性有很大的偶然性,加之當時電子管正方興未艾,社會還沒有取代它的迫切需要,所以晶體管暫未問世。

1945年初夏,美國著名的貝爾實驗室的負責人,電子管專家凱利,正同固體物理學專家肖克萊討論如何克服電子管的缺陷。肖克萊不愧是一位有眼光的科學家,他認爲,在電子管上作些改良,雖然也會取得一些進步,但不能克服它本身的侷限。電子管已完成了它偉大的歷史使命,人們應該另闢蹊徑,把探索的目光投向剛剛露出一線光明的半導體物理學領域。

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肖克萊的建議得到了凱利的重視。不久,貝爾實驗室成立了以肖克萊、巴丁和布拉坦爲核心的固體物理學研究小組,由肖克萊擔任組長。他們三人密切合作,首先開展了對半導體導電機制的研究,力圖通過紮實而廣泛的基礎研究,找到一種能控制半導體中電子流動的方法,以仿效電子管,造出一種新的半導體放大器。

半導體是界於導體和絕緣體之間性質的物體,它具有又導電又不導電的有趣特性。製作半導體的材料是鍺和硅,在含有99.999…9%,有11個9的幾乎純硅或純鍺中,摻入某種雜質,它就可變成能流動電子的N型半導體,摻入另一種雜質,可變成有電子空穴的P型半導體。由於電子帶負電,所以,電子逸出的空穴就帶正電,將N型與P型半導體複合,就構成在一定方向可通過電流,其反方向不通過電流的半導體。

1947年,肖克萊的研究小組終於成功地研製出世界上第一隻晶體三極管。它是用半導體鍺作原料製成的。表面層有兩根極細的金屬針,一根是固定針,另一根是探針,探針上加有負電壓。當探針同固定針逐漸靠近,距離小到百分之五毫米以內時,流過探針的微小電流的變化,就能控制固定針的電流變化,達到電流放大的目的。這種半導體放大器件,就稱做點接觸型晶體管。

弗萊明發明二極管,從而開始了一個無線電發明家的艱難生涯(二)

晶體管發明之後,他們並未立即公佈,他們要先把原理搞清楚,而且還要重複實驗,使它有更高的可靠性,然後再公開祕密。在此期間,他們的確也曾擔驚受怕,生怕別人也發明了而且率先公佈。這種擔心是有道理的,因爲搞這方面研究的並非獨此一家。

1948年初,即在貝爾實驗室發明晶體管之後的幾個星期,在美國物理學會的一次會議上,柏林大學的佈雷和本澤做了一個報告,闡述了他們對鍺的點接觸方面進行的實驗發現。當時布拉坦也坐在聽衆席上,知道他們的實驗離發明晶體管的距離非常接近。會後,當布拉坦與佈雷交談時,布拉坦非常緊張,很怕泄密給對方。

當佈雷說:“你知道在鍺表面另放一個接觸點,再測量電勢差,我們將發現什麼現象嗎?”布拉坦更是捏了一把冷汗,只好含糊其辭地回答:“對,佈雷,我想那將是:—個很好的實驗!”講完之後,布拉坦再也不敢與佈雷多談,便急急忙忙地走開了。

弗萊明發明二極管,從而開始了一個無線電發明家的艱難生涯(二)

佈雷在後來知道了貝爾實驗室的祕密後,有點惋惜地說:“如果把我的電極靠近本澤的電極,我們就會得到晶體管的作用,這是十分明白的!”的確如此,但貝爾實驗室畢竟險勝了。1948年,他們向全世界宣佈了這一發明,一場新的電子革命從此拉開序幕。肖克萊、巴丁和布拉坦因發明晶體管的卓越貢獻,共同分享了1956年的諾貝爾物理學獎。

晶體管和電子管的功能相同,但原理和材料有很大的不同。晶體管具有小型、重量輕、性能可靠、省電等優點,電子管的壽命只有幾千到幾萬小時,而晶體管的壽命要比電子管高几百倍到幾千倍。所以,在50年代末和60年代初,晶體管逐漸取代了電子管。晶體管的發明,在整個電子學的發展.史上具有劃時代的意義,它使電子技術開始了一個新的里程。

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