维基少年:事物如何运作/晶体管
第一个晶体管是由一位名叫 Julius Edgar Lilienfield 的人发明的,但他没有制造一个或写任何关于它的论文,所以每个人都忽略了它。我们今天所知的晶体管是由两位科学家发明的,他们叫 William Shockley 和 John Bardeen。晶体管的名字由 John Pierce 命名,他将 transfer 和 varistor 两个词合在一起。
晶体管从电力中获得能量,它通过它的“腿”获得电力。
第一个晶体管使用了一种由锗制成的晶体,锗是一种金属状物质。锗晶体通常阻止电力通过它,但是如果它有三个“腿”,则会发现一种有趣的特性。这三个腿被称为“门”(或“基极”)、“源”(或“集电极”)和“漏”(或“发射极”)。当电流通过门时,它会让电流在源和漏之间流动。这是因为门可以将一些电子“注入”锗中,使电流能够通过它。
现代晶体管使用硅。硅比锗晶体工作得更好,但它必须非常纯净才能工作。任何半导体(可以“注入”电子的物质,如锗或硅)都能工作,但硅是我们能使用的最好的物质。
你仍然可以购买具有三个“腿”的晶体管,但它们太大了,无法容纳足够多的晶体管在一个计算机中。相反,使用的是在一个计算机芯片上有很多非常小的晶体管。它们可以无需大型金属线连接在一起。
因为晶体管不需要太多能量,所以单个晶体管不会让你遭受很大的电击。
晶体管非常有用。它们可以用作开关,或者很多晶体管可以连接在一起构成一个微芯片,微芯片控制你的计算机。
晶体管极大地改变了世界。如果没有晶体管,我们就不会有小型计算机(只有像房间一样大的巨型计算机),你也不可能读到这些内容。如今,计算机控制着几乎所有事物,而这一切都要归功于晶体管。但是你需要很多晶体管;一个计算机芯片可能需要数十亿(数千百万)个晶体管!
如果没有对电的充分理解,晶体管就永远无法制造出来。你可以在这里了解更多关于电的信息。直到 1800 年才制造出第一个电池。在此之前,没有良好的电力供应,所以没有人可以使用晶体管。
我们还必须学习如何制造高质量、经过精心控制的半导体。这些是介于导电(像金属一样)和阻止电流(像塑料一样)之间的材料。这是 1925 年 Julius Edgar Lilienfield 关于晶体管的想法不太实用的部分原因。
在晶体管发明之前,必须发现表面物理学,它解释了晶体管的工作原理。