核心技术何来?硅谷奠基人之一肖克莱的创新实践

作者: 周程

来源: 知识分子

发布日期: 2018-07-18

肖克莱是硅谷的奠基人之一,他的创新实践对半导体技术的发展产生了深远影响。晶体管被认为是20世纪最重大的发明之一,引发了一场声势浩大的半导体革命。肖克莱领导的半导体研究小组成功研制出固体放大器,以替代电子管,并发明了世界上首个晶体管。

肖克莱(W. B. Shockley,1910-1989)是硅谷的奠基人之一,他的创新实践对半导体技术的发展产生了深远影响。中兴事件之后,举国上下热议中国的战略性新兴产业如何才能不被“掐脖子”。越来越多的人士意识到必须切实提高我国的关键核心技术创新能力。深入剖析发达国家的一些关键核心技术开发取得突破的典型案例,譬如晶体管发明案例,无疑有助于我们加深对科技创新管理应然性的理解。

晶体管被认为是20世纪最重大的发明之一,引发了一场声势浩大的半导体革命。今天,“关键核心技术是要不来、买不来、讨不来的。只有把关键核心技术掌握在自己手中,才能从根本上保障国家经济安全、国防安全和其他安全”已成为社会共识。重新审视20世纪中叶美国贝尔电话实验室启动晶体管研发的过程,并从中汲取有益的经验,对增强我国的关键核心技术的创新能力无疑大有裨益。

肖克莱于1910年2月13日生于英国伦敦,父母都是美国人。1913年4月肖克莱一家迁回美国旧金山。作为独生子,肖克莱童年时接受过良好的启蒙教育。1932年,肖克莱在加州理工学院物理系获得学士学位;此后,转入他父亲的母校麻省理工学院主攻固体物理学,并于1936年获得博士学位;同年6月,肖克莱接受贝尔基础研究部主任凯利的邀请加盟贝尔。

凯利从战时所涉及的军事研究,尤其是从微波研究以及雷达系统的开发中认识到,战后基于微波理论的通讯技术极有可能取得重大突破,而固体物理将在其中扮演一个非常关键性的角色。因此,贝尔有必要迅速恢复因战争而中断的固体物理方面的研究。他认为才思敏捷、精力旺盛的肖克莱是负责这个关键性研究项目的最佳人选。

1945年3月下旬,凯利带着两位协助其制定战后研究计划的助手肖克莱及其同学菲斯克驱车前去拜访贝尔实验室的同事、超短波无线电通讯专家、P-N结光生伏打效应的发现者奥尔。会面时,奥尔出示了一只无线电接收机,该接收机使用点接触晶体检波器作为信号放大器。尽管这种放大器非常粗糙,且性能极不稳定,但奥尔用其制作成无线电接收机,仍是一件了不起的创举。

肖克莱领导的半导体研究小组的主要任务是研制固体放大器,以替代电子管。最初,研究人员想依据肖克莱提出的空间场效应思想,用半导体材料制作一种场效应放大器,但实验受阻。在分析实验受阻的原因时,巴丁提出了表面态问题。表面态问题如果确实存在,不把它的机理弄清,就无法设计、制作肖克莱的场效应放大器。因此,巴丁等人认为展开表面态研究是必要的。

在组长肖克莱的支持下,研究小组开始转向表面态是否存在,以及倘若存在如何调控等问题的研究。

1947年12月23日,肖克莱领导的半导体研究小组使用含有新发明的固体放大器的实验装置为贝尔的主管领导演示了音频放大实验。这是一次没有使用电子管的音频放大实验。实验一如人们所期待的那样获得了成功。后来,研究小组将这种固体放大器命名为“transistor”,中文译作“晶体管”。

肖克莱一生获得了50项以上的专利,并发表了许多论文。除获诺贝尔物理学奖外,他还获得了美国物理学会的巴克莱奖、国家科学院的科姆斯托克奖,机械工程师协会的霍利奖章等。此外,还于41岁时当选美国国家科学院院士,是当时获此殊荣的最年轻的科学家之一。

肖克莱发明结型晶体管引发了半导体革命,揭开了硅时代的序幕。这项关键核心技术的攻克无疑是多种因素共同作用的结果。但从上述考察中可以看出,攻克关键核心技术至少有必要处理好新秀与元老、远期与近期、个人与团体三个方面的关系。

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