最好的内衣品牌:半导体是_____发明的

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通用电气公司

早在1930与1940年代,使用半导体制作固态放大器的想法就持续不绝;第一个有实验结果的放大器是1938年,由波欧(Robert Pohl, 1884~1976)与赫希(Rudolf Hilsch)所做的,使用的是溴化钾晶体与钨丝做成的闸极,尽管其操作频率只有一赫兹,并无实际用途,却证明了类似真空管的固态三端子组件的实用性。
二次大战后,美国的贝尔实验室(Bell Lab),决定要进行一个半导体方面的计画,目标自然是想做出固态放大器,它们在1945年7月,成立了固态物理的研究部门,经理正是萧克莱(William Shockley, 1910~1989)与摩根(Stanley Morgan)。由于使用场效应(field effect)来改变电导的许多实验都失败了,巴丁(John Bardeen,1908~1991)推定是因为半导体具有表面态(surface state)的关系,为了避开表面态的问题,1947年11月17日,巴丁与布莱登(Walter Brattain 1902~1987)在硅表面滴上水滴,用涂了蜡的钨丝与硅接触,再加上一伏特的电压,发现流经接点的电流增加了!但若想得到足够的功率放大,相邻两接触点的距离要接近到千分之二英吋以下。12月16日,布莱登用一块三角形塑料,在塑料角上贴上金箔,然后用刀片切开一条细缝,形成了两个距离很近的电极,其中,加正电压的称为射极 (emitter),负电压的称为集极 (collector),塑料下方接触的锗晶体就是基极 (base),构成第一个点接触电晶体 (point contact transistor),1947年12月23日,他们更进一步使用点接触电晶体制作出一个语音放大器,该日因而成为晶体管正式发明的重大日子。

另一方面,就在点接触电晶体发明整整一个月后,萧克莱想到使用p-n接面来制作接面晶体管 (junction transistor) 的方法,在萧克莱的构想中,使用半导体两边的n型层来取代点接触电晶体的金属针,藉由调节中间p型层的电压,就能调控电子或电洞的流动,这是一种进步很多的晶体管,也称为双极型晶体管 (bipolar transistor),但以当时的技术,还无法实际制作出来。

晶体管的确是由于科学发明而创造出来的一个新组件,但是工业界在1950年代为了生产晶体管,却碰到许多困难。1951年,西方电器公司(Western Electric)开始生产商用的锗接点晶体管,1952年4月,西方电器、雷神(Raytheon)、美国无线电(RCA) 与奇异(GE)等公司,则生产出商用的双极型晶体管。但直到1954年5月,第一颗以硅做成的晶体管才由美国德州仪器公司(Texas Instruments)开发成功;约在同时,利用气体扩散来把杂质掺入半导体的技术也由贝尔实验室与奇异公司研发出来;在1957年底,各界已制造出六百种以上不同形式的晶体管,使用于包括无线电、收音机、电子计算器甚至助听器等等电子产品。

早期制造出来的晶体管均属于高台式的结构。1958年,快捷半导体公司 (Fairchild Semiconductor)发展出平面工艺技术(planar technology),借着氧化、黄光微影、蚀刻、金属蒸镀等技巧,可以很容易地在硅芯片的同一面制作半导体组件。1960年,磊晶(epitaxy)技术也由贝尔实验室发展出来了。至此,半导体工业获得了可以批次(batch)生产的能力,终于站稳脚步,开始快速成长。

收录机、电视、电脑等,还有不断研制出的许多电子产品已成为现代人生活中不可缺少的东西,可是大家知道吗?这些电子产品的成功研制,都和美国学家巴丁有关。因为巴丁发明了半导体晶体管,才使这些电子产品出现成为可能!

1908年巴丁出生于美国,少年时代学习很用功,16岁就考上了大学特别喜欢物理。早年他和另外两名科学家肖克莱和布拉登一起,共同研究半导体锗和硅的物理性质,在一次实验中,他在锗晶体上放置了一枚固定针和一枚探针,利用加上了负电压的探针来检查固定针附近的电位分布。当巴丁将探针向固定针靠近,距离为0.05mm处,突然发现改变流过控针的电流能够极大的影响流过固定针的电流。这一意外发现使他们意识到这个装置可以对电流起放大作用。于是三人通力合作,经过反复研制,终于在1947导发明了一种新的半导体元件——晶体管,取代了又大又笨又费电的电子管。同时引发了计算机革命,将最初楼房一样庞大的计算机缩小为台式电脑,且运算速度极大提高。这一成果立刻轰动了科学界。巴丁三人被称为电子技术劳动保险的杰出代表。由于这一贡献,巴丁、肖克莱、布拉登于1956年共同获得了诺贝尔物理学奖。

获奖同年,巴丁又开始向另一个科学高峰——超导理论攀登。当时,超导现象的研究是科学上的难题。巴丁与中年物理教师库柏、研究生施里弗共同开展艰苦的研究,经过多年探索,终于建立了超导理论。为纪念巴丁、库柏、施里弗三人的杰出贡献,后来称超导理论为BCS理论,(由三人姓名的第一个字母组成),而且于1972年他们三人共同获得诺贝尔物理学奖。巴丁在同一领域(固体物理)前后两次获得诺贝尔奖,这在历史上还是第一次。