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71年前,晶体管的出现让信息革命成为可能

时间:2018-12-24 阅读:
1947 年12月23日,贝尔电话实验室 1 号楼 1E455 房间,研究员约翰·巴丁和沃尔特·布拉顿按照团队第三名成员威廉·肖克利的设想,完成了首个点接触锗晶体管的制造。一场电子革命即将到来,全世界的生活、工作与娱乐方式由此改变。

1947 年12月23日,贝尔电话实验室 1 号楼 1E455 房间,研究员约翰·巴丁和沃尔特·布拉顿按照团队第三名成员威廉·肖克利的设想,完成了首个点接触锗晶体管的制造。一场电子革命即将到来,全世界的生活、工作与娱乐方式由此改变。

发明晶体管之前,肖克利三人组逐渐搞清楚了电流在半导体中的工作原理。基于这些特性,他们确认,半导体器件可以用作电信号的放大器和开关,从而实现信息的便捷传递。虽然单个器件只能表达一些简单的逻辑,但当成千上万的器件一同工作,所能处理的信息就会超出人们的想象。

用电子元件传递信号的想法从电话时代就开始了。20 世纪上半叶,人们普遍使用真空管来维持电话线、计算机的运行,但这种设备功耗高、体积大,早期的计算机不得不造得像房子一样大。晶体管为此提供了解决方案,它让大规模通讯与计算变得稳定、便利且廉价。

如果说晶体管的发明是一个奇迹,它也造成了肖克利三人组分道扬镳。让肖克利又惊喜又生气的是,两名合作伙伴竟然在他不知情的状况下把晶体管做了出来。他决定另起炉灶,发明出更可靠的结式晶体管。

这些发明并没有受到太多关注,但肖克利相信它就是未来。他在加州帕罗奥图(这个地名今天出现在全世界无数电子设备上)成立了肖克利半导体公司。不久,这家公司的技术人员出走成立了仙童半导体公司,以及后来的芯片业巨头英特尔。

1956 年,巴丁、布拉顿和肖克利因对半导体效应的研究与应用获得诺贝尔物理学奖。

过去半个多世纪,晶体管的材料从锗变为硅,以帕罗奥图为中心形成了科技公司遍布的硅谷。一块芯片上集成的电晶体数量已经上升至数十亿颗,并且还在按照摩尔定律倍增,提升电子设备的性能。2016 年,劳伦斯伯克利国家实验室宣布将晶体管制程缩短至 1 nm,晶体管的极限还在探索之中。

仅仅想象数十亿颗晶体管协同工作就是一件美妙的事。他们在比发丝更细的尺度上被提纯、切割、打磨、光刻、清洗、封装……每一道工序都堪称工业奇迹。也因为如此,高端芯片的生产被认为代表了一个国家的工业实力。

(参考资料:PBS:Transistorized!Milestones: Invention of the First Transistor at Bell Telephone Laboratories, Inc., 1947;温婧:《一颗“芯”是如何炼成的》;Wikipedia)

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首个晶体管的复制品。图片来源:Wikimedia

(本文节选自好奇心日报,参考链接:qdaily.com

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