摘要：一切要追溯到1880年，爱迪生在白炽灯里偶然发现了一个“小魔术”：他把一块与灯丝电路不接触的金属片放进灯泡，通电发光时，那块金属片竟然也流过了微弱的电流。它后来被称为热电子发射现象，而这个灯泡，就是最原始的真空二极管。
这，是一个5纳米的晶体管。
现在一块主流芯片里，轻松塞下1000亿个！
小到你无法想象，却无处不在：手机、电脑、汽车、火箭...全球总数，保守估计超过270万亿颗！绝对的电子世界基石！
大家好我是火箭叔，时间回到1947年，发明它的肖克利、布拉顿、巴丁，谁也没料到这‘小不点’能翻天覆地！为啥？因为当初，它只是个‘备胎’！
一切要追溯到1880年，爱迪生在白炽灯里偶然发现了一个“小魔术”：他把一块与灯丝电路不接触的金属片放进灯泡，通电发光时，那块金属片竟然也流过了微弱的电流。它后来被称为热电子发射现象，而这个灯泡，就是最原始的真空二极管。
到了1906年，米德弗雷斯特在这个“小魔术”的基础上，添加了第三条“控制线”——即第三根电极，用来在阴极与阳极之间施加电场。只要轻微调整第三极的电压，就能控制二极管的电流强弱，真空三极管由此诞生。它成为第一个真正可控的电流放大器，电话信号、广播音频都能靠它延伸到更远、更广的地方。
然而真空管有着致命缺陷：它体积庞大、耗电高、寿命短，还会因温度骤变而烧毁。二战期间的雷达和通信需求令这些缺点暴露无遗——一台计算机要用上万只真空管，光散热就让整个机房几乎变成烤箱。于是，贝尔实验室的科学家们开始寻找固态替代方案。
20世纪30年代末，量子力学的进展让大家知道了一种介于“金属和绝缘体”之间的神奇材料——半导体，通过掺杂便可调节载流子的浓度和迁移率，即改变电流的大小。于是肖克利就想：这会不会就是他们正在寻找的替代材料？用它试试！他便开始在实验室里把硅或锗片夹在两根电极之间，再给第三根电极上加电压，来测试这个装置能否像真空管那样控制电流。
可惜，早期实验总是以失败告终。硅表面存在氧化层和杂质，使得外加电场难以穿透晶片内部；即便极低温下测试，输出电流依旧微不足道。研究陷入僵局，肖克利一度焦头烂额。他马上请来布拉顿和巴丁，两人一个擅长实验设计，一个精于理论分析，准备在锗上继续攻关。
1947年12月，布拉顿在实验台上做了一个关键改动：他将一小片金箔贴在锗晶片上，再用非常锋利的剃刀在金箔与锗之间划出一条极细的缝隙，形成两个紧靠的接触点。当第三极接入电压，锗中载流子被吸引或排斥时，集电极与发射极之间的少量电流被迅速放大——于是，首个利用固态材料的“点接触晶体管”就此诞生。
可点接触晶体管的问世，虽然验证了半导体放大的可行性，但也暴露出工艺上的不稳定：金箔接触点容易移动，寿命短而且参数散差大。于是三人继续攻关，巴丁和布拉顿随后改用合金化锗-铂结构，使接触更加牢固；肖克利则提出将整个锗晶片划分为三层区——即发射区、基区和集电区，形成硅衬底上的平面结构。到了1948年末，平面晶体管工艺基本定型，为后续大规模生产奠定了基础。
从此，人类的信息科技开始起飞。晶体管的发明，解决了真空管体积与功耗的瓶颈，让电子器件走向小型化和高可靠性。它将热电子发射的真空空间换成了半导体内部的能带调控，电子不再飞出外部，而是在晶格中跳跃，响应更快、效率更高，也更易集成。
此刻，你可以想象一下，如果把现在这千亿个晶体管都换回当年的“灯泡”，你还能不能把它握在手上。
来源：科学火箭叔一点号