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量子力学与晶体管的发明
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金属-半导体接触的整流性质是一个古老的固体物理问题。它的发现可以追索到1874年Braun 对金属-硫化铜（或硫化铁）导电性质不对称的研究。由钨丝和硫化铅等矿石组成的点触式整流器曾用作早年的无线电检波器。
整流器是一种将交流电转换成直流电的装置或元件。整流作用有时并不一定是单纯用来作为产生直流之用。 早期的矿石收音机使用被昵称为“猫须”（cat's whisker）的金属细线压在方铅矿(galena, 成份是硫化铅)晶体上，构成点接触整流器（point-contact rectifier），称为矿石检波器或晶体检波器（crystal detector），目的是检波。检波器，是检出波动信号中某种有用信息的装置。
在20 世纪40 年代末，二次世界大战已经结束。在战争中发挥巨大作用的真空电子管功耗大、体积大、寿命短、使用不便、易震碎、较昂贵等许多缺点促使人们研究固体电子器件。当时已经有一个叫J.Lillienfeild 的人, 提出过一个固体器件构想： 在一块半导体（Semiconductor）上做一层绝缘二氧化硅层（Oxide）,再在其上面做一层金属层（Metal），这样就构成了MOS 场效应晶体管结构。那么，在金属上相对于半导体（例如高阻p 型）加一定的正电压，就可以将半导体中与此电压反极性的少数载流子电子“吸引”至靠近绝缘二氧化硅层的很薄的一层半导体中，在此薄层局部中形成自由电子极为丰富的“电子海”，因而两端接上电极的半导体就导通了。当然，撤除半导体上的“吸引”电压，高阻半导体就因失去“电子海”薄层而关断。该MOS 器件构想原理正确，但是许多人在实现时，均不能获得成功。
所谓“场效应”就是当强电场作用于一个薄薄的硅片时应该在硅片表面出现电荷层。早在1945 年4 月, 肖克利为研制半导体放大器而提出了“空间场效应”设想: 若半导体片的厚度与表面空间电荷层厚度相差不多, 就可用一个横向电场来控制薄膜的电阻率, 使平行于表面的电流受到调制而获得放大作用. 其本质是用外加电场来影响狭窄的锗或硅晶体内空穴和电子的行为, 使其表面出现电荷层而获得放大效应。
1946 年，贝尔实验室（Bell Telephone Lab）的肖克利（W.Schockley,MIT 毕业的博士）、巴丁（John Bardeen,普林斯顿大学毕业的博士）和布拉担（W.Brattain）组成一个课题组，研究固体电子器件。他们从上述的MOS 场效应器件结构入手研究，分析为什么该结构不能实现器件功能。
德国物理学家沃尔特·肖特基（Walter Schottky）最早较系统地研究了金属-半导体接触，指出在界面附近的半导体一侧存在一个势垒，还近似地确定了势垒的形状和电流输运机制，故后来常把金属-半导体接触形成的势垒称为肖特基势垒。差不多同时 Mott 也提出了相似的理论。
注：肖特基和肖克利不是一个人，肖特基是 1908年于柏林大学获得物理学士，1912年于柏林大学在普朗克（Max Planck）与Heinrich Rubens指导下获得物理博士。莫特（Nevill Mott,1905-1996）是英国人，当年德国和英国还是老大。黄昆做莫特研究生的时候，莫特还是很年轻的一个人，少年才俊啊，老外的学校就是这样。当时，美国的 “ 实用主义传统 ” 大多是发明家，欧洲的学者爱搞理论。钱学森为什么在 MIT 不适应呢 ，因为他本质上是一个欧洲的学者。
按照他们的理论，肖特基势垒高度等于金属的功函数与半导体的电子亲合势之差。但对共价键半导体的研究表明，肖特基势垒高度几乎与金属功函数无关。
巴丁作实验时发现（领导分配的任务），依照莫特和肖克利的理论，在这些实验中所施加的电场无疑已经足够强，可以将电子从硅晶体内部吸引到表面上来，从而显著增强硅晶体的导电性。但这种效应根本就没有观测到，这实在是个谜。
注：肖克利给巴丁分配的任务，关于“场效应”的推测进行检验。
在仔细思考了这一谜团之后，巴丁开始意识到这个问题同他10年前在普林斯顿大学做博士论文期间所遇到的问题极其相似。在计算金属原子的功函数的过程中，巴丁不得不反复考虑这样的事实，即电子应该比束缚在内部的正离子具有更多的运动机会。用量子力学的语言来说，电子波函数的定义域比起晶体边缘的正离子波函数的定义域要稍微超出一些，这些微不足道的差异会导致少量的额外负电荷到晶体表面上来，而等量的额外正电荷则会出现在其下方，这样，总的电荷仍为中性。
在N型半导体表面必定也会发生这种类似的非均衡态，导致正电荷层与负电荷层相分离。同金属一样，这种半导体的内部是有自由的额外电子的。如果某些额外电子来到表面时恰好被捕获，将会发生什么现象？这些电子就会形成严密的屏蔽层，此屏蔽层能阻止电场穿透到半导体内部，使存在于内部的电荷载流子的行为免受影响。这如同尖桩篱栅，它能够阻止外部入侵，使其内部不受侵犯。这也许能够解释到目前为止肖克利的场效应在所有实验中均未被观测到的原因。
由半导体到金属，电子需要克服势垒；而由金属向半导体，电子受势垒阻挡。
估计到电子确实会陷入到此类半导体的“表面态”中去，巴丁着手探索它们的内在联系，一定有什么东西在阻止强电场作用于半导体内部。
为了研究表面态捕获设想，布拉担和巴丁开始测量半导体锗（Ge）晶体的表面势分布，他们用将锗连接至一参考电极，并用两个金属探针测量。无意中将两个探针靠近时，给其中一个探针注入一点电荷，连在另一个探针上的电流表指针竟有很大的摆动！他们很兴奋。巴丁经过理论估算，认为当两个探针的距离接近至小于1/1000 英寸（=25.4μm）时，两个探针与半导体锗形成的金属半导体势垒之间就会有相互作用（interaction）。但是，如此近的距离用徒手操作两个探针是不可能实现的。1947 年12 月23 日，布拉担的出众的实验技能发挥了作用。布拉担在一块三角形聚苯乙烯薄板上用气相淀积的方法，淀积一层金属膜，再用锋利的剃须刀在中间至一角处的金属膜上划开一条细线。此时金属膜被所划的细线分隔开，它们之间的距离小于1/1000 英寸。将此三角形聚苯乙烯薄板尖顶处插入较软的半导体锗晶体（N 型Ge）的表面，并如图附录1-1 所示接上基极、发射极、集电极，人类历史上第一个固态双极晶体三极管就诞生了！当然，它是由两个肖特基势垒构成的点接触双极晶体管。金属膜与半导体锗之间形成肖特基势垒，集电极和发射极相当于P 型，半导体锗为N 型。因而，可以认为这是个PNP型的双极晶体管。此晶体管当时放大1000Hz 音频信号的电流增益（电流放大倍数）为100，功率增益为40。后来有人用transconductance(跨导)的前缀与varistor（可变电阻）的后缀构成一个新词transistor(晶体管)。
双极性晶体管的PNP型，由两层P型掺杂区域和介于二者之间的一层N型掺杂半导体组成。流经基极的微小电流可以在发射极端得到放大。也就是说，当PNP型晶体管的基极电压低于发射极时，集电极电压低于基极，晶体管处于正向放大区。
双极性晶体管（英语：bipolar transistor），全称双极性结型晶体管（bipolar junction transistor, BJT），英文翻译是“有两极的跨导可变电阻”，俗称三极管。
这种晶体管的工作，同时涉及电子和空穴两种载流子的流动，因此它被称为双极性的，所以也称双极性载流子晶体管。这种工作方式与诸如场效应管的单极性晶体管不同，后者的工作方式仅涉及单一种类载流子的漂移作用。
1949 年，肖克利在此基础上提出了结型双极晶体管结构和理论，结型双极晶体管更加适合于平面工艺的工业化生产，性能更好。1956 年巴丁、布拉担和肖克利因发明晶体管而获得诺贝尔物理奖。
导致这一重大发现的关键就在于认识到了量子力学的重要性，尤其是空穴在半导体表面附近运载电荷的过程中扮演的极其重要的角色。用“经典”理论来理解半导体材料的性能是远远不够的。
本来我想讲这个，实在是力所不及，讲不了。外行就是不行，谁是这个专业的讲一下。
微观原理找 “ 固体物理 ” 和 “ 半导体物理 ” 的书看吧。这玩意就是从冶金搞出来的，制造看 《 微电子制造科学原理与工程技术 》、《芯片制造——半导体工艺制程实用教程》都挺好的。
以前首钢就造这个，这就是钢铁厂出来的东西。跟日本搞电子的都是纺织厂出来的一样，都是用线织来织去。
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电路电流的出现，实际是电路中电场形成造成的，线路两端一旦施加电压，就会在电路中建立电场，从而引起载流子运动，于是产生电流。载流子在电路中的实际运动，是在本身热运动的基础上叠加因受到电场作用而产生的定向运动、以及与线路导体原子分子碰撞运动综合而成的，这些运动综合的结果令载流子在线路中的实际定向移动速率相当低，所以载流子不是从电路的一端跑到另一端形成电流的，电流是电场以光速沿线路产生的瞬间在整个电路同时形成的，电流从电压施加的两端开始向线路中间形成，等于两束光向中间汇合。
由于导体的晶格会阻碍载流子的定向运动，特定的电阻结构的导体其阻碍程度越大，载流子与晶格的频繁碰撞会产生热，甚至激发出光，这就是电阻的作用。电阻只会妨碍载流子的因电场影响而引起的定向运动，但不会妨碍电场建立的速度，所以它是不会影响电流形成速度的。能够影响电场建立速度的电子元件是电容器和电感，它们才会影响电流建立的速度。
电阻影响所在空间的电场强度。电场建立速度是一回事，电场强度能有多大又是另一回事。
电阻在宏观上阻碍载流子的定向漂移速度，但微观上是电阻使载流子与电阻物质的晶格碰撞更加频繁（导体的性质就是使自由载流子更加容易通过），热运动加剧，这相当于运动的转换，电场本来驱使载流子定向运动，由于碰撞而转化成热运动，在总能量上是守恆的，只是表现的形式不同。
电流的定义，是宏观上在一定时间内通过某截面的电荷量。电阻使载流子定向移动的速率更加减小，与表现为电流减小是吻合的。
整流器是一种将交流电转换成直流电的装置或元件。整流作用有时并不一定是单纯用来作为产生直流之用。 早期的矿石收音机使用被昵称为“猫须”（cat's whisker）的金属细线压在方铅矿(galena, 成份是硫化铅)晶体上，构成点接触整流器（point-contact rectifier），称为矿石检波器或晶体检波器（crystal detector），目的是检波。检波器，是检出波动信号中某种有用信息的装置。
在20 世纪40 年代末，二次世界大战已经结束。在战争中发挥巨大作用的真空电子管功耗大、体积大、寿命短、使用不便、易震碎、较昂贵等许多缺点促使人们研究固体电子器件。当时已经有一个叫J.Lillienfeild 的人, 提出过一个固体器件构想： 在一块半导体（Semiconductor）上做一层绝缘二氧化硅层（Oxide）,再在其上面做一层金属层（Metal），这样就构成了MOS 场效应晶体管结构。那么，在金属上相对于半导体（例如高阻p 型）加一定的正电压，就可以将半导体中与此电压反极性的少数载流子电子“吸引”至靠近绝缘二氧化硅层的很薄的一层半导体中，在此薄层局部中形成自由电子极为丰富的“电子海”，因而两端接上电极的半导体就导通了。当然，撤除半导体上的“吸引”电压，高阻半导体就因失去“电子海”薄层而关断。该MOS 器件构想原理正确，但是许多人在实现时，均不能获得成功。
所谓“场效应”就是当强电场作用于一个薄薄的硅片时应该在硅片表面出现电荷层。早在1945 年4 月, 肖克利为研制半导体放大器而提出了“空间场效应”设想: 若半导体片的厚度与表面空间电荷层厚度相差不多, 就可用一个横向电场来控制薄膜的电阻率, 使平行于表面的电流受到调制而获得放大作用. 其本质是用外加电场来影响狭窄的锗或硅晶体内空穴和电子的行为, 使其表面出现电荷层而获得放大效应。
1946 年，贝尔实验室（Bell Telephone Lab）的肖克利（W.Schockley,MIT 毕业的博士）、巴丁（John Bardeen,普林斯顿大学毕业的博士）和布拉担（W.Brattain）组成一个课题组，研究固体电子器件。他们从上述的MOS 场效应器件结构入手研究，分析为什么该结构不能实现器件功能。
德国物理学家沃尔特·肖特基（Walter Schottky）最早较系统地研究了金属-半导体接触，指出在界面附近的半导体一侧存在一个势垒，还近似地确定了势垒的形状和电流输运机制，故后来常把金属-半导体接触形成的势垒称为肖特基势垒。差不多同时 Mott 也提出了相似的理论。
注：肖特基和肖克利不是一个人，肖特基是 1908年于柏林大学获得物理学士，1912年于柏林大学在普朗克（Max Planck）与Heinrich Rubens指导下获得物理博士。莫特（Nevill Mott,1905-1996）是英国人，当年德国和英国还是老大。黄昆做莫特研究生的时候，莫特还是很年轻的一个人，少年才俊啊，老外的学校就是这样。当时，美国的 “ 实用主义传统 ” 大多是发明家，欧洲的学者爱搞理论。钱学森为什么在 MIT 不适应呢 ，因为他本质上是一个欧洲的学者。
按照他们的理论，肖特基势垒高度等于金属的功函数与半导体的电子亲合势之差。但对共价键半导体的研究表明，肖特基势垒高度几乎与金属功函数无关。
巴丁作实验时发现（领导分配的任务），依照莫特和肖克利的理论，在这些实验中所施加的电场无疑已经足够强，可以将电子从硅晶体内部吸引到表面上来，从而显著增强硅晶体的导电性。但这种效应根本就没有观测到，这实在是个谜。
注：肖克利给巴丁分配的任务，关于“场效应”的推测进行检验。
在仔细思考了这一谜团之后，巴丁开始意识到这个问题同他10年前在普林斯顿大学做博士论文期间所遇到的问题极其相似。在计算金属原子的功函数的过程中，巴丁不得不反复考虑这样的事实，即电子应该比束缚在内部的正离子具有更多的运动机会。用量子力学的语言来说，电子波函数的定义域比起晶体边缘的正离子波函数的定义域要稍微超出一些，这些微不足道的差异会导致少量的额外负电荷到晶体表面上来，而等量的额外正电荷则会出现在其下方，这样，总的电荷仍为中性。
在N型半导体表面必定也会发生这种类似的非均衡态，导致正电荷层与负电荷层相分离。同金属一样，这种半导体的内部是有自由的额外电子的。如果某些额外电子来到表面时恰好被捕获，将会发生什么现象？这些电子就会形成严密的屏蔽层，此屏蔽层能阻止电场穿透到半导体内部，使存在于内部的电荷载流子的行为免受影响。这如同尖桩篱栅，它能够阻止外部入侵，使其内部不受侵犯。这也许能够解释到目前为止肖克利的场效应在所有实验中均未被观测到的原因。
由半导体到金属，电子需要克服势垒；而由金属向半导体，电子受势垒阻挡。
估计到电子确实会陷入到此类半导体的“表面态”中去，巴丁着手探索它们的内在联系，一定有什么东西在阻止强电场作用于半导体内部。
为了研究表面态捕获设想，布拉担和巴丁开始测量半导体锗（Ge）晶体的表面势分布，他们用将锗连接至一参考电极，并用两个金属探针测量。无意中将两个探针靠近时，给其中一个探针注入一点电荷，连在另一个探针上的电流表指针竟有很大的摆动！他们很兴奋。巴丁经过理论估算，认为当两个探针的距离接近至小于1/1000 英寸（=25.4μm）时，两个探针与半导体锗形成的金属半导体势垒之间就会有相互作用（interaction）。但是，如此近的距离用徒手操作两个探针是不可能实现的。1947 年12 月23 日，布拉担的出众的实验技能发挥了作用。布拉担在一块三角形聚苯乙烯薄板上用气相淀积的方法，淀积一层金属膜，再用锋利的剃须刀在中间至一角处的金属膜上划开一条细线。此时金属膜被所划的细线分隔开，它们之间的距离小于1/1000 英寸。将此三角形聚苯乙烯薄板尖顶处插入较软的半导体锗晶体（N 型Ge）的表面，并如图附录1-1 所示接上基极、发射极、集电极，人类历史上第一个固态双极晶体三极管就诞生了！当然，它是由两个肖特基势垒构成的点接触双极晶体管。金属膜与半导体锗之间形成肖特基势垒，集电极和发射极相当于P 型，半导体锗为N 型。因而，可以认为这是个PNP型的双极晶体管。此晶体管当时放大1000Hz 音频信号的电流增益（电流放大倍数）为100，功率增益为40。后来有人用transconductance(跨导)的前缀与varistor（可变电阻）的后缀构成一个新词transistor(晶体管)。
双极性晶体管的PNP型，由两层P型掺杂区域和介于二者之间的一层N型掺杂半导体组成。流经基极的微小电流可以在发射极端得到放大。也就是说，当PNP型晶体管的基极电压低于发射极时，集电极电压低于基极，晶体管处于正向放大区。
双极性晶体管（英语：bipolar transistor），全称双极性结型晶体管（bipolar junction transistor, BJT），英文翻译是“有两极的跨导可变电阻”，俗称三极管。
这种晶体管的工作，同时涉及电子和空穴两种载流子的流动，因此它被称为双极性的，所以也称双极性载流子晶体管。这种工作方式与诸如场效应管的单极性晶体管不同，后者的工作方式仅涉及单一种类载流子的漂移作用。
1949 年，肖克利在此基础上提出了结型双极晶体管结构和理论，结型双极晶体管更加适合于平面工艺的工业化生产，性能更好。1956 年巴丁、布拉担和肖克利因发明晶体管而获得诺贝尔物理奖。
导致这一重大发现的关键就在于认识到了量子力学的重要性，尤其是空穴在半导体表面附近运载电荷的过程中扮演的极其重要的角色。用“经典”理论来理解半导体材料的性能是远远不够的。
本来我想讲这个，实在是力所不及，讲不了。外行就是不行，谁是这个专业的讲一下。
微观原理找 “ 固体物理 ” 和 “ 半导体物理 ” 的书看吧。这玩意就是从冶金搞出来的，制造看 《 微电子制造科学原理与工程技术 》、《芯片制造——半导体工艺制程实用教程》都挺好的。
以前首钢就造这个，这就是钢铁厂出来的东西。跟日本搞电子的都是纺织厂出来的一样，都是用线织来织去。
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电路电流的出现，实际是电路中电场形成造成的，线路两端一旦施加电压，就会在电路中建立电场，从而引起载流子运动，于是产生电流。载流子在电路中的实际运动，是在本身热运动的基础上叠加因受到电场作用而产生的定向运动、以及与线路导体原子分子碰撞运动综合而成的，这些运动综合的结果令载流子在线路中的实际定向移动速率相当低，所以载流子不是从电路的一端跑到另一端形成电流的，电流是电场以光速沿线路产生的瞬间在整个电路同时形成的，电流从电压施加的两端开始向线路中间形成，等于两束光向中间汇合。
由于导体的晶格会阻碍载流子的定向运动，特定的电阻结构的导体其阻碍程度越大，载流子与晶格的频繁碰撞会产生热，甚至激发出光，这就是电阻的作用。电阻只会妨碍载流子的因电场影响而引起的定向运动，但不会妨碍电场建立的速度，所以它是不会影响电流形成速度的。能够影响电场建立速度的电子元件是电容器和电感，它们才会影响电流建立的速度。
电阻影响所在空间的电场强度。电场建立速度是一回事，电场强度能有多大又是另一回事。
电阻在宏观上阻碍载流子的定向漂移速度，但微观上是电阻使载流子与电阻物质的晶格碰撞更加频繁（导体的性质就是使自由载流子更加容易通过），热运动加剧，这相当于运动的转换，电场本来驱使载流子定向运动，由于碰撞而转化成热运动，在总能量上是守恆的，只是表现的形式不同。
电流的定义，是宏观上在一定时间内通过某截面的电荷量。电阻使载流子定向移动的速率更加减小，与表现为电流减小是吻合的。
