纵观人类历史，有几个技术里程碑重新定义了人类的进步：农业革命、工业革命和电的发现。有些发明改变了整个世界，如直流发电机、灯泡、混凝土、交流电机/发电机、飞机、火车、X 射线和青霉素。
在编制这些清单时，有一个发明常被忽视，那就是晶体管的发明。本文回顾了晶体管的历史，强调了晶体管技术在现化世界的重要性。
什么是晶体管？
晶体管的最简单形式是一个基于半导体的小型开关，其功能类似于标准的灯开关。晶体管在微观层面调节或控制电流或电压流动。现代晶体管由三根电导线组成：源极、漏极和栅极。当小的电信号施加到晶体管的栅极时，允许较大的主电信号通过漏极。
各种现化配置允许向这些导线施加不同的初级和次级电压，这通常是所用半导体材料的一个功能。例如，基于硅的标准金属氧化物半导体场效晶体管 (MOSFETS) 在 5 V 栅极电压和 200 漏极-源极电压下需要 1000mm*Rds(on)，而氮化镓半导体在相同的电压下只需要 60mm*Rds(on)（减小 16 倍）。
晶体管是如何使用的？
晶体管用于几乎所有现代电子产品。它们是集成电路 (IC)、微芯片、微处理器、FPGA、存储芯片、电子开关、电源等的基础。因此，几乎每个现代电子设备，都至少由一个晶体管甚至数百万个晶体管组成。
例如，标准的 Apple iPhone 充电适配器由一个高频 MOSFET 开关晶体管和一个回扫变压器组成。除了许多其他无源组件以外，这两个变压器 协同工作，以获取广泛的“脏”输入交流电，并将其转换为“干净”、精心过滤的直流输出电压，用于为 iPhone 充电。
现代个人计算机由数十亿个晶体管组成。例如，Dell XPS 15 笔记本电脑使用 12ᵗʰ Gen Intel® Core™ i9-12900HK 作为其核心的中央处理单元 (CPU)。尽管 Intel 不再透露其晶体管总数，但 Apple M1 Max CPU 是由 570 亿个晶体管组成的。对于采用 CPU 和 GPU 的专业图形渲染计算机，其晶体管总数可能超过数千亿。
晶体管历史简介
晶体管的概念基础植根于 1907 年发明的热离子真空管，主要用于无线电技术、电视、雷达和远程通信。这些真空管放大器消耗大量能量，制造成本非常高，可能很大很重，而且非常脆弱。
热离子真空管使用输入信号来控制电极间的电流流动。这些真空管需要在真空中加热灯丝，而这会消耗额外的能量，导致它们容易发生灾难性故障。
固态场效应晶体管的专利由物理学家 Julius Edgar Lilienfeld 于 1925 年在加拿大首次获得，随后于 1926 年和 1928 年在美国获得。这些专利确定了固态晶体管的原理及其作为热离子真空管替代解决方案的用途，但 Lilienfeld 作为晶体管技术之父的功劳到此为止。20 世纪 20 年代，制造构建 Lilienfeld 概念所需的高质量半导体材料的能力尚未发明
。首个功能性晶体管（即点接触型晶体管）由 Bell Labs 的美国物理学家 John Bardeen、Walter Brattain 和 William Shockley 于 1947 年发明。他们最初对半导体特性的研究与 Lilienfeld 作品中概述的概念并不直接相关，但他们构建场效应晶体管 (FETS) 的失败尝试导致他们发现并发明了双极接触型晶体管和结型晶体管。1948 年 6 月，Shockley 申请了第一项双极结型晶体管技术的美国专利。
有趣的是，1948 年初，为 Westinghouse 在巴黎的子公司工作的德国物理学家 Herbert Matare 和 Heinrich Welker 也在进行非常相似课题的研究。在他们随后的发现和意识到他们在晶体管研究方面与 Shockley 的团队竞争后，1948 年 8 月 13 日，他们在法国申请了第一项晶体管专利。
到 20 世纪 50 年代初，晶体管已经在小规模生产，用于无线电通信。20 世纪 50 年代中期，几项具有里程碑意义的发现和产品相继出现：
- 1954 年 1 月 26 日，Bell Labs 开发出了第一个工作的硅晶体管。 1954 年末，
- Texas Instruments 制造了第一个商用硅晶体管。
- 1954 年 10 月，推出第一台晶体管收音机 Regency TR-1。
- Chrysler 和 Philco 开发了第一台全晶体管汽车收音机并于 1955 年 4 月 28 日发布。
- 第一台量产晶体管收音机 Sony TR-63 于 1957 年发布，售出了 700 万台，导致晶体管收音机在 20 世纪 50 年代末和 60 年代初被市场大规模采用。
到 20 世纪 60 年代，晶体管技术已成为主导的技术力星。真空管很快就被淘汰了。1965 年，Fairchild Semiconductor 和 Intel 的创始人预测，微芯片上的晶体管数量将每两年翻一番。摩尔定律定义了晶体管密度随时间推移的线性对数关系。1970 年，IC 约有 2000 个晶体管。到 2020 年，最先进的 IC 已有超过 10,000,000,000 个晶体管。
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晶体管的全球意义
晶体管在问世后不到十年的时间里，彻底改变了现代电子和研究机构。全球各地的物理学家都在疯狂挖掘晶体管技术的潜力。
1956 年，Bell Labs 的 William Shockley、John Bardeen 和 Walter Brattain 因“对半导体的研究和发现了晶体管效应”获得了诺贝尔物理学奖。尽管该奖项获得了巨大的认可，但对人类和未来技术的影响却要深远得多。
晶体管已成为地球上几乎每个电子设备、电子系统和行业的基础。2022 年，全球半导体芯片产业预计将超过 6,000 亿美元。
无论你是澳大利亚的空中交通管制员、比利时的银行家、加拿大的汽车经销商、埃及的教育学者、法国的农民、新加坡的证券投资者，还是委内瑞拉的视频游戏玩家，你在日常生活中都在使用晶体管技术。晶体管这一发明可能是 20 世纪最重要的发明。没有晶体管，可能就不存在互联网、手机、现化医学和现代交通运输等普通的基础技术
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