chinaopub.coM 第18章从算盘到芯片 179 下载 他们在贝尔实验室工作的时候都为早期的计算机作出了突出的贡献。后来,在20世纪70年代 尔实验室诞生了很有影响的操作系统UNIX和程序设计语言C语言,这些在随后的几章里将 925年1月1日,美国电话电报公司正式把它的科学和技术研究部分与商业部分分离,另 外建立附属机构,这样贝尔实验室诞生了。贝尔实验室的主要目的是为了研究能够提高电话 系统性能的技术。幸运的是,它的要求非常含糊,可以包含所有的事情。但在电话系统中, 个明确的长期的目标是:在线路上传输的声音信号能不失真地放大 从1912年起,贝尔电话系统就采用了真空管放大器,大量的研究和工程人员着手提高电 话系统使用的真空管的性能。尽管这样,真空管仍然有许多问题。管子体积大,功耗大且最 终会烧毁。不过,在当时却是唯一的选择。 1947年12月16日,当贝尔实验室的两个物理学家 John bardeen(1908-1991)和 Walter Brattain(1902-1987)在装配一个不同类型的放大器时,所有的一切都改变了。这种新型放大 器由锗片—一种称作半导体的元素一和一条金箔构成。一个星期后,他们给他们的上司 William Shockley(1910-1989)进行了演示。这就是第一个晶体管,一种被人们称为20世纪 最伟大的发明的器件 晶体管不是凭空产生的。8年前,即1939年12月29日, Shockley在笔记本写下:“今天我 想用半导体而不是真空管做放大器在原理上是可能的。”第一个晶体管被发明以后,随后许多 年它继续被完善。1956年, Shockley、 Bardeen和 Brattain获得诺贝尔物理学奖——“因为他们 在半导体上的研究并且发明了晶体管。” 本书的前面谈到了导体和绝缘体。之所以称作导体是因为它们非常容易导电,铜、银和 金都是很好的导体。并非巧合,所有这三种元素都在元素周期表的同一列 前面讲过,原子中的电子分布围绕在原子核的外层。上述三种导体的特征是只有一个单 独的电子在最外层。这个电子很容易与原子的其余部分分离并自由移动形成电流。与导体相 对的是绝缘体,像橡皮和塑料,它们几乎不能导电。 锗和硅元素(还有一些化合物)称为半导体,并不是因为它们的导电性是导体的一半, 而是因为它们的导电性可以用多种方法来控制。半导体最外层有4个电子,是最外层所能容纳 电子最大数目的一半。在纯半导体中,原子彼此非常稳固地结合在一起,具有与金刚石相似 的晶状结构。这种半导体不是好的导体。 但是半导体可以掺杂,意思是与某种杂质相混合。半导体很容易与其他杂质结合而变得 不纯。有一类杂质为原子的结合提供额外的电子,这种半导体叫N型半导体(N表示 negative);另一种类型的杂质掺杂生成P型半导体。 两个N型半导体中夹一个P型半导体可制成放大器,称作NPN晶体管,对应的三部分分别 是集电极( Collector)、基极(Base)和发射极( Emitter 下面是一个NPN晶体管的示意图: 集电极他们在贝尔实验室工作的时候都为早期的计算机作出了突出的贡献。后来，在 2 0世纪7 0年代， 贝尔实验室诞生了很有影响的操作系统 U N I X和程序设计语言 C语言，这些在随后的几章里将 要讲到。 1 9 2 5年1月1日，美国电话电报公司正式把它的科学和技术研究部分与商业部分分离，另 外建立附属机构，这样贝尔实验室诞生了。贝尔实验室的主要目的是为了研究能够提高电话 系统性能的技术。幸运的是，它的要求非常含糊，可以包含所有的事情。但在电话系统中， 一个明确的长期的目标是：在线路上传输的声音信号能不失真地放大。 从1 9 1 2年起，贝尔电话系统就采用了真空管放大器，大量的研究和工程人员着手提高电 话系统使用的真空管的性能。尽管这样，真空管仍然有许多问题。管子体积大，功耗大且最 终会烧毁。不过，在当时却是唯一的选择。 1 9 4 7年1 2月1 6日，当贝尔实验室的两个物理学家 John Bardeen(1908—1 9 9 1 )和Wa l t e r B r a t t a i n ( 1 9 0 2—1 9 8 7 )在装配一个不同类型的放大器时，所有的一切都改变了。这种新型放大 器由锗片—一种称作半导体的元素—和一条金箔构成。一个星期后，他们给他们的上司 William Shockley（1 9 1 0—1 9 8 9）进行了演示。这就是第一个晶体管，一种被人们称为 2 0世纪 最伟大的发明的器件。 晶体管不是凭空产生的。 8年前，即1 9 3 9年1 2月2 9日，S h o c k l e y在笔记本写下：“今天我 想用半导体而不是真空管做放大器在原理上是可能的。”第一个晶体管被发明以后，随后许多 年它继续被完善。1 9 5 6年，S h o c k l e y、B a r d e e n和B r a t t a i n获得诺贝尔物理学奖—“因为他们 在半导体上的研究并且发明了晶体管。” 本书的前面谈到了导体和绝缘体。之所以称作导体是因为它们非常容易导电，铜、银和 金都是很好的导体。并非巧合，所有这三种元素都在元素周期表的同一列。 前面讲过，原子中的电子分布围绕在原子核的外层。上述三种导体的特征是只有一个单 独的电子在最外层。这个电子很容易与原子的其余部分分离并自由移动形成电流。与导体相 对的是绝缘体，像橡皮和塑料，它们几乎不能导电。 锗和硅元素（还有一些化合物）称为半导体，并不是因为它们的导电性是导体的一半， 而是因为它们的导电性可以用多种方法来控制。半导体最外层有 4个电子，是最外层所能容纳 电子最大数目的一半。在纯半导体中，原子彼此非常稳固地结合在一起，具有与金刚石相似 的晶状结构。这种半导体不是好的导体。 但是半导体可以掺杂，意思是与某种杂质相混合。半导体很容易与其他杂质结合而变得 不纯。有一类杂质为原子的结合提供额外的电子，这种半导体叫 N型半导体（ N表示 n e g a t i v e）；另一种类型的杂质掺杂生成 P型半导体。 两个N型半导体中夹一个 P型半导体可制成放大器，称作 N P N晶体管，对应的三部分分别 是集电极（C o l l e c t o r）、基极( B a s e )和发射极( E m i t t e r )。 下面是一个N P N晶体管的示意图： 第18章 从算盘到芯片 179 下载 集电极 发射极 基极