从晶体管到集成电路

一切尽在掌握之中

——从晶体管到集成电路

他们的故事已经成为传说，激励着一代又一代的工程师和掘金者。他们是半导体产业历史上最伟大的三位发明家，他们和众多天才的科学家一起，开创半导体产业历史上激动人

心的“发明时代”。他们是集成电路之父，他们是硅谷的开创者，他们改变了我们的世界。如今，他们已经全部远去，然而，他们创造的半导体产业，年产值已经超过2100亿美元，并且仍在他们开辟的大路上高速前进，为这个世界带来日新月异的变化。

1947年12月23日，在贝尔实验室科学家肖克莱、巴丁和布拉顿组成的研究小组证明了20世纪最重要的发明：第一只真正的晶体管,从此人类步入了飞速发展的电子时代。

在20世纪最初的10年，半

集成电路工艺突飞猛进

一朵绚丽多彩的奇葩 ——科技导航

晶体管的横空出世

晶体管的问世，是20世纪的一项重大发明，是微电子革命的先声。晶体管出现后，人们就能用一个小巧的、消耗功率

导体材料已经开始在通信系统应用。20世纪上半叶，在无线电爱好者中广泛流行的矿石收音收，就采用矿石这种半导体材料进行检波。同时，半导体的电学特性也在电话系统中得到了应用。

晶体管的发明，最早可以追溯到1929年，当时工程师利莲费尔德就已经取得一种晶体管的专利。但是，限于当时的技术水平，制造这种器件的材料达不到足够的纯度，而使这种晶体管无法制造出来。

基于电子管处理高频信号的效果不理想，人们就想办法改进矿石收音机中所用的矿石触须式检波器。在这种检波器里，有一根与半导体矿石表面相接触的金属丝，它既能让信号电流沿一个方向流动，又能阻止信号电流朝相反方向流动。在第二次世界大战爆发前夕，贝尔实验室在寻找比早期使用的方铅矿晶体性能更好的检波材料时，发现掺有某种极微量杂质的锗晶体的性能不仅优于矿石晶体，而且在某些方面比电子管整流器还要好。

在第二次世界大战期间，不少实验室在有关硅和锗材料的制造和理论研究方面，也取得了不少成绩，这就为晶体管的发明奠定了基础。

第二次世界大战结束后，为了克服电子管的局限性，贝尔实验室加紧了对固体电子器件的基础研究。肖克莱等人探讨用半导体材料制作放大器件的可能性，决定集中研究锗、硅等半导体材料。

1945年秋天，贝尔实验室正式成立了以肖克莱为首的半导体研究小组，成员有布拉顿、

巴丁(左)， 肖克利 (坐)和布拉顿共同发明了晶体管

晶体管的发展变迁

巴丁等人。其中，布拉顿早在1929年就开始在这个实验室工作，长期从事半导体的研究，积累了丰富的经验。他们经过一系列的实验和观察，逐步认识到半导体中电流放大效应产生的原因。在锗片的底面接上电极，在另一面插上细针并通上电流，然后让另一根细针尽量靠近它，并通上微弱的电流，这样就会使原来的电流产生很大的变化。微弱电流少量的变化，会对另外的电流产生很大的影响，这就是“放大”作用。

布拉顿等人还想出有效的办法来实现这种放大效应。他们在基极和发射极之间输入一个弱信号，在基极和集电极之间的输出端，就放大为一个强信号了。在现代电子产品中，上述晶体三极管的放大效应得到广泛的应用。

巴丁和布拉顿最初制成的固体器件的放大倍数为50左右。不久之后，他们利用两个靠得很近(相距0.05毫米)的触须接点，来代替金箔接点，制造了“点接触型晶体管”。1947年12月，这个世界上最早的实用半导体器件终于问世了，在首次试验时，它能把音频信号放大100倍，它的外形比火柴棍短，但要粗一些。

在为这种器件命名时，布拉顿想到它的电阻变换特性，即它是靠一种从“低电阻输入”到“高电阻输出”的转移电流来工作的，于是取名为trans-resister(转换电阻)，后来缩写为transistor ，中文译名就是晶体管。

点接触型晶体管有自己的缺点，它

存在噪声大、在功率大时难于控制、适用范围窄，另外制造工艺复杂，致使许多产品出现故障等缺点。为了克服以上缺点，肖克莱提出了用一种"整流结"来代替金属半导体接点的大胆设想。

知识库——

什么是电子管

电子管是一种在气密性封闭容器（一般为玻璃管）中产生电流传导，利用电场对真空中的电子流的作用以获得信号放大或振荡的电子器件。早期应用于电视机、

贝尔实验室在1947年组装的第一个真正的晶体管

终于在1950年，第一只“面结型晶体管”问世了。它的性能与原来设想的完全一致。1956年，因发明晶体管，肖克莱、巴丁、布拉顿三人同时荣获诺贝尔物理学奖。今天的晶体管，大部分仍是这种面结型晶体管。

1955年“晶体管之父”肖克利离开贝尔实验室返回故乡圣克拉拉，创建了“肖克利半导体实验室”。第二年，八位年轻的科学家从美国东部相继来到硅谷，加盟肖克利实验室。他

们是：诺依斯、摩尔、布兰克、克莱尔、赫尔尼、拉斯特、罗伯茨和格里尼克。他们的年龄都在30岁以下，风华正茂，学有所成，都正处在创造能力的巅峰。

可惜，肖克利是天才的科学家，却对管理一窍不通。一年之中，实验室没有研制出任何像样的产品。八位青年瞒着肖克利开始计划出走。在诺依斯带领下，他们向肖克利递交了辞职书。肖克利怒不可遏地骂他们是“八叛逆”。不过，后来就连肖克利本人也改口把他们

诺依斯（N. Noyce ）共同从晶体管之父肖克利的实验室出走，这就是历史上著名的“八天才叛逆”，从此，才有了我们熟悉的intel ，AMD ，IDT 等等一大批我们熟知的企业。

轶闻趣事——天才与废物

称为“八个天才的叛逆”。在硅谷许多著作书刊中，“八叛逆”的照片与惠普的车库照片属于同一级别，具有同样的历史价值。

2000的诺贝尔物理学奖得主杰克·基尔比先生是集成电路的发明者、手持计算器的发

明人之一。他的发明奠定了现代微电子技术的基础，可以说如果没有集成电路的发明，就不会有今天的计算机，人类还将在信息时代的门外徘徊。我们生活中所能见到的各种电子，几乎无一例外都是建立在集成电路技术基础上的。

经过多次面试之后，杰克·基尔比聘用到德州仪器公司。公司并没有对杰克·基尔比的工作职责进行具体划分。在德州仪器公司工作后不久杰克·基尔比就开始意识到，由于公司制造电阻器、晶体管和电容器，如果对其产品进行重新组装可能会生产出更有效的微型模块产品。因此，杰克·基尔比设计了一个使用管状部件的IF 放大器，而且做出了原型。杰克·基尔比利用员工周末和工厂停工的前几天完成了详细的成本分析。

杰克·基尔比对IF 放大器的试验效果进行认真思考。通过进行成本

第一块集成电路板

集成电路的发明

集成电路的第一位发明者，他的发明改变了世界

——历史趣闻

一项同时的发明

1966年，基尔比和诺依斯同时被授予美国科技人员最渴望获得的巴兰丁奖章。基尔比被誉为“第一块集成