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技术文章

点接触晶体管之后

2017/12/14 13:21:25

■申浩(首都师范大学物理系)/文
■来源:《现代物理知识》


巴丁和布拉顿申请发明专利的时候,专利代理人分别询问了他们二人有关发明的事情,认为在晶体管发明的过程中两人的贡献是对等的,而且在关键性的后期实验中肖克利没有参与,于是点接触晶体管的发明人最终只列了巴丁和布拉顿。但是肖克利认为是他领导了整个半导体物理小组,并且使点接触晶体管起作用的场效应也是他在组里最先提出来的,他希望可以把他也列为晶体管的发明人之一。但当专利律师在检索专利档案时发现,场效应概念并不是一个新鲜事物,一位波兰裔的美国科学家于1930 年就已经申请了这个专利,且文献中也已出现过,其专利内容与肖克利的场效应原理包含同样的物理过程。肖克利感觉自己在点接触晶体管发明的事情上已经没有了话语权,转而继续思考他正在私下研究的固体放大器,这是一个三层结构类似于“三明治”型的半导体,后来被称作结型晶体管。

结型晶体管不同于点接触晶体管,点接触晶体管相对于结晶体管工艺复杂,于是肖克利设想用P型半导体与N型半导体相连结的方式制成P-N结,用P-N结代替点接触,这样不但工艺简单性能还更稳定,并能大大提高晶体管的使用价值。1948 年6月26 日,结型晶体管的专利申请在贝尔实验室做了备案,然而由于半导体材料单晶化工艺不成熟使结型晶体管的制作一直没有成功,直到1950 年4 月才成功做出第一只结型晶体管。点接触晶体管可以说是揭开了晶体管发明的序幕,但结型晶体管由于其更加优越的性能,后来便逐渐取代了点接触晶体管。虽然第一只晶体管的发明人没有肖克利,但可以看出肖克利在贝尔实验室中,从1937 年发起量子力学研讨会和1939 年最早试图研制半导体器件以代替真空管时起,到1944 年之后领导半导体物理小组,基本参与了整个小组发明晶体管的全过程,以及他独立发明结型晶体管,肖克利能与巴丁、布拉顿共同获得诺贝尔奖是当之无愧的。

晶体管发明后首先应用于助听器,后来又被广泛应用于收音机,再之后就是电子计算机了。回想世界上第一台电子计算机的组成,占地面积170 平方米,重30 吨,其中有18000 只真空管。晶体管出现了,人们就可以用晶体管代替这么多的真空管,它不但比真空管更小、更稳定,而且能耗非常低,还可以使在电子线路中的元器件数量也大大增加,这一进步是很大的(图4)。

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