你有没有想过，每天都在用的 CPU，为什么非用硅做不可

为何 CPU 只用硅而不用能耗更低的锗制作？

图片：ColiN00B / CC0

为何 CPU 只用硅而不消能耗更低的锗建造？

鲁超，赛师长教师

1883 年，大发现家爱迪生正在绞尽脑汁改良他之前发现的碳丝电灯，因为碳丝太轻易蒸发了。有一天，他忽发奇想：在灯胆内放入一根铜线，也许可以阻止碳丝蒸发，耽误灯胆寿命。成果尝试又一次掉败了，碳丝依旧蒸发的一干二净。但他却从此次掉败的试验中发现了一个稀奇现象，铜线上竟有微弱的电畅通过。真是奇异！铜线与碳丝并不联接，哪里来的电流？那时的物理学还诠释不了这个问题，有贸易脑筋的爱迪生立即申请了专利，定名为“爱迪生效应”，然后继续去改良他的电灯了。

后来人们知道，这是因为热能激发出了电子，英国物理学家弗莱明按照“爱迪生效应”发现了宿世界上第一只二极电子管，因为一般管内要抽真空，所以也叫真空管。后来，贫苦潦倒的美国发现家德福雷斯特，在二极管的灯丝和板极之间巧妙地加了一个栅板，从而发现了第一只真空三极管。这种有魔力的电子管可以放大电子旌旗灯号，防止微弱的旌旗灯号流掉，它更像是一扇门，只许可电流单标的目的流动，这样电子就不会回流到电路中。你可以把它想象为一个抽水马桶，若是下水道不是单标的目的的，我们该若何糊口？

这一会儿斥地了电子学的春天，德福雷斯特自嗨道：“我发现了一个看不见的空中帝国！”最早，电子管的成长带动了无线电通信，一多量无线电台野火春风般敏捷呈现在了宿世界各地。然而，这还只是起头！

在美国新泽西州，距爱迪生的发现工场只有几英里远的一个处所，有一座宿世界上最有名（没有之一）的尝试室——贝尔尝试室，那边降生了八个诺贝尔奖得本家儿。

1945 年，二战竣事后，贝尔尝试室里的物理学家肖克利筹算用硅制造一种取代电子管的放大器。在那时，所有的工程师都不得不消电子管，但都无比厌恶电子管，因为电子管的玻璃壳又长又脆，体积复杂，还轻易过热。

肖克利很清晰，半导体是解决问题的关头，只有半导体才能达到工程师所期望的均衡，一方面许可足够的电子经由过程形当作回路，另一方面也不会掉去节制。过后证实，他长短常有远见的，他选择了硅做电子管，可惜几回尝试都掉败了。

两年曩昔了，仍是没有太猛进展，肖克利还有更主要的工作要做，他把新型晶体管项目丢给了两位部属：巴丁和布拉顿。

巴丁和布拉顿是一对好同伴，巴丁的脱手能力较差，而布拉顿是一个极好的工程师，良多时辰，都是巴丁出点子，而布拉顿冲标的目的第一线执行。

接到这个项目，两人很快找到了肖克利的症结地点：硅太脆了，并且难以提纯。于是他们拿出了元素周期表，看看还有什么元素跟硅比力近似，一眼就看到了锗。相对于硅，锗的外层电子能级较高，所以外层电子更轻易进献出来，导电能力更好。很快，1947 年，宿世界上第一只晶体管降生了，用锗做的哦。

这时辰肖克利才从法国出差归来，回归到此项目中，让他看起来像个带领。1956 年，他们三人一路获得了诺贝尔物理学奖，这件工作意义很是，要知道，诺贝尔物理学奖由瑞典皇家科学院负责评选，他们的口胃更倾标的目的于纯粹的科学研究而非手艺开辟。1956 年针对晶体管发现的诺奖，代表着他们对应用科学的承认，事实也证实，他们的目光很厉害，晶体管后来确实改变了宿世界。

巴丁和布拉顿是顶级的研发工程师，可是他俩太腼腆了，据说在诺奖颁奖典礼上，他俩严重到胃部痉挛，在面临瑞典国王时竟然说不出话来。相反，肖克利则是一个为目标不择手段的上司。他将巴丁驱赶到另一个项目，本身则将锗晶体管的当作果据为己有。贝尔尝试室的这个团队就这样走到了头，再也没有什么新的发现。

贝尔尝试室完当作了手艺可行性，而工业化则由“德州仪器”公司完当作。在那时，锗晶体管研制当作功，计较机的处置能力比电子管时代晋升了好几个数目级，收音机等日用电器也用上了锗晶体管。但锗究竟结果太罕见了，昂贵的价钱让所有的工程师都将目光从头标的目的硅看去。锗确实导电性很好，但也会发生不需要的热量，导致晶体管过热停机，更主要的仍是硅的廉价。

1954 年，在美国的一次展会上，一位来自“德州仪器”公司的工程师戈登 * 蒂尔上台变了个戏法。他将一台连在电唱机的锗晶体管扔进一桶热油，电唱机当即禁声了。然后他又拆下锗晶体管，换上本身的硅晶体管，也扔进油桶里，电唱机的音乐依然继续。他的告白大获当作功，就地签下无数订单。

从此，锗被晶体管丢弃了。

1958 年，“德州仪器”公司迎来了一位新员工，他措辞很慢，老是一本正经。他发现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护服汗如雨下，一边看着显微镜，一边发着牢骚，一边将极小的硅元件焊接到一路。有时辰，纤细的电线不小心断失落，前面的工作就白搭了。工程师对此也力所不及，因为计较机硬件成长越来越快，他们老是得将硬件做的更复杂，也就需要更多的晶体管。