微电子革命的先声晶体管

晶体管奠定了现代电子技术的基础。晶体管发明后不久，便在电子领域掀起了一场真正的革命。小到人们日常生活中的助听器、录音机和电视机，大到实验室仪器、工业生产及国防设备、计算机、宇宙飞船等都离不开它。

在晶体管发明之前，电子管器件历时四十余年，一直在电子技术领域占统治地位。但不可否认的是，电子管十分笨重，存在耗能大、寿命短、噪声大、制造工艺复杂等缺点。因此，人们一直在努力寻找新的电子器件来替代它。

19世纪末，人们发现了一种新材料——半导体，但直到第二次世界大战爆发后，半导体器件微波矿石检波器在军事上发挥了重要作用，半导体才引起了人们的关注。许多科学家纷纷投入到半导体的深入研究中。

起初，三位美国物理学家肖克利、巴丁、布拉顿采用肖克利提出的场效应概念来研究晶体管。他们仿照真空三极管的原理，试图用外电场控制半导体内的电子运动。但实验屡屡失败。经过无数个不眠夜的苦苦思索，巴丁又提出了表面态理论。

用半导体制成的第一个晶体管

这一理论认为表面现象可以引起信号放大效应。表面态概念的引入，使人们对半导体的结构和性质的认识前进了一大步。布拉顿等人在实验中发现，当把样品和参考电极放在电解液里时，半导体表面内部的电荷层和电势发生了改变，这正是肖克利预言过的场效应。

这个发现使大家十分振奋，他们加快研究步伐。谁知，继续实验时却发生了与以前截然不同的效应。新情况把他们的思路打断了，渐趋明朗的形势又变得扑朔迷离。然而，肖克利小组并没有畏缩、泄气，他们团结一致，紧紧循着茫茫迷雾中的一丝光亮。经过多次分析、计算和实验，1947年12月23日，他们终于得到了盼望已久的“宝贝”。

威廉·肖克利（坐者）、沃尔特·布拉顿（右）、约翰·巴丁（左）在贝尔实验室。

这一天，巴丁和布拉顿把两根触丝放在锗半导体晶片表面上，当两根触丝靠近时，放大作用发生了。世界上第一只固体放大器——晶体管也随之而诞生，它的发明开创了固体电子技术时代。他们三人也因此共同获得了1956年的诺贝尔物理学奖。

尽管最初的晶体管原始且笨拙，但它在当时却是一个举世震惊的突破。晶体管的发明，终于使体积大、耗能多、易碎的真空管有了替代物。同真空管相同的是，晶体管能放大微弱的电子信号；不同的是它廉价、耐久、耗能少，而且在科技高速发展的今天它几乎能够被制成无限小。

1999年9月，法国原子能委员会的科学家研制出当今世界上最小的晶体管，这种晶体管直径仅为20纳米。如果将这种晶体管放进一片普通集成电路中，就好像一根头发丝被放在足球场的中央一样。如今，小小的晶体管正在我们生活中的各个领域发挥着它不可忽视的作用。

学海拾贝

晶体管成本的降低使其应用更为广泛。1960年，生产一个晶体管需10美元，而今天，一个嵌入集成电路的晶体管成本还不到一美分。低廉的生产成本使晶体管的应用变得更为广泛了。