早在1930與1940年代,使用半導體製作固態放大器的想法就持續不絕;第一個有實驗結果的放大器是1938年,由波歐(Robert Pohl, 1884~1976)與赫希(Rudolf Hilsch)所做的,使用的是溴化鉀晶體與鎢絲做成的閘極,儘管其操作頻率只有一赫茲,並無實際用途,卻證明了類似真空管的固態三端子元件的實用性。
二次大戰後,美國的貝爾實驗室(Bell Lab),決定要進行一個半導體方面的計畫,目標自然是想做出固態放大器,它們在1945年7月,成立了固態物理的研究部門,經理正是蕭克萊(William Shockley, 1910~1989)與摩根(Stanley Morgan)。由於使用場效應(field effect)來改變電導的許多實驗都失敗了,巴丁(John Bardeen,1908~1991)推定是因為半導體具有表面態(surface state)的關係,為了避開表面態的問題,1947年11月17日,巴丁與布萊登(Walter Brattain 1902~1987)在矽表面滴上水滴,用塗了蠟的鎢絲與矽接觸,再加上一伏特的電壓,發現流經接點的電流增加了!但若想得到足夠的功率放大,相鄰兩接觸點的距離要接近到千分之二英吋以下。12月16日,布萊登用一塊三角形塑膠,在塑膠角上貼上金箔,然後用刀片切開一條細縫,形成了兩個距離很近的電極,其中,加正電壓的稱為射極 (emitter),負電壓的稱為集極 (collector),塑膠下方接觸的鍺晶體就是基極 (base),構成第一個點接觸電晶體 (point contact transistor),1947年12月23日,他們更進一步使用點接觸電晶體製作出一個語音放大器,該日因而成為電晶體正式發明的重大日子。
另一方面,就在點接觸電晶體發明整整一個月後,蕭克萊想到使用p-n接面來製作接面電晶體 (junction transistor) 的方法,在蕭克萊的構想中,使用半導體兩邊的n型層來取代點接觸電晶體的金屬針,藉由調節中間p型層的電壓,就能調控電子或電洞的流動,這是一種進步很多的電晶體,也稱為雙極型電晶體 (bipolar transistor),但以當時的技術,還無法實際製作出來。
電晶體的確是由於科學發明而創造出來的一個新元件,但是工業界在1950年代為了生產電晶體,卻碰到許多困難。1951年,西方電器公司(Western Electric)開始生產商用的鍺接點電晶體,1952年4月,西方電器、雷神(Raytheon)、美國無線電(RCA) 與奇異(GE)等公司,則生產出商用的雙極型電晶體。但直到1954年5月,第一顆以矽做成的電晶體才由美國德州儀器公司(Texas Instruments)開發成功;約在同時,利用氣體擴散來把雜質摻入半導體的技術也由貝爾實驗室與奇異公司研發出來;在1957年底,各界已製造出六百種以上不同形式的電晶體,使用於包括無線電、收音機、電子計算機甚至助聽器等等電子產品。
早期製造出來的電晶體均屬於高台式的結構。1958年,快捷半導體公司 (Fairchild Semiconductor)發展出平面工藝技術(planar technology),藉著氧化、黃光微影、蝕刻、金屬蒸鍍等技巧,可以很容易地在矽晶片的同一面製作半導體元件。1960年,磊晶(epitaxy)技術也由貝爾實驗室發展出來了。至此,半導體工業獲得了可以批次(batch)生產的能力,終於站穩腳步,開始快速成長。
05-05-09 20:45