早在1930与1940年代,使用半导体制作固态放大器的想法就持续不绝;第一个有实验结果的放大器是1938年,由波欧(Robert Pohl, 1884~1976)与赫希(Rudolf Hilsch)所做的,使用的是溴化钾晶体与钨丝做成的闸极,尽管其 *** 作频率只有一赫兹,并无实际用途,却证明了类似真空管的固态三端子组件的实用性。
二次大战后,美国的贝尔实验室(Bell Lab),决定要进行一个半导体方面的计画,目标自然是想做出固态放大器,它们在1945年7月,成立了固态物理的研究部门,经理正是萧克莱(William Shockley, 1910~1989)与摩根(Stanley Morgan)。由于使用场效应(field effect)来改变电导的许多实验都失败了,巴丁(John Bardeen,1908~1991)推定是因为半导体具有表面态(surface state)的关系,为了避开表面态的问题,1947年11月17日,巴丁与布莱登(Walter Brattain 1902~1987)在硅表面滴上水滴,用涂了蜡的钨丝与硅接触,再加上一伏特的电压,发现流经接点的电流增加了!但若想得到足够的功率放大,相邻两接触点的距离要接近到千分之二英吋以下。12月16日,布莱登用一块三角形塑料,在塑料角上贴上金箔,然后用刀片切开一条细缝,形成了两个距离很近的电极,其中,加正电压的称为射极 (emitter),负电压的称为集极 (collector),塑料下方接触的锗晶体就是基极 (base),构成第一个点接触电晶体 (point contact transistor),1947年12月23日,他们更进一步使用点接触电晶体制作出一个语音放大器,该日因而成为晶体管正式发明的重大日子。
另一方面,就在点接触电晶体发明整整一个月后,萧克莱想到使用p-n接面来制作接面晶体管 (junction transistor) 的方法,在萧克莱的构想中,使用半导体两边的n型层来取代点接触电晶体的金属针,藉由调节中间p型层的电压,就能调控电子或电洞的流动,这是一种进步很多的晶体管,也称为双极型晶体管 (bipolar transistor),但以当时的技术,还无法实际制作出来。
晶体管的确是由于科学发明而创造出来的一个新组件,但是工业界在1950年代为了生产晶体管,却碰到许多困难。1951年,西方电器公司(Western Electric)开始生产商用的锗接点晶体管,1952年4月,西方电器、雷神(Raytheon)、美国无线电(RCA) 与奇异(GE)等公司,则生产出商用的双极型晶体管。但直到1954年5月,第一颗以硅做成的晶体管才由美国德州仪器公司(Texas Instruments)开发成功;约在同时,利用气体扩散来把杂质掺入半导体的技术也由贝尔实验室与奇异公司研发出来;在1957年底,各界已制造出六百种以上不同形式的晶体管,使用于包括无线电、收音机、电子计算器甚至助听器等等电子产品。
早期制造出来的晶体管均属于高台式的结构。1958年,快捷半导体公司 (Fairchild Semiconductor)发展出平面工艺技术(planar technology),借着氧化、黄光微影、蚀刻、金属蒸镀等技巧,可以很容易地在硅芯片的同一面制作半导体组件。1960年,磊晶(epitaxy)技术也由贝尔实验室发展出来了。至此,半导体工业获得了可以批次(batch)生产的能力,终于站稳脚步,开始快速成长。
科学名人故事
牛顿作为大学教授,牛顿常常忙得不修边幅,往往领带不结,袜带不系好,马裤也不纽扣,就走进了大学餐厅。有一次,他在向一位姑娘求婚时思想又开了小差,他脑海了只剩下了无穷量的二项式定理。他抓住姑娘的手指,错误的把它当成通烟斗的通条,硬往烟斗里塞,痛得姑娘大叫,离他而去。牛顿也因此终生未娶。
牛顿从容不迫地观察日常生活中的小事,结果作出了科学史上一个个重要的发现。他马虎拖沓,曾经闹过许多的笑话。一次,他边读书,边煮鸡蛋,等他揭开锅想吃鸡蛋时,却发现锅里是一只怀表。还有一次,他请朋友吃饭,当饭菜准备好时,牛顿突然想到一个问题,便独自进了内室,朋友等了他好久还是不见他出来,于是朋友就自己动手把那份鸡全吃了,鸡骨头留在盘子,不告而别了。等牛顿想起,出来后,发现了盘子里的骨头,以为自己已经吃过了,便转身又进了内室,继续研究他的问题。
名人故事: 复写纸的发明者韦奇伍德
发明人是英国的韦奇伍德
复写纸的发明在19世纪初,发明人是英国的韦奇伍德。那时,他正在伦敦经营一家文商店。韦奇伍德经常用铅笔给他的固定客户写信,向他介绍商店里新进的几种文具。这些信的内容几乎一样,他机械地写着,有些厌烦。“能不能同时写成两封、三封信呢?”看着后一张纸上留下的上一张纸的字痕,韦奇伍德脑中突然冒出了这个念头。
要实现这个念头似乎不很难,韦奇伍德很快就琢磨出了方法:将一张薄纸放在蓝墨水中浸润,然后夹的两张吸墨纸之间使之干燥而成。书写时,可将其衬在一般纸之下,从而获得复制件。1806年,韦奇伍德获得了他的“复制信函文件装置”的专利权。
韦奇伍德的发明问世时,英国的商业活动已很发达,复写纸大有用武之地。眼看他的发明大受欢迎,韦奇伍德干8脆办了一家工场,专门生产这种特殊纸张。后来,法国人改用甘油和松烟渗透进纸里的方法制造复写纸。大约到1815年,德国人再进行革新,以热甘油加上煤焦油中提炼的染料,经细磨调研,涂于韧性的薄纸上制成新的复写纸。以后人们又在这种复写纸的涂料中加入蜡料,以降低粘度,这就是我们今天常用的复写纸了。
名人故事: 卡尔逊的发明
静电复印技术通常指的'是卡尔逊发明Xerography——“干印术”的基础上发展起来的一门技术,是指利用某些具有光电导特性的材料在静电作用下经曝光从绝缘体变为电的良导体来复制原稿的复制技术。在这项技术发明之前,早在18世纪末至19世纪初人们已经发现有些材料具有光电导性质了,如1876年世界上诞生的第一个半导体器件——硒光电池,即开始了这方面的应用。光电导材料也是一种半导体,利用这种半导体进行复制印刷,既使在卡尔逊创造发明以后的近十年里也没有受到人们的重视。这是一段很有意思的历史,我们不妨摘选胡异、袁国良等同志所撰写的资料和国外的一些资料来加以介绍。
C.F.卡尔逊1906年出生于美国西雅图。他14岁时,当理发师的父亲患有严重的关节炎和肺病,母亲也因肺病长年卧床不起。年幼的卡尔逊不得不挑起抚养双亲、养家糊口的重担。他每日清晨五时起床去商店擦洗橱窗,然后再去上学。下午还要去银行和报社打扫洗刷。星期六得从早上六时起一直忙到晚上六时,一天下来精疲力尽。卡尔逊在念中学时继续干杂工,还到印刷所当过学徒,利用周六和周日到化学实验室工作。卡尔逊先后进入费赛德专科学校和加利福尼亚州理工学院念书,五年后获得物理学士学位。但后来,他到纽约一家电子公司的专利部门工作,每天要打字、抄发文件,有些图表要送到外面去照相、冲洗等等。繁重复杂的办公室工作使他产生了研究减轻办公室工作人员负担的兴趣。通过不断的探索,终于从理论上证明了静电照相的可能性,并于1937年正式申请了“静电摄影法”的专利权。之后,他在纽约长岛Astoria区租了一间小房作为实验室,以自己微薄的薪水购置试验器材药品。就是在这个实验室里,于1938年10月22日他终于获得了成功。
他是在一块金属板上涂上硫膜,用手帕在上面进行擦试,靠磨擦使硫膜带上电荷,然后将一块上面写着“22/10-1938.Astoria”几个字的玻璃板放到硫膜上,用白炽灯照射3秒钟后,在硫膜上撒上石松子粉。这时奇迹出现了,在硫膜上显出同玻璃板上一样的字。最后他又将蜡纸盖在硫膜上,加热使蜡熔化,冷却后在蜡纸上就留下了永久的图像。虽然开始时的图像质量很差,但这种成像方法是以前从没有过的,既不同于传统印刷,也不同于其它复制方法,而是一个电和光共同作用的过程。卡尔逊当时称之为“电摄影”。在这里需要补充的是:在卡尔逊之前有几位科学家在自己的专利中对电摄影均有所阐述,但都未获得进一步成功。
静电复印技术的最终发明应当归功于卡尔逊的勤奋和坚持不懈的努力。在他的实验获得成功以后的几年间,先后20多家机器公司拒绝与他合作发展这项技术。有人还把卡尔逊设计的简易复印机称之为“粗糙的玩具式器具”,丝毫不感兴趣。卡尔逊专程到俄亥俄州哥伦布市的Battle纪念学院表演了他的发明,Battle纪念学院勉强同意与他合作发展该项技术。此时,卡尔逊一贫如洗,还不得不向亲友借贷来维持他的研究工作。直到1947年纽约州罗彻斯特市的一家名叫Haloid company的小公司同他携手合作,并于1949年研制出世界上第一台硒板静电复印机产品,1950年开始在市场上出售,使静电复印技术从实验室走上了实用的阶段。
静电复印技术的发明是印刷史上的一次重大突破,是静电应用史上的一个壮举,是电摄影术历史上最光辉的一页。自此以后的40年里,静电复印技术的发展改变了全世界办公室工作的落后面貌和传统观念,一个新的现代办公的概念在人们的生活中逐步形成和发展。
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