永无止境
半个小时以后,巴丁和布拉坦在实验室里配合默契地试验起来。
他们把一根金属针封上绝缘的蜡层,再把针尖触到一片表面处理成 n 型的 p 型硅片上(这种硅片很象一个普通的硅整流二极管),接触的地方放了一滴水当做电解液。由于有了蜡层,金属针和水滴是绝缘的,水滴里插进一个金属细环。按照巴丁的设计,它实际上等于一个控制极。实验做得十分精细,取得了相当成功。正象布拉坦后来回忆的,“象预期的那样,我们发现加在水滴和硅片之间的电压,会改变从硅片流向金属针的电流。于是,获得了功率放大!”
他们迈出了可喜的一步,但是,只是第一步。整个研制过程并不是一帆风顺的。在后来换成 n 型锗片做进一步试验的时候出现了意外情况,几乎使他们半途而废。两个科学家没有动摇,他们认真地分析失败的原因,重新制定方案,继续进行实验。1947 年十二月二十三日,他们终于成功地研制出了世界上第一个晶体三极管,它是用半导体锗制成的,在锗的表面层有两根极细的金属针,一根是固定的,另外一根是加上了负电压的探针。当探针同固定针靠近的距离比百分之五毫米还小的时候(但是又不接触),流过探针的微小电流的变化就能控制流过固定针的电流变化,而且电流放大的倍数很大。这正是人们一直在找寻的半导体放大器件!根据它的结构特点,被称做点接触型晶体管。
1848 年七月,巴丁和布拉坦公开了自己的发明,贝尔研究所立刻成了全世界瞩目的中心。一场电子器件的革命就从这里爆发了。
但是,研究没有中止,肖克莱在第二年提出了一种性能更好的结型晶体管的理论。这种结型晶体管由两个 p-n 结组成,如果两头都是 n 型区,中间
就是一层很薄的 p 型区。两个 p-n 结具有不同的作用,一个是发射结,一个是集电结,两头相应的 n 型区是发射极和集电极,中间的 p 型区是基极(相当于电子管的控制栅)。这种晶体管的放大作用是通过控制基极的电荷流动来实现的。1950 年,肖克莱把理想变成了现实,成功地研制出了结型晶体管。同点接触型晶体管比较起来,结型晶体管结构简单,可靠性高,噪声小,特别是适合大批量生产,因此很快就得到了广泛的应用。
1951 年上半年,贝尔研究所召开座谈会,向有关的军政界人士介绍了晶体管的研究成果。为了推广这个新发明,同年下半年,贝尔研究所举办晶体管技术讲座,邀请各个部门、大专院校和企业公司的代表参加,由巴丁讲授晶体管的特性和应用。第二年春天,贝尔研究所又召开了一次国际性的技术讨论会,详细介绍了晶体管的原理和工艺过程。所有这些,对普及推广晶体管都起了积极的推动作用。晶体管具有重量轻、体积小、寿命长、省电、不要预热等许多优点,逐渐在很多方面取代了电子管。无线电这个“空中帝国” 的王冠,终于让位给小巧玲珑的晶体管,电子工业进入了第二代。
1956 年,肖克莱、巴丁、布拉坦因为发明晶体管的卓越贡献,共同获得了诺贝尔物理学奖,成为科学发明史上合作搞科学研究的佳话。第二年,巴丁又同两位年轻的研究人员库珀、施里弗合作,创立了超导微观理论。后来, 这个理论就用他们三人姓名的第一个字母来命名:B C S 。由于这个贡献,巴丁在 1972 年第二次荣获诺贝尔物理学奖,成为目前世界上唯一的两次获得诺贝尔物理学奖的科学家。居里夫人生前也曾经两次获得诺贝尔奖,但是其中有一次是化学奖。
科学的发展是永无止境的。在晶体管发明以后的三十年里,人们又发明了集成电路、大规模集成电路和超大规模集电成路。今天,用一块指甲盖大小的半导体芯片,就可以制成十万个晶体管。一台同世界上第一台电子计算机计算能力相当的微型计算机,竟可以装在一个火柴盒里。它的耗电量只是那台“老祖宗”的五万分之一,但是运算速度快二十倍,可靠性高一万倍, 售价却只有一百美元。如果德福雷斯特活到今天,他也会惊叹不止的。而未来的电子世界又将会是怎样的呢?
最后,让我们引用莫尔斯第一份电报的报文“上帝创造了何等的奇迹啊!”来做结束语吧!
这个上帝就是人民,就是千千万万在科学的征途上不辞劳苦、勇于攀登的人。