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脑极体芯片破壁者（一）：从电子管到晶体管“奇迹”寻踪


1999年 ， 美国《洛杉矶时报》评选出“50名本世纪经济最有影响力人物” ， 其中并列第一名的有三个人：美国发明家威廉·肖克利、罗伯特·诺伊斯和杰克·基尔比 。 肖克利是晶体管的发明人之一 ， 诺伊斯和基尔比是集成电路的发明人 。
排在第二至四位的分别是现代汽车工业奠基人的亨利·福特 ， 连任四届美国总统的罗斯福 ， 以及创办迪斯尼动画王国的沃尔特·迪斯尼 。
回顾二十世纪 ， 无论是科技、商业 ， 还是政治、军事、娱乐生活 ， 几乎每一个领域都发生了狂飙突进式的巨变 ， 每个领域也都诞生出了足以彪炳史册的“关键”人物 。 在二十世纪的“群星闪耀”中 ， 我们该如何理解三位发明家能够位列第一的殊荣呢？
要知道 ， 晶体管被誉为“20世纪最伟大的发明” ， 而集成电路的出现又真正奠定了第三次产业革命的基石 。 如果这样说略显抽象 ， 不如我们换一个说法 。 在我们今天的生活中 ， 手机、电脑、电视、汽车等所有的电子设备中 ， 都离不开一种最核心的硬件——芯片 。 而芯片正是由半导体集成电路来实现的 ， 而集成电路最基本的物理单元就是晶体管 。 晶体管 ， 就是我们从物理世界通向数字世界的“细胞” 。
如果你认可电子信息技术以及由此带来的数字经济的巨大价值的话 ， 那么你一定也会同意将“最具影响力”的殊荣送给他们三人 。 当然你也知道 ， 排名不过是我们对历史的一种“简化”认知 ， 真正的殊荣也要分给推动这一技术实现的每一个科学家、发明家以及商业家们 。
回到历史现场 ， 成为我们重新审视这场技术“奇迹”的基本方法 。 当我们一点点还原出构成这一技术链条中的重要人物和重要节点 ， 可能又会发现一个这样的事实：技术“奇迹”并不存在 ， 一切都有迹可循 。
那么 ， 在回到1947年12月23日位于美国新泽西贝尔实验室的第一个晶体三极管发明现场之前 ， 我们必须将目光先投向更早的十九世纪末 ， 来到爱迪生实验室 ， 去瞥见那一束照亮电子世界的微弱电流 。 由此重新出发 ， 我们首先将经历一段“电子管”半个世纪的传奇故事 ， 找寻到技术突破和产业变革背后的内在动因 ， 才能最终理解“晶体管”出现的真正意义 。
序曲：捕捉电子的起点纷争
1883年 ， 饱受碳丝灯泡寿命问题困扰的爱迪生突发奇想 ， 他在真空电灯泡内部碳丝附近安装了一小截铜丝 ， 希望铜丝能阻止碳丝蒸发 ， 但毫无悬念 ， 碳丝再一次蒸发了 。 不过他却发现 ， 那根没有连接到电路的铜丝竟然产生了微弱的电流 。 尽管当时他并没有特别重视这一现象 ， 但这位敏感的发明家仍然为这一发现申请了专利 。
此后 ， 这一现象被称为“爱迪生效应” ， 而这一现象发生的原因就是热能使得物体上的电子克服束缚位能 ， 通过热激发产生载流子 。 受此启发 ， 英国物理学家约翰·弗莱明在1904年发明了世界上第一个电子管——真空二极管 ， 并获得了这项发明的专利权 。 真空二极管也被视作开启电子时代的鼻祖 。
脑极体芯片破壁者（一）：从电子管到晶体管“奇迹”寻踪
本文插图
（弗莱明发明的真空二极管）
1906年 ， 美国工程师李·德·福雷斯特在弗莱明二极管的基础上又多加入了一个栅极 ， 发明出新型的真空三极管 ， 使得真空管在检波和整流功能之外 ， 还具有了放大和震荡功能 。 福雷斯特于1908年2月18日拿到了这项专利 。
脑极体芯片破壁者（一）：从电子管到晶体管“奇迹”寻踪
本文插图
（福雷斯特发明的真空三极管）
1911年 ， 加入联邦电报公司的福雷斯特 ， 再次改进了真空三极管的排列方式 ， 发明了二十世纪最重要的一个电子器件——电子放大器 ， 可以大幅改进电报信号的输出质量 。 也正是基于这些功能 ， 真空三极管被人们认为是电子工业诞生的起点 。


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