再谈晶体管——现代电子技术的基础

晶体管——现代电子技术的基础

    诚然，电子管的发明使电子设备发生了革命性变化。但是电子管体大易碎，费电又不可靠。因此，晶体管的问世被誉为本世纪伟大的发明之一，它解决了电子管存在的大部分问题。可是单个晶体管的出现，仍然不能满足电子技术飞速发展的需要。
    随着电子技术应用的不断推广和电子产品发展的日趋复杂，电子设备中应用的电子器件越来越多。比如二次世界大战末出现的B29轰炸机上装有1千个电子管和 1万多个无线电元件。电子计算机就更不用说了。1960年上市的通用型号计算机有10万个二极管和 2.5万个晶体管。一个晶体管只能取代一个电子管，极为复杂的电子设备中就可能要用上百万个晶体管。一个晶体管有 3条腿，复杂一些的设备就可能有数百万个焊接点，稍一不慎，就极有可能出现故障。为确保设备的可靠性，缩小其重量和体积，
    人们迫切需要在电子技术领域来一次新的突破。1957年苏联成功地发射了第一颗人造卫星。这一震惊世界的消息引起了美国朝野的极大震动，它严重挫伤了美国人的自尊心和优越感，发达的空间技术是建立在先进的电子技术基础上的。为夺得空间科技的领先地位，美国政府于1958年成立了国家航空和宇航局，负责军事和宇航研究，为实现电子设备的小型化和轻量化，投入了天文数字的经费。
    就是在这种激烈的军备竞赛的刺激下，在已有的晶体管技术的基础上，一种新兴技术诞生了，那就是今天大放异彩的集成电路。有了集成电路，计算机、电视机等与人类社会生活密切相关的设备不仅体积小了，功能也越来越齐全了，给现代人的工作、
学习和娱乐带来了极大便利。那么，什么是集成电路呢？集成电路是在一块几平方毫米的极其微小的半导体晶片上，将成千上万的晶体管、电阻、电容、包括连接线做在一起。真正是立锥之地布千军。它是材料、元件、晶体管三位一体的有机结合。
    集成电路的问世是离不开晶体管技术的，没有晶体管就不会有集成电路。本质上，集成电路是先进的晶体管——外延平面晶体制造工艺的延续。集成电路设想的提出，同晶体管密切相关。1952年，英国皇家雷达研究所的一位著名科学家达默，在一次会议上曾指出：“随着晶体管的出现和对半导体的全面研究，现在似乎可以想象，未来电子设备是一种没有连接线的固体组件。”虽然达默的设想并未付诸实施，但是他为人们的深入研究指明了方向。
    后来，一个叫基尔比的美国人步达默的后尘，走上了研究固体组件这条崎岖的小路。基尔比毕业于伊利诺斯大学电机工程系。1952年一个偶然机会，基尔比参加了贝尔实验室的晶体管讲座。富于创造性的基尔比一下子就被晶体管这个小东西迷住了。
    当时，他在一家公司负责一项助听器研究计划。心系晶体管的基尔比不由自主地想把晶体管用在助听器上，他果然获得了成功。他研究出一种简便的方法，将晶体管直接安装在塑料片上，并用陶瓷密封。初步的成功使他对晶体管的兴趣与日俱增。为寻求更大的发展，基尔比于1958年 5月进入得克萨斯仪器公司。当时，公司正参与美国通信部队的一项微型组件计划。基尔比非常希望能在这一计划中一显身手。强烈的自尊促使他决心凭自己的智慧和努力进入这一计划。于是，他常常一个人埋头在工厂，思考采用半导体制造整个电路的途径。记不清多少次苦苦思索，多少回实验，多少次挫折，经过长时间的孤军奋战，到1959年，一块集成电路板终于在基尔比的手中诞生了。同年 3月，这一产品被拿到无线电工程师协会上展出。得克萨斯公司当时的副总裁谢泼德自豪地宣布，这是“硅晶体管后得克萨斯仪器公司重要的开发成果”。
    在晶体管技术基础上迅速发展起来的集成电路，带来了微电子技术的突飞猛进。微电子技术的不断进步，极大降低了晶体管的成本，在1960年，生产 1只晶体管要花10美元，而今天，1只嵌入集成电路里的晶体管的成本还不到1美分。这使晶体管的应用更为广泛了。
    不仅如此，微电子技术通过微型化、自动化、计算机化和机器人化，将从根本上改变人类的生活。它正在冲击着人类生活的许多方面：劳动生产、家庭、政治、科学、战争与和平。

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本文刊于：2010-10-1 21:13:00

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