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小电科普|晶体管诞生记

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发表于 2018-3-10 18:47:00 | 显示全部楼层 |阅读模式

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    上周小电给大家介绍了电子管,反响很好,这给了小电很大的动力,继续给大家收罗好玩的电子器件的历史吧。
   今天我们来聊聊晶体管。这个可正好是我们最近正在学习的哦。

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BEGIN

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    晶体管的发明是20世纪具有划时代意义的创新实践,它的诞生促使电子产业转型,加快了自动化和信息化的步伐,也刷新了世界的面貌。

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    晶体管孕育并诞生于贝尔实验室,绝非偶然,因为从创新环境看,贝尔实验室具备了所需要的各种条件。贝尔实验室创建于1925年,由美国电话电报公司电气工程部和西方电气公司电气工程部合并而成。成立之初,它就是美国甚至世界上规模最大的工业实验室,人数约有3600人,其中2000人是技术人员。

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    1945年7月,第二次世界大战临近结束,贝尔实验室副总裁洞察到通信技术的发展前景,他亲自主持了各研究部门改组。这次改组,物理部门就成立了三个研究小组。其中物理学家肖克利、巴丁和布拉顿就是在其中的固体物理研究小组,这个孕育晶体管的研究组。根据分工布拉顿集中研究半导体表面的一些现象,看它们如何受光和电场等影响;皮尔逊研究硅和锗晶体的特性测试;肖克利和巴丁则负责实验的理论解释,并及时提出建议。

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    同时当时硅和锗的提纯工艺已经成熟,并且有了很好的元素掺杂方法,利用掺杂方法,能够得到可控制和可重复的电学特性。按照肖克利的安排,巴丁着手研究“场效应”检验。所谓“场效应”,就是当强电场作用于一个薄薄的硅片时,应该在硅片表面出现电荷层。后来改用锗晶体来检测场效应。终于,巴丁、布拉顿在锗晶体上观测到肖克利所预言的场效应现象。经过一年多的反复,实验取得显著进展。晶体管孕育接近成熟。

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    大家跟着小电目睹一下这三位伟大科学家的尊容吧(*^-^*)
肖克利
研究小组的领导



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巴丁
唯一两次获得
诺贝尔物理奖的科学家
布拉顿
1902年生于
中国厦门的
美国物理学家

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伟人工作时的合影






    1947年11月21日巴丁向布拉顿提出一个新建议: 用一根金属的尖端刺到硅片上, 形成点接触,同时在其周围注满电解质,通过改变加在电解质上的电压改变这种点接触下方硅晶体的电阻,( 即导电性能,)由此控制流人到接触点上的电流。巴丁后来回忆,他建议 “使用点接触完全是出于便利的考虑”。

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    经过对实验方案的不断调整和理论研究的持续深入,在12月16日进行的实验中,布拉顿用导线将新装置同电池相连接,构成工作回路。巴丁与布拉顿在其中一个接触点加上1伏正电压,在另一个接触点加上10伏负电压,此次实验就获得了30%的输出功率,同时电压放大了15倍。在接下来的实验中发现,当输出电压放大系数下降到4时,输出功率的功放系数高达450%,奇迹出现了!

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业界首款晶体管

    从布拉顿的实验笔记可以看出,晶体管诞生的日期就是1947年12月16日。 有很多地方写晶体管诞生于1947年12月23日,其实是贝尔实验室固体物理组队外宣布和公开演示这项发明的日期。






 临近贝尔实验室举行新闻发布会的曰期,正式命名这种新型元件遂成为紧迫任务。 那时,圈内人士已起了多个名字,不过,这些名字看起来都不能恰如其分地产定义这种元件。

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    1948年5月的一天,贝尔实验室工程师皮尔斯缓步走入布拉顿的办公室,当时布拉顿正在考虑如何命名。皮尔斯是是秘密研究固体放大器的半导体组成员。布拉顿见到他连忙招呼,并请他出个主意。皮尔斯是电子工程师,他知道真空管是一种电压驱动装置,工作时由输人电压控制输出电流 ;点接触放大器则与之相反,工作时是由输人电流控制输 出电流。皮尔斯注意到真空管被命名为“reans-conductance”他认为这两种电子线路具有对应特性,或许点接触放大器的名字也可以类似“trans-resistance”。他开始将这些相关的名字进行组合,思索片刻后冷不防 地说出了一个新词汇:“transistor”,意为晶体管。布拉顿当即予以肯定。

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    1948年6月30日,贝尔实验室举行新闻发布会,实验室主任鲍恩正式宣布:我们将这种装置称为T-R-A-N-S-I-S-T-O-R(晶体管)。因为它是一种半导体器件。当电流信号从输入端进入再从输出端输出时,它能够使输入信号放大。当然,如果你愿意的话,它还可以充当真空管放大器,但两者之间存在着本质的差别。在这个装置里,没有真空,没有钨丝,没有玻璃管,它完全是由常温的、固态物质组成的。



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 点接触型晶体管是巴丁和布拉顿发现的,他俩申请了专利,但没有带上肖特利,因此肖特利内心受到了很大挫伤,但却没有消沉,他在1951年制成了第一个面接触型晶体管,接着1952年又研发的MOSFET——金属氧化物半导体晶体管,堪称里程碑之作,也申请了专利,当然也不会带上他的那两位老朋友。

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    在接下来的几年里,贝尔实验室继续充当着晶体管快速发展的原动力,为了避免遭受美国司法部的反垄断指控,贝尔实验室于1952年向其他同行开放了专利授权许可。
   由于肖克莱、巴丁和布拉顿三人对晶体管发现做出了杰出贡献,1956年,肖克莱、巴丁和布拉顿三人,共同获得当年诺贝尔物理学奖,这是科学技术界最高的荣誉。

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   而在半导体业务发展迅速的大环境下,晶体管的发现也成就了很多公司,甚至说成就了美国的硅谷。这里面还有着很多的好玩的故事呢……嗯,还是等等,看大家有没有兴趣再决定要不要去收罗吧。

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