真空管三极管物理学家开始尝试创建它的继任者时，它还不到20岁，而且风险巨大。三极管不仅使长途电话和电影声音成为可能，而且还推动了整个商业无线电事业，这是一个有价值的行业超过10亿美元1929年。但真空管又耗电又脆弱。如果能找到一种更坚固、可靠、高效的三极管替代品，回报将是巨大的。
目标是一个由半导体这将接受低电流信号进入输入端子，并使用它来控制在其他两个端子之间流动的较大电流，从而放大原始信号。这种器件的基本原理是所谓的场效应，即电场调节半导体材料导电性的能力。多亏二极管和半导体的相关研究，场效应在当时已经广为人知。
但事实证明，20多年来，建造这样一个设备对一些世界顶尖物理学家来说是一个无法克服的挑战。晶体管类器件的专利已申请始于1925年，但第一个录制的工作实例晶体管是美国电话电报公司贝尔电话实验室于1947年秋天制造的传说中的点接触设备。
虽然点控晶体管是20世纪最重要的发明，但令人惊讶的是，对它的实际工作原理却没有明确、完整和权威的描述。现代更坚固的结型晶体管和平面晶体管依赖于半导体本体中的物理特性，而不是第一个晶体管中的表面效应。相对而言，学术界对这一差距的关注较少。
在点控制的剖切照片中，可以看到两个薄导体；这些连接点与一小块锗板接触。其中一个点是发射器，另一个是收集器。第三个触点，即底座，连接在锗的反面。AT&T档案和历史中心
这是一个看起来笨拙的锗、塑料和金箔的组合，上面都有一个弯曲的弹簧。它的发明者是一位说话温和的中西部理论家约翰·巴丁，以及一位健谈的有点不稳定“实验主义者Walter Brattain。两人都在威廉·肖克利（William Shockley）手下工作，这段关系后来会引起争议。1947年11月，巴丁和布拉坦因一个简单的问题而陷入困境。在他们正在使用的锗半导体中，表面的电子层似乎阻挡了外加电场，阻止其穿透半导体并调节电流。无调制，无信号放大。
1947年末，他们想出了一个解决方案。它的特点是两片几乎没有分开的金箔被弯曲的弹簧轻轻推入一小块锗板的表面。
教科书和通俗的说法都倾向于忽视点控晶体管的机制，而倾向于解释其近代后代是如何工作的。事实上，本科生英语圣经的当前版本，电子艺术霍洛维茨和希尔，根本没有提到点控晶体管，错误地指出接合晶体管是“1947年诺贝尔奖获奖发明”。但1947年发明的晶体管是点控制的；结型晶体管是肖克利于19年发明的48.
因此，点控晶体管最全面的解释包含在约翰·巴丁的演讲1956年获得诺贝尔奖。即便如此，阅读它也会让你感觉到，即使是发明家自己也可能无法理解一些细节。明尼苏达大学查尔斯·巴贝奇科学技术史研究所（Charles Babbage Institute for the History of Science and Technology）前所长托马斯·米萨（Thomas Misa）表示：“很多人对点控晶体管感到困惑。”。
教科书和通俗的说法都倾向于忽视点控晶体管的机制，而倾向于解释其近代后代是如何工作的。
巴丁演讲一年后，加州理工学院电气工程教授R.D.Middlebrook继续在电力电子领域进行开创性工作，写的：“由于设备的三维特性，理论分析很困难，实际上，内部操作尚未完全理解。”
然而，得益于75年的半导体理论，我们开始了。点控制晶体管是围绕拇指大小的n个-锗型，有过多的负电荷电子。该板坯经过处理，产生了非常薄的表面层第页-类型，这意味着它有多余的正电荷。这些正电荷被称为洞。它们实际上是电子的局部化缺陷，电子在半导体原子之间的移动与真实粒子非常相似。此板底部连接了一个接地电极，从而形成基础晶体管。接触表面的两条金箔形成了另外两个电极，称为发射器和收藏家.
这就是设置。在运行中，一个小的正电压（仅为一个伏特的一小部分）被施加到发射器上，而一个大得多的负电压（4至40伏特）被施加在集电极上，所有这些都与接地底座有关。The interface between the第页-类型层和n个-型板创造了一个结，就像二极管中的结一样：本质上，结是一个屏障，允许电流只朝一个方向，朝着较低的电压轻易流动。所以电流可以从正发射极流过势垒，而没有电流可以穿过势垒进入集电极。
1951年，Western Electric位于宾夕法尼亚州阿伦顿的工厂大规模生产了Western Electric 2型点控晶体管，这是第一个大规模生产晶体管。到1960年，当拍摄到这张照片时，工厂已经转向生产结晶体管。AT&T档案和历史中心
现在，让我们看看原子之间发生了什么。首先，我们将断开收集器的连接，看看没有它的发射器周围会发生什么。发射器向第页-键入layer，它们开始向底部移动。但它们并没有朝它走直线。薄层迫使它们横向伸展一段距离，然后穿过屏障进入n个-类型板。想一想，慢慢地将少量细粉倒在水面上。粉末最终会下沉，但首先它会以一个粗糙的圆圈散开。
现在我们连接收集器。即使它不能通过屏障自行吸引电流第页-n个结，它的大负电压和尖形确实会产生穿透锗的集中电场。因为收集器离发射器很近，而且也带负电，所以它开始吸走从发射器上散开的许多孔。这种电荷流导致孔集中在第页-n个收集器下方的屏障。这种浓度有效地降低了阻挡层的“高度”，否则阻挡层将阻止电流在集电极和基极之间流动。随着势垒降低，电流开始从基极流入集电极，比发射极注入晶体管的电流大得多。
电流大小取决于屏障的高度。发射器电压的微小降低或增加会导致屏障上下波动。因此，发射极电流的微小变化控制着集电极的巨大变化，所以，瞧！放大。（EEs会注意到，与后来的晶体管相比，基极和发射极的功能是相反的，在后来的晶体管中，基极而不是发射极控制晶体管的响应。）
虽然它很难看也很脆弱是半导体放大器及其后代将改变世界。它的发明人也知道这一点。1947年12月16日是决定命运的一天，布拉坦突然想到使用一个由一条金箔包裹的塑料三角形，用一条狭缝分隔发射器和收集器触点。这种配置提供了可靠的功率增益，两人当时就知道他们已经成功了。那天晚上，在他拼车回家的路上，Brattain告诉他的同伴他刚刚完成了“我一生中做过的最重要的实验“并发誓保守秘密。沉默寡言的巴丁也忍不住分享这个消息。据报道，当他的妻子简那天晚上准备晚餐时，他简单地说：“我们今天发现了一些东西“孩子们在厨房里蹦蹦跳跳，她回答道，”很好，亲爱的。”
最后，它是一个晶体管，但它很不牢固。发明人后来偶然想到在晶体管的制造过程中通过大电流通过集电极来电成形集电极。这项技术使他们能够获得更大的电流，而这些电流并没有被紧密地限制在表层内。不过，电铸有点像是偶然发生的。米萨指出：“他们只会扔掉那些不起作用的。”。
然而，点控晶体管在at&T的许可下，许多公司开始生产，1951年，at&T自己的制造部门Western Electric也开始生产。它们被用于助听器、振荡器、电话路由设备、RCA的实验电视接收机在Tradic中第一台机载数字计算机以及其他系统。事实上，点控制晶体管仍在生产中直到1966年部分原因是与其他产品相比，它们的速度更快。
决定性的一天是1947年12月16日，布拉坦突然想到使用一条金箔扎成的塑料三角形…
贝尔实验室集团并不是唯一一家成功研发晶体管的公司。在巴黎东北部郊区奥奈索斯博伊斯，两位德国物理学家赫伯特·马塔雷和海因里希·韦尔克也在试图建造一个三端半导体放大器。在西屋电气的法国子公司工作时，他们正在跟进马塔雷所做的有趣观察1944年为德国军方开发锗和硅整流器。1948年6月，他们两人成功地制造出了一种可靠的点控制晶体管。
大约一周后，贝尔实验室终于在1948年6月30日的新闻发布会上公布了自己的晶体管的消息，这让他们大吃一惊。尽管它们是完全独立开发的，而且是秘密开发的，但这两种设备或多或少是相同的。
在这里，晶体管的故事发生了一个奇怪的转折，其辉煌令人惊叹，其细节也令人不安。Bardeen和Brattain的老板，威廉·肖克利非常愤怒在晶体管的原始专利申请中，他的名字没有包括在巴丁和布拉坦的名字中。他确信巴丁和布拉坦只是将他关于半导体中使用场的理论应用到他们的工作装置中，并没有给予他足够的信任。然而在1945年，肖克利基于这些理论制造了一个晶体管，但它并没有起作用。
1953年，RCA工程师Gerald Herzog领导了一个团队，设计并制造了第一台“全晶体管”电视（尽管它有阴极射线管）。该团队使用了RCA根据贝尔实验室的许可证生产的点控制晶体管。TRANSISTOR MUSEUM JERRY HERZOG口腔历史
12月底，在点控制晶体管取得初步成功后仅仅两周，肖克利就前往芝加哥参加美国物理学会的年会。除夕夜，他躲在酒店房间里，心中充满了嫉妒和愤怒，他开始设计自己的晶体管。三天后，他潦草地写下大约30页笔记到本月底，他已经完成了双极结晶体管（BJT）的基本设计，该晶体管最终将取代点控晶体管，成为主导晶体管，直至20世纪70年代末。
根据贝尔实验室的研究成果，RCA于1948年开始开发自己的点控晶体管。该小组包括以下七台电视机，其中一台用于RCA于1953年制造的22晶体管实验电视机。这四辆分别是TA153[顶行，左二]、TA165[顶，右远]、TA156[底行，中]和TA172[底，右]。TRANSISTOR MUSEUM JONATHAN HOPPE系列
BJT是基于肖克利的信念，即电荷可以而且应该通过大块半导体，而不是通过其表面的薄层。这个装置由三个半导体层组成，就像三明治一样：发射器、中间的基座和收集器。它们被交替掺杂，因此有两种版本：n个-类型/第页-类型/n个-类型，称为“NPN”，以及第页-类型/n个-类型/第页-类型，称为“PNP”
BJT基本上依赖于与点控制相同的原则，但它使用了两个第页-n个而不是一个路口。当用作放大器时，施加在基极上的正电压允许小电流在基极和发射极之间流动，而发射极又控制着集电极和发射极间的大电流。
考虑一个NPN设备。基础是第页-类型，所以它有多余的孔。但它很薄，掺杂很轻，所以孔洞相对较少。流入的一小部分电子与这些空穴结合，并被从循环中移除，而绝大多数（超过97%）的电子继续流过薄基底并流入收集器，形成强大的电流。
但那些与空穴结合的少数电子必须从底部排出，以保持第页-基极的类型性质和通过它的强电流。通过基极的相对较小的电流可以去除“捕获”的电子。电流的涓涓细流使得流入集电极的电流更强，然后流出集电极，最后流入集电极电路。因此，实际上，较小的基极电流控制着较大的集电极电路。
电场开始发挥作用，但不会调节电流，早期的理论家认为，要使这种装置发挥作用，就必须发生这种情况。要点如下：第页-n个BJT中的结被耗尽区跨越，在耗尽区中，电子和空穴结合在一起，移动电荷载流子相对较少。施加在结上的电压在每个结上建立电场，将电荷推过这些区域。这些场使电子能够从发射极一路流动，穿过基极，进入集电极。
哥伦比亚大学电气工程系主任Ioannis“John”Kymissis解释说，在BJT中，“外加电场会影响载流子密度，但因为这种影响是指数的，所以只需一点点就能产生大量扩散电流。”。
BJT比点控晶体管更坚固可靠，这些特性为它的伟大奠定了基础。但这需要一段时间才能显现出来。BJT是用于制造集成电路的技术，从20世纪60年代初的第一种技术一直到20世纪70年代末，金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）接管了这一领域。事实上，正是这些场效应晶体管，首先是结场效应晶体管然后是MOSFET，最终实现了十年来关于三端半导体器件的梦想，该器件的工作基于场效应——肖克利的最初抱负。
20世纪50年代初，美国电话电报公司（AT&T）和其他公司正在努力寻找生产新型BJT的切实有效的方法，当时几乎无法想象如此辉煌的未来。肖克利本人继续将硅投入硅谷。他搬到了帕洛阿尔托，并于1956年成立了一家公司，将锗转变为硅，作为电子半导体的首选。他的公司员工会继续创建飞兆半导体，然后英特尔。
后来，在他因糟糕的管理而失去公司后，他成为了斯坦福大学的一名教授，并开始传播关于种族、遗传学和智力的根深蒂固和疯狂的理论。1951年，巴丁离开贝尔实验室，成为伊利诺伊大学厄本那-香槟分校的一名教授，在那里，他凭借一种理论获得了第二次诺贝尔物理学奖超导电性（他是唯一两次获得诺贝尔物理学奖的人。）布拉坦在贝尔实验室一直呆到1967年，当时他加入了华盛顿州瓦拉瓦拉的惠特曼学院。
肖克利于1989年去世，当时他是一个无依无靠的贱民。但他的晶体管将改变世界，尽管直到1953年还不清楚BJT是否会是未来。在那一年的一次采访中，唐纳德·芬克十年后，他将继续帮助建立IEEE，沉思“这是一个满脸青春痘的青少年，现在很尴尬，但未来充满活力？还是已经成熟，充满倦怠，充满失望？”
这是前者，我们所有人的生活都因此而变得更好。
这篇文章发表在2022年12月的印刷版上，标题是“第一个晶体管及其工作原理”
