读半导体简史05肖克利

1. 贝尔实验室

1.1. 美国先后制订了“云遮雾绕”与“曲别针”计划，仅从德国就引进了457名科学家

1.2. 二战之后，日益强大的美国分别在1952年、1965年与1990年颁布移民法持续完善制度，整个世界的人才流水般涌入

1.3. 贝尔实验室、IBM与Intel在推进半导体产业的一路前行中，战功赫赫

1.4. 1940～1979年，这近40年时间里，贝尔实验室是创新的代名词。在这段时间，贝尔实验室从雷达开始，引导着固体物理（今天被称为凝聚态物理）​、晶体管、集成电路、光伏、激光、通信等诸多当时前沿科技的发展路线

1.5. 贝尔实验室的第三位总裁默文·凯利在其中承前启后

1.6. 戴维森就是成功进行电子衍射实验，并在1937年获得了诺贝尔奖的那位科学家

1.7. 1945年，贝尔实验室成立半导体研究小组

• 1.7.1. 集中力量研究锗与硅这两种半导体材料

• 1.7.2. 以肖克利提出的“场效应设想”为基础，制作出具有实用价值的半导体器件，并用于放大领域

1.8. 1947年11月中旬，在一次意外事故中，布拉顿发现硅晶体上有电解液时，光伏效应现象将加强，这个并不起眼的现象，被敏锐的研究小组捕捉，巴丁认为电解液中移动的离子可能会克服半导体的表面态

• 1.8.1. 巴丁猜测这是因为蒸馏水中的离子迁移到P型硅晶体，突破了表面态屏蔽，使载流子涌向硅晶片的表面，从而大大提高了硅晶片的导电能力，最后体现为光伏效应增强

1.9. 1948年6月17日，贝尔实验室提交了巴丁与布拉顿一篇关于点接触式晶体管专利的补充申请

• 1.9.1. 9天之后，肖克利的结型晶体管专利，即US2569347A也获得提交

• 1.9.2. 这个专利只有肖克利一个人的名字，肖克利获得了初步的成功

1.10. 1948年底，在Teal加入贝尔实验室18年之后，他在John Little的协助下成功地制作出单晶

1.11. 1950年，Teal基于直拉法制作出单晶硅，并持续优化制作工艺，奠定了今天单晶硅的提炼标准

1.12. 1950年4月，Sparks与Teal通力合作，以N型溶液为基础，在直拉单晶的过程中，依次进行P型与N型掺杂

1.13. 1950年，贝尔实验室的William Pfann发明了另外一种提纯半导体材料的区熔法(Zone Refining)，利用这种方法能够获得比直拉法纯度更高的晶体，缺点是很难生产出大尺寸的半导体晶体

1.14. 1951年，巴丁远走伊利诺伊大学，成为一名教授，他后来因为在超导领域的成就，第二次获得了诺贝尔奖

1.15. 1952年，为结型晶体管的发明立下汗马功劳的Teal，回到了他的家乡得克萨斯，加入了德州仪器

• 1.15.1. IBM、摩托罗拉与德州仪器这三个公司，在各自发展的过程中形成了美国半导体的三大派系，即IBM系、摩托系与德仪系

1.16. 1954年，贝尔实验室的Calvin Fuller发明了制作P型与N型半导体的扩散法(Diffusion Process)，替换了之前所有掺杂方法

1.17. 1955年，贝尔实验室再接再厉，尝试使用光刻技术生产晶体管，与这种光刻技术配套出现的是光刻胶、蚀刻技术(Etching)与光罩(Photomask)

1.18. 20世纪50年代，贝尔实验室举办了三次技术研讨会，分享最先进的半导体材料技术与晶体管的制作流程

• 1.18.1. 贝尔实验室所分享的技术资料，被后人称为“贝尔妈妈的食谱”(Ma Bell's Cookbook)

1.19. 第一次技术研讨会举办于1951年9月，参加会议的厂商主要与美国的国防工业相关

1.20. 1952年4月，贝尔实验室举办了盛大的第二次研讨会，全世界有40家公司，一共派出了100名代表，参加了为期9天的晶体管技术研讨会，并参观了AT&T旗下西方电气生产晶体管的工厂

• 1.20.1. 参加第二次会议的公司包括通用电气和RCA这些大公司，还有许多有志于进军这个产业的小公司，如德州仪器

• 1.20.2. 日本的索尼也参加了这次会议，这次会议之后，西方电气向北约国家授权了晶体管的制作许可

1.21. 1956年1月，贝尔实验室举办第三次研讨会，分享了最先进的半导体扩散与光刻技术

• 1.21.1. 在贝尔实验室毫无保留的帮助下，半导体在欧洲与日本逐步兴起

2. 肖克利

2.1. 威廉·布拉德福德·肖克利(William Bradford Shockley)

2.2. 是硅谷的缔造者，也是硅谷的第一弃徒

2.3. 1936年，凯利意识到固态物理的重要性，特意从麻省理工学院找到了刚刚完成博士论文的肖克利

2.4. 晶体管的诞生是肖克利领导的半导体研究小组取得的一次关键突破

2.5. 1948年2月，点接触式晶体管专利所引起的纠纷，是肖克利在贝尔实验室遭受的第一次打击

2.6. 1948年，贝尔实验室帮助肖克利申请了一项和半导体风马牛不相及的专利，​“Radiant energy control system”​

2.7. 肖克利希望实现的是场效应晶体管，并不是巴丁与布拉顿发明的点接触式晶体管

2.8. 在科技史册中，许多重大发明起源于一些并不科学的因素，比说仇恨、嫉妒或者愤怒

2.9. 肖克利从头到尾都知道，与电子管相比，点接触式晶体管有许多优点，但也有几个致命缺点

• 2.9.1. 点接触式晶体管的制作过程苛刻，不具备大规模生产的可能

• 2.9.2. 这种晶体管的结构非常脆弱，连关一下实验室的大门都能对这种晶体管的工作产生较大影响

2.10. 欧姆接触是金属与半导体接触的另一种方式，相当于金属与半导体材料之间建立直接的导电关系

• 2.10.1. 欧姆接触不同于肖特基接触，两者接触时不会产生肖特基势垒

2.11. 肖克利将这三条金属线对应的引脚命名为发射极(Emitter)、集电极(Collector)与控制极(Control)，这个控制极后来被改名为基极(Base)

2.12. 结型晶体管(Junction Transistor)，以区别巴丁和布拉顿发明的点接触式晶体管

2.13. 肖克利从美国各地招聘了一批学徒，包括金·赫尔尼(Jean Hoerni)、谢尔顿·罗伯茨(Sheldon Roberts)、罗伯特·诺伊斯(Robert Noyce)与戈登·摩尔(Gordon Moore)等人

2.14. 1956年，他获得了诺贝尔奖

2.15. 肖克利不屑于复制贝尔实验室发明的那些晶体管，也不屑于去重复自己成功的过去

2.16. 肖克利有两个研发利器，一个是从贝尔实验室引入的光刻技术，另外一个是二氧化硅在晶体管中的应用

2.17. 1957年9月18日，诺伊斯、赫尔尼、罗伯茨、摩尔、Julius Blank、Victor Grinich、Eugene Kleiner与Jay Last集体向肖克利提交了辞职申请

• 2.17.1. 罗伯茨用了整整一个晚上才说服了诺伊斯的加盟

• 2.17.2. 在一定程度上，诺伊斯的加入使他们获得了希尔曼·费而柴尔德(Sherman Fairchild)的投资承诺

• 2.17.3. 在这八个人中，有三个是肖克利最欣赏的天才，诺伊斯、罗伯茨与赫尔尼，还有一个是肖克利最不喜欢的摩尔

2.18. 发明了晶体管的肖克利，注定不能批量制造出晶体管

2.19. 1989年8月12日，肖克利在孤独中离开这个世界，他的孩子只是在报纸中得知他的死讯

• 2.19.1. 他启动了一个时代，却未能创造这个时代最辉煌的一刻

• 2.19.2. 他启动了一个时代，却只是这个时代的匆匆过客