晶體管的誕生

晶體管的誕生2023年2月1日14建筑智能xqp一、什么是晶體管晶體管（transistor）是一種固體半導(dǎo)體器件，具有檢波、整流、放大、開關(guān)、穩(wěn)壓、信號調(diào)制等多種功能。晶體管作為一種可變電流開關(guān)，能夠基于輸入電壓控制輸出電流。與普通機械開關(guān)（如Relay、switch）不同，晶體管利用電訊號來控制自身的開合，而且開關(guān)速度可以非?？欤瑢嶒炇抑械那袚Q速度可達100GHz以上。晶體管主要分為兩大類：雙極性晶體管（BJT）和場效應(yīng)晶體管（FET）。晶體管有三個極；雙極性晶體管的三個極，分別由N型跟P型組成發(fā)射極（Emitter）、基極(Base)和集電極（Collector）;場效應(yīng)晶體管的三個極，分別是源極（Source）、柵極（Gate）和漏極（Drain）。二、晶體管的發(fā)明者肖克利1910年生于倫敦。3歲隨父母舉家遷往加州。從事礦業(yè)的雙親從小給他灌輸科學(xué)思想，加上中學(xué)教師斯拉特的熏陶，他考入了麻省理（MIT），獲固體物理學(xué)博士學(xué)位后留校任教。不久，位于新澤西州的貝爾實驗室副主任凱利來麻省“挖角”，將肖克利挖走了。二戰(zhàn)結(jié)束后，貝爾實驗室開始研制新一代的電子管，具體由肖克利負責(zé)。1947年圣誕節(jié)前兩天的一個中午，肖克利的兩位同事沃爾特·布蘭坦（WalterBrattain）和約翰·巴?。↗ohnBardeen），用幾條金箔片，一片半導(dǎo)體材料和一個彎紙架制成一個小模型，可以傳導(dǎo)、放大和開關(guān)電流。他們把這一發(fā)明稱為“點接晶體管放大器”（Point－ContactTransistorAmplifier）。這就是后來引發(fā)一場電子革命的“晶體管”。肖克利和這兩位同事榮獲1956年度的諾貝爾物理學(xué)獎。這是一種用以代替真空管的電子信號放大元件，是電子專業(yè)的強大引擎，被媒體和科學(xué)界稱為“20世紀最重要的發(fā)明”。也有人說：“沒有貝爾實驗室，就沒有硅谷。巴丁1908年5月23日生于威斯康星州麥迪遜城，15歲便高中畢業(yè)。1923年入威斯康星大學(xué)電機工程系就學(xué)，畢業(yè)后即留在該校擔(dān)任電機工程研究助理。1930-1933年在匹茲堡海灣實驗研究所從事地球磁場及重力場勘測方法的研究。1928年獲威斯康星大學(xué)理學(xué)士學(xué)位，1929年獲碩士學(xué)位。1936年獲普林斯頓大學(xué)博士學(xué)位。1933年到普林斯頓大學(xué)，在E·P·維格納的指導(dǎo)下，從事固態(tài)理論的研究。1935-1938年任哈佛大學(xué)研究員。1936年以《金屬功函數(shù)理論》的論文從普林斯頓大學(xué)獲得哲學(xué)博士學(xué)位。1938-1941年任明尼蘇達大學(xué)物理學(xué)助理教授，1941-1945年在華盛頓海軍軍械實驗室工作，1945-1951年在貝爾電話公司實驗研究所研究半導(dǎo)體及金屬的導(dǎo)電機制、半導(dǎo)體表面性能等基本問題。1947年和其同事W·H·布喇頓共同發(fā)明第一個半導(dǎo)體三極管，一個月后，W·肖克萊發(fā)明PN結(jié)晶體管。這一發(fā)明使他們?nèi)双@得1956年諾貝爾物理學(xué)獎，巴丁并被選為美國科學(xué)院院士。布拉頓布拉頓（Brattain,WalterHouser)美國物理學(xué)家。1902年2月10日生于中國（父母是美國人）廈門。布拉頓的少年時期是在牧場上度過的。他1924年畢業(yè)于惠特曼學(xué)院（在華盛頓州沃拉沃拉），1929年在明尼蘇達大學(xué)取得博士學(xué)位。同年，他進入貝爾電話實驗室，成為一名物理學(xué)研究人員。第二次世界大戰(zhàn)期間，他在那里從事潛艇磁探測的工作。他同肖克利和巴丁共同獲得1956年諾貝爾物理學(xué)獎。1967年，他接受惠特曼學(xué)院的聘請，擔(dān)任了自己母校的教授。三、晶體管的誕生1936年，在號稱"工程師的搖籃"的美國麻省理工學(xué)院，一位不速客悄悄推開了博士生肖克利的房門。來者自報家門，說明他來自貝爾實驗室，名叫凱利。肖克利吃了一驚，他久聞這位著名物理學(xué)家的大名。"小伙子，愿意來貝爾實驗室工作嗎？"凱利快人快語，毫不掩飾自己來麻省"挖人"的意圖。凱利的話使肖克利怦然心動。貝爾實驗室在電子學(xué)方面開展著世界上規(guī)模最大的基礎(chǔ)研究，發(fā)明專利的注冊已達近萬項之多。畢業(yè)后，肖克利毫不遲疑地打點行裝，來到了新澤西。貝爾實驗室里早就有位青年人---布拉頓。布拉頓先后取得過理學(xué)碩士和哲學(xué)博士學(xué)位，從1929年起就加盟貝爾實驗室。肖克利專攻理論物理，布拉頓則擅長實驗物理，知識結(jié)構(gòu)相得益彰，大有相見恨晚的感覺。工作之余，他們也常聚在一起"侃大山"。凡是涉及到當(dāng)時電子學(xué)中的熱門話題無話不談。直到有一天，肖克利講到一種"礦石"時，思想碰撞的火花終于引燃了"鏈式反應(yīng)"。肖克利說："有一類晶體礦石被人們稱為半導(dǎo)體，比如鍺和硅等等，它們的導(dǎo)電性并不太好，但有一些很奇妙的特性，說不定哪天它們會影響到未來電子學(xué)的發(fā)展方向。"布拉頓心領(lǐng)神會，連連點頭。如果不是第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)，肖克利和布拉頓或許更早就"挖掘"到了"珍寶"，然而，戰(zhàn)爭畢竟來臨了，肖克利和布拉頓先后被派往美國海軍部從事軍事方面的研究，剛剛開始的半導(dǎo)體課題遺憾地被戰(zhàn)火中斷。1945年，戰(zhàn)火硝煙剛剛消散，肖克利一路風(fēng)塵趕回貝爾，并帶來了另一位青年科學(xué)家巴丁。巴丁是普林斯頓大學(xué)的數(shù)學(xué)物理博士，擅長固體物理學(xué)。巴丁的到來，對肖、布的后續(xù)研究如虎添翼，他淵博的學(xué)識和固體物理學(xué)專長，恰好彌補了肖克利和布拉頓知識結(jié)構(gòu)的不足。貝爾實驗室迅速批準固體物理學(xué)研究項目上馬，凱利作為決策者在課題任務(wù)書上簽署了大名。由肖克利領(lǐng)銜，布拉頓、巴丁等人組成的半導(dǎo)體小組把目光盯住了那些特殊的"礦石"。肖克利首先提出了"場效應(yīng)"半導(dǎo)體管實驗方案，然而首戰(zhàn)失利，他們并沒有發(fā)現(xiàn)預(yù)期的那種放大作用。1947年的圣誕節(jié)即將來臨，這天晌午時分，布拉頓和巴丁不約而同地走進實驗室。在此之前，由于有巴丁固體表面態(tài)理論的指導(dǎo)，他倆幾乎接近了成功的邊緣。實驗表明，只要將兩根金屬絲的接觸點盡可能地靠近，就可能引起半導(dǎo)體放大電流的效果。但是，如何才能在晶體表面形成這種小于0．4毫米的觸點呢？布拉頓精湛的實驗技藝開始大顯神威。他平穩(wěn)地用刀片在三角形金箔上劃了一道細痕，恰到好處地將頂角一分為二，分別接上導(dǎo)線，隨即準確地壓進鍺晶體表面的選定部位。電流表的指示清晰地顯示出，他們得到了一個有放大作用的新電