如果說細(xì)胞是生命的基石，那么晶體管就是數(shù)字革命的基石。如果沒有晶體管，你每天使用的科技產(chǎn)物，手機(jī)、電腦、汽車等會(huì)大不相同。

在晶體管出現(xiàn)之前，工程師使用真空管和機(jī)電開關(guān)來完成電路。這些管子的使用也不太理想，它們?cè)诠ぷ髦氨仨氼A(yù)熱（有時(shí)在工作時(shí)會(huì)過熱），它們不可靠且體積龐大，并且消耗了太多能量。從電視到電話系統(tǒng)，再到早期的計(jì)算機(jī)，都使用了這些組件，但在二戰(zhàn)后的幾年里，科學(xué)家們一直在尋找真空管的替代品。

1920年代后期，波蘭裔美國(guó)物理學(xué)家Julius Edgar Lilienfeld（李利·費(fèi)爾德，1882-1963）為一種由硫化銅制成的三電極裝置申請(qǐng)了專利。雖然沒有證據(jù)表明他確實(shí)創(chuàng)造了這個(gè)組件，但他的研究幫助開發(fā)了今天的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，即硅芯片的組成部分。

在Lilienfeld申請(qǐng)專利20年后，科學(xué)家們正試圖將他的想法付諸實(shí)踐。貝爾電話系統(tǒng)尤其需要比真空管更好的東西來保持其通信系統(tǒng)正常工作。該公司組建了一支由John Bardeen（約翰·巴丁，1908-1991）、Walter Brattain（沃爾特·布拉頓，1902-1987）和William Shockley（威廉·肖克，1910-1989）利組成的全明星科學(xué)家團(tuán)隊(duì)，并讓他們從事真空管替代品的研究。

由John Bardeen、Walter Brattain和William Shockley組成的貝爾實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)

1947年，威廉·肖克利在貝爾電話實(shí)驗(yàn)室擔(dān)任晶體管研究主任。沃爾特·布拉頓是固態(tài)物理學(xué)的權(quán)威，也是固體原子結(jié)構(gòu)性質(zhì)的專家，而約翰·巴丁是一名電氣工程師和物理學(xué)家。一年之內(nèi)，布拉頓和巴丁兩人使用鍺元素創(chuàng)造了放大電路，也稱為點(diǎn)接觸晶體管。不久之后，肖克利通過開發(fā)結(jié)型晶體管改進(jìn)了他們的想法。

第二年，貝爾實(shí)驗(yàn)室向全世界宣布它發(fā)明了晶體管。第一個(gè)晶體管的原始專利名稱是這樣描述的：半導(dǎo)體放大器，采用半導(dǎo)體材料的三電極電路元件。以現(xiàn)在時(shí)間來看，可能覺得稀松平常，但這項(xiàng)發(fā)明使貝爾團(tuán)隊(duì)獲得了1956年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，并使科學(xué)家和工程師能夠更好地控制電流。毫不夸張地說，晶體管使人類在技術(shù)上取得了最大的飛躍。

到底什么是晶體管？

晶體管是控制電子運(yùn)動(dòng)的器件，從而控制電流。它們的工作原理類似于水龍頭——它們不僅可以啟動(dòng)和停止電流的流動(dòng)，還可以控制電流的大小。有了電，晶體管既可以切換也可以放大電子信號(hào)，讓你可以精確地控制流過電路板的電流。

貝爾實(shí)驗(yàn)室制造的晶體管最初是由元素鍺制成的，實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家知道純鍺是一種很好的絕緣體。但是添加雜質(zhì)（一種稱為摻雜的過程）會(huì)將鍺變成弱導(dǎo)體或半導(dǎo)體。半導(dǎo)體是具有介于絕緣體和導(dǎo)體之間的特性的材料，允許不同程度的導(dǎo)電性。

事實(shí)上，晶體管發(fā)明的時(shí)機(jī)并非偶然。為了正常工作，晶體管需要純半導(dǎo)體材料。碰巧的是，二戰(zhàn)后，鍺精煉的改進(jìn)以及摻雜的進(jìn)步，使鍺適用于半導(dǎo)體應(yīng)用。

根據(jù)用于摻雜的元素，得到的鍺層要么是負(fù)型（N型），要么是正型（P型）。在N型層中，摻雜元素將電子添加到鍺中，使電子更容易涌出。相反，在P型層中，特定的摻雜元素導(dǎo)致鍺失去電子，因此來自相鄰材料的電子流向它。

將N型和P型彼此相鄰放置，將創(chuàng)建一個(gè)PN二極管。該二極管允許電流流動(dòng)，但僅在一個(gè)方向上流動(dòng)，這是電子電路構(gòu)造中的一種有用特性。為了制造晶體管，工程師在PNP或NPN配置中將摻雜的鍺分層以背靠背制造兩層。接觸點(diǎn)稱為結(jié)，因此稱為結(jié)晶體管。

隨著電流施加到中心層（稱為基底），電子將從N型側(cè)移動(dòng)到P型側(cè)。最初的小涓流充當(dāng)允許更大電流流動(dòng)的開關(guān)。在電路中，這意味著晶體管既充當(dāng)開關(guān)又充當(dāng)放大器。

如今，商業(yè)電子產(chǎn)品使用硅基半導(dǎo)體代替鍺，這比鍺基晶體管更可靠、也更實(shí)惠。但一旦這項(xiàng)技術(shù)流行起來前，鍺晶體管就已經(jīng)廣泛使用了20多年。

以上就是英銳恩單片機(jī)開發(fā)工程師分享的“半導(dǎo)體發(fā)展史：晶體管與他的發(fā)明人”。英銳恩專注單片機(jī)應(yīng)用方案設(shè)計(jì)與開發(fā)，提供8位單片機(jī)、16位單片機(jī)、32位單片機(jī)。