Page 117 - 信息的脉络
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·第三部分·
一个杂质原子），就可以轻易改变本征半导体的导电性能。
锗和硅都有四个价电子，原子最外层的电子很容易转移至其他原子或与其他
原子共享。价电子几乎填满了价带中大部分状态。如果向锗和硅本征半导体中掺
入含磷之类的杂质（含有 5 个价电子），那么只需要其中 4 个电子来维护晶格结构。
这样就会剩下 1 个电子，这个自由电子很容易从磷原子脱离出来用以导电。同样的，
向锗和硅本征半导体中掺入硼这类只有 3 个价电子的杂质原子，用来维持晶格结
构的共价键就会缺少 1 个电子，缺失的电子就形成一个空穴，它就可以捕获价带
中的满态电子，留下空态以允许其他电子传导。人们通常把掺入磷的半导体叫 N
型半导体，掺入硼的半导体叫 P 型半导体。
半导体导电不同于金属导电。半导体中，导电的机制不仅可以是由于电子的
移动，也可以是由于空穴的移动。电子和空穴都是能运载电流的“载流子”，在
N 型半导体中，电子是多数载流子，空穴是少数载流子。P 型半导体中则反过来。
贝尔实验室的拉塞尔·欧尔发现，把 P 型和 N 型半导体放在一起会形成一些
有趣的半导体原件。最简单的是 PN 结二极管，它会阻止电流朝其中一个方向移动，
反方向则不会受到影响。这种 PN 结原件可以用来把交流电转换成直流电，这个过
程称为“整流”。PN 结二极管是发明晶体管的第一步。晶体管元件可以用来放大
信号或者开关电路。
第二次世界大战突出了对半导体新材料的紧迫性。1945 年夏天，贝尔实验室
正式制定了一个庞大的研究计划，决定以固体物理为主要研究方向，这个计划直
接导致了晶体管的发现。1947 年 12 月 16 日，贝尔实验室的两个年轻人——约翰·巴
丁（John Bardeen）、沃尔特·布拉顿（Walter Brattain）制造出了第一个半导体三
极管，并第一次成功观测到了点接触晶体管的信号放大现象。根据巴丁在实验日
记中所记，他们当时观察到两个触点间的电压增益数量级大约为 100 倍。第一个
点接触晶体管显得原始而笨拙，但这却是一个划时代的发明。12 月 23 日，即这个
点接触晶体管发明一周之后，科学家将半导体三极管与其他元件装配起来，组成
了一个可用于助听器中的声音放大器，并由布拉顿和另一位同事演示给贝尔实验
室的专家和领导们看，以得到他们的认可。可能正因为如此，人们将晶体管的诞
生日定为这一天。恰好这是那年圣诞节的前两天，真是名副其实地献给人类文明
的伟大的圣诞节礼物。
1951 年，威廉·肖克利（William.Shockley）发明了 PNP 结晶体管，实际结果
表明，PNP 型晶体管比点接触晶体管运行更可靠，也更容易操控，更容易商业化。
面结型晶体管是一层夹在两个 P 型材料厚区之间的薄薄的 N 型半导体。一个晶体
管有三个电极导体，能够发射或收集电子或空穴，也可以用来控制通过元件的电流，
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