27 電子技術發展的裏程碑——晶體管(3 / 3)

由於矽晶體管適合高溫工作,可以抵抗大氣影響,在電子工業領域是最受歡迎的產品之一。從1967年以來,電子測量裝置或者電視攝像機如果不是“晶體管化”的,那麼就別想賣出去一件。輕便收發機,甚至車載的大型發射機也都晶體管化了。

另外,晶體管還特別適合用作開關。它也是第二代計算機的基本元件。人們還常常用矽晶體管製造紅外探測器。就連可將太陽能轉變為電能的電池——太陽能電池也都能用晶體管製造。這種電池是遨遊於太空的人造衛星的必不可少的電源。晶體管這種小型簡便的半導體元件還為縫紉機、電鑽和熒光燈開拓了電子控製的途徑。從1950~1960年的十年間,世界主要工業國家投入了巨額資金,用於研究、開發與生產晶體管和半導體器件。例如,純淨的鍺或矽半導體,導電性能很差,但加入少量其它元素(稱為雜質)後,導電性能會提高許多。但是要想把定量雜質正確地熔入鍺或矽中,必須在一定的溫度下,通過加熱等方法才能實現。而一旦溫度高於75℃,晶體管就開始失效。為了攻克這一技術難關,美國政府在工業界投資數百萬美元,以開展這項新技術的研製工作。在這樣雄厚的財政資助下,沒過多久,人們便掌握了這種高熔點材料的提純、熔煉和擴散的技術。特別是晶體管在軍事計劃和宇宙航行中的威力日益顯露出來以後,為爭奪電子領域的優勢地位,世界各國展開了激烈的競爭。為實現電子設備的小型化,人們不惜成本,紛紛給電子工業以巨大的財政資助。

自從1904年弗萊明發明真空二極管,1906年德福雷斯特發明真空三極管以來,電子學作為一門新興學科迅速發展起來。但是電子學真正突飛猛進的進步,還應該是從晶體管發明以後開始的。尤其是PN結型晶體管的出現,開辟了電子器件的新紀元,引起了一場電子技術的革命。在短短十餘年的時間裏,新興的晶體管工業以不可戰勝的雄心和像年輕人一樣無所顧忌的氣勢,迅速取代了電子管工業通過多年奮鬥才取得的地位,一躍成為電子技術領域的排頭兵。現代電子技術的基礎誠然,電子管的發明使電子設備發生了革命性變化。但是電子管體大易碎,費電又不可靠。因此,晶體管的問世被譽為本世紀最偉大的發明之一,它解決了電子管存在的大部分問題。可是單個晶體管的出現,仍然不能滿足電子技術飛速發展的需要。隨著電子技術應用的不斷推廣和電子產品發展的日趨複雜,電子設備中應用的電子器件越來越多。比如二次世界大戰末出現的B29轟炸機上裝有1千個電子管和1萬多個無線電元件。電子計算機就更不用說了。1960年上市的通用型號計算機有10萬個二極管和2.5萬個晶體管。一個晶體管隻能取代一個電子管,極為複雜的電子設備中就可能要用上百萬個晶體管。一個晶體管有3條腿,複雜一些的設備就可能有數百萬個焊接點,稍一不慎,就極有可能出現故障。為確保設備的可靠性,縮小其重量和體積,人們迫切需要在電子技術領域來一次新的突破。1957年蘇聯成功地發射了第一顆人造衛星。這一震驚世界的消息引起了美國朝野的極大震動,它嚴重挫傷了美國人的自尊心和優越感,發達的空間技術是建立在先進的電子技術基礎上的。為奪得空間科技的領先地位,美國政府於1958年成立了國家航空和宇航局,負責軍事和宇航研究,為實現電子設備的小型化和輕量化,投入了天文數字的經費。就是在這種激烈的軍備競賽的刺激下,在已有的晶體管技術的基礎上,一種新興技術誕生了,那就是今天大放異彩的集成電路。有了集成電路,計算機、電視機等與人類社會生活密切相關的設備不僅體積小了,功能也越來越齊全了,給現代人的工作、學習和娛樂帶來了極大便利。那麼,什麼是集成電路呢?集成電路是在一塊幾平方毫米的極其微小的半導體晶片上,將成千上萬的晶體管、電阻、電容、連接線做在一起。真正是立錐之地布千軍。它是材料、元件、晶體管三位一體的有機結合。

集成電路的問世是離不開晶體管技術的,沒有晶體管就不會有集成電路。本質上,集成電路是最先進的晶體管——外延平麵晶體製造工藝的延續。集成電路設想的提出,同晶體管密切相關。1952年,英國皇家雷達研究所的一位著名科學家達默,在一次會議上曾指出:“隨著晶體管的出現和對半導體的全麵研究,現在似乎可以想象,未來電子設備是一種沒有連接線的固體組件。”雖然達默的設想並未付諸實施,但是他為人們的深入研究指明了方向。

後來,一個叫基爾比的美國人赴達默的後塵,走上了研究固體組件這條崎嶇的小路。基爾比畢業於伊利諾斯大學電機工程係。1952年,一個偶然的機會,基爾比參加了貝爾實驗室的晶體管講座。富於創造性的基爾比一下子就被晶體管這個小東西迷住了。

當時,他在一家公司負責一項助聽器研究計劃。心係晶體管的基爾比不由自主地想把晶體管用在助聽器上,他果然獲得了成功。他研究出一種簡便的方法,將晶體管直接安裝在塑料片上,並用陶瓷密封。初步的成功使他對晶體管的興趣與日俱增。為尋求更大的發展,基爾比於1958年5月進入德克薩斯儀器公司。當時,公司正參與美國通信部隊的一項微型組件計劃。基爾比非常希望能在這一計劃中一顯身手。強烈的自尊促使他決心憑自己的智慧和努力進入這一計劃。於是,他常常一個人埋頭在工廠,思考采用半導體製造整個電路的途徑。記不清多少次苦苦思索,多少回實驗,多少次挫折,經過長時間的孤軍奮戰,到1959年,一塊集成電路板終於在基爾比的手中誕生了。

同年3月,這一產品被拿到無線電工程師協會上展出。德克薩斯公司當時的副總裁謝潑德自豪地宣布,這是“矽晶體管後德克薩斯儀器公司最重要的開發成果”。在晶體管技術基礎上迅速發展起來的集成電路,帶來了微電子技術的突飛猛進。

微電子技術的不斷進步,極大降低了晶體管的成本,在1960年,生產1隻晶體管要花10美元,而今天,1隻嵌入集成電路裏的晶體管的成本還不到1美分。這使晶體管的應用更為廣泛了。

不僅如此,微電子技術通過微型化、自動化、計算機化和機器人化,將從根本上改變人類的生活。它正在衝擊著人類生活的許多方麵:勞動生產、家庭、政治、科學、戰爭與和平等諸多領域。

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