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电路的故事1
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        20世纪初,固体物理学理论获得了很大发展。人们发现了半导体,其行为可以在导体和绝缘体之间转换。物理学理论暗示,人们可以从半导体材料构造出一种新型的三极管,它具有像真空三极管的功能,但比真空管体积更小、更结实、更省电。可是很多人努力多年,试图构造出这样一种半导体三极管,结果都没有成功。
        这些人当中有一位叫威廉·肖克利(William Shockley)。到了1945年,他在贝尔实验室的小组已经试了很多方法来构造三极管,可是都失败了。肖克利将三极管的研究工作交给了两位年青的同事,约翰·巴丁(John Bardeen)和瓦尔特·布拉顿(Walter Brattain),他自己则转去研究其他固体物理学的问题。
        巴丁和布拉顿经过两年多的紧张工作,在无数次实验之后,终于在1947年12月成功地构造出了世界上第一个半导体三极管。肖克利为小组的成功高兴,同时又很遗憾自己错过了发明半导体三极管的这一历史事件。他马上全力投入一种改进型的半导体三极管的研究工件,新年期间也不停顿。不久后,肖克利构造出了一种性能更高、更实用的半导体三极管。以后很多年,市场上使用的三极管采用的是肖克利的设计。大概是由于这个原因,尽管肖克利不是第一个半导体三极管的发明人,1956年巴丁、布拉顿和肖克利因发明半导体三极管而荣获诺贝尔物理奖。
        如下图所示,半导体三极管(左图)的原理很简单。在基极加上适当电压,电流就从发射极流向集电极。这个电流的大小是基极电压变化大小的一个放大。在基极加上足够大的电压,电流可以几乎无阻碍地从发射极流向集电极,三极管的行为是一个导体;当基极的电压足够小时,电流接近零,三极管的行为象个绝缘体。今天人们使用的半导体三极管大部分是所谓的“场效应管”(下图),遵循类似的工作原理。

        实际构造这样一个三极管就不简单了。半导体是用锗、硅这类材料掺上微量的其他元素(称为杂质)构成的。三极管的各个部分用什么样的半导体材料、掺多少杂质、采用什么样的几何形状,都会影响三极管的性能。
        晶体管堪称是人类历史上最有影响的发明之一。今天,恐怕很难找到一个人,没有使用过晶体管。1947年底,贝尔实验室发明了晶体管;1948年6月,贝尔实验室向社会发布了这项发明;1949年,晶体管产品开始销售:每个三极管售价数十美元,远高于真空管的价格。但是,到了1957年,即发明晶体管十周年之际,美国的晶体管年产量已经达到三千万只。今天,一块指甲盖大小的高档集成电路芯片中就可能有一亿个晶体管。每个晶体管的售价已经便宜到了千分之一美分,是50年前的近十万分之一。
        肖克利很清楚地看到晶体管的商业前景。因此,他就特别气愤贝尔实验室没有把他的名字放进晶体管专利的发明人名单中,也没有让他升任高级管理人员。贝尔实验室却知道不能给肖克利升职,因为他不是一个好的管理者,甚至缺乏基本的团队精神。肖克利的古怪脾气,气走了巴丁和布拉顿。布拉顿要求调到贝尔实验室的另一个部门。巴丁则干脆离开了贝尔实验室,在1951年加盟了伊利诺大学。后来,巴丁由于超导方面的工作获得了第二个诺贝尔物理奖。
        1954年,晶体管的销售量超过了100万只。肖克利决定离开贝尔实验室到加利福尼亚州自谋发展。

 
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