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晶體管的發明過程是怎樣的?

晶體管的發明,最早可以追溯到1929年,當時工程師利蓮費爾德就已經取得壹種晶體管的專利。但是,限於當時的技術水平,制造這種器件的材料達不到足夠的純度,而使這種晶體管無法制造出來。

由於電子管處理高頻信號的效果不理想,人們就設法改進礦石收音機中所用的礦石觸須式檢波器。在這種檢波器裏,有壹根與礦石(半導體)表面相接觸的金屬絲(像頭發壹樣細且能形成檢波接點),它既能讓信號電流沿壹個方向流動,又能阻止信號電流朝相反方向流動。在第二次世界大戰爆發前夕,貝爾實驗室在尋找比早期使用的方鉛礦晶體性能更好的檢波材料時,發現摻有某種極微量雜質的鍺晶體的性能不僅優於礦石晶體,而且在某些方面比電子管整流器還要好。

在第二次世界大戰期間,不少實驗室在有關矽和鍺材料的制造和理論研究方面,也取得了不少成績,這就為晶體管的發明奠定了基礎。

為了克服電子管的局限性,第二次世界大戰結束後,貝爾實驗室加緊了對固體電子器件的基礎研究。肖克萊等人決定集中研究矽、鍺等半導體材料,探討用半導體材料制作放大器件的可能性。

布拉頓等人還想出有效的辦法,來實現這種放大效應。他們在發射極和基極之間輸入壹個弱信號,在集電極和基極之間的輸出端,就放大為壹個強信號了。在現代電子產品中,上述晶體三極管的放大效應得到廣泛的應用。

巴丁和布拉頓最初制成的固體器件的放大倍數為50左右。不久之後,他們利用兩個靠得很近(相距0.05毫米)的觸須接點,來代替金箔接點,制造了“點接觸型晶體管”。1947年12月,這個世界上最早的實用半導體器件終於問世了,在首次試驗時,它能把音頻信號放大100倍,它的外形比火柴棍短,但要粗壹些。

在為這種器件命名時,布拉頓想到它的電阻變換特性,即它是靠壹種從“低電阻輸入”到“高電阻輸出”的轉移電流來工作的,於是取名為trans-resister(轉換電阻),後來縮寫為transister,中文譯名就是晶體管。

由於點接觸型晶體管制造工藝復雜,致使許多產品出現故障,它還存在噪聲大、在功率大時難於控制、適用範圍窄等缺點。為了克服這些缺點,肖克萊提出了用壹種“整流結”來代替金屬半導體接點的大膽設想。半導體研究小組又提出了這種半導體器件的工作原理。

1950年,第壹只“面結型晶體管”問世了,它的性能與肖克萊原來設想的完全壹致。今天的晶體管,大部分仍是這種面結型晶體管。

1956年,肖克萊、巴丁、布拉頓三人因發明晶體管同時榮獲諾貝爾物理學獎。

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