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世界上第一种半导体器件——二极管

信息来源:本站 日期:2021-11-24 

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半导体产业是目前世界上发展最快、最具影响力的产业之一,半导体产业的发展不仅带来了世界经济与技术的飞速发展,而且也带来了整个社会的深刻变革,从日常使用的手机到航天飞机,处处都有半导体产品的身影。那么世界上第一种半导体器件——二极管 是什么出现的呢?


不同形状的二极管

1873年,弗雷德里克·格思里(Frederick Guthrie)发现了热离子二极管的基本操作原理。他发现了当白热化的接地金属接近带正电的验电器时,验电器的电会被引走;然而带负电的验电器则不会发生类似情况。这表明了电流只能向一个方向流动。

1880年2月13日,托马斯·爱迪生也发现了这一规律。当时,爱迪生正在研究为什么他的碳丝灯泡的灯丝几乎总是在正极端烧断。他有一个密封了金属板的特殊玻璃外壳灯泡。利用这个装置,他证实,发光的灯丝会有一种无形的电流穿过真空与金属板连接,但只有当板被连接到正电源时才会发生。爱迪生随即发明了一种电路,他的特殊灯泡有效地取代了直流电压表中的电阻。在1884年,爱迪生被授予了此项发明的专利。由于当时这种装置实际上并不能看出实用价值,这项专利更多地是为了防止别人声称最早发现了这一所谓“爱迪生效应”。

20年后,约翰·弗莱明(爱迪生前雇员)发现了这一效应的实用价值,它可以用来制作精确检波器。1904年11月16日,第一个真正的热离子二极管——弗莱明管,由弗莱明在英国申请了专利。

在半导体性能被发现后,半导体二极管成为了世界上第一种半导体器件。现如今的二极管大多是使用硅来生产,锗等其它半导体材料有时也会用到。目前最常见的结构是,一个半导体性能的结芯片通过PN结连接到两个电终端。

1906 年,德佛瑞斯特在二极管的灯丝和板极之间巧妙地加了一个栅板,从而发明了第一只真空三极管。真空管有三个元件,由一个栅极和两个被栅极分开的电极在玻璃密封的空间中构成。密封空间内部为真空,以防止元件烧毁并易于电子的移动。真空三极管不仅反应更为灵敏、能够发出音乐或声音的振动,而且集检波、放大和振荡三种功能于一体。因此,许多人都将三极管的发明看作电子工业真正的诞生起点。真空三极管使得收音机、电视和其他消费类电子产品成为可能。它也是世界上第一台电子计算机的大脑,这台被称为电子数字集成器和计算器(ENIAC)的计算机于1947年在美国宾西法尼亚的摩尔工程学院进行了首次演示。

真空管有一系列的缺点,体积大,连接处易变松导致真空泄漏,易碎,要求相对较多的电能来运行,并且元件老化很快。基于真空管的计算机的主要缺点是由于真空管的烧毁而导致运行时间有限。这些问题成为许多实验室寻找真空管替代品的动力,而晶体管便是他们寻找到的替代品。