晶体管发展史

你即使不知道晶体管的具体结构，也该知道CPU是由上百万个晶体管构成的吧。如今，晶体管广泛应用于与各个领域。如果没有晶体管，就没有CPU、电话、电视。为了纪念这个20世纪最伟大发明的60岁生日，MCG认为很有必要给他来一次隆重而正式的介绍。让更多的Geeks了解这个促进现代科技高速发展的大功臣。

什么是晶体管？

通俗地说，晶体管是半导体做的固体电子元件，外部通常有三个引脚，也称为三极管。由单晶锗(现在已经很少采用)或单晶硅切片制作而成的晶体管，其导电性能可在导体和绝缘体之间自由变换。也就是说，晶体管基本上就是一个小型的开关。但除了控制电流的通断外，晶体管还有放大电流的作用。

起源：因为二战时期的雷达

1940s

在第二发世界大战期间，为了让盟军在战争中获得优势，英国和美国科学家一起研发出了雷达。一些Geeks知道，雷达的工作原理是发出无线电波，然后分析反射回来无线电波是否存在变化来辨别远处是否存在物体。在分析反射回来的电波时，需要用到一种半导体晶体来实现整流，才能将无线电信号变成屏幕显示所需的直流电。但是那时采用的那种半导体晶体的效率和敏感度都非常低，不能及时处理反射回来的雷达信号。此外，那玩意容易烧坏，还须要经常更换。有鉴于此，军方召集了普渡大学(Purdueuniversity)、贝尔实验室(8eII Labs)、麻省理工学院(MIT)以及芝加哥大学(unIversity ofChicago)的超级Geeks研制一种更好的半导体晶体。

这样的实验基本上就像用不同的配方调制鸡尾酒一样。在尝试了给各种不同的配方后，这帮Geek终于弄明白了哪种组合是最佳方橐。其中，普渡大学的西奠本则尔(sgymour Benzet)的研究成果最大，发现了最适合做雷达的检波器锗晶体(germanium crystal)。经过这段时间的研究，这帮Geeks也掌握了晶体生长和晶体搀杂的新技术。没有人能想到，对晶体生长的研究在其他领域发挥了巨大作用。

固态物理研究扎根贝尔实验室

Auq.,1945

二战末期，这个为战争而进行的计划已经没有继续的必要了。恰好当时贝尔实验室主席Hervin Kelly(默文・凯利)为了让AT＆T更强大(当时贝尔试验室还是AT&T的一个部门)，决定实施一个顶尖的基础科学研究计划。虽然当时真空管还在用来放大电话线路中的语音信号，但真空管的能力应该达到了它的极限，再无潜力可挖。Mervin Kelly认为可以研发出一种更强健更有效的放大器，去替代AT&T电话网络中的真空管。恰逢当时正在进人冷战时期。美国军方愿意大把大把地把钱花在任何有利于冷战的研究项目上。Hervin KelIy希望得到军方这个长期大客户，于是将固态物理研究加人到这个研究计划中，延续了战争时期的研究工作。

Hervin Kelly任命著名的William Shockley(威廉・肖克利)和Starley Morgan(斯坦利摩根)负责这个部门，并从贝尔实验室其他部门调遣了Walter Brattain(沃尔特・布拉顿)、GeraldPearson(杰拉尔德・皮尔森)、Roben Gibney(罗伯特・吉伯尼)等人到固态物理研究组中。不久，John Bardeen(约翰・巴丁)也被雇用，加入到这个小组。William shock时从大组中分出一个小组专注于基于量子力学理论的半导体研究。

第一介晶体管诞生

Dec.,1947

1947年11月17日，Walter Brattaln用硅做了一个小装置在承中做实验，来研究半导体表面的电子活动，但硅表面不断凝结的小水珠把实验搞得一团糟。Walter Brattin机灵一动，把整个实验装置都沉到水下去，这个湿淋淋的装置居然产生了他所看到的最大的放大效果。lohn Bardeen知道这个实验结果后，建议把一个金属点压在硅中，并在表面用需馏水包住这个点。这个放大器做好后，立马产生了预期的放大效果。尽管放大倍数不高，但是能工作了。

于是lohn Bardeen和Walter Brattain尝试了不同的材料，不同设置和不同电解液代替水，试图获得更大的电流。当用借取代硅后，他们得到了一个意向不到的实验结果――电流放大了约330倍，但电流的方向却和预期相反。很可惜，这个放大器只适用于非常低频的电流，无法处理电话系统中的人声信号所包含的频率。所以，他们下一步工作就是要使这个放大器可以在各种频率下工作。

经过一个月的反复试验，他们终于发明了第一个点触式晶体管，并成功放大了所有频率的电流。将实验成功的消息保密了一个星期后，他们于12月23日向全实验室和高层展示了他们的成果。在经过实验室其他人的检查和测试之后，全世界第一个可工作的固态放大器正式公布了。

第一个面结型晶体管成品

Apr.,1950

William Shockley本以为晶体管的发明应该算在他一个人头上，但是贝尔实验室的律师拒绝了他的要求，甚至在没有在晶体营专利上写上他的名字。Willlain Shockiey很生气，后果也很严重。当贝尔实验室的同事都在忙于改进第一款晶体管的时候，Williain Shockley经过几个月的秘密研究和实验，根据三明治的结构，提出了面结型晶体管(Junction Transistor)构想。但是Williain Shockley在制作成品方面一直没有什么进展。1950年4月12日，William Shockley在Gordon Teal (戈登蒂尔)和Morgan Sparks(摩根斯帕克斯)用新的晶体搀杂和抽拉工艺的帮助下，制作出第一款“三明治”晶体管――面结型晶体管。不过，第一个面结型晶体管还有些Bug，像应付电话语音这种复杂电信号时，空易出错。1951年1月，MorganSparks改进了晶体管的制造工艺后，新晶体管的Bug消除了。新晶体管的效率非常高，耗电量却很低，还能放大很微弱的电信号，实用性大大提高。为此，贝尔实验室在1951年召开了新闻会――宣布可实际工作的高效率面结型晶体管就此诞生。

第一件采用晶体管的商品

1952

1952年底，第一件采用晶体管的商品――Sonotone lolo助听器上市，售价为229.5美元。当时，AT&T(贝尔实验室的母公司)为了帮助此类公司，免费为这家助听器公司提供晶体管授权。

第一台晶体管电脑

Jan.,1954

在军方的支持下，贝尔实验室于1954年1月,建成了第一台没有电子管的计算机――TRADIC(TRAnsistorized DIRftaIComputer)。这台计算机的体积仅有3立方英尺，相比第一个电子管计算机(ENIAC)那1500平方英尺，简直是小得惊人。TRADIc使用了大约800点触式晶体管和10000个锗晶体管整流器，每秒可执行！百万次逻辑操作。最棒的是，这台电脑的功率不到100瓦。不过，由于那时的晶体管价格昂贵，这台计算机是在军方的支持下才得以建成，运行的也是与国防相关的项目。

第一个硅晶体管

Apr.,1954

尽管有很多人抱怨锗晶体管有个坏特性――不能在高温下工作，也有人想过用硅来代替锗制造晶体管也许会更好。不过限于当时技术水平，人们都认为硅晶体管还需要等上好几年的时候，从贝尔实验室跳槽到德州仪器的Gordon Teal从口袋里拿出了硅晶体管的成品。

那一刻，Tl从一个才启动的小电子公司突然变成了一个极具行业影响力的巨头。Tl不仅是第一个生产出硅晶体管的公司，更是第一个生产大众化晶体管的公司。

第一台晶体管收音机

OCt.,1954

让晶体管真正流行起来的产品不是电话公司，也不是只有少数科学家才用的起的电脑，而是能吸引大众注意的手持收音机。1954年10月18日，由Regencyt和TI联合推出的第一台晶体管收音机――ResencyTR-I上市，售价为49.99美元。这个收音机采用的四个晶体管由TI制造，其他都分则由Regency制造。

Shockley离开贝尔实验室

Feb.,1956

William ShockJey气不过原来职位比他低的人提升得比他快，于是离开贝尔实验室。此人确实在物理方面有很高的天赋，但他非常不好相处，很多顶尖级别的科学家都不能和他一起共事。离开贝尔实验室后，他尝试了好几种工作后，都不是很满意。于是决定自己开一个公司。在得到ArnoldBeckman(阿诺德・贝克曼)的投资后，William shockley开始四处召集人手。1956年2月，他自己组织的新实验室(ShockJeySemiconductor Laboratory)正式成立了。尽管当时新实验室仅有4名雇员，但却是帕洛阿图市第一家商业化的高科技公司。数年后，越来越多的半导体实验室和高科技公司在这个地区落地生根，这个地区后来有了新名字――硅谷。

八“叛逆”事件

Sept.,1957

由于WiIliam Shockley的管理方式有问题，他手下的8个雇员觉得跟他相处十分困难。实验室成立不到一年，这个8个雇员就跑到投资人――Amold Beckman那里投诉，要求更换管理人。迫于行业的冲击，ArnoldBeckman同意聘请了一个为经理来管理实验室，William Shockley担任主任。但新的经理并不能解决实验室中存在的隐患――8个雇员和William Shockley之间矛盾越来越大。数月后，投资人Arnold Beckman改变了主意，解雇了那个新经理，让WilliamShockley全权负责所有事务。面对无法调和的矛盾，在1957年9月，这8个雇员选择了离开。离开不久，这个8个人就和一家叫Fairchild(仙童)Camera and Instruments的纽约公司签订了130万美元的合同。这个八个分别是Julius Blank(朱利叶斯・布兰克)、VictorGrtnich(维克托・格林里奇)、Iean Hoernl(吉恩・霍而尼)、Gene Kleiner(吉恩・克雷恩)、Jay Last(杰伊・拉斯特)、Gordon Hoore(戈登・摩尔)、RobertNoyce(罗伯特・诺伊斯)和Sheldon Roberts(谢尔顿・罗伯特)，以后都是大腕级人物。

集成电路问世

1958

这时的晶体管已经变得非常普遍，收音机、电话以及计算机中都能看到晶体管的身影。厂商希望出现一些新的技术，能把晶体管做得更小。但当时单个晶体管体积已经很小了，需要小镊子才能拿住。所以一些Geeks想到把包合晶体管、导线以及其他零件的整个电路一个口气完成。如果只需要一个步骤就创建整个电路的缩影-那么所有部件就能够做得更小。

才加人Tl几个月的Jack kiIby(杰克・基尔比)想到把整个电路都由硅来制作。这样就可以整个电路做到单晶上，电路容易做得更小，生产起来也更容易，在老板的支持下，Jack Kilby在1958年9月份做出了可以工作的模型。1959年2月，TI注册了集成电路的专利。1959年3月，Tl向大众展示了只有铅笔尖大小的第一款集成电路。

1959年1月，仙童公司的Robert Noyce同样认为能将整个电路在制作在一个芯片上。当Iack Kibyt提出各个部件的制作细节时，Robert Noyce想到了更好的方法去连接各个部件。1959年春，仙童公司开始推广他的集成电路理念，并成功申请到专利。

集成电路的高速发展期

1960

从1960开始，集成电路进入高速发展时间。从1971年英特尔公司了第一款微处理器――4004(仅包含2000多个晶体管)，到2007年英特尔推出的Penryn核心lntelCore 2 Extreme四核处理器(包含8.21Z个晶体管)，晶体管数量提升了近40万倍。难得的是英特尔公司创始人之一戈壁・摩尔在1965年提出了的摩尔定律――芯片中的晶体管数量每过两年会增加一倍，到今天仍然适用。