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第1607章 晶体管(第1页)

“真空三极管迈入大规模实用,公司和实验室们大力研究,各种各样微调修改的真空管喷涌出来,真空管产品步入繁荣期,包括用上万个真空管做的计算机也出现了。”相晓桐道。

“栅极上加一个负电压,电流中断计为1,电流正常时计为0,有0有1就可以二进制表达,计算机采用二进制的原因就在这,硬件决定的。”

教室角落的老生们再度恍然大悟的“哦”起来。

少年班再度诧异扭头,用看傻瓜的眼神看向老生们,这种事情还能不知道吗?

“但真空管的局限性也很明显。”相晓桐举起自己的手机,“比如这部手机,按4000亿个真空管估算,需要20艘大型航母体型的货船才能装得下!”

“同时真空管的耗电和故障率很高,我想给大家改个线上作业,需要专门建一座火力发电厂,每天烧掉七千吨煤确保大家的作业能显示出来,还得配一个师的技术员,因为每隔几分钟就有一个真空管爆炸,需要海量人手去确认哪里炸了,及时进行更换。”

大屏幕上闪过一些示意图,展示真空管设备的庞大体积。

“真空管的下一代,晶体管!”相晓桐点击鼠标,PPT翻入新章节。

“真空管的时代打了一战,而晶体管是二战催生出来的。”

“一战时期的战斗机还非常原始,摇摇晃晃的大玩具,上下两个翼,很多战斗机连像样的武器都没有,最初靠飞行员背一把枪上去打,后来才慢慢发展出战斗机上的机枪和投弹装置,依旧很笨拙,火力基本属于刮痧。”

“二战时期的战斗机剧烈进化,尺寸大,飞行性能强,高难度狗斗或者炸弹大串大串往下扔,空袭杀伤力直线上升,于是雷达就变得无比重要。战时灯塔投入雷达研发的费用是30亿刀,比原子弹的开销都高。”

“但是,雷达波的频率比无线电高很多,真空管整流器的性能跟不上了,必须得有更高效的整流器,于是当时科学家们把目光瞄准了半导体。”

“很多年前,汉斯国的布劳恩曾偶然发现,用细金属丝去碰方铅矿,偶尔会出现电流,但布劳恩搞不明白为什么。”

“实际上还是咱们最开始讲的那个能量斜坡,电子会从坡顶往坡底去,当时经典物理学大厦上乌云密布,量子物理学诞生,一些电子特性被量子物理学家解释出来。随后有三个人几乎同时做出了方铅矿电流的原理解释,分别是莫特、肖特基和达维多夫。”

“题外话,莫特收了一个留学生黄昆,黄昆后来去北大办了国内第一个半导体物理专业,咱们今天能在这里学半导体相关知识,就是从他开始的。”

“祖师爷!”有学生喊。

“考试前知道该拜谁了!”又有学生喊。

教室里一片笑声,比起昨天上课的快节奏高强度,今天神童们明显放松许多,有心情说笑。

“莫特的论文解释了原理之后,接力棒交到了贝尔实验室的肖克利手上。”

“肖克利读过论文后觉得,他可以模仿当年真空三极管的做法,在氧化铜半导体和铜金属之间加一个栅极,应该也能达到放大信号的效果。”

“他的同事布拉顿笑话他,说他也看过论文,也知道加栅极这种做法,但感觉肯定不现实,因为氧化铜和铜的交界面才一微米,什么都放不进去。”

“后来做了很久实验,果然是不行,恰好大不列颠有同行在硅半导体上有了点突破,于是肖克利和布拉顿放弃了铜半导体,转向研究硅。”

“一次非常偶然和幸运的机会,同事发现了一根特殊的硅棒,用手电筒一照硅棒,就会产生单向电流。布拉顿非常震惊,按理说纯硅棒不该有电流的,他猜测是硅棒质量不过关,里面掺了杂质,是杂质导致的电流。”

“布拉顿的猜测被证实了,一种带正电荷的杂质硼,一种带负电荷的杂质磷,恰好聚在硅棒两端,于是着名的PN结诞生了,正电荷一端叫P型硅,负电荷一端叫N型硅。手电筒照上去之后,光能让PN结中间的一个闸门打开,电子由高到低流动。”

“PN结刚诞生,还没来得及尝试做人造版本,东瀛偷袭珍珠港,战争爆发,贝尔实验室紧急承接了大堆军事订单,半导体这种基础研究停了。同时实验室猛烈扩招,人数翻了一倍,后来有人回忆说实验室里挤得转身都转不开。”

“为了战争胜利,原先互相保密的各研究所开始共享一些成果,于是贝尔实验室偶然知道了锗也可以做整流器。”

“战后,半导体研究重启,实验室集结了一支跨学科团队,物理学家化学家材料学家和各种工程师。”相晓桐顿了顿,“题外话,同学们牢记,越是大项目,越需要跨学科团队,每个学科都能解决一点小问题,提出不同的方案,最后才能最快速度得到成品。”

全班同学连连点头。

“肖克利是组长,组里缺物理学家,于是他又推荐了一个人叫约翰巴丁,巴丁来了之后没位置了,于是跟布拉顿一个办公室,俩人是十几年的老朋友。”

“注意这三个人名,肖克利、巴丁、布拉顿。”

“肖克利想起战前的实验,他想在硅里面造出能量斜坡,并施加电压来调控电流,但反复实验都不行,他就把活儿甩给新来的巴丁。”

“巴丁猜测硅表面有一些固定的电子,屏蔽了外界施加的电场,他和布拉顿一起做光照实验,证明了这个猜测。但知道原理了没法解决,巴丁和布拉顿折腾了一年毫无所获,决定换别的技术路线。”

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