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1.点接触晶体管的发明-芯片简史系列

已有 2581 次阅读 2021-4-1 12:49 |系统分类:科普集锦

如果我们不了解信息技术的过去,就无法理解它的现状与未来。

——乔布斯



在1947年即将过去的时候,回首这一年,它似乎是平淡而普通的一年。此时二战已经结束,整个世界得到了一些喘息。几乎没有人注意到这一年是英国物理学家汤姆逊(J.J.Thomson)发现电子整整50周年。

时间接近年底,12月23日是个星期二。雪花飘落在美国东部哈德逊河两岸的纽约和新泽西州。再过一天就是圣诞前夜了,河东岸的纽约市树起了高高的圣诞树,到处张灯结彩,街道上人来人往,手中提着过节的礼物,心中充满欢喜和期待。
 
河西岸的默瑞山(Murry Hill)上,一组四层建筑掩映在缓缓起伏的山丘和点缀其中的树木之间,静静矗立在漫天雪花中。这是美国电话电报公司旗下的贝尔实验室所在地。实验室成立于1925年,以前一直坐落在繁华的纽约西大街,两年前刚刚搬到这个森林环抱、丘陵起伏的地带。
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 位于新泽西州的贝尔实验室 (Wikipedia
 
下午时分,在一号楼四层的一间会议室里,人头攒动。这是半导体研究小组的工作汇报时间,每位研究成员报告十分钟。最后轮到约翰·巴丁(John Barteen),他将汇报他和同事沃尔特·布拉顿(Walter Brattain)研究锗半导体器件的一个重大进展,研究小组组长威廉·肖克利(William Shockley)特意允许他做一个30分钟的专题发言。巴丁讲述了他们如何克服了这个器件的表面态难题,以及如何将一个微弱的电流放大。

巴丁讲完后,布拉顿引领大家来到了做实验的房间,他将演示刚才巴丁提到的这种新器件的电流放大现象。人们好奇地想知道这个电流放大效应究竟能做什么?不大的实验间挤满了人,后面的人只好掂起脚尖向里观望。

布拉顿走到一张实验台前,台上摆放着电源、万用表,示波器等仪器,中间放着一个方形的金属框架,上面用弹簧压着一块白色的三角形塑胶块,后者又紧压在一小块灰黑色的金属块上。三角形塑胶的边缘包裹着亮闪闪的金箔,引出了几根导线连接到电源和一块电路板上。这是布拉顿和他的同事设计的一套实验装置,他们将一个麦克风连接到有这个新的半导体器件的电路板的输入端,而电路板的输出端连接了一只耳机。当麦克风的声音转换为电流并且经过半导体器件放大后,就能驱动耳机发出更大的声音,这样就展示了电流放大效应。
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第一个晶体管(点接触式锗晶体管)

布拉顿接通电源,拿起桌上的麦克风,实验室主管鲍恩(R.Bown)在另一侧带上耳机。尽管事先已经做过准备,但是在主管面前布拉顿仍不免暗暗祈祷实验不要搞砸。布拉顿开始对着话筒讲话,大家目不转睛地盯着鲍恩,他的表情突然变了,仿佛在说:这太不可思议了!显然他从耳机里听到了清晰的放大后的声音。人们顿时欢声雷动。
 
成功了!人类发明了第一支晶体管,它将一个声音信号成功地放大,证实了这种新发明的固体元件非同寻常的放大作用。许多人跃跃欲试,纷纷接过耳机体验这种新型半导体器件放大后的声音。

肖克利后来回忆到,在一片赞美声中,有一位主管弗莱彻(H.Fletcher)仍有点怀疑这个器件是不是真的放大了信号,并且提出了一个挑战性的问题:为了充分验证这种新器件的确具有放大能力,还应当用这个器件制作一个振荡电路,使之产生周期性的输出波形。它的理由是通过把电子器件输出的信号重新引回到输入端,信号在晶体管回路中循环,只有不断放大的信号才能最终形成稳定的振荡波形。

多年后肖克利对这个问题记忆犹新,明明仪器上已经显示出电压和功率都放大了,为什么还要这样诘问呢?布拉顿答应尝试用新器件做出这种振荡电路。
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 晶体管的发明人:巴丁、肖克利和布拉顿
 
大家接着热烈地讨论起这种还没有正式命名的固态半导体器件,它不像以前的真空管器件有一个脆弱的玻璃罩,人们不用担心它被摔碎,而且它的个头比真空管更小。而此时,鲍恩注意到窗外的雪越下越大,他皱了皱眉头,再这样下去,城市道路即将封闭,所有人将不得不留在实验室里过夜。于是他不得已打断了热烈的讨论,即令所有人立刻回家。

大家推开外面的大门时,亿万片晶莹的雪花在他们面前飘落,每一片雪花都是一枚六角形的晶体,它们紧密地包围覆盖了这座河西岸的建筑、以及其中的一个房间里一支孤零零的内部为正四面体晶胞的晶体管。站在门口的这几个人也许想像不到,若干年后,这个比例将反转,人类一年之内生产出来的晶体管将远远超过飘落在这块土地上的雪花的数量。

后来人们在回顾12月23日这天下午的演示时,最大的遗憾可能就是大家忘记了贝尔电话公司的传统,即对着话筒说出实验室的鼻祖贝尔先生当年打通第一个电话时说的那句名言:“华生先生,快来我这儿,我需要你。”

 

 

未完待续... 

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