小電科普|晶體管誕生記

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    上周小電給大家介紹了電子管，反響很好，這給了小電很大的動(dòng)力，繼續(xù)給大家收羅好玩的電子器件的歷史吧。
   今天我們來聊聊晶體管。這個(gè)可正好是我們最近正在學(xué)習(xí)的哦。

BEGIN

    晶體管的發(fā)明是20世紀(jì)具有劃時(shí)代意義的創(chuàng)新實(shí)踐，它的誕生促使電子產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，加快了自動(dòng)化和信息化的步伐，也刷新了世界的面貌。


孕
育

    晶體管孕育并誕生于貝爾實(shí)驗(yàn)室，絕非偶然，因?yàn)閺膭?chuàng)新環(huán)境看，貝爾實(shí)驗(yàn)室具備了所需要的各種條件。貝爾實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)建于1925年，由美國(guó)電話電報(bào)公司電氣工程部和西方電氣公司電氣工程部合并而成。成立之初，它就是美國(guó)甚至世界上規(guī)模最大的工業(yè)實(shí)驗(yàn)室，人數(shù)約有3600人，其中2000人是技術(shù)人員。

    1945年7月，第二次世界大戰(zhàn)臨近結(jié)束，貝爾實(shí)驗(yàn)室副總裁洞察到通信技術(shù)的發(fā)展前景，他親自主持了各研究部門改組。這次改組，物理部門就成立了三個(gè)研究小組。其中物理學(xué)家肖克利、巴丁和布拉頓就是在其中的固體物理研究小組，這個(gè)孕育晶體管的研究組。根據(jù)分工布拉頓集中研究半導(dǎo)體表面的一些現(xiàn)象，看它們?nèi)绾问芄夂碗妶?chǎng)等影響；皮爾遜研究硅和鍺晶體的特性測(cè)試；肖克利和巴丁則負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)的理論解釋，并及時(shí)提出建議。

    同時(shí)當(dāng)時(shí)硅和鍺的提純工藝已經(jīng)成熟，并且有了很好的元素?fù)诫s方法，利用摻雜方法，能夠得到可控制和可重復(fù)的電學(xué)特性。按照肖克利的安排，巴丁著手研究“場(chǎng)效應(yīng)”檢驗(yàn)。所謂“場(chǎng)效應(yīng)”，就是當(dāng)強(qiáng)電場(chǎng)作用于一個(gè)薄薄的硅片時(shí)，應(yīng)該在硅片表面出現(xiàn)電荷層。后來改用鍺晶體來檢測(cè)場(chǎng)效應(yīng)。終于，巴丁、布拉頓在鍺晶體上觀測(cè)到肖克利所預(yù)言的場(chǎng)效應(yīng)現(xiàn)象。經(jīng)過一年多的反復(fù)，實(shí)驗(yàn)取得顯著進(jìn)展。晶體管孕育接近成熟。

    大家跟著小電目睹一下這三位偉大科學(xué)家的尊容吧（*＾-＾*）
肖克利
研究小組的領(lǐng)導(dǎo)








巴丁
唯一兩次獲得
諾貝爾物理獎(jiǎng)的科學(xué)家
布拉頓
1902年生于
中國(guó)廈門的
美國(guó)物理學(xué)家



偉人工作時(shí)的合影



誕
生

    1947年11月21日巴丁向布拉頓提出一個(gè)新建議： 用一根金屬的尖端刺到硅片上， 形成點(diǎn)接觸，同時(shí)在其周圍注滿電解質(zhì)，通過改變加在電解質(zhì)上的電壓改變這種點(diǎn)接觸下方硅晶體的電阻，（ 即導(dǎo)電性能，）由此控制流人到接觸點(diǎn)上的電流。巴丁后來回憶，他建議 “使用點(diǎn)接觸完全是出于便利的考慮”。

    經(jīng)過對(duì)實(shí)驗(yàn)方案的不斷調(diào)整和理論研究的持續(xù)深入，在12月16日進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)中，布拉頓用導(dǎo)線將新裝置同電池相連接，構(gòu)成工作回路。巴丁與布拉頓在其中一個(gè)接觸點(diǎn)加上1伏正電壓，在另一個(gè)接觸點(diǎn)加上10伏負(fù)電壓，此次實(shí)驗(yàn)就獲得了30%的輸出功率，同時(shí)電壓放大了15倍。在接下來的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)輸出電壓放大系數(shù)下降到4時(shí)，輸出功率的功放系數(shù)高達(dá)450%，奇跡出現(xiàn)了！


業(yè)界首款晶體管

    從布拉頓的實(shí)驗(yàn)筆記可以看出，晶體管誕生的日期就是1947年12月16日。 有很多地方寫晶體管誕生于1947年12月23日，其實(shí)是貝爾實(shí)驗(yàn)室固體物理組隊(duì)外宣布和公開演示這項(xiàng)發(fā)明的日期。



命
名

　臨近貝爾實(shí)驗(yàn)室舉行新聞發(fā)布會(huì)的曰期，正式命名這種新型元件遂成為緊迫任務(wù)。 那時(shí)，圈內(nèi)人士已起了多個(gè)名字，不過，這些名字看起來都不能恰如其分地產(chǎn)定義這種元件。

    1948年5月的一天，貝爾實(shí)驗(yàn)室工程師皮爾斯緩步走入布拉頓的辦公室，當(dāng)時(shí)布拉頓正在考慮如何命名。皮爾斯是是秘密研究固體放大器的半導(dǎo)體組成員。布拉頓見到他連忙招呼，并請(qǐng)他出個(gè)主意。皮爾斯是電子工程師，他知道真空管是一種電壓驅(qū)動(dòng)裝置，工作時(shí)由輸人電壓控制輸出電流 ；點(diǎn)接觸放大器則與之相反，工作時(shí)是由輸人電流控制輸 出電流。皮爾斯注意到真空管被命名為“reans-conductance”他認(rèn)為這兩種電子線路具有對(duì)應(yīng)特性，或許點(diǎn)接觸放大器的名字也可以類似“trans-resistance”。他開始將這些相關(guān)的名字進(jìn)行組合，思索片刻后冷不防 地說出了一個(gè)新詞匯：“transistor”，意為晶體管。布拉頓當(dāng)即予以肯定。

    1948年6月30日，貝爾實(shí)驗(yàn)室舉行新聞發(fā)布會(huì),實(shí)驗(yàn)室主任鮑恩正式宣布：我們將這種裝置稱為T-R-A-N-S-I-S-T-O-R(晶體管)。因?yàn)樗�是一種半導(dǎo)體器件。當(dāng)電流信號(hào)從輸入端進(jìn)入再?gòu)妮敵龆溯敵鰰r(shí)，它能夠使輸入信號(hào)放大。當(dāng)然，如果你愿意的話，它還可以充當(dāng)真空管放大器，但兩者之間存在著本質(zhì)的差別。在這個(gè)裝置里，沒有真空，沒有鎢絲，沒有玻璃管，它完全是由常溫的、固態(tài)物質(zhì)組成的。






發(fā)
展

　點(diǎn)接觸型晶體管是巴丁和布拉頓發(fā)現(xiàn)的，他倆申請(qǐng)了專利，但沒有帶上肖特利，因此肖特利內(nèi)心受到了很大挫傷，但卻沒有消沉，他在1951年制成了第一個(gè)面接觸型晶體管，接著1952年又研發(fā)的MOSFET——金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，堪稱里程碑之作，也申請(qǐng)了專利，當(dāng)然也不會(huì)帶上他的那兩位老朋友。

    在接下來的幾年里，貝爾實(shí)驗(yàn)室繼續(xù)充當(dāng)著晶體管快速發(fā)展的原動(dòng)力，為了避免遭受美國(guó)司法部的反壟斷指控，貝爾實(shí)驗(yàn)室于1952年向其他同行開放了專利授權(quán)許可。
   由于肖克萊、巴丁和布拉頓三人對(duì)晶體管發(fā)現(xiàn)做出了杰出貢獻(xiàn)，1956年，肖克萊、巴丁和布拉頓三人，共同獲得當(dāng)年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，這是科學(xué)技術(shù)界最高的榮譽(yù)。

   而在半導(dǎo)體業(yè)務(wù)發(fā)展迅速的大環(huán)境下，晶體管的發(fā)現(xiàn)也成就了很多公司，甚至說成就了美國(guó)的硅谷。這里面還有著很多的好玩的故事呢……嗯，還是等等，看大家有沒有興趣再?zèng)Q定要不要去收羅吧。

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