晶体管

1948年6月30日,美国贝尔电话研究所正式宣布:世界上第一只晶体管研制成功。

美国物理学家肖克利、巴丁和布拉顿在30-40年代,先后进入贝尔电话研究所工作,都从事着固体物理理论的研究。

肖克利早在1939年就提出“利用半导体而不用真空管的放大器在原则上是可行的”。布拉顿和巴丁在开始研究晶体三极管时,采用了肖克利的场效应概念,但实验屡遭失败。两人在总结经验教训的同时,巴丁又提出了表面态理论。根据这一新的原理,在1947年12月23日的实验中,他们终于取得了意义重大的成功。巴丁和布拉顿把两根细金属丝置放在锗半导体晶片的表面,其中一根接通电流,使另一根尽量靠近它,并加上微电流,这时,通过锗片的电流突然增大起来。这就是一种信号放大现象。

这项发现震动了整个电子学界。贝尔研究所利用这种放大现象制造出晶体管。因为这种晶体管的结构,只是金属丝与半导体晶片的某一“点”接触,故称之为“点接触晶体管”。然而,当时这种晶体管存在着不稳定、噪声大、频率低、放大率小、制作困难等缺点,某些性能还比不上电子管。故而人们估计,它只能使用在助听器之类的小东西上,很少有人能预见到它以后的巨大发展。

在“点接触晶体管”诞生之后,肖克利又一次显示了非凡的才能。他认识到过去进展不大的主要原因是一味地模仿真空三极管。肖克利对半导体的性能进行了更深刻地探讨,提出了“空穴”这崭新的概念,并提出另一个新设想:在半导体的两个P区中间夹一个N区的结构就可以实现晶体管放大作用。肖克利给这种晶体管取名为“结型晶体管。由于当时技术条件较差,他克服了重重困难,整整花费了一年的时间,1950年第个“结型晶体管”试制成功。这种晶体管是利用晶体中的电子和空穴的作用原理制成,它是现代晶体管的雏型。

“结型晶体管”的出现具有重大意义,它证明半导体的放大作用不是由表面现象引起,而是在半导体内部发生的放大过程中形成的。它克服了“点接触晶体管”的不稳定性,而且噪声低、功率大。

肖克利虽然没有直接参与“点接触晶体管”的发明(专利权属于巴丁和布拉顿),但他是半导体组的领导人,而且对导致晶体管发明的理论做出了重大贡献。1956年,肖克利和巴丁、布拉顿一起领受了科学的最高奖 -诺贝尔物理奖。

此后,许多科研人员又对晶体管的改进和半导体的研究做了大量工作,继而开发出许多品种的新型晶体管,如合金晶体管(1951年)、漂移晶体管(1955年)、台面晶体管(1956年),平面晶体管(1959年)、外延晶体管(1960年年)、金属氧化物半导体晶体管(1962年),功率晶体管(1962年)等。


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