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從電子管到集成電路
（作者未知） 2009/3/19
從電子管到集成電路
二十世紀(jì)初葉是電子科學(xué)發(fā)展的黃金時(shí)代，電子二極管的出現(xiàn)被稱為電子技術(shù)的開端；晶體管的出現(xiàn)使電子技術(shù)帶來了革命性變化；集成電路的出現(xiàn)開拓了電子器件微型化的道路；而大規(guī)模集成電路、超大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，打破了電子元件和電子線路之間存在著的傳統(tǒng)界限，使電子技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了真正的變革。
電子管的發(fā)明
１８８３年，美國(guó)發(fā)明家愛迪生（T.A.Edison,１８４７─１９３１）發(fā)現(xiàn)了熱的燈絲發(fā)射電荷的現(xiàn)象，并被稱為“愛迪生效應(yīng)”。１８８９年，英國(guó)著名物理學(xué)家湯姆遜(J.J.Thomson,1856─1940)解釋了這種現(xiàn)象，并把帶電的粒子稱為“電子”。同年，英國(guó)倫敦大學(xué)電工學(xué)教授弗萊明( S.J.A.Fleming,1849─1945 )開始認(rèn)真研究愛迪生效應(yīng)，并且于１９０４年研制出檢測(cè)電波用的第一只真空二極管，從而宣告人類第一個(gè)電子二極管的誕生，由于弗萊明的二極管在實(shí)際應(yīng)用中比法國(guó)科學(xué)家布蘭雷發(fā)明的粉末檢波器穩(wěn)定，因而在當(dāng)年１１月就獲得了英國(guó)專利。不久以后，意大利科學(xué)家馬可尼（M.G.Marconi，１８７４─１９３７）就繼承了弗萊明的這一專利。１９０６年，美國(guó)發(fā)明家德福雷斯特（L.Do.Forest,1873─1961）在對(duì)弗萊明的二極管進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，若在陽極Ａ和陰極Ｋ的中間加上柵狀的電極Ｇ，在Ｇ上加負(fù)的偏壓就可以使陽極電流為零。如果改變柵極電壓，就可以使陽極電流發(fā)生相應(yīng)的變化，這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果使德福雷斯特高興異常。由于德福雷斯特在二極管的兩個(gè)電極之間增加了一個(gè)形狀像柵欄原電極，用來控制電流的大小，從而制造出三極管，因而可以用較小的控制電壓獲得很大的輸出電流或電壓，具有放大信號(hào)的作用，在當(dāng)時(shí)算是非常優(yōu)秀的電子器件了，但隨著時(shí)間的推移，三極管的不足之處漸漸表現(xiàn)出來，首先放大系數(shù)只有３─３０左右，使用中嫌它不夠大；其次，陰極與柵極之間的電容太大，本身容易產(chǎn)生振蕩，１９１３年，美國(guó)學(xué)者林格慕在三極管里增加第二柵極，從而出現(xiàn)了四極管，其放大倍數(shù)可達(dá)１６０─６００。１９２６年荷蘭菲利浦公司首次發(fā)明了五極管。電子管的出現(xiàn)推動(dòng)了無線電電子學(xué)的蓬勃發(fā)展。隨著航空工業(yè)的發(fā)展，特別是雷達(dá)、火箭的發(fā)明，對(duì)電子管又提出了更新、更高的要求，這將促使更新類型電子器件的出現(xiàn)。
晶體管的誕生
１９２８年，有人提議用半導(dǎo)體材料制作和電子管功效相當(dāng)?shù)臋z波管。但是，由于當(dāng)時(shí)還缺少研究半導(dǎo)體電子特性的固體物理學(xué)知識(shí)，因而未引起人們的注意，隨著固體物理學(xué)的晶體生長(zhǎng)理論和生長(zhǎng)技術(shù)的發(fā)展，高純度的晶體鍺生產(chǎn)出來了，這就給晶體管的研究創(chuàng)造了條件。１９４５年，美國(guó)著名電子學(xué)研究中心貝爾實(shí)驗(yàn)室的三位物理學(xué)家肖克利（W.Shockley,1910─)、巴�。↗.Bardeen,1908─)、布拉坦（W.H.Brattain,１９０２─）開始致力于半導(dǎo)體性質(zhì)的研究，肖克利專長(zhǎng)于理論研究，有著豐富的物理思想，巴丁是運(yùn)用基礎(chǔ)理論解決實(shí)際問題的大師；布拉坦則是善于巧妙地進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)的能手，他們的主攻方向是發(fā)現(xiàn)控制半導(dǎo)體中電子流動(dòng)的方法，探索一種能排除電子管缺陷并起到放大作用的電子器件，并以硅、鍺這類半導(dǎo)體作為研究對(duì)象。
布拉坦回憶這段發(fā)明史時(shí)這樣記述到：“我決定在鍺表面上做兩個(gè)靠得比０.０５毫米還要近的觸點(diǎn)，而我們作點(diǎn)接觸的最細(xì)的導(dǎo)線直徑是０.１３毫米，這在工藝上提出了難題。不過，由于技術(shù)助手的幫助，我做到了這一點(diǎn)，他剪了一片三角形的塑料片，并在其狹窄而平坦的側(cè)面上牢固地粘上金箔。我們先在金箔的兩端連接引線（并通電源），以便檢查金箔是否被割開，我小心地使用薄刀片的頂端把金箔割成兩半，然后用彈簧加壓的辦法，把塑料片連同金箔一起壓在經(jīng)過處理的鍺片上......，我發(fā)現(xiàn)，假若我輕輕地?fù)u動(dòng)它，使它處于最佳的接觸位置，我就得到了半導(dǎo)體同金箔兩端的兩個(gè)觸點(diǎn)，一個(gè)當(dāng)成發(fā)射極而另一個(gè)當(dāng)成集電極。這樣，我就得到了一個(gè)放大倍數(shù)達(dá)１００量級(jí)的放大器，而且直到音頻還是清晰的”。１９４７年，他們終于制成了世界上第一個(gè)固體放大器晶體三極管。在實(shí)驗(yàn)筆記上布拉坦寫道：“電壓增益１００，功率增益４０，電流損失１／２.５......”。放大器做出來后，布拉坦與皮爾斯(J.Pierce,1910─)把它命名為晶體管，來源于“跨阻”的英文縮寫。
晶體管的發(fā)現(xiàn)在電子學(xué)發(fā)展史上具有劃時(shí)代的意義，它開創(chuàng)了電子學(xué)的新紀(jì)元，使電子設(shè)備逐步踏上固體化征途，并促進(jìn)許多新興科學(xué)的發(fā)展。它使電子技術(shù)開創(chuàng)了一個(gè)新的里程，正因如此，肖克利、巴丁、布拉坦三人由于發(fā)明晶體管以及在半導(dǎo)體理論方面的貢獻(xiàn)，而共同榮獲１９５６年度諾貝爾物理獎(jiǎng)。
走向小型化的道路
晶體管的出現(xiàn)使電子設(shè)備體積縮小，耗電減少，可靠性提高。由于晶體管可形成大規(guī)模工（未完，下一頁）
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