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晶体管的诞生为什么体现了科学理论指导实践的思想?

来源: admin 发布于:2022-04-18 09:09:55

晶体管是现代历史中最伟大的发明之一,晶体管发明以后,电子学取得了突飞猛进的进步。尤其是PN结型晶体管的出现,开辟了电子器件的新纪元,引起了一场电子技术的革命。20世纪初,随着物理学研究的发展,人们发现了半导体这种特殊的物理材料。科学家们预 言这种材料可以帮助人们制造出一种新的电子元器件,这种元器件比电子管体积更小、更结实、更省电。1929年,美国电子工程师朱利斯李林费尔德获得了一项半导体专利他提出利用 硫化铜作为半导体材料,对其加以一个很强的电场,可以实现场效放大的功能。 李林费尔德的 这项专利技术被视为现代晶体管的最基本的原理。可惜由于当时实验室技术的限制,李林费尔 德没有能够制造出现实的产品,他与后来表彰晶体管发明的诺贝尔物理学奖失之交臂。20世纪 40年代,美国贝尔实验室的一些科研人员们想到了李林费尔德的理论,他们开始尝试研制晶 体管。 在20世纪初电子管发明后,曾掀起了无线电工程和电子工程相结合发展的浪潮。仅在第 一次世界大战期间,美国西电公司就为美国军方生产了超过500万只电子管。在电子管普遍应 用的同时,人们也发现了电子管存在着诸多缺点。 比如,电子管需要预热,不能一开启就立即工 作,就像电子管收音机打开后需要过一会儿才能收听到节目;电子管体积相对较大,这使得电子 设备要容纳既定数量的电子管,不得不做得很大;此外,电子管还容易老化,这主要和电子管在 灯丝加热时不断释放电子及真空慢性泄漏有关。 李林费尔德的理论给了人们新思路,人们可以 利用半导体制造出更稳定、更节能、更耐用的电流放大、控制元器件,来取代电子管。 1945年,美国贝尔实验室的电子工程师们在威廉肖克莱的领导下从事利用半导体研制 晶体三极管的工作。 由于实验一直没有取得突破性进展,再加上当时科学界对这种新兴的三极 管能否马上研制成功一直持怀疑态度,威廉肖克莱退出了研制过程,此项目由他的两位同事 约翰巴丁和瓦尔特布拉顿继续进行。后来,约翰巴丁依靠其总结的电流通过半导体的表 面特性理论,在瓦尔特布拉顿搭建的实验装置的帮助下,于1947年12月23日成功研制出世 界上第一只晶体管。 当时,他们利用的是锗材料,制造出来的是“点接触式”晶体管。1950年10 月3日,美国专利局批准了巴丁和布拉顿二人申请的晶体管专利。由于点接触式晶体管存在放 大倍数有限、噪声较大等缺点,威廉肖克莱后来对其进行了改造,他利用硅材料成功地研制出 “面接触型”晶体管,后来肖克莱的发明也获得了专利。 1956年,诺贝尔奖评审委员会决定将当年度的诺贝尔物理学奖颁给约翰巴丁、威廉肖 克莱、瓦尔特布拉顿三人,以表彰他们共同发明了晶体管。晶体管的发明,使人们充分地认识 到半导体的巨大威力,电子工业从此步入了硅时代;它也为后来集成电路的发明并引领电子工 业进入微电子时代奠定了基础。 现在衡量一个国家进入信息技术社会的标准是,一个国家的半 导体产业产值要占到工农业总产值的千分之五。晶体管诞生后,发展速度是惊人的。20世纪 50年代初《纽约时报》对晶体管的评论是:“这东西除了做助听器,恐怕没有什么别的用途。 ”到 了 20世纪50年代末,如果一台收音机不是用晶体管做的,几乎出现无人购买的窘境。 晶体管发明后,不仅大量用于收音机、电视机等电子技术产品的制造,还导致电子计算机掀 起了一场革命,从此由“电子管”时代迈入“晶体管”时代。 虽然现代计算机已经普遍采用超大 规模集成电路,但晶体管仍是集成电路的重要组成部分;虽然现代电视机已大规模采用液晶 (LCD)技术和等离子(PDP)电视技术取代显像管(CRT),但其集成电路中仍含有大量晶体管单 体。 利用光伏效应制成的晶体管又称为光敏晶体管。光伏效应由法国物理家安东尼 E。贝可 勒尔于1839年发现。光敏晶体管不仅有光电转换作用,而且还能对光信号进行放大,它在光探 测器、光电编码译码器、特性识别、过程控制、激光接收、光电开关及遥控信号接收机等自动控制 设备中都有应用。

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