晶體管是誰發(fā)明的_晶體管發(fā)明時間 - 全文

　　一、什么是晶體管

　　晶體管（transistor）是一種固體半導(dǎo)體器件，具有檢波、整流、放大、開關(guān)、穩(wěn)壓、信號調(diào)制等多種功能。晶體管作為一種可變電流開關(guān)，能夠基于輸入電壓控制輸出電流。與普通機械開關(guān)（如Relay、switch）不同，晶體管利用電訊號來控制自身的開合，而且開關(guān)速度可以非?？?，實驗室中的切換速度可達100GHz以上。

　　二、晶體管的分類

　　材料

　　按晶體管使用的半導(dǎo)體材料可分為硅材料晶體管和鍺材料晶體管。按晶體管的極性可分為鍺NPN型晶體管、鍺PNP晶體管、硅NPN型晶體管和硅PNP型晶體管。

　　工藝

　　晶體管按其結(jié)構(gòu)及制造工藝可分為擴散型晶體管、合金型晶體管和平面型晶體管。

　　電流容量

　　晶體管按電流容量可分為小功率晶體管、中功率晶體管和大功率晶體管。

　　工作頻率

　　晶體管按工作頻率可分為低頻晶體管、高頻晶體管和超高頻晶體管等。

　　封裝結(jié)構(gòu)

　　晶體管按封裝結(jié)構(gòu)可分為金屬封裝（簡稱金封）晶體管、塑料封裝（簡稱塑封）晶體管、玻璃殼封裝（簡稱玻封）晶體管、表面封裝（片狀）晶體管和陶瓷封裝晶體管等。其封裝外形多種多樣。

　　按功能和用途

　　晶體管按功能和用途可分為低噪聲放大晶體管、中高頻放大晶體管、低頻放大晶體管、開關(guān)晶體管、達林頓晶體管、高反壓晶體管、帶阻晶體管、帶阻尼晶體管、微波晶體管、光敏晶體管和磁敏晶體管等多種類型。

　　三、晶體管主要參數(shù)

　　1.放大系數(shù)

　　直流電流放大系數(shù)也稱靜態(tài)電流放大系數(shù)或直流放大倍數(shù)，是指在靜態(tài)無變化信號輸入時，晶體管集電極電流IC與基極電流IB的比值，一般用hFE或β表示。

　　2.交流放大倍數(shù)

　　交流放大倍數(shù)，也即交流電流放大系數(shù)、動態(tài)電流放大系數(shù)，是指在交流狀態(tài)下，晶體管集電極電流變化量△IC與基極電流變化量△IB的比值，一般用hfe或β表示。

　　hFE或β既有區(qū)別又關(guān)系密切，兩個參數(shù)值在低頻時較接近，在高頻時有一些差異。

　　3.耗散功率

　　耗散功率也稱集電極最大允許耗散功率PCM，是指晶體管參數(shù)變化不超過規(guī)定允許值時的最大集電極耗散功率。

　　耗散功率與晶體管的最高允許結(jié)溫和集電極最大電流有密切關(guān)系。晶體管在使用時，其實際功耗不允許超過PCM值，否則會造成晶體管因過載而損壞。

　　通常將耗散功率PCM小于1W的晶體管稱為小功率晶體管，PCM等于或大于1W、小于5W的晶體管被稱為中功率晶體管，將PCM等于或大于5W的晶體管稱為大功率晶體管。

　　4.特征頻率fT

　　晶體管的工作頻率超過截止頻率fβ或fα?xí)r，其電流放大系數(shù)β值將隨著頻率的升高而下降。特征頻率是指β值降為1時晶體管的工作頻率。

　　通常將特征頻率fT小于或等于3MHZ的晶體管稱為低頻管，將fT大于或等于30MHZ的晶體管稱為高頻管，將fT大于3MHZ、小于30MHZ的晶體管稱為中頻管。

　　5.最高頻率fM

　　最高振蕩頻率是指晶體管的功率增益降為1時所對應(yīng)的頻率。通常，高頻晶體管的最高振蕩頻率低于共基極截止頻率fα，而特征頻率fT則高于共基極截止頻率fα、低于共集電極截止頻率fβ。

　　6.最大電流

　　集電極最大電流（ICM）是指晶體管集電極所允許通過的最大電流。當(dāng)晶體管的集電極電流IC超過ICM時，晶體管的β值等參數(shù)將發(fā)生明顯變化，影響其正常工作，甚至還會損壞。

　　7.最大反向電壓

　　最大反向電壓是指晶體管在工作時所允許施加的最高工作電壓。它包括集電極—發(fā)射極反向擊穿電壓、集電極—基極反向擊穿電壓和發(fā)射極—基極反向擊穿電壓。

　　四、晶體管發(fā)明者與發(fā)明時間

　　1947年12月，美國貝爾實驗室的肖克利、巴丁和布拉頓組成的研究小組，研制出一種點接觸型的鍺晶體管。晶體管的問世，是20世紀(jì)的一項重大發(fā)明，是微電子革命的先聲。晶體管出現(xiàn)后，人們就能用一個小巧的、消耗功率低的電子器件，來代替體積大、功率消耗大的電子管了。晶體管的發(fā)明又為后來集成電路的誕生吹響了號角。20世紀(jì)最初的10年，通信系統(tǒng)已開始應(yīng)用半導(dǎo)體材料。20世紀(jì)上半葉，在無線電愛好者中廣泛流行的礦石收音機，就采用礦石這種半導(dǎo)體材料進行檢波。半導(dǎo)體的電學(xué)特性也在電話系統(tǒng)中得到了應(yīng)用。

　　晶體管的發(fā)明，最早可以追溯到1929年，當(dāng)時工程師利蓮費爾德就已經(jīng)取得一種晶體管的專利。但是，限于當(dāng)時的技術(shù)水平，制造這種器件的材料達不到足夠的純度，而使這種晶體管無法制造出來。

　　由于電子管處理高頻信號的效果不理想，人們就設(shè)法改進礦石收音機中所用的礦石觸須式檢波器。在這種檢波器里，有一根與礦石（半導(dǎo)體）表面相接觸的金屬絲（像頭發(fā)一樣細(xì)且能形成檢波接點），它既能讓信號電流沿一個方向流動，又能阻止信號電流朝相反方向流動。在第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)前夕，貝爾實驗室在尋找比早期使用的方鉛礦晶體性能更好的檢波材料時，發(fā)現(xiàn)摻有某種極微量雜質(zhì)的鍺晶體的性能不僅優(yōu)于礦石晶體，而且在某些方面比電子管整流器還要好。

　　在第二次世界大戰(zhàn)期間，不少實驗室在有關(guān)硅和鍺材料的制造和理論研究方面，也取得了不少成績，這就為晶體管的發(fā)明奠定了基礎(chǔ)。

　　為了克服電子管的局限性，第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，貝爾實驗室加緊了對固體電子器件的基礎(chǔ)研究。肖克萊等人決定集中研究硅、鍺等半導(dǎo)體材料，探討用半導(dǎo)體材料制作放大器件的可能性。

　　1945年秋天，貝爾實驗室成立了以肖克萊為首的半導(dǎo)體研究小組，成員有布拉頓、巴丁等人。布拉頓早在1929年就開始在這個實驗室工作，長期從事半導(dǎo)體的研究，積累了豐富的經(jīng)驗。他們經(jīng)過一系列的實驗和觀察，逐步認(rèn)識到半導(dǎo)體中電流放大效應(yīng)產(chǎn)生的原因。布拉頓發(fā)現(xiàn)，在鍺片的底面接上電極，在另一面插上細(xì)針并通上電流，然后讓另一根細(xì)針盡量靠近它，并通上微弱的電流，這樣就會使原來的電流產(chǎn)生很大的變化。微弱電流少量的變化，會對另外的電流產(chǎn)生很大的影響，這就是“放大”作用。

　　布拉頓等人，還想出有效的辦法，來實現(xiàn)這種放大效應(yīng)。他們在發(fā)射極和基極之間輸入一個弱信號，在集電極和基極之間的輸出端，就放大為一個強信號了。在現(xiàn)代電子產(chǎn)品中，上述晶體三極管的放大效應(yīng)得到廣泛的應(yīng)用。

　　巴丁和布拉頓最初制成的固體器件的放大倍數(shù)為50左右。不久之后，他們利用兩個靠得很近（相距0.05毫米）的觸須接點，來代替金箔接點，制造了“點接觸型晶體管”。1947年12月，這個世界上最早的實用半導(dǎo)體器件終于問世了，在首次試驗時，它能把音頻信號放大100倍，它的外形比火柴棍短，但要粗一些。

　　在為這種器件命名時，布拉頓想到它的電阻變換特性，即它是靠一種從“低電阻輸入”到“高電阻輸出”的轉(zhuǎn)移電流來工作的，于是取名為trans-resistor（轉(zhuǎn)換電阻），后來縮寫為transistor，中文譯名就是晶體管。

　　由于點接觸型晶體管制造工藝復(fù)雜，致使許多產(chǎn)品出現(xiàn)故障，它還存在噪聲大、在功率大時難于控制、適用范圍窄等缺點。為了克服這些缺點，肖克萊提出了用一種“整流結(jié)”來代替金屬半導(dǎo)體接點的大膽設(shè)想。半導(dǎo)體研究小組又提出了這種半導(dǎo)體器件的工作原理。

　　1950年，第一只“PN結(jié)型晶體管”問世了，它的性能與肖克萊原來設(shè)想的完全一致。今天的晶體管，大部分仍是這種PN結(jié)型晶體管。（所謂PN結(jié)就是P型和N型的結(jié)合處。P型多空穴。N型多電子。）