晶体三极管的诞生
1948年7月1日，美国《纽约时报》用8个句子发表一条短讯，首次公开报道了晶体管诞生的消息。实际上，这项发明早在半年前就完成了。
人们对半导体的研究很早就开始了。1878年，发现方铅矿晶体能够单向导电，但是限于当时的科学水平和技术条件，没有找到它的实用价值。1895年，意大利科学家马可尼在研究无线电检波器时想利用这种晶体。到1906年，简单矿石检波器制成，这就是现代半导体二极管的原型，它曾风行一时，广泛应用于检波。
但是，由于晶体二极管工作不稳定，而当时真空二极电子管性能良好，日臻完善，矿石检波器渐渐让位于真空二极管检波器，这种矿石也渐渐被人遗忘。
后来，由于真空二极管无法用于高频检波，人们又重新想起那被遗忘的矿石晶体，不过，人们后来采用的是经过提炼和加工的锗、硅半导体晶体。用这种材料制成的检波器，结构非常简单，检波效率很高，在第二次世界大战的微波雷达应用中起了很大的作用。当时德国致力于硫属半导体红外探测器在军事方面应用的研究，而美国把重点放在硅和锗上。
早在1928年，就有人提议用半导体材料制作和电子管功能相当的晶体管，但是，由于当时还缺少研究半导体电子特性的固体物理学知识，而且按温度、压力、化学组成等宏观概念生产的半导体材料，在微观结构上是混乱的，没有规律，其电子特性有很大的偶然性。加之当时电子管正方兴未艾，社会还没有取代它的迫切需要，所以晶体管暂未问世。
随着固体物理学的发展，晶体生长理论和生长技术的发展，高纯度的晶体锗也生产出来了，这就给晶体管的研究创造了条件。
贝尔电话实验室是美国著名的电子学研究中心，它不仅开展应用技术的研究，而且重视基础理论研究。实验室执行副主任、著名晶体管专家凯利，在考虑中、长期电子学发展问题时，接受了固体物理学专家肖克利的主张：“半导体应该是一个值得探索的方向”，决定加强半导体的研究。
1945年夏天，贝尔实验室确定了一项科研工作任务书，这个任务书由执行副主任凯利签字，由弗莱彻和费斯克批准，科研工作任务书上面写着：“科目：固体物理学——半导体、导体、电介质、绝缘体、压电和磁性材料。”“陈述：……现代固体构成理论指出，寻找物理和化学方法以控制构成固体的原子和电子的排列和行为，以产生新的有用的性质的极大可能性是存在的。”这个文件签署几个月后，成立了以肖克利、巴丁和布拉坦为核心的固体物理研究小组。
肖克利1910年2月13日生于英国伦敦，有很高的固体物理理论造诣，从事固体物理学、金属学、电子学等等基础理论的研究。1936年，获得物理学博士学位，同年进入贝尔实验室工作。1949年，提出PN结理论。巴丁1908年5月23日生于美国威斯康星州，原是大学教授，1945年，参加贝尔实验室工作，对半导体的体内与表面现象研究很有兴趣。布拉坦1902年2月10日出生于中国厦门，从1929年起在贝尔实验室作技术工作，是一个实验物理专家。他研究的主要理论是固体表面性质。参加固体物理研究小组的还有物理学家皮尔逊、物理化学家吉布内和电子线路专家摩尔，他们个个年富力强。由他们组成的科研集体，既有相当深厚的固体物理理论修养，又有丰富的实验技术经验，他们研制的目标是，发现控制半导体中电子流动的方法，探索一种能排除电子管缺陷并起到放大作用的电子器件，并以硅、锗这类半导体作为主攻目标。
在一次实验中，他们无意中发现电解液下面的锗表面形成了一层氧化膜。所以，为了提高工作频率，他们决定不用动作缓慢的电解液，而直接在绝缘的氧化膜上蒸发一个金点作为电极，金点与锗片之间由氧化膜绝缘。在金点中央留一个小孔，让导线针尖与锗片接触。在实验时，由于针尖与金点之间的距离太近而引起放电，破坏了中央附近的金点。但是，当他们把针尖移到金点边缘上时，意外地发现了一个新的效应。原来，在清洗掉硼酸二醇时，他们不慎把易溶于水的氧化膜也洗掉了，因而，金就蒸发在锗表面上。当在金点上加一个很小的电压时，流进锗表面的空穴流，极大地增加了从锗流向针尖的电流，而针尖相对于锗片处于很高的反向偏压下。
这个新出现的情况出乎实验者的预料，打乱了他们的思路。要想按照原来的设计作出实用的器件来已不可能了，那缕刚刚出现的曙光，又似乎被晨雾所掩遮。
但是，这些年轻的科学家一点也不气馁，他们决定在锗表面上做两个充分靠近的点接触。1947年12月19日，他们在锗表面上做的两触点间的距离小于0.4毫米，但是，由于灵敏度太低，未获成功。
针对这次失败的原因，他们进行讨论分析和计算，有了成功的把握，4天之后，他们做了一个突破性实验。布拉坦是这样记述的：“我们决定在锗表面上做两个靠得比2密耳（约005毫米）还要近的触点，而我们用作点接触的最细的导线直径是5密耳，这在工艺上提出了难题。不过，由于技术助手的帮助，我做到了这一点。他剪了一片三角形的塑料片，并在其狭窄而平坦的侧面上牢固地粘上金箔。我们先在金箔的两端连接引线（并通以电源），以便检查金箔是否被割开，我小心地使用薄刀片从三角形塑料片的顶端把金箔割成两半。然后，用弹簧加压的办法，把塑料片连同金箔一起压在经过处理的锗片上……我发现，假若我轻轻地摇动它，使它处于最佳的接触位置，我就得到了半导体同金箔两端的两个触点。一个当成发射极而另一个当成集电极。这样，我就得到了一个放大倍数达100量级的放大器，而且直到音频还是清晰的。”这就是世界上第一个固体放大器晶体三极管。在实验笔记上，布拉坦写道：“电压增益100，功率增益40……亲眼目睹并亲耳听闻音频的人有吉布尼、摩尔、巴丁、皮尔逊、肖克利、弗莱彻和包文。演示是在1947年12月23日下午做的。”在布拉坦的笔记上，皮尔逊、摩尔、肖克利等都分别签上自己的名字和日期，表示认同。
他们在做了放大演示之后，有人打电话来问，做了振荡实验没有。布拉坦回答说：“还没有，但是任何装置只要放大量大于3分贝，就一定会振荡。”对方说：“那么你就使它振荡，并要目睹现场。”因此，他们就在第二天，12月24日做了振荡实验。
放大器做出来后，布拉担与皮尔逊把它命名为晶体管，取意来源于英文缩写，为跨阻。
晶体管发明之后，他们并未立即公布，他们要先把原理搞清楚，而且也要重复实验，使它有更高的可靠性，然后才公开秘密。在此期间，他们的确也曾担惊受怕，生怕别人也发明了而且率先公布。这种担心是有道理的，因为搞这方面研究的并非独此一家。1948年初，即在贝尔实验室发明晶体管之后的几个星期（秘密尚未公开），在美国物理学会的一次会议上，柏杜大学的布雷和本泽做了一个报告，阐述他们对锗的点接触方面进行的实验并有所发现，布拉坦也在听众席上。布拉坦很清楚，他们所报告的就是少数载流子的行为，而且，他们的实验跟发明晶体管的距离非常接近。会后，当布拉坦和布雷在交谈时，布拉坦非常紧张，很怕泄密给对方。布拉坦追忆说：“我只让他讲话，而我自己却不开口。”当布雷说：“你知道，如果在锗表面另放一个接触点，再测量电势差，我们将发现会有什么现象发生”。布拉坦更是捏一把冷汗，只好含糊其辞地回答：“对，布雷，我想那将是一个很好的实验”！讲完之后，布拉坦再也不敢与布雷多谈，便急急忙忙地走开了。布雷在后来知道了贝尔实验室的秘密后，有点惋惜地说：“如果把我的电极靠近本泽的电极，我们就会得到晶体管的作用，这是十分明白的。”的确如此，但贝尔实验室毕竟险胜了。
肖克利、巴丁和布拉坦三人由于发明晶体管以及在半导体理论方面的贡献，而共同荣获1956年度诺贝尔物理学奖金。
三位半导体之父
晶体管的发明在半导体技术和整个电子学的发展史上是具有划时代意义的，它开创了电子学的新纪元，使电子设备逐步踏上固体化征途，并促进许多新兴科学的发展。如果说第一只真空三极电子管的诞生曾给电子技术带来希望，使它为现代电子技术起步提供了物质准备，那么晶体三极管的问世，再次给电子器件的发展带来了光明，它使电子技术开始了一个新的里程。
第二次世界大战以后，通讯、导航、监测、航空、计算机等部门，大量使用电子设备，电子设备不但数量急剧增加，而且结构也愈加复杂，它们所包含的电子器件数目成倍增长。这样一来，电子设备单机元件的多少，便成为电子技术水平的重要标志。电子元件的激增，必然使电子设备体积和重量猛增，而可靠性降低、成本升高。
晶体管的出现，为日益复杂的电子设备带来了福音。晶体管使电子设备体积缩小、耗电减少、可靠性提高。由于晶体管形成大规模工业化生产，其售价便宜，使电子设备成本也大幅度降低。然而，电子元器件的这些变革，仍然满足不了电子工业迅速发展的需要。以一台中型电子计算机为例，它的电子元件数高达上百万个，单机元件增多，暴露出晶体管自身的缺陷。
历史又戏剧性地重演，当年晶体管与电子管的激烈较量中，电子管的体积、重量、可靠性和成本等缺点，又重新出现在晶体管面前，而且再一次上升为电子技术发展中亟待解决的首要问题。对导弹、火箭、人造卫星和宇宙飞船来说，迫切需要轻便、小巧、可靠的电子设备，晶体管已达不到这个目标了，因为在更小而灵敏的电子设备中，晶体管也显得太大、太重和不够可靠了。
为了克服晶体管的这些弱点，科学家想尽办法使它的体积变小，与之配套的电阻、电容、线圈、继电器、开关等元件，也沿着小型化的道路被压缩成微型电子元器件。晶体管一次又一次地缩小，最小的已达到只有小米粒一样。然而，晶体管本身的小型化当然不是无限的，它达到一定程度后就很难再缩小了。
于是人们又转而着手做改革装配技术的尝试。专家们将小型晶体管和其他小型电子元件，紧密地排在一起装配在薄薄的带有槽孔的绝缘基板上，用超声波或电子束焊接好，再把这安装好的基板一块块地重叠起来，构成一个高度密集的立方体，形成高密度装配的“微模组件”。采用这种方法，最高可以把200多万个元件封装到一立方米的体积中。这几乎达到封装密度的极限，再想增加已经无望了。
然而，无数事实表明，电子设备中焊接点越多，出故障的可能性愈大。微模组件虽然缩小了元件所占的空间，但并没有减少各元件之间的焊接点数目。因此，微模组件也就没能提高电子设备的可靠性。同时，由于元件过分密集，装配很不方便，劳动强度增加了，所以电子设备的成本便不可能降低。这样一来，要想继续改进电子设备，必须另辟蹊径，探索小型化的新道路。
首先是在晶体管身上打主意，人们发现在晶体管内部结构上蕴藏着小型化的巨大潜力。实际上，晶体管中真正起作用的部分只是芯片，按照理论计算，一个小功率晶体管芯片面积只要数十微米的地盘就足够用了。但是，由于操作人员不可能在更小的尺寸范围内精确处理，芯片往往在0.5平方毫米大小，这就是说，晶片面积的99%没用上而白白浪费了。而且，一个晶体管除了芯片以外，还有引线、支架、管壳和底座，芯片的重量只占整个晶体管重量的0.03%左右，芯片的体积也只占总体积的0.02%，是为了充分利用这些闲置壳内，然后把各晶体管的电极引线引出管壳之外。但立刻又发现这种作法有很大的局限性，不仅不能充分利用晶体管内部的有效空间，相反的，过多的焊接点往往会导致晶体管报废。就整机而言，焊接点并没减少，可靠性仍没能提高。至此为止，晶体管的小型化似乎已经到了尽头，面临绝境。
但是，尽头也好，绝境也好，都是由于人们头脑中传统电路观念所造成的结果。人们仅仅是在维护分立状态、单独元件的基础上去缩小尺寸，思想观念的束缚自然就束缚了手脚。
后来，人们在线路构成过程中得到启发，一个电路的组成，无非是把整体材料分割开来，做成各种不同的独立元件，分担单独的功能，然后把这些分立的元件彼此焊接、组装到一起，成为一个完整的线路，完成整体综合功能。这是从整体到分立再到整体的反复过程，难道这个分而合的往返是必经之途、必由之路吗？是不可逾越的鸿沟吗？为什么不可以将各分立元件直接集合在整体材料上呢？为什么不可以将各分立元件的功能直接体现出来呢？也就是说，按电子设备功能要求，在整体材料中把各种功能的元件集成为一个系统电路。
1952年，美国雷达研究所的科学家达默，首先提出了这个闪光的技术思想。在一次电子元件会议上，达默指出：“随着晶体管的发明和半导体研究的进展，目前看来，可以期待将电子设备制作在一个没有引线的固体半导体板块中。这种固体板块由若干个绝缘的、导电的、整流的以及放大的材料层构成，各层彼此分割的区域直接相连，可以实现某种功能。”这就免除了整体材料的分割独立和独立元件的相互焊接过程，即可缩小体积，又可减少焊接点，提高可靠性。
把电子线路所需要的整流、放大、绝缘、导电等功能元件，统统制做到一块半导体晶片上，晶片就得到了充分利用，一小块晶片就变成一个完整电路，组成电路的各种元件——晶体管、电阻、电容及引线集合成一个不可分割的密集整体，从外观上已不能分辨哪个是晶体管，哪个是电容器，哪个是电阻了，传统电路中功能各异的分立元件界限消除了。这样一来，电子线路的体积就大大缩小，可靠性明显提高。
达默提出的半导体集成电路的光辉思想，是电子学观念的一次重大革命，它给电子学发展带来一次巨大的飞跃，是对微电子学技术的杰出贡献。美国科学界很快就接受了达默的思想，为了科学技术、国防和军事、经济建设和宇宙开发等各方面需要，美国政府不惜任何代价资助这项研究。
1956年，美国材料科学专家富勒和赖斯，发明了半导体生产的扩散工艺，能够实现达默的集成电路思想，为研制集成电路提供了具体工艺技术。
