「知識分享」發明個晶體管，居然得了諾貝爾獎

隨著芯片制程的不斷提升，現在集成度最高的芯片中，可以集成100多億個晶體管。然而，第1個晶體管是怎么誕生的呢，今天的主角就是這位晶體管的發明人：約翰·巴丁( John Bardeen)

約翰·巴丁是歷史上最重要的工程師之一，你可能從未聽說過，他是少數幾個兩次獲得諾貝爾獎的人之一，也是第一位獲得兩次物理學獎的科學家。

巴丁第一次獲得諾貝爾獎是在1956年，他與同事威廉·肖克利和沃爾特·布拉坦分享了這個獎，因為他發明了晶體管。

貝爾實驗室的科學家約翰·巴丁、威廉·肖克利和沃爾特·布拉坦。圖片使用由諾基亞貝爾實驗室

1972年，他又一次被授予超導理論獎，與利昂庫珀和約翰·施里弗分享了這一獎項-電荷在沒有阻力的情況下通過材料的現象。

巴丁的工作可以說是電氣工程領域的一場革命，為我們幾十年來所看到的戲劇性的技術進步鋪平了道路，甚至在今天仍然處于其核心地位。

1908年5月23日，巴丁出生于威斯康星州，是解剖學教授查爾斯·巴丁的兒子，他成為威斯康星大學醫學院的第一任院長。它來自同一個機構巴丁于1928年獲得電氣工程學士學位，一年后獲得理學碩士學位 .

在1928年20歲獲得學士學位（在芝加哥工作一年之后），巴丁就讀于麥迪遜大學高中，1923年15歲畢業。作為一個公認的天才學生，有人說他本可以提前幾年畢業，但由于母親身體不好和去世等原因，他推遲了畢業。

巴丁最終在1930年至1933年間為海灣研究實驗室工作，該實驗室是匹茲堡海灣石油公司的研究單位。他是一名地球物理學家，致力于研究解釋地磁和重力測量的方法。然而，這項工作沒能讓他保持興趣，他最終放棄了這項工作，去普林斯頓大學攻讀數學和物理的研究生課程。

在尤金·維格納（Eugene Wigner）的指導下，巴丁寫了一篇關于固體物理學問題的論文。在完成這項工作之前，他獲得了哈佛大學研究員協會的一個初級研究員的職位，在那里他在1935年到1938年間花了三年時間研究金屬的導電性和內聚性問題。他在1936年獲得數學物理博士學位。

在戰爭期間的一段時間里，巴丁領導著一個小組，在海軍條例實驗室研究磁性水雷和魚雷以及水雷和魚雷對抗措施。

戰后，巴丁加入貝爾電話實驗室的固態物理小組. 當時，當人們打長途電話時，攜帶他們聲音的電信號如果在旅途中沒有被放大，就會變成靜電。

真空管是20世紀早期發明的，它通過放大、減少或阻斷電流，部分地解決了這個問題。雖然這些使第一臺收音機和電視機成為可能，但它們消耗了大量的電力，需要時間來預熱，而且會變得非常熱。他們也有崩潰的傾向。

貝爾實驗室主任馬文·凱利認為，一種新的、更便宜、更高效的放大器可以用半導體晶體制造出來。雖然當時人們對它們知之甚少，但它們耐人尋味的特性吸引了包括巴丁在內的全世界科學家的興趣。

在貝爾實驗室威廉·肖克利（William Shockley）手下工作期間，巴丁的任務是與沃爾特·布里坦（Walter Brittain）一起研究半導體的電子導電特性。具體來說，他被要求找出肖克利設計的使用硅晶體的放大器為什么不能工作。

圖片來自諾基亞貝爾實驗室

第一個組裝好的晶體管被稱為“點接觸晶體管”，當兩個尖頭金屬接觸被應用到半導體表面時，它產生了放大效應。

利用微積分和量子力學的知識，巴丁發現硅晶體表面的電子可以形成電子屏。他的計算證明，正是這些表面態阻止了半導體作為放大器的工作。

決心找到一個解決辦法，該小組來到并試驗了幾個設計。他們放棄了肖克利最初的設計，開發了一種基于塑料、黃金和鍺的半導體放大器的數學模型。他們后來稱之為晶體管 .

20世紀50年代，巴丁繼續進行他在20世紀30年代開始的關于超導性的研究，因為他獲得諾貝爾獎的研究已經從理論上解釋了為什么材料在接近絕對零度的溫度下電阻會消失。

這個BCS超導理論（巴丁·庫珀·施里弗）它于1957年提出，并成為后來所有關于這個問題的理論著作的基礎。

巴丁后來在1951年至1975年間在伊利諾伊大學香檳分校擔任電氣工程和物理學教授。他、庫珀和施里弗因共同發展的超導理論而獲得1972年諾貝爾物理學獎。

沃爾特·布拉坦的筆記本記錄了1947年晶體管效應被發現時的記錄。圖片來自諾基亞貝爾實驗室

巴爾丁于1991年死于心臟病，享年82歲。他的妻子、三個孩子和六個孫子孫女都活了下來。

今天，從手機到電視、收音機、汽車、醫療設備、數據中心、火車、飛機和無數其他應用程序，我們所依賴的每一個電子設備都有晶體管。此外，超導電性理論為電氣工程甚至核物理中許多持久的原理提供了基礎。