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举起时代的火炬,推动科技革命的巨轮:萧克利与他的接面电晶体——《掀起晶片革命的天才怪咖:萧克利与八叛徒》

親子天下 by 親子天下
2022 年 7 月 17 日
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电晶体时代的来临

巴丁辞职两个月後,贝尔实验室终於准备好让点接触电晶体走出实验室。

1951 年 9 月中旬,为期五天的闭门研讨会在纽泽西的贝尔实验室办公大楼召开,受邀者均经过五角大厦资格审查,主要是军方的合作厂商,大约有 100 间,另外还有 20 间大学的研究学者。

有人认为是军方施压让贝尔实验室分享技术,好提升整体国防工业,但其实贝尔实验室属於研究机构性质,本来就无意制造贩卖电子零件;而且母公司 AT&T 也未跨足通讯以外的产业,并不反对将电晶体的技术授权出去。

因此,对贝尔实验室而言,收取权利金既符合公司利益,也让军方这个大客户开心,还可以加速电晶体的时代来临,简直是三赢的局面。

第二年,25 间美国厂商与 10 间外国企业取得授权,开始制造点接触电晶体。最先应用的产品除了 AT&T 本身的通讯设备,其他都是属於军方的武器装备;但到了年底,第一个电晶体消费性产品就问世了,那是由声诺通公司(Sonotone)制造的助听器 Sonotone 1010。

不过这个助听器要价不斐,当时售价高达 229 美元(相当於现在 2250 美元),无法堪称平价的商品。这其实反映了点接触电晶体制造不易,成本压不下来。再经过一年的时间,电晶体在 1953 年的每月出货量约五万颗,而同时期真空管每月产量仍多达三千五百万颗。

尽管如此,电晶体的崛起已经引起大众注目。比起五年前那场只有圈内人才能体会重要性的发表会,如今连财经记者也看出电晶体将会改变未来。1953 年 3 月号的《财富(Fortune)》杂志便在一篇题为〈电晶体之年〉的专文中,预测电晶体的「可靠、小巧,耗电又低,会让资料处理与计算的机器提升到任何所能想像的复杂度,而成为即将到来的第二次工业革命的核心。」

革命的大功臣:接面电晶体与矽

《财富》杂志看到的是前一年 IBM 推出的通用型电脑,如果里面的真空管全部改为电晶体,势必会是另一番样貌。结果一如其预言,随着电晶体的效能日益提升,电脑果真推动了如今我们所称的第三次工业革命*。

* 原文财富杂志所说的第二次工业革命,其实是指现今的第三次工业革命。而现今所指的第二次工业革命则是指 19 世纪末到 20 世纪初,由电力带来的改变。

不过《财富》杂志没看出来的是,点接触电晶体并无法胜任这场革命,这场革命的掌旗手还是必须交给接面电晶体,同时电晶体材料也得从锗换成矽才行。

当年布拉顿和巴丁为了降低表面态的能量障碍,用锗取代矽,最後虽然成功发明点接触电晶体;但锗的能量障碍低的优点,也是缺点。能量障碍低,代表比较容易导电,一旦环境温度太高或机器全速运转(温度升高)时,就会发生漏电。因此,当萧克利另组团队,开始打造接面电晶体时,就设定最终的成品应以矽为材料。

矽还有一个好处:地表上蕴藏丰富,是地壳中含量第二的元素。随处可见的沙子其实就是二氧化矽,原料成本要比锗便宜多了。不过要制造接面电晶体非常困难,得精炼出纯度高达 99.999999999% 的矽,同时还要将原本结构不够规则的多晶矽,转为晶格排列整齐的单晶矽,才有利於电子顺利通过。

在制造过程中,还得精确控制掺杂硼与锗的分量,而且要确保位置精准、分布均匀;尤其三明治架构的中间那层 p 型矽必须薄到微米级的厚度才有放大效果,如何把硼均匀掺入这麽薄的中间层,不能有丝毫掺到左右两边,更是难上加难。

贝尔实验室一直到 1954 年初才发明出制造方法,但实验室的文化毕竟是研究导向,并没有积极投入量产。结果两年前才向贝尔实验室取得授权的德州仪器(TexasInstruments)後来居上,率先於 4 月宣布可以大量生产用矽打造的接面电晶体,并於 10 月推出第一台电晶体收音机 TR-1。这台收音机只比菸盒大一些,可随身携带,让一般大众感受到电晶体将带来巨大改变。

萧克利与贝尔实验室的爱恨情仇

此时萧克利并不在贝尔实验室,他向公司请了一年的长假,回到大学母校加州理工学院,担任客座教授。其实这是萧克利故意表达他的严正抗议,抗议公司没有给他「对等」的待遇。

贝尔实验室高层不是相当重视萧克利吗?不但处处配合他,同意让他兼任军方顾问、任意调配上班时间,还帮他塑造电晶体发明人的形象,为什麽萧克利还会如此不满?原来萧克利得罪的不只布拉顿与巴丁,事实上,已经有十几个人都受不了他的刚愎自用又爱乱发脾气,而先後辞职走人。

高层看在眼里,都明白他虽然是个无庸置疑的天才,但个性缺陷改不了,所以只能负责特定专案,并不适合再提拔为更高阶的领导者。

可是萧克利的聪明才智对公司实在太重要了,为了安抚他,特地让他担任「聘雇长」一职,负责决定特殊人才的任用与叙薪(事实证明萧克利虽然不是个好的领导者,但却有识人的眼光,几个经他特别加薪的人,日後都做出重要贡献,其中有两位还获得诺贝尔奖)。

然而这个「实则架空」的职位怎麽可能让萧克利满意,尤其几个比他晚进公司的人竟然官升得比他高,更令他忍不下这口气,决定请长假以示抗议。

现任贝尔实验室总裁的凯利当然不愿失去萧克利这样的顶尖人才,但找他来恳谈之後,终於明白这头亟欲振翅高飞的大鹏,是不可能再委身在贝尔实验室里。权不够大、官不够高、薪水不够多,这些人比人气死人的因素,固然让萧克利觉得委屈,但这些都只是导火线,并非是他想离开的真正原因。

当年凯利以创造新时代的使命感,吸引萧克利加入贝尔实验室;如今萧克利算是完成使命,但他显然并不想功成身退、以此为终。自负的萧克利想要继续引领时代前进,这也是为什麽他始终不肯放弃军方顾问一职,因为参与改变世局的决策,不但充满成就感,也满足掌握一切的权力慾望。

如果说萧克利所发明的接面电晶体是个掀起革命的火苗,那麽他还想成为举起火炬照亮前方的带领者。

但贝尔实验室毕竟只是研究机构,不做商品化的生意,加上个人的发明按照规定又归公司所有,即使凯利把总裁让给萧克利,他一定仍会觉得有志难伸,终究不会安身立命。

果然,萧克利在加州理工学院一边教书、一边放出打算离开贝尔实验室的风声,试探可能的发展机会。许多大型企业与知名大学耳闻後,纷纷提供条件优渥的职位,但萧克利在得知德州仪器率先推出矽的接面电晶体以及电晶体收音机後,已下定决心要自行创业。

原本在贝尔实验室负责提炼矽晶体的提尔(Gordon Kidd Teal),跳槽到德州仪器一年多後,就能做出这样的成绩,那麽他萧克利绝对更能有一番作为。

萧克利正式向凯利表明辞意後,凯利除了予以祝福,还主动引介他与洛克斐洛家族会面。其实凯利知道以萧克利的声望与人脉,不用别人帮忙,他自己就能找到愿意资助他创业的大型企业。

果然过没多久,萧克利就将遇见一位愿意投资他成立实验室的企业主。

补充的知识+

  • 单晶矽的制作

制作单晶矽对於半导体制造来说是个非常关键的步骤。我们常听到的「晶圆厂」,就是负责将沙子中的二氧化矽提炼制作成单晶矽,并且切割成一片片晶圆片後,再送到 IC 制造厂或是代工厂生产半导体晶片。

——本文摘自《掀起晶片革命的天才怪咖:萧克利与八叛徒》,2022 年 7 月,亲子天下,未经同意请勿转载。

 

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Tags: 实验室电晶体贝尔
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