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威廉·肖克利

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威廉·萧克利 1956年诺贝尔物理学奖得主
William Shockley
William Shockley, Stanford University.jpg
出生(1910-02-13)1910年2月13日
 英国英格兰伦敦
逝世1989年8月12日(1989岁-08-12)(79岁)
 美国加利福尼亚州史丹福
国籍 美国
母校加州理工学院
麻省理工学院
知名于点接触晶体管英语Point-contact transistor
双极性晶体管
萧克利二极管方程式
奖项
Nobel prize medal.svg
诺贝尔物理奖 (1956)
康斯托克物理奖英语Comstock Prize in Physics (1953)
IEEE荣誉奖章 (1980)
科学生涯
机构贝尔实验室
萧克利半导体
史丹佛大学
博士导师约翰·斯莱特英语John C. Slater

威廉·萧克利(英语:William Shockley,1910年2月13日-1989年8月12日),出生于英国美国物理学家发明家,一生共获得90多项专利。

他和约翰·巴丁沃尔特·布喇顿共同发明了晶体管。他并因此获得1956年的诺贝尔物理奖。20世纪50-60年代,他在推动晶体管商业化的同时,造就了加利福尼亚州今天电子工业密布的硅谷地区。

生平

萧克利在英国伦敦出生,父母是美国人。他在加利福尼亚州长大并于1932年大学毕业于加州理工学院。1936年他获得了麻省理工学院博士学位,其博士论文题目为计算氯化钠晶体内的电子密度函数。1936-1955年期间他在贝尔实验室工作,曾任晶体管物理部主任。1938年获第一个专利“电子倍增放电器”。1948年与他人合作发明了晶体管。1951年他成为美国国家科学院院士。

1955年,他在加州山景城创立了“萧克利实验室股份有限公司”,聘用了很多年轻优秀的人才。但很快肖克利个人的管理方法因其公司内部不合,八名主要员工(八叛逆)于1957年成立了快捷半导体公司,后来开发了第一块集成电路。而萧克利实验室则每况愈下,两次被转卖后于1968年永久关闭。

萧克利于1963年开始任史坦福大学教授。他于1989年因前列腺癌去世。

发明晶体管

1945年战争结束后不久,贝尔实验室成立了一个固态物理学小组,由萧克利和化学家斯坦利·摩根(Stanley Morgan)领导,其中包括约翰·巴丁,沃尔特·布拉顿,物理学家杰拉尔德·皮尔森,化学家罗伯特·吉布尼,电子专家希尔伯特·摩尔和一些技术人员。他们的任务是寻求一种固态器件来替代易碎的玻璃真空管放大器。它的首次尝试是基于Shockley关于使用半导体上的外部电场来影响其导电性的想法。这些实验每次在各种配置和材料上均失败。该小组一直处于停滞状态,直到Bardeen提出了一种引用表面态的理论,该理论阻止了电场穿透半导体。该小组改变了研究这些表面状态的重点,他们几乎每天开会讨论工作。小组的融洽关系非常好,思想可以自由交流。

到1946年冬天,他们已经获得了足够的结果,巴丁将有关表面状态的论文提交给《物理评论》。 Brattain开始进行实验,以通过在半导体表面上照射明亮的光时进行的观察来研究表面状态。这导致了另外几篇论文(其中一篇是与Shockley合著的),它们估计表面态的密度足以解决他们失败的实验。当它们开始用电解质包围半导体和导线之间的点接触时,工作的步伐明显加快。摩尔建立了一个电路,使他们可以轻松改变输入信号的频率。最终,当皮尔逊根据肖克利的建议采取行动时,他们开始获得一些功率放大的证据。肖特利建议,将电压施加在穿过PN接面的硼酸乙二醇滴上。

贝尔实验室的约翰·巴丁,威廉·肖克利和沃尔特·布拉顿,1948年贝尔实验室的律师很快就发现了萧克利的场效应原理是可以预见的,基于该原理的设备由朱利叶斯·利林菲尔德(Julius Lilienfeld)于1930年申请了专利,他于1925年10月22日在加拿大提交了类似MESFET的专利。尽管该专利看上去“易碎”(无法工作),但专利律师仅基于Bardeen-Brattain点接触设计为其四项专利申请之一。其他三个(首先提交)由Bardeen,Gibney和Brattain作为发明者研究了基于电解质的晶体管。

这些专利申请中都没有萧克利的名字。这激怒了萧克利,他认为他的名字也应该在专利上,因为这项工作是基于他的场效应思想。他甚至努力使专利仅以他的名字书写,然后将其意图告诉了Bardeen和Brattain。

由于没有被包括在专利申请中而感到震惊的萧克利,秘密地继续他自己的工作,以接面而不是点接触为基础制造另一种晶体管。他预计这种设计将更有可能在商业上可行。他认为,点接触晶体管将被证明是脆弱且难以制造的。萧克利还对点接触晶体管的工作原理以及某些少数载流子注入的可能性的解释不满意。

1948年2月13日,另一位团队成员John N. Shive建造了一个点接触晶体管,在锗的细楔形物的正反两面都带有青铜触点,证明了电洞可以扩散到整个锗中,而不仅仅是沿表面扩散。Shive的发明激发了 Shockley发明了接面型晶体管。几个月后,他发明了一种全新的,坚固得多的新型晶体管,其层或层“三明治”结构。这种结构一直被用于1960年代的所有晶体管的绝大部分,并发展成为双极接面型晶体管。萧克利后来承认,该团队的工作是“合作与竞争的结合”。他还承认自己一直保密自己的工作,直到1948年希夫(Shive)的前进迫使他“亮明手牌”。萧克利对他所谓的“三明治”晶体管进行了相当完整的描述,并于1949年4月7日获得了第一份原理证明。

同时,萧克利研究了他的巨著《半导体中的电子和电洞》,于1950年出版了558页的论文。书集包括萧克利关于漂移和扩散的批判性思想以及控制固态晶体中电子流动的微分方程。 。还描述了萧克利的二极管方程。这项开创性的工作成为其他科学家的参考书,他们致力于开发和改进晶体管以及基于半导体的其他器件的新变体。

这导致了他发明"双极接面型晶体管”,该发明在1951年7月4日的新闻发布会上宣布

参考文献

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