在线观看www成人影院-在线观看www日本免费网站-在线观看www视频-在线观看操-欧美18在线-欧美1级

0
  • 聊天消息
  • 系統消息
  • 評論與回復
登錄后你可以
  • 下載海量資料
  • 學習在線課程
  • 觀看技術視頻
  • 寫文章/發帖/加入社區
會員中心
創作中心

完善資料讓更多小伙伴認識你,還能領取20積分哦,立即完善>

3天內不再提示

關于晶體管的發明歷史

中科院半導體所 ? 來源:中科院半導體所 ? 作者:中科院半導體所 ? 2020-10-10 10:13 ? 次閱讀

著名的諾貝爾獎從1901年第一次頒獎至今,已近120年的歷史。(John Bardeen,1908 – 1991),是一位美國物理學家。

兩獲諾獎

巴丁的父親是一名教授,但是年輕的巴丁并不想像父親一樣成為學者,于是他大學時就讀于電機系而非物理系。巴丁畢業時,正值1930年美國經濟大蕭條時代,他向AT&T(American Telephone & Telegraph,美國電話電報公司)發送的工作申請沒有通過,于是便接受了海灣石油公司的聘用,并在那里出色地工作了4年。

盡管他的初衷是偏向實用,但終歸還是因為對物理和數學的濃厚興趣放棄了工資優厚的工作,到普林斯頓大學攻讀物理博士學位。巴丁在普林斯頓師從著名的匈牙利裔理論物理學家及數學家尤金·維格納(Eugene Wigner,1902-1995),滿足了自己的求知欲。

巴丁的兩項諾獎成就,都不是物理概念意義上的重大革命,但卻引發了(或即將引發)對現代文明社會最重要的科學革命:晶體管的發明引發了計算機革命及信息革命,而革命性的超導研究如今仍然是物理界的熱門課題。

1956年尋常的一天。早上7點,巴丁正在給家人做煎雞蛋。女兒貝特茜和兒子比爾突然沖進廚房,大喊“爸爸獲得了諾貝爾獎!”原來他們剛聽到新聞報道,巴丁和過去貝爾實驗室的同事威廉·肖克利(William Shockley,1910-1989)、沃爾特·布拉頓(Walter Brattain,1902-1987)三人,共同獲得了1956年諾貝爾物理學獎。聽到這一消息,巴丁手里的平底鍋“啪”地一聲掉到了地上,鍋里的東西撒了一地。

“我懷疑委員會中的很多人都不確信晶體管這項技術值得這個獎,我自己也感到懷疑。”后來,在給朋友的信中,48歲的巴丁如此寫道。

這次讓巴丁感覺“意料之外”的諾獎,是9年前他們發明的世界上第一支晶體管。當時,貝爾實驗室的這三名研究人員,擔心他們的發現只是偶然成功,經過一周時間的反復驗證后才向領導匯報并進行了演示。然而,巴丁不久后便遭到肖克利的排擠,在1951年轉到了伊利諾伊大學香檳分校任教。

那時的巴丁正在緊張地研究他的BCS超導理論,差不多已經到了最后沖刺的階段。這個理論最后讓他又贏得了1972年的諾貝爾物理學獎。

圖25-2:巴丁的兩次諾貝爾物理獎

巴丁的這兩次諾貝爾獎,第一次主要是技術發明,第二次是基礎理論。作為一位物理學家,固然更看重自己的理論功夫。然而,如今看來,讓巴丁榮獲第一次諾獎的那個小小的晶體管發明,對人類文明社會的巨大貢獻,怎么夸贊都不過分。

發明晶體管

二戰勝利之后的美國,經濟迅速發展。戰爭中的許多研究成果,包括原子彈、微波電子等技術的研發,都對工業及各個科學領域有極大的正面影響。引導了美國開展各種產業,形成一股強大的動力,一直延續至今,幾十年未衰。

前幾篇文章中描述的二戰后幾次物理會議(謝爾特島會議、波科諾會議、紐約Oldstone會議),促成了量子場論(量子電動力學)的建立和發展。與此同時,科學家們不僅關注理論,也重視其實用價值。甚至在戰爭尚未終止時,美國政府就加強了對半導體材料的研究。1945年夏天,貝爾實驗室正式制定了一個龐大的研究計劃:決定以固體物理為主要研究方向。那時候,半導體整流器已經是成熟的裝置,人們希望能用半導體制造晶體管,再組成放大器,以開拓電子技術的新領域。

1945年的十月,巴丁加入到貝爾實驗室的肖克利小組,參與研究開發制造晶體管的項目。這個小組還有另外兩位美國物理學家:課題負責人威廉·肖克利和另一位同事沃爾特·布拉頓[1]。

這三人可謂珠聯璧合:肖克利是生于倫敦的美國人,MIT(麻省理工學院)畢業研究半導體的物理博士,當時已經在PN結研究及策劃制造晶體管領域奮斗數年,布拉頓是實驗高手,而巴丁是理論天才。

對晶體管的課題,肖克利原來有些想法,但和布拉頓一起進行的幾次實驗都失敗了。擅長理論計算的巴丁潛心研究了這個問題,發現電場無法穿越半導體的原因可能是受到金屬片屏蔽。他進而提出了固體的表面態和表面能級的概念。巴丁猜想半導體物質的表面存在著一種機制,能激發出一種可防止自身被外場貫穿的特殊狀態。這些工作涉及到半導體、導線和電解質之間的點接觸,于是小組將研究重點改為材料的表面狀態。到1946年冬,他們的研究工作向前邁進了一大步,并且也產出了幾篇論文[2,3]。

經過巴丁的再次計算,他們決定制造“點接觸晶體管”。在隨后的多次試驗中他們發現:鍺半導體上兩根金屬絲的接觸點靠得越近,就越有可能引起電流的放大。這需要在晶體表面安置兩個大約相距只有5×10-3厘米的觸點。

布拉頓有信心克服這最后一道難關,他找來一塊三角形的厚塑料版,從尖尖的頂角朝三角形的兩邊貼上了一片金箔,又小心仔細地用鋒利的刀片在頂角的金箔上劃了一道細痕,然后將三角塑料版用彈簧壓緊在半導體鍺的表面上。最后,將一分為二的金箔兩邊分別接上導線,作為發射極和集電極。加之金屬基底引出的基極,總共三條線,將它們分別接到了適當的電源和線路上。

圖25-3:點接觸晶體管

1947年12月16日,他們終于觀察到兩個觸點間的電壓增益為100倍的數量級,第一個晶體管就此誕生了!從圖25-3中可見,這個劃時代的發明——“三條腿的魔術師”原始而笨拙,顯得不是那么漂亮。

但很快地,巴丁、布拉頓與肖克利之間,發生了一些不愉快的糾葛。一個月之后,肖克利自己又發明了一種全新的、能穩定工作的“P-N結型晶體管”。總之,晶體管的發明成為人類微電子革命的先聲,也使得三人后來共同獲得了1956年諾貝爾物理學獎。

但在肖克利對兩人研究工作無理的限制和打壓下,三人分道揚鑣:巴丁1951年接受了伊利諾伊大學香檳分校的教職,轉向他很早就想做的超導研究。布拉頓留守貝爾實驗室,但轉到了另外的部門。再后來,肖克利自己到加州創建硅谷,招聘人才,在硅谷點燃了晶體管發明的人類文明之火!

BCS超導理論

從1950年開始,巴丁開始考慮超導問題,攀向另一個科學高峰。超導現象指的是一些導體的電阻在溫度下降接近絕對零度時會突然消失成為沒有電阻的超導體的奇特現象。

眾所周知,材料在導電過程中會消耗能量,表現為材料的電阻。電阻越大,消耗能量越多。一般而言,電阻隨著環境溫度的降低而減小。1911年,荷蘭物理學家海克·昂內斯(Heike Onnes,1853-1926)發現水銀樣品以及其他的一些金屬,在低溫(4K左右)時電阻消失等于0,這被稱為超導現象。昂內斯因此獲得了1913 年的諾貝爾物理學獎。

圖25-4:超導基本特性

超導的應用領域包括:醫院里的核磁共振成像、加速器、磁懸浮以及核聚變研究等。低溫超導的第一個理論是1935年弗里茨·倫敦(Fritz London,1900-1954)和海因茨·倫敦(Heinz London,1907-1970)兩兄弟提出的倫敦方程。后來,前蘇聯物理學家朗道(Lev Davidovich Landau,1908-1968)和金茨堡(Vitaly Lazarevich Ginzburg,1916-2009),以朗道的二級相變(Second order phase transition)和對稱破缺理論(Broken-symmetry)為基礎,導出了著名的金茨堡-朗道方程(Ginzburg–Landau theory),成功地計算出了超導體的許多特性[4]。朗道因車禍1962年在病房中被授予諾貝爾物理學獎;之后,金茨堡于87歲高齡被授予2003年的諾貝爾物理學獎。

巴丁的研究偏向超導現象的微觀物理機制。到了伊利諾伊大學香檳分校幾年后,巴丁和利昂·庫珀(Leon Cooper,1930-)、約翰·施里弗(John Robert Schrieffer,1931-2019)三人提出了以他們名字第一個字母命名的BCS理論[5],解釋了超導現象的微觀機理,之后這個理論被稱為是超導現象的常規解釋。BCS理論認為:靠晶格振動,即聲子的耦合,使自旋和動量都相反的兩個電子組成動量為零、總自旋為零的庫珀對。電子是費米子,而兩個電子組成的庫珀對則可以是玻色子,低溫下能形成玻色-愛因斯坦凝聚(Bose–Einstein condensate)而集聚成超導大電流。學界認為,BSC理論基本解釋了低溫下的超導現象,三位學者也因此而獲得1972年的諾貝爾物理學獎。

電子間的直接相互作用是相互排斥的庫侖力。如果僅僅存在庫侖力直接作用的話,電子不能形成配對。但BCS理論認為,電子間還存在以晶格振動(聲子)為媒介的間接相互作用。電子聲子間的這種相互作用在滿足一定條件時,可以是相互吸引的,正是這種吸引作用導致了“庫珀對”的產生。在很低的溫度下,庫珀對的結合能可能高于晶格原子振動的能量。這樣,電子對將不會和晶格發生能量交換,也就沒有了電阻,形成所謂的“超導”。

責任編輯:YYX

聲明:本文內容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網站授權轉載。文章觀點僅代表作者本人,不代表電子發燒友網立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用,如有內容侵權或者其他違規問題,請聯系本站處理。 舉報投訴
  • 半導體
    +關注

    關注

    334

    文章

    27515

    瀏覽量

    219823
  • 晶體管
    +關注

    關注

    77

    文章

    9706

    瀏覽量

    138490

原文標題:晶體管發明人曾在實驗室受排擠,但沒人能阻止他兩獲諾獎 | 量子群英傳

文章出處:【微信號:bdtdsj,微信公眾號:中科院半導體所】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

收藏 人收藏

    評論

    相關推薦

    晶體管與場效應的區別 晶體管的封裝類型及其特點

    晶體管與場效應的區別 工作原理 : 晶體管晶體管(BJT)基于雙極型晶體管的原理,即通過控制基極電流來控制集電極和發射極之間的電流。
    的頭像 發表于 12-03 09:42 ?304次閱讀

    達林頓晶體管概述和作用

    結構。這種結構通過級聯多個晶體管,實現了更高的電流增益和更廣泛的應用場景。達林頓晶體管最早由英國物理學家吉姆·達林頓(或稱為悉尼·達靈頓,具體名字可能因資料不同而有所差異)在1953年發明,并因此得名。
    的頭像 發表于 09-29 15:42 ?671次閱讀

    晶體管的輸出特性是什么

    晶體管的輸出特性是描述晶體管在輸出端對外部負載的特性表現,這些特性直接關系到晶體管在各種電路中的應用效果和性能。晶體管的輸出特性受到多種因素的影響,包括輸入信號、電源電壓、溫度以及
    的頭像 發表于 09-24 17:59 ?700次閱讀

    晶體管的基本工作模式

    晶體管作為電子電路中的核心元件,其基本工作模式對于理解其工作原理和應用至關重要。晶體管的工作模式主要可以分為兩大類:放大模式和開關模式。這兩種模式基于晶體管內部PN結的特性,通過控制輸入電壓或電流來實現對輸出電流的控制。下面將詳
    的頭像 發表于 09-13 16:40 ?1001次閱讀

    NMOS晶體管和PMOS晶體管的區別

    NMOS晶體管和PMOS晶體管是兩種常見的金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)類型,它們在多個方面存在顯著的差異。以下將從結構、工作原理、性能特點、應用場景等方面詳細闡述NMOS晶體管
    的頭像 發表于 09-13 14:10 ?4104次閱讀

    CMOS晶體管和MOSFET晶體管的區別

    CMOS晶體管和MOSFET晶體管在電子領域中都扮演著重要角色,但它們在結構、工作原理和應用方面存在顯著的區別。以下是對兩者區別的詳細闡述。
    的頭像 發表于 09-13 14:09 ?1870次閱讀

    晶體管處于放大狀態的條件是什么

    晶體管是一種半導體器件,廣泛應用于電子設備中。它具有三個主要的引腳:基極(B)、發射極(E)和集電極(C)。晶體管的工作原理是通過控制基極和發射極之間的電流,來控制集電極和發射極之間的電流。晶體管
    的頭像 發表于 07-18 18:15 ?1675次閱讀

    芯片中的晶體管是怎么工作的

    晶體管是現代電子設備中不可或缺的組件,它們是構建集成電路(IC)和微處理器的基礎。晶體管的工作原理涉及到半導體材料的電子特性,以及如何通過控制電流來實現開關功能。 歷史背景 晶體管
    的頭像 發表于 07-18 14:58 ?1374次閱讀

    晶體管電流的關系有哪些類型 晶體管的類型

    晶體管是一種半導體器件,廣泛應用于電子電路中。晶體管的工作原理基于半導體材料的導電特性,通過控制基極電流來調節集電極電流,從而實現放大、開關等功能。晶體管的電流關系是其核心特性之一,對于理解
    的頭像 發表于 07-09 18:22 ?1779次閱讀
    <b class='flag-5'>晶體管</b>電流的關系有哪些類型 <b class='flag-5'>晶體管</b>的類型

    什么是NPN晶體管?NPN晶體管的工作原理和結構

    NPN晶體管是最常用的雙極結型晶體管,通過將P型半導體夾在兩個N型半導體之間而構成。 NPN 晶體管具有三個端子:集電極、發射極和基極。 NPN晶體管的行為類似于兩個背對背連接的PN
    的頭像 發表于 07-01 18:02 ?5417次閱讀
    什么是NPN<b class='flag-5'>晶體管</b>?NPN<b class='flag-5'>晶體管</b>的工作原理和結構

    PNP晶體管符號和結構 晶體管測試儀電路圖

    PNP晶體管是一種雙極性晶體管,用于電子電路中放大、開關和控制電流的器件。與NPN晶體管相對應,PNP晶體管的結構特點在于其三個不同的半導體區域:正極(P型)、負極(N型)、正極(P型
    的頭像 發表于 07-01 17:45 ?2778次閱讀
    PNP<b class='flag-5'>晶體管</b>符號和結構 <b class='flag-5'>晶體管</b>測試儀電路圖

    如何提高晶體管的開關速度,讓晶體管快如閃電

    咱們今天講講電子世界的跑步選手——晶體管。這小東西在電子產品里就像是繼電賽跑的選手,開關的速度決定了電子設備的快慢。那么,如何才能提高晶體管的開關速度呢?來一探究竟。如果把晶體管比作一名運動員,要想
    的頭像 發表于 04-03 11:54 ?735次閱讀
    如何提高<b class='flag-5'>晶體管</b>的開關速度,讓<b class='flag-5'>晶體管</b>快如閃電

    什么是達林頓晶體管?達林頓晶體管的基本電路

    達林頓晶體管(Darlington Transistor)也稱為達林頓對(Darlington Pair),是由兩個或更多個雙極性晶體管(或其他類似的集成電路或分立元件)組成的復合結構。通過這種結構,第一個雙極性晶體管放大的電流
    的頭像 發表于 02-27 15:50 ?5654次閱讀
    什么是達林頓<b class='flag-5'>晶體管</b>?達林頓<b class='flag-5'>晶體管</b>的基本電路

    晶體管的偏置定義和方式

    晶體管的偏置是指為了使晶體管正常工作,需要給晶體管的基極或發射極加上適當的電壓,從而使晶體管的工作點處于穩定的狀態。
    的頭像 發表于 02-05 15:00 ?2169次閱讀
    <b class='flag-5'>晶體管</b>的偏置定義和方式

    晶體管Ⅴbe擴散現象是什么?

    晶體管并聯時,當需要非常大的電流時,可以將幾個晶體管并聯使用。因為存在VBE擴散現象,有必要在每一個晶體管的發射極上串聯一個小電阻。電阻R用以保證流過每個晶體管的電流近似相同。電阻值R
    發表于 01-26 23:07
    主站蜘蛛池模板: 天堂网成人| 日本亚洲欧美美色| 114毛片免费观看网站| 久久天天躁狠狠躁夜夜躁| 天堂在线链接| 欧美乱妇15p| yy4080午夜理论一级毛片| 黄网在线看| 射吧亚洲| 日本一二线不卡在线观看 | 失禁h啪肉尿出来高h男男| 天天做日日干| 日本黄黄| 日本xxxxxxxxx68| 特黄aa级毛片免费视频播放| 公开免费视频| 国产呦精品系列在线| 欧美日韩伦理| 在线免费视频观看| www.免费| 亚洲欧美视频在线播放| 狠狠色噜噜狠狠狠狠97老肥女 | 六月丁香综合网| 啪啪免费视频| 99久久精品免费精品国产| 性色小视频| 免费人成网址在线观看国内| 女人特黄大aaaaaa大片| 黄色三级录像| 午夜影院毛片| 2022年国产精品久久久久| dyav午夜片| 亚洲免费成人在线| 美女色黄一男一女| 伊人网视频| bt天堂在线观看| 99热手机在线观看| 欧美色图首页| 亚洲精品久久片久久| 国产精品无码永久免费888| 亚洲欧美在线一区二区|