「知识分享」发明个晶体管，居然得了诺贝尔奖

随着芯片制程的不断提升，现在集成度最高的芯片中，可以集成100多亿个晶体管。然而，第1个晶体管是怎么诞生的呢，今天的主角就是这位晶体管的发明人：约翰·巴丁( John Bardeen)

约翰·巴丁是历史上最重要的工程师之一，你可能从未听说过，他是少数几个两次获得诺贝尔奖的人之一，也是第一位获得两次物理学奖的科学家。

巴丁第一次获得诺贝尔奖是在1956年，他与同事威廉·肖克利和沃尔特·布拉坦分享了这个奖，因为他发明了晶体管。

贝尔实验室的科学家约翰·巴丁、威廉·肖克利和沃尔特·布拉坦。图片使用由诺基亚贝尔实验室

1972年，他又一次被授予超导理论奖，与利昂库珀和约翰·施里弗分享了这一奖项-电荷在没有阻力的情况下通过材料的现象。

巴丁的工作可以说是电气工程领域的一场革命，为我们几十年来所看到的戏剧性的技术进步铺平了道路，甚至在今天仍然处于其核心地位。

1908年5月23日，巴丁出生于威斯康星州，是解剖学教授查尔斯·巴丁的儿子，他成为威斯康星大学医学院的第一任院长。它来自同一个机构巴丁于1928年获得电气工程学士学位，一年后获得理学硕士学位 .

在1928年20岁获得学士学位（在芝加哥工作一年之后），巴丁就读于麦迪逊大学高中，1923年15岁毕业。作为一个公认的天才学生，有人说他本可以提前几年毕业，但由于母亲身体不好和去世等原因，他推迟了毕业。

巴丁最终在1930年至1933年间为海湾研究实验室工作，该实验室是匹兹堡海湾石油公司的研究单位。他是一名地球物理学家，致力于研究解释地磁和重力测量的方法。然而，这项工作没能让他保持兴趣，他最终放弃了这项工作，去普林斯顿大学攻读数学和物理的研究生课程。

在尤金·维格纳（Eugene Wigner）的指导下，巴丁写了一篇关于固体物理学问题的论文。在完成这项工作之前，他获得了哈佛大学研究员协会的一个初级研究员的职位，在那里他在1935年到1938年间花了三年时间研究金属的导电性和内聚性问题。他在1936年获得数学物理博士学位。

在战争期间的一段时间里，巴丁领导着一个小组，在海军条例实验室研究磁性水雷和鱼雷以及水雷和鱼雷对抗措施。

战后，巴丁加入贝尔电话实验室的固态物理小组. 当时，当人们打长途电话时，携带他们声音的电信号如果在旅途中没有被放大，就会变成静电。

真空管是20世纪早期发明的，它通过放大、减少或阻断电流，部分地解决了这个问题。虽然这些使第一台收音机和电视机成为可能，但它们消耗了大量的电力，需要时间来预热，而且会变得非常热。他们也有崩溃的倾向。

贝尔实验室主任马文·凯利认为，一种新的、更便宜、更高效的放大器可以用半导体晶体制造出来。虽然当时人们对它们知之甚少，但它们耐人寻味的特性吸引了包括巴丁在内的全世界科学家的兴趣。

在贝尔实验室威廉·肖克利（William Shockley）手下工作期间，巴丁的任务是与沃尔特·布里坦（Walter Brittain）一起研究半导体的电子导电特性。具体来说，他被要求找出肖克利设计的使用硅晶体的放大器为什么不能工作。

图片来自诺基亚贝尔实验室

第一个组装好的晶体管被称为“点接触晶体管”，当两个尖头金属接触被应用到半导体表面时，它产生了放大效应。

利用微积分和量子力学的知识，巴丁发现硅晶体表面的电子可以形成电子屏。他的计算证明，正是这些表面态阻止了半导体作为放大器的工作。

决心找到一个解决办法，该小组来到并试验了几个设计。他们放弃了肖克利最初的设计，开发了一种基于塑料、黄金和锗的半导体放大器的数学模型。他们后来称之为晶体管 .

20世纪50年代，巴丁继续进行他在20世纪30年代开始的关于超导性的研究，因为他获得诺贝尔奖的研究已经从理论上解释了为什么材料在接近绝对零度的温度下电阻会消失。

这个BCS超导理论（巴丁·库珀·施里弗）它于1957年提出，并成为后来所有关于这个问题的理论著作的基础。

巴丁后来在1951年至1975年间在伊利诺伊大学香槟分校担任电气工程和物理学教授。他、库珀和施里弗因共同发展的超导理论而获得1972年诺贝尔物理学奖。

沃尔特·布拉坦的笔记本记录了1947年晶体管效应被发现时的记录。图片来自诺基亚贝尔实验室

巴尔丁于1991年死于心脏病，享年82岁。他的妻子、三个孩子和六个孙子孙女都活了下来。

今天，从手机到电视、收音机、汽车、医疗设备、数据中心、火车、飞机和无数其他应用程序，我们所依赖的每一个电子设备都有晶体管。此外，超导电性理论为电气工程甚至核物理中许多持久的原理提供了基础。