电子学的宠儿

贝尔实验室的伟大发明

时值 1945 年，电子管的困境引起了越来越多人的关注。美国贝尔研究所的执行副所长凯利是个电子管专家，他想如果要进一步发展通信事业，一定要有一种新的电子器件。他找来了威廉·肖克莱，当时他是贝尔物理研究所的固体物理专家。年仅三十一岁，他在二十六岁获得理学博士学位。就是这个年轻人即将在科技界和企业界掀起至今仍汹涌不已的波浪。“你认为应该朝哪个方向努力才比较有希望呢？”凯利问。“半导体物理学。”肖克莱肯定地回答。他的意见是有足够根据的，当时半导体已用于制造二极管等小型电子器件，许多国家都开始研究半导体材料的特性。

听从肖克莱的意见，凯利决定在所里成立一个固体物理学研究小组，核心有三个人，肖克莱担任组长，另外两人一个是巴丁，也是固体物理学专家， 当时三十八岁，另外一位是布拉坦，四十三岁，有着丰富的半导体实验经验。

小组成立后，他们没有忙着去实验各种办法制造新器件，而决定首先深入了解半导体的物理特性，然后希望在正确理论的指导下研制出新的器件。因此他们花了两年的时间耐心地做各种各样的实验，对半导体的性能包括半导体与金属接触的整流作用以及阻挡层势垒等进行了深入研究。肖克莱根据对半导体的多年探索，提出了一种被称为“场效应”的设想，从理论上预言： 当半导体层薄得同表面空间电荷层相近的时候，就可以用和表面垂直的电场来控制薄膜的电阻率，使平行表面流动的电流受到控制，就可取得放大作用。

为了验证肖克莱的设想，小组的成员们尝试了很多方法，终于又有一天， 巴丁又拿出了一个新的设想，天才的实验家布拉坦设计了一个精巧的实验。他们把一根金属针封上绝缘的腊，然后把针尖触到处理成 N 型或 P 型硅片（实质是个晶体二级管）上，接触处放一滴水作电解液。因为有腊层，针和水滴是绝缘的，水滴里再插一个金属细环，它等效为栅极。实验取得了相当成功。布拉坦后来回忆说：“像预期那样，我们发现加在水滴和硅片之间的电压， 会改变硅片流向金属针的电流。于是，获得了功率放大！”整个实验是如此简单，使用的最昂贵的设备不过是一台示波器。后来经过一些改进，终于在1947 年圣诞夜的前一天，在贝尔实验室里诞生了世界上第一个晶体三极管， 这样，他们可以怀着一种无限欣慰的心情来过一个新年了。

贝尔实验室于 1948 年 6 月宣布了这项发明，而且从此之后发展工作迅猛向前，巴丁与布拉坦完成的晶体管有几个限制：有噪声、不能承受大功率、可用范围受到限制。这时肖克莱又提出了性能更好的结型晶体管概念，这种新型晶体管克服了上述的缺点，更适合于生产，因而获得广泛应用，目前绝大多数晶体管都是结型的。

这是世界上最重要的发明之一，本世纪还没有哪项发明像它这样深刻地影响和改变整个世界。晶体管登堂入室，无线电王国的新主宰出现了。

由于肖克莱、巴丁和布拉坦的卓越贡献，1956 年，他们被授予了诺贝尔物理学奖，成为科技发明史上合作研究的佳话。肖克莱后来回到家乡，几乎可以说就是他开创了未来“硅谷”，而巴丁后来由于在超导物理学上的贡献再次被授予诺贝尔物理学奖，成为唯一一位两次获物理奖的科学家。