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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( 四 )


此后 ， 四价元素锗和硅成为最常用的材料 ， 而在肖克利发明锗半导体的晶体三极管的几年后 ， 人们发现硅更适合生产晶体管 。 此后 ， 硅成为应用最广泛的半导体材料 。 这也是美国北加州被称为“硅谷”而不是“锗谷”的原因 。
总体来说 ， 使用半导体材料而制成的晶体三极管 ， 既具有了真空电子管的功率放大和开关作用 ， 又避免了真空电子管高耗能、低寿命、低效率的致命缺陷 。 另外 ， 利用晶体管可以不断缩小的工艺特点 ， 为电子设备的微型化提供了可能 。 更小的体积、更快的速度、更可靠的稳定性 ， 让晶体管真正成为现代信息技术革命的基石 。
1954到1956年 ， 全美国共销售了1700万个锗晶体管和1100万个硅晶体管 ， 价值约5500万美元 ， 而同期的真空管销售了13亿个 ， 市场份额超过10亿美元 。 但这几乎是真空管落幕前最后的“荣光”了 。 此后 ， 晶体管将一骑绝尘 ， 带来电子计算机的指数级发展 。
凡终章 ， 皆序曲：“奇迹”背后的创新逻辑
当我们简要回顾完从电子管到晶体管的跃迁的若干关键历史现场和几乎主要的技术节点之后 ， 我们可以再一次确认 ， 晶体管 ， 这一带给全人类信息技术革命的“奇迹”发明 ， 其之所以能够出现的每一个要素都可以在之前百年的技术演化中得到还原 。
真空电子管的发明 ， 已经从原理上或者说结构上 ， 通过对电子的控制完成了对数字信号的处理 ， 真空管电子计算机的实现更是从实践上证明了数字计算的广阔前景 。 而晶体管只需要完成对真空管原有功能的一次“完美复制” 。
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
（巴丁、布莱顿发明的点接触型三极管和肖克利发明的结型三极管结构图）
当然 ， 这一突破并不容易 。 晶体管的出现同时还需要人类对于半导体材料和特性的真正掌握 。 而这一进程也花费了百年时间 。 最终 ， 在肖克利、巴丁、布莱顿等人对半导体特性的熟练掌握和对半导体PN结结构的创造性试验中 ， 才将可以替代电子管放大器的晶体三极管给“奇迹”般的创造出来 。
如果我们能够回到弗莱明、福雷斯特、肖克利等人生活的年代 ， 与其一起工作的话 ， 我们还会深切地感受到这些科学家、发明家对于科学理论研究和新技术发明的巨大热情 。 同时 ， 我们也还能感受到他们对于技术发明转化为商业成功的巨大渴望 。
如果我们再把视野放大 ， 审视这些发明天才所处的时代环境 ， 就会发现像英美这样完成两次工业革命的同时 ， 所建立起的一整套的自由竞争的市场体制、鼓励创新的公司研发机制以及国家信誉保证的专利保护制度 。 正是在竞争激烈但规则有序的市场环境当中 ， 科学的研究和技术的发明获得了来自商业最大程度的投入 ， 商业利益也因为技术成果的转化而得到最大化的实现 。
在众多的科学家和发明家的背后 ， 我们能够列举出一长串的知名企业的名单：马可尼无线电公司、通用电气、西屋电气、西门子、IBM、美国电话电报公司（AT&T） ， 以及未来我们会看到的德州仪器、仙童、英特尔等等 。
接下来 ， 我们将回顾硅半导体的技术史 ， 深入到硅晶体的演进现场 ， 来见证硅晶体管的时代到来 。 至于这位伟大的物理天才肖克利 ， 我们也将在更后面看到他极具争议的人生下半场 ， 以及由他所开启的那个“硅谷时代” 。
参考文献：
1.《芯片改变世界》 ， 第一篇“半导体材料和半导体器件的前世今生” ， 2019年10月 。
2.《电子科技》 ， “史蒂夫·乔布斯列‘50名本世纪经济最有影响力人物第五位’” ， 1999年12月20日 。
3.《实用影音技术》 ， “胆机是怎样走过来的（上）” ， 2010年第10期 。
【脑极体芯片破壁者（一）：从电子管到晶体管“奇迹”寻踪】


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