晶體管被認(rèn)為是20世紀(jì)在電子技術(shù)方面最偉大的發(fā)明，掀起了一場(chǎng)微電子工業(yè)革命，奠定了現(xiàn)代文明社會(huì)的基礎(chǔ)。而自它問(wèn)世之日，便于鎢結(jié)下了不解之緣。
晶體管的發(fā)明，最早可以追溯到1929年，當(dāng)時(shí)工程師利蓮費(fèi)爾德就已經(jīng)取得一種晶體管的專(zhuān)利。但是，限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平，制造這種器件的材料達(dá)不到足夠的純度，而使這種晶體管無(wú)法制造出來(lái)。直到1945年貝爾實(shí)驗(yàn)室成立了以肖克萊（W. B. Shockley)為組長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家布拉頓（W. H. Brattain）和皮爾遜（G. L. Pearson）、物理化學(xué)家吉布尼（R. Gibney）和電路專(zhuān)家H.穆?tīng)枺℉. Moore）、以及理論物理學(xué)家J.巴丁（J. Bardeen）等人的半導(dǎo)體研究小組。
研究小組成立后不久，成員便將研究重點(diǎn)由場(chǎng)效應(yīng)放大器的研制轉(zhuǎn)向了半導(dǎo)體基礎(chǔ)理論問(wèn)題——表面態(tài)的研究。表面態(tài)問(wèn)題，是推進(jìn)“場(chǎng)效應(yīng)放大器”實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)。經(jīng)歷了一年多的反復(fù)試驗(yàn)，1947年9月，研究小組終于確認(rèn)表面態(tài)效應(yīng)確實(shí)存在。進(jìn)一步研究后發(fā)現(xiàn)，在電極板與硅晶體表面之間注入諸如水之類(lèi)的含有正負(fù)離子的液體，加電壓后會(huì)使表面態(tài)效應(yīng)獲得增強(qiáng)或減弱。
晶體管的發(fā)明者：肖克萊、巴丁，布拉頓
1947年11月21日，巴丁向布拉頓提出了著手進(jìn)行半導(dǎo)體放大器研制實(shí)驗(yàn)的建議，二人當(dāng)天便進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，并在輸出回路中觀測(cè)到了微弱的放大電流信號(hào)。但他們的放大裝置幾乎沒(méi)有電壓增益并且只能在不超過(guò)10赫的超低頻范圍內(nèi)工作，而實(shí)用放大器必須能夠放大數(shù)千赫的輸入信號(hào)。
1947年12月11日，吉布尼提供了一個(gè)表面生成了氧化層（旨在替代電解質(zhì)）的N型鍺片，在氧化層上面沉積了5個(gè)小金粒。布拉頓在金粒上面打了一個(gè)小洞，用鎢絲穿過(guò)小洞和氧化層插入鍺晶體作為一個(gè)電極，希望通過(guò)改變金粒塊和鍺晶體之間的電壓以改變鎢絲電極與鍺晶體之間的導(dǎo)電率。結(jié)果發(fā)現(xiàn)金粒與鍺晶體之間的電阻很小，即氧化層并沒(méi)有起到絕緣作用。
盡管如此，布拉頓還是決定做幾組實(shí)驗(yàn)試一試。在一次實(shí)驗(yàn)中，布拉頓非常偶然地在鎢絲上加了負(fù)電壓，在金粒上加了正電壓，沒(méi)有料到在輸出端出現(xiàn)了和輸入端變化相反的信號(hào)。初步測(cè)試的結(jié)果是：電壓放大倍數(shù)為2，上限頻率可達(dá)10千赫。這意味著無(wú)需在鍺晶體表面特意制作一層氧化膜，簡(jiǎn)單地讓金粒和鍺晶體表面直接接觸就可獲得良好的響應(yīng)頻率。
巴丁敏銳地意識(shí)到金粒與鍺晶體的接觸界面上已經(jīng)出現(xiàn)了一種新的，與加電解質(zhì)完全不同的物理現(xiàn)象。據(jù)此他重新設(shè)計(jì)了一組實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是盡可能地使鍺晶體表面上的鎢絲觸點(diǎn)與金屬電極靠得近一點(diǎn)。巴丁推算后指出，兩者之間的距離應(yīng)達(dá)到50微米的數(shù)量級(jí)。布拉頓和技師很快地制作出了一套符合巴丁要求的實(shí)驗(yàn)裝置，并于12月16日下午，與巴丁一起進(jìn)行了改進(jìn)后的首次實(shí)驗(yàn)。在這次實(shí)驗(yàn)中，他們獲得了1.3倍的輸出功率增益和15倍的輸出電壓增益。因此，有學(xué)者主張應(yīng)該將這一天確定為晶體管的發(fā)明日。鎢與晶體管也結(jié)下了這段不解之緣。
全球第一個(gè)點(diǎn)接觸型晶體管裝置
一周后的12月23日，肖克萊領(lǐng)導(dǎo)的半導(dǎo)體研究小組使用含有新發(fā)明的固體放大器的實(shí)驗(yàn)裝置為貝爾的主管領(lǐng)導(dǎo)演示了音頻放大實(shí)驗(yàn)。這是一次沒(méi)有使用電子管的音頻放大實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)一如人們所期待的那樣獲得了成功。后來(lái)，研究小組將這種固體放大器命名為“transistor”，中文譯作“晶體管”。由于這種晶體管主要由兩根金屬絲與半導(dǎo)體進(jìn)行點(diǎn)接觸而構(gòu)成，故被稱(chēng)作為雙極點(diǎn)接觸晶體管。
1948年6月17日，貝爾電話實(shí)驗(yàn)室的專(zhuān)利代理人完成了點(diǎn)接觸型晶體管的專(zhuān)利申報(bào)手續(xù)。6月23日，貝爾又向美國(guó)軍方代表展示了其所發(fā)明的晶體管演示裝置，并最終獲準(zhǔn)對(duì)外公開(kāi)。與此同時(shí)，肖克萊和皮爾遜，巴丁和布拉頓分別為《物理評(píng)論》雜志合作撰寫(xiě)了一組介紹晶體管及其工作原理的短文。各項(xiàng)準(zhǔn)備工作做好之后，貝爾6月30日在總部大樓內(nèi)召開(kāi)了記者招待會(huì)，公開(kāi)了全球第一個(gè)晶體管問(wèn)世的消息。
自此，由巴丁和布萊頓在 1947 年點(diǎn)燃的晶體管星星之火，已經(jīng)開(kāi)始形成燎原之勢(shì)。目前，因特殊層狀結(jié)構(gòu)而具有電學(xué)、光學(xué)、等離子體、電化學(xué)和電催化等優(yōu)異性能的二硫化鎢、二硒化鎢等過(guò)渡金屬二維材料，已成為下一代計(jì)算機(jī)晶體管研究的新寵。
