你有沒有想過，每天都在用的 CPU，為什么非用硅做不可

為何 CPU 只用硅而不用能耗更低的鍺制作？

圖片：ColiN00B / CC0

為何 CPU 只用硅而不消能耗更低的鍺建造？

魯超，賽師長教師

1883 年，大發現家愛迪生正在絞盡腦汁改良他之前發現的碳絲電燈，因為碳絲太輕易蒸發了。有一天，他忽發奇想：在燈膽內放入一根銅線，也許可以阻止碳絲蒸發，耽誤燈膽壽命。成果嘗試又一次掉敗了，碳絲依舊蒸發的一干二凈。但他卻從此次掉敗的試驗中發現了一個稀奇現象，銅線上竟有微弱的電暢通過。真是奇異！銅線與碳絲并不聯接，哪里來的電流？那時的物理學還詮釋不了這個問題，有貿易腦筋的愛迪生立即申請了專利，定名為“愛迪生效應”，然后繼續去改良他的電燈了。

后來人們知道，這是因為熱能激發出了電子，英國物理學家弗萊明按照“愛迪生效應”發現了宿世界上第一只二極電子管，因為一般管內要抽真空，所以也叫真空管。后來，貧苦潦倒的美國發現家德福雷斯特，在二極管的燈絲和板極之間巧妙地加了一個柵板，從而發現了第一只真空三極管。這種有魔力的電子管可以放大電子旌旗燈號，防止微弱的旌旗燈號流掉，它更像是一扇門，只許可電流單標的目的流動，這樣電子就不會回流到電路中。你可以把它想象為一個抽水馬桶，若是下水道不是單標的目的的，我們該若何糊口？

這一會兒斥地了電子學的春天，德福雷斯特自嗨道：“我發現了一個看不見的空中帝國！”最早，電子管的成長帶動了無線電通信，一多量無線電臺野火春風般敏捷呈現在了宿世界各地。然而，這還只是起頭！

在美國新澤西州，距愛迪生的發現工場只有幾英里遠的一個處所，有一座宿世界上最有名（沒有之一）的嘗試室——貝爾嘗試室，那邊降生了八個諾貝爾獎得本家兒。

1945 年，二戰竣事后，貝爾嘗試室里的物理學家肖克利籌算用硅制造一種取代電子管的放大器。在那時，所有的工程師都不得不消電子管，但都無比厭惡電子管，因為電子管的玻璃殼又長又脆，體積復雜，還輕易過熱。

肖克利很清晰，半導體是解決問題的關頭，只有半導體才能達到工程師所期望的均衡，一方面許可足夠的電子經由過程形當作回路，另一方面也不會掉去節制。過后證實，他長短常有遠見的，他選擇了硅做電子管，可惜幾回嘗試都掉敗了。

兩年曩昔了，仍是沒有太猛進展，肖克利還有更主要的工作要做，他把新型晶體管項目丟給了兩位部屬：巴丁和布拉頓。

巴丁和布拉頓是一對好同伴，巴丁的脫手能力較差，而布拉頓是一個極好的工程師，良多時辰，都是巴丁出點子，而布拉頓沖標的目的第一線執行。

接到這個項目，兩人很快找到了肖克利的癥結地點：硅太脆了，并且難以提純。于是他們拿出了元素周期表，看看還有什么元素跟硅比力近似，一眼就看到了鍺。相對于硅，鍺的外層電子能級較高，所以外層電子更輕易進獻出來，導電能力更好。很快，1947 年，宿世界上第一只晶體管降生了，用鍺做的哦。

這時辰肖克利才從法國出差歸來，回歸到此項目中，讓他看起來像個帶領。1956 年，他們三人一路獲得了諾貝爾物理學獎，這件工作意義很是，要知道，諾貝爾物理學獎由瑞典皇家科學院負責評選，他們的口胃更傾標的目的于純粹的科學研究而非手藝開辟。1956 年針對晶體管發現的諾獎，代表著他們對應用科學的承認，事實也證實，他們的目光很厲害，晶體管后來確實改變了宿世界。

巴丁和布拉頓是頂級的研發工程師，可是他倆太靦腆了，據說在諾獎頒獎典禮上，他倆嚴重到胃部痙攣，在面臨瑞典國王時竟然說不出話來。相反，肖克利則是一個為目標不擇手段的上司。他將巴丁驅趕到另一個項目，本身則將鍺晶體管的當作果據為己有。貝爾嘗試室的這個團隊就這樣走到了頭，再也沒有什么新的發現。

貝爾嘗試室完當作了手藝可行性，而工業化則由“德州儀器”公司完當作。在那時，鍺晶體管研制當作功，計較機的處置能力比電子管時代晉升了好幾個數目級，收音機等日用電器也用上了鍺晶體管。但鍺究竟結果太罕見了，昂貴的價錢讓所有的工程師都將目光從頭標的目的硅看去。鍺確實導電性很好，但也會發生不需要的熱量，導致晶體管過熱停機，更主要的仍是硅的廉價。

1954 年，在美國的一次展會上，一位來自“德州儀器”公司的工程師戈登 * 蒂爾上臺變了個戲法。他將一臺連在電唱機的鍺晶體管扔進一桶熱油，電唱機當即禁聲了。然后他又拆下鍺晶體管，換上本身的硅晶體管，也扔進油桶里，電唱機的音樂依然繼續。他的告白大獲當作功，就地簽下無數訂單。

從此，鍺被晶體管丟棄了。

1958 年，“德州儀器”公司迎來了一位新員工，他措辭很慢，老是一本正經。他發現他的新公司里有一大群低收入的女工，天天干的都是穿戴防護服汗如雨下，一邊看著顯微鏡，一邊發著牢騷，一邊將極小的硅元件焊接到一路。有時辰，纖細的電線不小心斷失落，前面的工作就白搭了。工程師對此也力所不及，因為計較機硬件成長越來越快，他們老是得將硬件做的更復雜，也就需要更多的晶體管。