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历史上的今天:晶体管问世

—— 历史上的今天:晶体管问世

行业聚焦点中国仪表网2013年12月23日 10:08人气:13681

  导读:1947年12月23日,晶体管问世。作为发明者之一的威廉·布拉德福德·肖克莱(William Bradford Shockley)却在此后一直专注于自动化革命,尽管他未能成功。
  
1947年12月23日,美国科学家巴丁博士、布菜顿博士和肖克莱博士,在导体电路中进行用半导体晶体放大声音信号的实验时,发明了科技史上具有划时代意义的成果——晶体管。因它是在圣诞节前夕发明的,而且对人们未来的生活发生如此巨大的影响,所以被称为“献给世界的圣诞节礼物”。

 
肖克莱,1948年,38岁发明结晶体管,1950、60年代的第一个晶体管收音机和洲际弹道导弹和轰炸机都用了这种晶体管,开创了半导体电子学。同一年,1948,他申请一个专利,叫“辐射能控制系统”,一个用视觉传感器的反馈控制系统。这个和晶体管没关系,和他在二次大战中的任务,战略轰炸,也没关系。很快拿到这专利,但被要求保密10年。把这个系统装载在一个自执导炸弹的鼻子上,靠照相机里被控的闪光,得到的实时图像决定投到什么地方。肖克莱还注意到了它的和平应用,譬如建筑物的识别、售货机上钱的识别、生产厂家的成品检测。这是他第一次想像一个机器,由反馈控制和一个视觉传感器自主导向,代替工厂工人。

1948年,哈佛大学教授Georges Doriot(一个风险投资家,投出了DEC)与肖克莱讨论在维纳的热销书“控制论”影响下MIT该怎么抓紧搞自动化,鼓励他想想如何把他的专利用于制造。肖克莱集中考虑如何让自动化用于制造,于1951年发明了所谓“光电子眼”。他相信一类新机器可能生产不同的产品,而不光是固定的一种标准化了的产品。在正式形成这一专利之前,肖克莱要求修改与贝尔实验室的知识产权合同。该实验室所有人都签过一个协议,所有专利发明都属于贝尔公司所有,现在肖克莱要求他的光电子眼的专利只能属于他自己。经过几个月商议,贝尔实验室和他于1951年12月5日达成协议,但只有效一年,而且限于自动化领域。由于Doriot的美国研发公司的支持,他给贝尔实验室总裁Mervin Kelly写信,要求公司建立以肖克莱为首的重大项目“自动可训练机器人”。他说这项目比过去任何项目都重要,是今后最大产业的基础。他充满了自信,发出了最强音。他说的不是一个先进的机器,而是一个“自动工厂”,像科幻小说中的机器人,有“手”、“感觉器”、“记忆”和“头脑”。首先就是机器人眼,他有好几个想法,可以直接接触装置、识别部件、凭感觉定向。他觉得自动化革命即将到来,国家的生产力将在10年内翻一番。1952年11月他提交了机器人眼的专利申请。10天以后,贝尔实验室回答他,拒绝他的可训练机器人项目。于是,他离开贝尔实验室,在加州理工学院做起了访问教授,希望建立自己的晶体管公司,但全都失败。于是,他回到五角大楼,做武器系统评价课题组的头。

1954年美国专利局批准了肖克莱关于机器人眼的专利。1955年新年,他收到Arnold O.Beckman的贺卡,得知Beckman,一个化学家,高技术企业家,也对自动化感兴趣。Beckman生于1900年,比肖克莱大10岁,1928年得加州理工大学物理化学博士。在此期间,他加入新建立的贝尔实验室,学习电子学和统计质量控制。毕业后,进入加州理工学院化学系当教员。1930年中期,他发明了酸度计,从此进入电子化学仪器行业。他的公司在仪表方面非常成功,1952年开始打出标语:“机器解放人。”肖克莱与他先后同学,又都取得很大成功,两人签署合同,在Beckman仪器公司下面建立肖克莱半导体实验室。肖克莱把专利送给Beckman看,他压了两个月才给他的助手Bishop,请专家评审。专家的反顾意见说,此系统完全是学术兴趣,现在还不需要认真考虑。正在此时,肖克莱拒绝了Howard Hughes关于在汉斯飞机公司内组建半导体电子组织的建议,而转入了UCBerkeley物理系,也得到耶鲁的Offer。

所有这些职位都很吸引人,但肖克莱45岁的时候,1955年6月,他决定离开贝尔实验室,并从五角大楼的高位退休,又离了婚。他要开始新的生活,创建自己的公司,成为自己想法的第一受益人。这时,Beckman也对硅晶体管的抗震和可靠性特别有兴趣,于是,他们在1955年9月,签署协议,建立肖克莱半导体实验室,它在两年内仍属于Beckman仪器公司,而肖克莱完全可以自由探索任何东西。第一个任务就是扩散型晶体管的自动制造。肖克莱坚持要Beckman投入个人精力,而且Backman公司应该负责商务、管理、市场和工资发放。两年以后,Beckman就想,是不是把这个实验室单独成为一家公司,两人各占一半股权。Beckman的公司总部在南加州,可肖克莱要把实验室办在帕洛阿尔托(PaloAlto),他在那里长大,他妈妈还在那里。斯坦福大学生气勃勃,北边的旧金山又是金融、军事、商业和文化中心,而且气候极好。肖克莱草拟了新实验室的新闻稿,他要组建半导体发明的精良团队。这实际上开启了他对硅谷的期望。

1956年底,肖克莱组建了一个创新团队,包括Gordon Moore,Robert Noyce,Jean Hoerni,Eugene Kleiner,and Jay Last。同时,他由于创建晶体管电子学而获得了诺贝尔物理学奖。在这些成功中,他的实验室却麻烦大了。肖克莱的竞争倾向和反复无常的管理方式随时都表现出来。他放弃他自己发明的基于四层二极管的扩散型硅晶体管。年青的Moore和Noyce非常不满意,他们希望Beckman帮忙,让肖克莱只当顾问,另选经理。最后,Beckman认为肖克莱的方向是对的,继续支持他领导该实验室。1957年末,Moore,Noyce和其他6位离开,建立了新公司,那就是Fairchild(仙童),硅谷第一个硅电子公司。肖克莱所谓的这“8叛徒”集中关注扩散型硅晶体管。他们一年之内就成功了,后来又搞出重要的新晶体管和基于平面工艺的集成电路,在硅衬底上化学地印刷出电路。平面硅晶体管和微芯片代替了真空管,出现了半导体电子学。在1960-1980年代,仙童培育出了许多半导体设备和材料公司,而仙童的后继有几百个。1968年,Moore(摩尔)和Noyce(诺伊斯)创建了INTEL(英特尔)公司,先做存储器,然后做微处理器,现在成为全世界最大的半导体公司。摩尔定律至今传颂。

毫无疑问,肖克莱的半导体富有成效,但他的实验室失败了。它没有生产出硅晶体管,也没有能推广四层二极管,在1960年代就关门了,肖克莱退到斯坦福当教授去了。Beckman后悔没有能留住仙童和因特尔的创业者们。1989年,肖克莱去世,没有做出他的可训练机器人。1960年代开始,晶体管大小的机器臂,后来在臂上还加了肖克莱的“眼睛”。当然并不是他想像的那样,但是他希望的那样。
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