1948年7月1日,美国的《纽约时报》用8个句子发表了一条短讯,首次公开报道了晶体管诞生的消息。实际上,这项发明早在半年前就完成了。

人们对半导体的研究很早就开始了。1878年,有人发现方铅矿晶体能够单向导电,但是限于当时的科学水平和技术条件,没有找到它的实用价值。1895年,意大利科学家马可尼在研究无线电检波器时想利用这种晶体。到1906年,简单的矿石检波器制成,这就是现代半导体二极管的原型,它曾风行一时,广泛应用于检波。

弗莱明发明二极管,从而开始了一个无线电发明家的艰难生涯(二)

但是,由于这种晶体二极管工作不稳定,还不如当时的真空二极管有效,矿石晶体渐渐被人遗忘。后来,由于真空二极管无法用于高频检波。人们又重新想起那被遗忘的矿石晶体。不过,人们后来采用的是经过提炼和加工的锗、硅半导体晶体,用这种材料制成的检波器,结构非常简单,检波效率也很高。

早在1928年,就有人提议用半导体材料制作和电子管功能相当的晶体管,但由于当时还缺少研究半导体电子特性的固体物理学知识,而且按温度、压力、化学组成等宏观概念产生的半导体材料,在微观结构上是混乱的,没有规律,其电子特性有很大的偶然性,加之当时电子管正方兴未艾,社会还没有取代它的迫切需要,所以晶体管暂未问世。

1945年初夏,美国著名的贝尔实验室的负责人,电子管专家凯利,正同固体物理学专家肖克莱讨论如何克服电子管的缺陷。肖克莱不愧是一位有眼光的科学家,他认为,在电子管上作些改良,虽然也会取得一些进步,但不能克服它本身的局限。电子管已完成了它伟大的历史使命,人们应该另辟蹊径,把探索的目光投向刚刚露出一线光明的半导体物理学领域。

弗莱明发明二极管,从而开始了一个无线电发明家的艰难生涯(二)

肖克莱的建议得到了凯利的重视。不久,贝尔实验室成立了以肖克莱、巴丁和布拉坦为核心的固体物理学研究小组,由肖克莱担任组长。他们三人密切合作,首先开展了对半导体导电机制的研究,力图通过扎实而广泛的基础研究,找到一种能控制半导体中电子流动的方法,以仿效电子管,造出一种新的半导体放大器。

半导体是界于导体和绝缘体之间性质的物体,它具有又导电又不导电的有趣特性。制作半导体的材料是锗和硅,在含有99.999…9%,有11个9的几乎纯硅或纯锗中,掺入某种杂质,它就可变成能流动电子的N型半导体,掺入另一种杂质,可变成有电子空穴的P型半导体。由于电子带负电,所以,电子逸出的空穴就带正电,将N型与P型半导体复合,就构成在一定方向可通过电流,其反方向不通过电流的半导体。

1947年,肖克莱的研究小组终于成功地研制出世界上第一只晶体三极管。它是用半导体锗作原料制成的。表面层有两根极细的金属针,一根是固定针,另一根是探针,探针上加有负电压。当探针同固定针逐渐靠近,距离小到百分之五毫米以内时,流过探针的微小电流的变化,就能控制固定针的电流变化,达到电流放大的目的。这种半导体放大器件,就称做点接触型晶体管。

弗莱明发明二极管,从而开始了一个无线电发明家的艰难生涯(二)

晶体管发明之后,他们并未立即公布,他们要先把原理搞清楚,而且还要重复实验,使它有更高的可靠性,然后再公开秘密。在此期间,他们的确也曾担惊受怕,生怕别人也发明了而且率先公布。这种担心是有道理的,因为搞这方面研究的并非独此一家。

1948年初,即在贝尔实验室发明晶体管之后的几个星期,在美国物理学会的一次会议上,柏林大学的布雷和本泽做了一个报告,阐述了他们对锗的点接触方面进行的实验发现。当时布拉坦也坐在听众席上,知道他们的实验离发明晶体管的距离非常接近。会后,当布拉坦与布雷交谈时,布拉坦非常紧张,很怕泄密给对方。

当布雷说:“你知道在锗表面另放一个接触点,再测量电势差,我们将发现什么现象吗?”布拉坦更是捏了一把冷汗,只好含糊其辞地回答:“对,布雷,我想那将是:—个很好的实验!”讲完之后,布拉坦再也不敢与布雷多谈,便急急忙忙地走开了。

弗莱明发明二极管,从而开始了一个无线电发明家的艰难生涯(二)

布雷在后来知道了贝尔实验室的秘密后,有点惋惜地说:“如果把我的电极靠近本泽的电极,我们就会得到晶体管的作用,这是十分明白的!”的确如此,但贝尔实验室毕竟险胜了。1948年,他们向全世界宣布了这一发明,一场新的电子革命从此拉开序幕。肖克莱、巴丁和布拉坦因发明晶体管的卓越贡献,共同分享了1956年的诺贝尔物理学奖。

晶体管和电子管的功能相同,但原理和材料有很大的不同。晶体管具有小型、重量轻、性能可靠、省电等优点,电子管的寿命只有几千到几万小时,而晶体管的寿命要比电子管高几百倍到几千倍。所以,在50年代末和60年代初,晶体管逐渐取代了电子管。晶体管的发明,在整个电子学的发展.史上具有划时代的意义,它使电子技术开始了一个新的里程。

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