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半導(dǎo)體教父肖克利的晶體管人生
（2017-05-30 12:36來源：內(nèi)容來自業(yè)余無線電）
“經(jīng)常有人問我，我計(jì)劃進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)是純粹為了研究還是為了應(yīng)用。對(duì)我來說，搞清楚實(shí)驗(yàn)是否能產(chǎn)生對(duì)自然界新的、持久的認(rèn)識(shí)才是最重要的。如果可能會(huì)得到這樣的知識(shí)，我認(rèn)為，它就是好的基礎(chǔ)研究，這比實(shí)驗(yàn)的動(dòng)機(jī)能否給試驗(yàn)者帶來美感滿足更重要?！?br /> ——威廉?肖克利，1956年12月19日，在斯德哥爾摩諾貝爾獎(jiǎng)?lì)I(lǐng)獎(jiǎng)儀式上的演講。
天資聰穎的肖克利
自從人類發(fā)明了蒸汽機(jī)后，每過半個(gè)世紀(jì)，就會(huì)有一項(xiàng)石破驚天的發(fā)明，蒸汽機(jī)、火車、汽車、電子管、直到半個(gè)世紀(jì)前肖克利發(fā)明的晶體管。此后，以晶體管技術(shù)為基礎(chǔ)的高科技革命，幾乎影響到了人類生活的每一個(gè)方面。
二十世紀(jì)末，《洛杉磯時(shí)報(bào)》（Los Angeles Times）評(píng)選出“五十名本世紀(jì)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域最有影響力人物”。并列第一的是肖克利、羅伯特?諾伊斯（Robert Noyce）和杰克?基爾比（Jack Kilby）。其中，肖克利發(fā)明的晶體管，諾伊斯與基爾比發(fā)明的集成電路（Integrated Circuit），奠定了第三次產(chǎn)業(yè)革命的基礎(chǔ)?，F(xiàn)代汽車工業(yè)奠基人亨利?福特（Henry Ford）、二戰(zhàn)期間的美國(guó)總統(tǒng)羅斯福（ＦＤＲ）、和迪斯尼動(dòng)畫王國(guó)（The Walter Disney Company）的創(chuàng)辦人瓦爾特?迪斯尼（Walter Disney）排名第二至第四位。
上世紀(jì)末，貝爾試驗(yàn)室（Bell Lab）回顧自己在二十世紀(jì)的發(fā)明時(shí)認(rèn)為，貝爾試驗(yàn)室二十世紀(jì)最具影響力的二大發(fā)明是晶體管和計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)ＵＮＩＸ。二十世紀(jì)是近代物理崛起的世紀(jì)，近代物理中對(duì)人們?nèi)粘Ｉ钣绊懽畲蟮木褪前雽?dǎo)體和電腦產(chǎn)業(yè)。比起汽車和飛機(jī)，電腦對(duì)人們?nèi)粘Ｉ畹挠绊懯侨轿坏?、無孔不入的。同時(shí)，半導(dǎo)體和與半導(dǎo)體相關(guān)的產(chǎn)業(yè)也成為了世界上最大的產(chǎn)業(yè)。這些都源于肖克利發(fā)明的晶體管和他的晶體管理論。因此，無論你怎樣高估肖克利對(duì)高科技的貢獻(xiàn)，都不會(huì)過分。
威廉?肖克利于一九一零年二月十三日出生于英國(guó)倫敦，他父母是美國(guó)人。肖克利父親方面的直系祖先是坐五月花號(hào)來北美的第一批清教徒。三歲時(shí)，肖克利一家回到了美國(guó)加州（California）圣克拉拉（Santa Clara）的帕洛?阿托（Palo Alto）。肖克利在離聯(lián)邦電報(bào)公司（Federal Telegraph Company）一條街以外的房子里長(zhǎng)大，惠普（Hewlett Packard Company）的車庫也離的不遠(yuǎn)。肖克利是獨(dú)子，父親是采礦工程師，麻省理工（ＭＩＴ）畢業(yè)生，精通八國(guó)語言。母親是斯坦福大學(xué)（University of Stanford）第一批女畢業(yè)生之一。
小肖克利非常瘦弱，而且特別難帶，淘氣的出格。他的惡作劇讓人無法忍受，他曾在客廳的地毯下裝了一個(gè)開關(guān)，客人踩到時(shí)，會(huì)在其身后發(fā)出恐怖的聲響，令人大吃一驚。他愛好收集各種奇特的寵物，與鄰居家孩子相處的非常緊張，而且脾氣十分暴躁。肖克利的童年是一個(gè)人孤獨(dú)地度過的。
肖克利家的鄰居斯坦福大學(xué)教授羅斯（Perley A Ross）對(duì)童年的肖克利影響很大。羅斯教授有兩個(gè)女兒，肖克利常去羅斯教授家和他的兩個(gè)女兒玩耍。羅斯教授激起了肖克利對(duì)科學(xué)技術(shù)的興趣。但肖克利的性格并沒有因此改變。
經(jīng)過一段時(shí)間的觀察，肖克利的父母發(fā)現(xiàn)肖克利是個(gè)極特別、極倔強(qiáng)的孩子，他們知道加州的公立學(xué)校不適應(yīng)他的性格。他們決定在家里自己教他，不久他們就放棄了。最后肖克利被送進(jìn)了帕洛?阿托軍校（Palo Alto Military Academy）讀書。在那里，肖克利接觸到了高科技產(chǎn)品——收音機(jī)和形形色色的新發(fā)明。一九二五年，肖克利父親去世后，他們一家搬到了洛杉磯（Los Angeles） ，肖克利就讀于好萊塢高中（Hollywood High School） 。肖克利的傲慢態(tài)在少年時(shí)就顯露無遺，他對(duì)當(dāng)代的工業(yè)進(jìn)步也非常著迷。一九二八年，在一篇高中期末論文里，他這樣寫到：“我們處在一個(gè)機(jī)械化時(shí)代。我們能飛速旅行，能用最有效的方式打擊敵人，這一切全仰仗機(jī)械發(fā)明。”
關(guān)于肖克利的ＩＱ，有一個(gè)有名的傳說：小時(shí)候，肖克利媽媽帶他去斯坦福找發(fā)明ＩＱ測(cè)試法的老特曼（Lewis Terman）教授給他測(cè)智商。結(jié)果是１２９分，高于平均值１００分，是個(gè)聰明人，但沒到１３５分的天才標(biāo)準(zhǔn)，這讓媽媽大失所望。但她不死心，第二年又測(cè)了一次，這次是１２５分，肖克利媽媽只好認(rèn)命了。有趣的是，肖克利媽媽自己也測(cè)一下，結(jié)果是１６１分?？礃幼樱桑咽菬o法遺傳的。肖克利后來的成就也說明了，一個(gè)人的成功與否，ＩＱ固然重要，但天時(shí)、地利、人和更重要。
在MIT求學(xué)時(shí)享譽(yù)校園
肖克利最初讀的是加州大學(xué)洛杉磯分校（University of California at Los Angeles）物理系，一年后他轉(zhuǎn)去加州理工學(xué)院（California of Technology）物理系，當(dāng)年加州理工的教授都是名師。大學(xué)生肖克利有著運(yùn)動(dòng)明星的身材，一米九三的身高，一身勻稱的肌肉，名副其實(shí)的一表人才。當(dāng)?shù)匾患医∩砥鞑墓?，找到了肖克利做模特，專門拍了一輯廣告冊(cè)。為了保持體形，肖克利一生都沒中斷過健身及游泳。肖克利還是一位攀巖高手，紐約有一條以肖克利命名的攀巖路徑，叫“肖克利天棚”（Shockley Ceiling）。肖克利曾攀登過阿爾卑斯山脈的主要山峰。晚年，肖克利又開始了航海。直到一九六一年七月二十三日的一起嚴(yán)重交通事故，才使肖克利放棄了體育運(yùn)動(dòng)。
在洛杉磯的這些年，肖克利接受了好萊塢的文化，這使得他非常喜歡出風(fēng)頭。在貝爾試驗(yàn)室工作時(shí)，他曾在公司餐廳里徒手爬上了最高的一面石墻，以此來引人注意。肖克利解釋科學(xué)理論的能力很高，有一次，他這樣解釋放大作用：“如果你在騾子的尾巴上綁上一把點(diǎn)燃了的干草，然后比較騾子狂奔時(shí)的能量和點(diǎn)火所需的能量，你就能理解什么是放大作用了?！毙た死麖奈囱陲椷^要用自己的才能來獲得財(cái)富，并成為百萬富翁的想法。
一九三二年，肖克利大學(xué)畢業(yè)。和他父親一樣，肖克利來到了麻省理工物理系讀博士。到ＭＩＴ不久，肖克利就以聰明在ＭＩＴ物理系出名。不可思議的是，從讀大學(xué)起，肖克利總是帶著手槍到學(xué)校注冊(cè)，這可能是帕洛?阿托軍校的影響。后來在貝爾實(shí)驗(yàn)室工作時(shí)，肖克利常帶槍出門，一次在新澤西（New Jersey）的高速公路上，他被警察因非法持槍帶到了警察局，是貝爾實(shí)驗(yàn)室出面把他保了出來。
在ＭＩＴ的第一年，肖克利與比他大兩歲的大學(xué)同學(xué)貝莉（Jean Alberta Bailey）成婚，不久他們有了一個(gè)女兒。成家后的肖克利靠獎(jiǎng)學(xué)金和母親的資助養(yǎng)家，同時(shí)也用功讀書。肖克利的博士導(dǎo)師是曾在普林斯頓大學(xué)（University of Princeton ）任教的菲利浦?莫爾斯（Philip Morse）。莫爾斯熱愛生活，鐘情于文學(xué)、音樂、美酒和女人，物理是謀生手段。莫爾斯是一名出色的物理教授，他的兩個(gè)學(xué)生——肖克利和理查德?費(fèi)曼（Richard Feynman），都獲得了諾貝爾物理獎(jiǎng)。
在莫爾斯的指導(dǎo)下，一九三六年肖克利取得了博士學(xué)位，他的博士論文題目是“氯化鈉晶體中電子波函數(shù)的計(jì)算”。肖克利原打算去耶魯大學(xué)（Yale University ）任教，出發(fā)前，莫爾斯推薦他去貝爾實(shí)驗(yàn)室。貝爾實(shí)驗(yàn)室是美國(guó)電報(bào)電話公司（ＡＴ＆Ｔ）的研發(fā)機(jī)構(gòu)，一個(gè)企業(yè)實(shí)驗(yàn)室，有史以來最有名的企業(yè)實(shí)驗(yàn)室。
從貝爾實(shí)驗(yàn)室開始職業(yè)生涯
一八七七年，電話發(fā)明人亞歷山大?貝爾（Alexander Bell）創(chuàng)建了貝爾電話公司（Bell Telephone Company），貝爾公司很快就占領(lǐng)了電話通訊市場(chǎng)。一八九五年，貝爾公司整合了它在美國(guó)的長(zhǎng)途電話業(yè)務(wù)，另建了一家獨(dú)立公司——ＡＴ＆Ｔ。從此，ＡＴ＆Ｔ壟斷了美國(guó)的電話業(yè)務(wù)，進(jìn)而壟斷了世界通訊行業(yè)。一九二五年，ＡＴ＆Ｔ總裁瓦爾特?基福特（Walter Gifford）為確保企業(yè)未來的發(fā)展，收購了西方電子公司（Western Electronic Company）的研發(fā)部，成立了“貝爾實(shí)驗(yàn)室”，投入大量資金，使其成為世界上最優(yōu)秀的企業(yè)研究機(jī)構(gòu)。貝爾實(shí)驗(yàn)室集基礎(chǔ)研究和應(yīng)用開發(fā)于一身。其基礎(chǔ)研究注重于電子技術(shù)的基礎(chǔ)理論：數(shù)學(xué)、物理、材料科學(xué)、和計(jì)算機(jī)軟硬件理論。開發(fā)部門負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)ＡＴ＆Ｔ電信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備和軟件。在ＡＴ＆Ｔ的支持下，貝爾實(shí)驗(yàn)室將美國(guó)的精英一網(wǎng)打盡。其中十一人因其在貝爾實(shí)驗(yàn)室的工作，獲諾貝爾獎(jiǎng)，包括華人科學(xué)家朱棣文和崔琦。朱棣文因發(fā)明“激光冷卻和俘獲原子的方法”獲一九九七年諾貝爾物理獎(jiǎng)。崔琦因?qū)α孔游锢淼慕艹鲐暙I(xiàn)，獲一九九八年諾貝爾物理獎(jiǎng)。
貝爾實(shí)驗(yàn)室對(duì)高科技的貢獻(xiàn)無論怎樣高估都不會(huì)過分。一九七零年代中期，貝爾實(shí)驗(yàn)室每年發(fā)表二千三百篇論文，七百多個(gè)專利，是世界上最大的工業(yè)研究機(jī)構(gòu)。射電天文學(xué)、晶體管、激光、太陽能、場(chǎng)效應(yīng)管、ＣＣＤ、移動(dòng)通訊、ＵＮＩＸ操作系統(tǒng)、Ｃ和Ｃ＋＋語言等理論與技術(shù)，均出自貝爾實(shí)驗(yàn)室。貝爾實(shí)驗(yàn)室的成果，絕大多數(shù)國(guó)家都趕不上。二零零八年，隨著人才大量流失，及母公司的虧損，貝爾實(shí)驗(yàn)室宣布退出基礎(chǔ)科學(xué)及芯片研究領(lǐng)域。如今的貝爾實(shí)驗(yàn)室已很少有人提起了。
一九三六年，肖克利加入貝爾實(shí)驗(yàn)室的時(shí)候，貝爾實(shí)驗(yàn)室人才濟(jì)濟(jì)、成果輩出。二十六歲的肖克利在克林頓?戴維森（Clinton Davisson）的研究小組工作。戴維森因發(fā)現(xiàn)電子衍射現(xiàn)象，獲一九三七年諾貝爾物理獎(jiǎng)，他是能讓肖克利為之折服的人。在戴維森的指導(dǎo)下，肖克利發(fā)表了多篇固體物理學(xué)論文，并于一九三八年獲得了第一個(gè)專利：“電子倍增放大電器”。一九三九年，肖克利構(gòu)思了一個(gè)把導(dǎo)線埋入氧化銅的場(chǎng)效應(yīng)管，盡管這一器件從未被制造出來，但這是一九六零年代后在集成電路中廣泛使用的場(chǎng)效應(yīng)器件的雛形。
肖克利還碰巧設(shè)計(jì)出了世界上第一個(gè)核反應(yīng)堆。一九三九年，全世界的物理學(xué)家的注意力都在核裂變上。貝爾實(shí)驗(yàn)室指定肖克利和詹姆斯?費(fèi)斯克（James Fisk）對(duì)核裂變作為新能源的可行性做一調(diào)研。貝爾實(shí)驗(yàn)室給了兩人一間小屋子。一天，肖克利在淋浴時(shí)，突然想到：“如果把兩塊鈾分開，中子就會(huì)慢下來，也就是說不會(huì)被俘獲，這樣的話就能用其來轟擊鈾２３５?！眱蓚€(gè)月后，兩人制作出了世界上第一個(gè)核反應(yīng)堆。這件事立刻被報(bào)到了華盛頓。美國(guó)政府嚴(yán)密封鎖了這一成果，連美國(guó)科學(xué)家都不讓知道。美國(guó)政府用一切可能阻止了肖克利和費(fèi)克斯申請(qǐng)專利。直到二戰(zhàn)結(jié)束后，曼哈頓計(jì)劃（Manhattan Project）的科學(xué)家們才知道此事，而他們是用同一想法發(fā)明了肖克利和費(fèi)克斯的核反應(yīng)堆。
二戰(zhàn)時(shí)的部隊(duì)經(jīng)歷
二戰(zhàn)爆發(fā)后，肖克利來到了部隊(duì)研究部門工作。他先擔(dān)任哥侖比亞大學(xué)（Columbia University）的反潛艇研究組（Antisubmarine Warfare Operations Research Group ）主任，任務(wù)是研制深水潛艇炸彈。肖克利的研究小組解決了深水潛艇炸彈問題，使美國(guó)海軍對(duì)德國(guó)Ｕ型潛艇的擊沉率上升了五倍。肖克利的研究小組還研究出了一種新的潛艇搜索方法，提高了美國(guó)海軍對(duì)德國(guó)潛艇的擊沉率。一九四四年后他主持了一個(gè)空軍新型雷達(dá)投彈瞄準(zhǔn)器的訓(xùn)練計(jì)劃，以訓(xùn)練Ｂ－２９轟炸機(jī)飛行員為主。為了檢驗(yàn)實(shí)戰(zhàn)效果，他有三個(gè)月在世界各地的空軍基地檢驗(yàn)實(shí)戰(zhàn)效果。正因?yàn)樾た死难芯?，Ｂ－２９才能成為向日本本土?shí)施地毯式轟炸的主力，在廣島和長(zhǎng)崎扔下兩顆原子彈的也是Ｂ－２９。
太平洋戰(zhàn)爭(zhēng)未期，美國(guó)曾準(zhǔn)備對(duì)日本本土展開大規(guī)模的兩棲登陸作戰(zhàn)，代號(hào)“沒落行動(dòng)”（Operation Downfall），想以此迫降日本。為最大限度避免傷亡，美國(guó)軍方和情報(bào)部門在行動(dòng)前對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了全面評(píng)估。美國(guó)戰(zhàn)爭(zhēng)部長(zhǎng)委托肖克利作一份傷亡評(píng)估報(bào)告。經(jīng)分析，肖克利認(rèn)為登陸作戰(zhàn)會(huì)造成日本五百到一千萬軍民的傷亡。日本會(huì)是全民參戰(zhàn)，美軍傷亡會(huì)在一百七十到四百萬人，其中死亡人數(shù)會(huì)達(dá)到四十到八十萬。評(píng)估報(bào)告影響了高層的決策，“沒落行動(dòng)”未能付諸實(shí)施，美國(guó)以向日本投擲兩顆原子彈結(jié)束了戰(zhàn)事。肖克利是拉斯拉莫斯實(shí)驗(yàn)室之外的最高級(jí)別的平民參戰(zhàn)人員，二戰(zhàn)期間，他是少數(shù)幾個(gè)能接觸到最高軍事機(jī)密的人。為表彰肖克利在二戰(zhàn)期間的貢獻(xiàn)，一九四六年，戰(zhàn)爭(zhēng)部長(zhǎng)羅伯特?帕特森（Robert P Patterson）授予了肖克利“優(yōu)秀勛章”（National Medal of Merit）。布什（Vannevar Bush）與特曼（Frederick Terman）也曾獲得這一殊榮。
重回貝爾實(shí)驗(yàn)室
二戰(zhàn)后，肖克利回到貝爾實(shí)驗(yàn)室。貝爾實(shí)驗(yàn)室成立了一個(gè)固體物理研究小組，他們要制造一種能替代電子管的半導(dǎo)體器件。肖克利任組長(zhǎng)，化學(xué)家史丹利?摩根（Stanley Morgan）任副組長(zhǎng)，成員有物理、化學(xué)、電子方面的專家。其中包括約翰?巴?。↗ohn Bardeen）、瓦爾特?布萊頓（Walter Brattain）、希爾伯特?摩爾（Hilbert Moore）。
半導(dǎo)體是一類摻了雜質(zhì)的晶體材料。這類摻雜后的晶體材料，會(huì)有整流作用，就是說這類材料只能讓電子或空穴一種電流通過，而不像導(dǎo)體，無論是電子電流還是空穴電流都能通過。因?yàn)榘雽?dǎo)體是在晶體里摻雜，而晶體具有良好的導(dǎo)熱性、并且很穩(wěn)定，因此晶體管取代電子管是必然趨勢(shì)。但是，只有整流二極管沒有放大器，晶體管仍無法和電子管競(jìng)爭(zhēng)。貝爾實(shí)驗(yàn)室的肖克利研究小組，就是要用鍺和硅來制造這一放大器件。
巴丁是固體物理專家，理論造詣很高。一九二八年，巴丁從威斯康辛大學(xué)（University of Wisconsin-Madison）電機(jī)系畢業(yè)，然后在海灣石油公司（Gulf Research Lab）做了三年工程師，一九三三年進(jìn)入普林斯頓大學(xué)物理系深造，一九三六年獲物理系博士學(xué)位。巴丁曾任哈佛大學(xué)（Harvard University）研究員。二戰(zhàn)期間，巴丁在華盛頓海軍軍械實(shí)驗(yàn)室服役，一九四五年加入貝爾實(shí)驗(yàn)室。巴丁是唯一的兩次諾貝爾物理獎(jiǎng)得主。他在普林斯頓大學(xué)的導(dǎo)師維格納（Eugene Wigner）是一九六三年諾貝爾物理獎(jiǎng)得主。
布萊頓是小組里的實(shí)驗(yàn)大師。布萊頓一九零二年出生于中國(guó)廈門，一九二九年于明尼蘇達(dá)大學(xué)（University of Minnesota）取得物理學(xué)博士學(xué)位后，加入貝爾實(shí)驗(yàn)室。布萊頓是一位高超的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家。布萊頓在貝爾實(shí)驗(yàn)室一直工作到六十五歲退休。退休后，他回到華盛頓州老家，在母?；萏芈鼘W(xué)院（Whitman College）教了五年書，才真正退休。
此前，貝爾實(shí)驗(yàn)室就對(duì)半導(dǎo)體材料進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)摻雜的半導(dǎo)體整流性能比電子管好。因此小組把注意力放在了鍺和硅這兩種半導(dǎo)體材料上。在肖克利的領(lǐng)導(dǎo)下，他們嘗試、失敗、再嘗試、再失敗。一九四七年十二月十五日，這次巴丁的表面效應(yīng)理論與布萊頓精湛的實(shí)驗(yàn)結(jié)出了碩果。他們用刀片在三角形金箔上劃出了兩道極細(xì)的縫隙，然后兩邊分別接上導(dǎo)線，用彈簧將其壓進(jìn)鍺塊表面。這是一個(gè)由鍺、電池、金線、彈簧、紙板、組成的小裝置。連好線后，當(dāng)鍺塊上的兩個(gè)接觸點(diǎn)越來越近時(shí)，他們觀察到了電壓放大作用。
一九四七年十二月十六日，布萊頓在實(shí)驗(yàn)筆記上這樣寫到：“在鍺表面上用點(diǎn)接觸方法加上兩個(gè)電極，間隔四百微米。此時(shí)１。３伏的直流電壓，被放大了十五倍。”布萊頓拿出筆記本，記下了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，肖克利作為研究小組的領(lǐng)導(dǎo)與見證人，在筆記本上簽了名。改變歷史的晶體管就這樣誕生了。
一九四七年十二月二十三日下午，布萊頓和摩爾來到實(shí)驗(yàn)室。圣誕將至，同事們都準(zhǔn)備放假了。但是，他們還是興致勃勃地來看兩人的半導(dǎo)體放大實(shí)驗(yàn)。這次，布萊頓和摩爾在裝置的一端連一個(gè)麥克風(fēng)，另一端接一副耳機(jī)。摩爾與布萊頓用麥克風(fēng)講話，其他人用耳機(jī)收聽，他們聽到了被放大了上十八倍的聲音。這一天被認(rèn)為是晶體三極管的誕生日。這是人類史上第一次不需要用真空管就能將聲音放大的裝置，晶體管的發(fā)明印證了阿瑟?洛克的名言：“任何重大的科技進(jìn)步，都和奇跡聯(lián)系在一起。”
晶體管要到幾個(gè)月后才被正式命名，晶體管transistor由兩個(gè)詞傳（transfer）和電阻（resistor）合成的。幾年后，人們發(fā)現(xiàn)，硅比鍺更適合于生產(chǎn)晶體管。于是，硅就替代了鍺，北加州也因此被稱為“硅谷”（Silicon Valley）而不是“鍺谷”。
在發(fā)明晶體三極管的過程中，貝爾實(shí)驗(yàn)室一共有十二個(gè)人被直接提到。
貝爾實(shí)驗(yàn)室著手為這項(xiàng)劃時(shí)代的發(fā)明申請(qǐng)專利時(shí)，發(fā)現(xiàn)晶體管誕生的那一刻肖克利并不在場(chǎng)；專利代理律師發(fā)現(xiàn)，肖克利關(guān)于晶體管的場(chǎng)效應(yīng)理論，與此前一項(xiàng)已生效的結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管專利沖突，盡管那項(xiàng)專利無法做成產(chǎn)品。因此在申請(qǐng)專利時(shí)，肖克利不是發(fā)明人。這下肖克利火了，晶體管的誕生基于肖克利的場(chǎng)效應(yīng)（Field Effect）理論，整個(gè)研究過程肖克利也直接參與了，但發(fā)明專利上沒有他的名字。
天才肖克利對(duì)晶體管的改進(jìn)
肖克利是天資聰明、勤奮工作的天才。肖克利知道點(diǎn)接觸晶體三極管（Point contact transistor），效率不高，而利用擴(kuò)散技術(shù)能做出更好的晶體三極管。一個(gè)月的獨(dú)自秘密鉆研后，肖克利提出了更為先進(jìn)可行的結(jié)型晶體三極管（Junction transistor）構(gòu)想，那是一九四八年一月二十三日。一九五零年，肖克利的研究小組制成了第一只結(jié)型晶體三極管，結(jié)型晶體三極管使后來的晶體三極管和集成電路的大規(guī)模生產(chǎn)成為可能一九五零年十一月，肖克利發(fā)表了一本論述半導(dǎo)體器件原理的經(jīng)典著作《半導(dǎo)體中的電子和空穴》，從理論上詳細(xì)闡述了結(jié)型晶體管原理。肖克利以自己的努力，向世界證明了他是真正的晶體管之父，同時(shí)也證明了他的科研天賦。肖克利懂得如何找到問題的根源，他能通過一種精練的文字及口頭表述，把科研工作帶到一個(gè)新的、正確的方向。
肖克利是貝爾實(shí)驗(yàn)室最了解這個(gè)發(fā)明的未來發(fā)展空間的人，他對(duì)晶體管在電子工業(yè)的應(yīng)用比貝爾實(shí)驗(yàn)室知道的多得多。肖克利很少在演說中提到晶體管的研制過程，還常常表示自己不是晶體管發(fā)明人，無法作出很好的說明。但肖克利是當(dāng)時(shí)對(duì)晶體管發(fā)展空間看得最清楚的人。一九四九年，他在通用電氣（General Electrical）的科學(xué)論壇廣播節(jié)目中說：“我認(rèn)為晶體管可以應(yīng)用到電腦上，它將是這些裝置的理想的基本元器件?！?br />
第一個(gè)晶體管的專利是結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管，是由美國(guó)人Julius Edgar Lilienfeld于一九二五年獲得的專利。一九四八年二月二十六日，巴丁和布萊頓為他們發(fā)明的晶體三極管申請(qǐng)了專利；同一天，肖克利也向美國(guó)專利局遞交了結(jié)型三極管的專利。
肖克利時(shí)代的電腦，體積巨大。賓夕法尼亞大學(xué)在一九四六年組裝的ENIAC（Electronic Numerical Integrator and Computer），是第一臺(tái)能從事較大運(yùn)算量的電腦。該電腦主要應(yīng)用在軍事和政府事務(wù)上，一些大公司也會(huì)用到它。這是一臺(tái)三十頓重的怪物，運(yùn)算時(shí)消耗十五萬瓦的電，一萬八千只真空管，完全由電線連接。真空管發(fā)出的光和熱是一個(gè)嚴(yán)重的問題，飛蛾和小昆蟲經(jīng)常會(huì)進(jìn)入電腦內(nèi)部造成短路，它們被稱為computer bug，而除蟲維修，則稱為debug一九四九年，有雜志這樣預(yù)言電腦的未來：“未來的電腦可能只需一千只真空管，半噸重?！边@個(gè)預(yù)測(cè)完全不了解了晶體管和它的潛力。
三極管主要有兩大功能：放大與開關(guān)。晶體三極管因其材料是晶體因此在實(shí)現(xiàn)大功率放大時(shí)，不需預(yù)熱，產(chǎn)生的熱量也很小。實(shí)現(xiàn)同樣的功能，晶體管消耗的功率是電子管的百萬分之一。作為開關(guān)，晶體管比電子管更快、更小，為電腦的微型化奠定了基礎(chǔ)。晶體管的發(fā)明將引發(fā)電訊和電腦等各個(gè)方面的革命。
晶體管利用電子在晶體內(nèi)的流動(dòng)性，來控制、放大并交換信號(hào)。以晶體管制造的設(shè)備體積小，可靠性增加了。家用電器、電腦、電話交換設(shè)備、火箭和衛(wèi)星因?yàn)榫w管的應(yīng)用有了新突破。晶體管原意為傳輸電阻器件，是當(dāng)時(shí)貝爾實(shí)驗(yàn)室的一位工程師取的名字，因?yàn)檎婵展艿囊姿?、易熱、短命，該工程師說過“大自然憎恨真空管”。晶體三極管的工作原理很簡(jiǎn)單，只要在三極中的發(fā)射極上加上直流電壓，再在基極上注入要被放大的電流信號(hào)，集電極就會(huì)產(chǎn)生被線性放大了的信號(hào)?，F(xiàn)代最快最好的晶體管的放大倍數(shù)能達(dá)到幾百到一千。
兩年來，肖克利在進(jìn)行晶體管研究的同時(shí)，不斷打壓排擠巴丁和布萊頓。最終，布萊頓去了其它研究組。巴丁離開了貝爾實(shí)驗(yàn)室，去伊利諾伊大學(xué)物理系當(dāng)教授了。他的首個(gè)博士生霍洛尼亞克（Holonyak）明了ＬＥＤ。巴丁與庫珀（Leon N Cooper）、施里弗（John R Schrieffer）共創(chuàng)了ＢＣＳ理論，對(duì)超導(dǎo)做出了解釋，再次獲得了諾貝爾物理獎(jiǎng)。
巴丁與布萊頓離開后，肖克利的研究停滯了。他給自己放了一個(gè)長(zhǎng)假，回母校加州理工執(zhí)教一年，又去了五角大樓的武器評(píng)估小組任職一年。期間與身患子宮癌的妻子離了婚。
這幾年里，很多公司批量生產(chǎn)晶體管了，使用晶體管的小型電器，如助聽器、收音機(jī)等也問世了。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一九五四到一九五六年間，美國(guó)市場(chǎng)上共銷售了一千七百萬只鍺晶體管和一千一百萬只硅晶體管，總價(jià)值為五千五百萬美元。通用電氣、ＲＣＡ、德州儀器（Texas Instruments ）、ＡＴ＆Ｔ、和雷神（Raytheon）都是晶體管的大用戶。因成本及生產(chǎn)工藝的原因，晶體管尚未得到廣泛應(yīng)用，同期電子管銷售了十三億，市場(chǎng)份額超過十億美元。
一九五四年圣誕節(jié)，晶體管收音機(jī)問世。晶體管收音機(jī)體積小，用電池就行了。這臺(tái)收音機(jī)售價(jià)為＄４９．９５美元。第一年，這臺(tái)收音機(jī)就買了十萬多臺(tái)。不久，一家叫Tokyo Tsushin Kogyo的公司，用晶體管技術(shù)稱霸了電視機(jī)和收音機(jī)市場(chǎng)，它就是索尼公司的前身。這一切僅僅是開始。晶體管最后成為數(shù)碼時(shí)代的技術(shù)基礎(chǔ)，它是構(gòu)成所有電子產(chǎn)品的細(xì)胞，現(xiàn)代最復(fù)雜的計(jì)算機(jī)芯片上有上億個(gè)晶體管。晶體管的發(fā)明促成了蘋果電腦、英特爾、微軟、谷歌的誕生。沒有晶體管就沒有今天的高科技，也不會(huì)有硅谷。
電子管之父佛瑞斯特（Lee de Forest）是在晶體管展示會(huì)上見到它的，佛瑞斯特充分了解，自己發(fā)明的真空三極管在經(jīng)過四十二年的輝煌歲月后，將正式退出歷史舞臺(tái)了。
一九五零年代中期，高純硅的工業(yè)提煉技術(shù)已成熟，肖克利很清楚，電子管很快會(huì)被淘汰，未來屬于晶體管。肖克利決心離開貝爾實(shí)驗(yàn)室，回加州創(chuàng)業(yè)。一九五五年，肖克利給將成為他第二任妻子的女友的信中這樣寫道：“很明顯，我比其他人更聰明、更熱心工作，也比大部分人了解人類。”這三件事中，他只說對(duì)了兩件。合金磁芯，坡莫合金等。
“經(jīng)常有人問我，我計(jì)劃進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)是純粹為了研究還是為了應(yīng)用。對(duì)我來說，搞清楚實(shí)驗(yàn)是否能產(chǎn)生對(duì)自然界新的、持久的認(rèn)識(shí)才是最重要的。如果可能會(huì)得到這樣的知識(shí)，我認(rèn)為，它就是好的基礎(chǔ)研究，這比實(shí)驗(yàn)的動(dòng)機(jī)能否給試驗(yàn)者帶來美感滿足更重要?！?br /> ——威廉?肖克利，1956年12月19日，在斯德哥爾摩諾貝爾獎(jiǎng)?lì)I(lǐng)獎(jiǎng)儀式上的演講。
天資聰穎的肖克利
自從人類發(fā)明了蒸汽機(jī)后，每過半個(gè)世紀(jì)，就會(huì)有一項(xiàng)石破驚天的發(fā)明，蒸汽機(jī)、火車、汽車、電子管、直到半個(gè)世紀(jì)前肖克利發(fā)明的晶體管。此后，以晶體管技術(shù)為基礎(chǔ)的高科技革命，幾乎影響到了人類生活的每一個(gè)方面。
二十世紀(jì)末，《洛杉磯時(shí)報(bào)》（Los Angeles Times）評(píng)選出“五十名本世紀(jì)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域最有影響力人物”。并列第一的是肖克利、羅伯特?諾伊斯（Robert Noyce）和杰克?基爾比（Jack Kilby）。其中，肖克利發(fā)明的晶體管，諾伊斯與基爾比發(fā)明的集成電路（Integrated Circuit），奠定了第三次產(chǎn)業(yè)革命的基礎(chǔ)?，F(xiàn)代汽車工業(yè)奠基人亨利?福特（Henry Ford）、二戰(zhàn)期間的美國(guó)總統(tǒng)羅斯福（ＦＤＲ）、和迪斯尼動(dòng)畫王國(guó)（The Walter Disney Company）的創(chuàng)辦人瓦爾特?迪斯尼（Walter Disney）排名第二至第四位。
上世紀(jì)末，貝爾試驗(yàn)室（Bell Lab）回顧自己在二十世紀(jì)的發(fā)明時(shí)認(rèn)為，貝爾試驗(yàn)室二十世紀(jì)最具影響力的二大發(fā)明是晶體管和計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)ＵＮＩＸ。二十世紀(jì)是近代物理崛起的世紀(jì)，近代物理中對(duì)人們?nèi)粘Ｉ钣绊懽畲蟮木褪前雽?dǎo)體和電腦產(chǎn)業(yè)。比起汽車和飛機(jī)，電腦對(duì)人們?nèi)粘Ｉ畹挠绊懯侨轿坏?、無孔不入的。同時(shí)，半導(dǎo)體和與半導(dǎo)體相關(guān)的產(chǎn)業(yè)也成為了世界上最大的產(chǎn)業(yè)。這些都源于肖克利發(fā)明的晶體管和他的晶體管理論。因此，無論你怎樣高估肖克利對(duì)高科技的貢獻(xiàn)，都不會(huì)過分。
威廉?肖克利于一九一零年二月十三日出生于英國(guó)倫敦，他父母是美國(guó)人。肖克利父親方面的直系祖先是坐五月花號(hào)來北美的第一批清教徒。三歲時(shí)，肖克利一家回到了美國(guó)加州（California）圣克拉拉（Santa Clara）的帕洛?阿托（Palo Alto）。肖克利在離聯(lián)邦電報(bào)公司（Federal Telegraph Company）一條街以外的房子里長(zhǎng)大，惠普（Hewlett Packard Company）的車庫也離的不遠(yuǎn)。肖克利是獨(dú)子，父親是采礦工程師，麻省理工（ＭＩＴ）畢業(yè)生，精通八國(guó)語言。母親是斯坦福大學(xué)（University of Stanford）第一批女畢業(yè)生之一。
小肖克利非常瘦弱，而且特別難帶，淘氣的出格。他的惡作劇讓人無法忍受，他曾在客廳的地毯下裝了一個(gè)開關(guān)，客人踩到時(shí)，會(huì)在其身后發(fā)出恐怖的聲響，令人大吃一驚。他愛好收集各種奇特的寵物，與鄰居家孩子相處的非常緊張，而且脾氣十分暴躁。肖克利的童年是一個(gè)人孤獨(dú)地度過的。
肖克利家的鄰居斯坦福大學(xué)教授羅斯（Perley A Ross）對(duì)童年的肖克利影響很大。羅斯教授有兩個(gè)女兒，肖克利常去羅斯教授家和他的兩個(gè)女兒玩耍。羅斯教授激起了肖克利對(duì)科學(xué)技術(shù)的興趣。但肖克利的性格并沒有因此改變。
經(jīng)過一段時(shí)間的觀察，肖克利的父母發(fā)現(xiàn)肖克利是個(gè)極特別、極倔強(qiáng)的孩子，他們知道加州的公立學(xué)校不適應(yīng)他的性格。他們決定在家里自己教他，不久他們就放棄了。最后肖克利被送進(jìn)了帕洛?阿托軍校（Palo Alto Military Academy）讀書。在那里，肖克利接觸到了高科技產(chǎn)品——收音機(jī)和形形色色的新發(fā)明。一九二五年，肖克利父親去世后，他們一家搬到了洛杉磯（Los Angeles） ，肖克利就讀于好萊塢高中（Hollywood High School） 。肖克利的傲慢態(tài)在少年時(shí)就顯露無遺，他對(duì)當(dāng)代的工業(yè)進(jìn)步也非常著迷。一九二八年，在一篇高中期末論文里，他這樣寫到：“我們處在一個(gè)機(jī)械化時(shí)代。我們能飛速旅行，能用最有效的方式打擊敵人，這一切全仰仗機(jī)械發(fā)明。”
關(guān)于肖克利的ＩＱ，有一個(gè)有名的傳說：小時(shí)候，肖克利媽媽帶他去斯坦福找發(fā)明ＩＱ測(cè)試法的老特曼（Lewis Terman）教授給他測(cè)智商。結(jié)果是１２９分，高于平均值１００分，是個(gè)聰明人，但沒到１３５分的天才標(biāo)準(zhǔn)，這讓媽媽大失所望。但她不死心，第二年又測(cè)了一次，這次是１２５分，肖克利媽媽只好認(rèn)命了。有趣的是，肖克利媽媽自己也測(cè)一下，結(jié)果是１６１分?？礃幼樱桑咽菬o法遺傳的。肖克利后來的成就也說明了，一個(gè)人的成功與否，ＩＱ固然重要，但天時(shí)、地利、人和更重要。
在MIT求學(xué)時(shí)享譽(yù)校園
肖克利最初讀的是加州大學(xué)洛杉磯分校（University of California at Los Angeles）物理系，一年后他轉(zhuǎn)去加州理工學(xué)院（California of Technology）物理系，當(dāng)年加州理工的教授都是名師。大學(xué)生肖克利有著運(yùn)動(dòng)明星的身材，一米九三的身高，一身勻稱的肌肉，名副其實(shí)的一表人才。當(dāng)?shù)匾患医∩砥鞑墓?，找到了肖克利做模特，專門拍了一輯廣告冊(cè)。為了保持體形，肖克利一生都沒中斷過健身及游泳。肖克利還是一位攀巖高手，紐約有一條以肖克利命名的攀巖路徑，叫“肖克利天棚”（Shockley Ceiling）。肖克利曾攀登過阿爾卑斯山脈的主要山峰。晚年，肖克利又開始了航海。直到一九六一年七月二十三日的一起嚴(yán)重交通事故，才使肖克利放棄了體育運(yùn)動(dòng)。
在洛杉磯的這些年，肖克利接受了好萊塢的文化，這使得他非常喜歡出風(fēng)頭。在貝爾試驗(yàn)室工作時(shí)，他曾在公司餐廳里徒手爬上了最高的一面石墻，以此來引人注意。肖克利解釋科學(xué)理論的能力很高，有一次，他這樣解釋放大作用：“如果你在騾子的尾巴上綁上一把點(diǎn)燃了的干草，然后比較騾子狂奔時(shí)的能量和點(diǎn)火所需的能量，你就能理解什么是放大作用了?！毙た死麖奈囱陲椷^要用自己的才能來獲得財(cái)富，并成為百萬富翁的想法。
一九三二年，肖克利大學(xué)畢業(yè)。和他父親一樣，肖克利來到了麻省理工物理系讀博士。到ＭＩＴ不久，肖克利就以聰明在ＭＩＴ物理系出名。不可思議的是，從讀大學(xué)起，肖克利總是帶著手槍到學(xué)校注冊(cè)，這可能是帕洛?阿托軍校的影響。后來在貝爾實(shí)驗(yàn)室工作時(shí)，肖克利常帶槍出門，一次在新澤西（New Jersey）的高速公路上，他被警察因非法持槍帶到了警察局，是貝爾實(shí)驗(yàn)室出面把他保了出來。
在ＭＩＴ的第一年，肖克利與比他大兩歲的大學(xué)同學(xué)貝莉（Jean Alberta Bailey）成婚，不久他們有了一個(gè)女兒。成家后的肖克利靠獎(jiǎng)學(xué)金和母親的資助養(yǎng)家，同時(shí)也用功讀書。肖克利的博士導(dǎo)師是曾在普林斯頓大學(xué)（University of Princeton ）任教的菲利浦?莫爾斯（Philip Morse）。莫爾斯熱愛生活，鐘情于文學(xué)、音樂、美酒和女人，物理是謀生手段。莫爾斯是一名出色的物理教授，他的兩個(gè)學(xué)生——肖克利和理查德?費(fèi)曼（Richard Feynman），都獲得了諾貝爾物理獎(jiǎng)。
在莫爾斯的指導(dǎo)下，一九三六年肖克利取得了博士學(xué)位，他的博士論文題目是“氯化鈉晶體中電子波函數(shù)的計(jì)算”。肖克利原打算去耶魯大學(xué)（Yale University ）任教，出發(fā)前，莫爾斯推薦他去貝爾實(shí)驗(yàn)室。貝爾實(shí)驗(yàn)室是美國(guó)電報(bào)電話公司（ＡＴ＆Ｔ）的研發(fā)機(jī)構(gòu)，一個(gè)企業(yè)實(shí)驗(yàn)室，有史以來最有名的企業(yè)實(shí)驗(yàn)室。
從貝爾實(shí)驗(yàn)室開始職業(yè)生涯
一八七七年，電話發(fā)明人亞歷山大?貝爾（Alexander Bell）創(chuàng)建了貝爾電話公司（Bell Telephone Company），貝爾公司很快就占領(lǐng)了電話通訊市場(chǎng)。一八九五年，貝爾公司整合了它在美國(guó)的長(zhǎng)途電話業(yè)務(wù)，另建了一家獨(dú)立公司——ＡＴ＆Ｔ。從此，ＡＴ＆Ｔ壟斷了美國(guó)的電話業(yè)務(wù)，進(jìn)而壟斷了世界通訊行業(yè)。一九二五年，ＡＴ＆Ｔ總裁瓦爾特?基福特（Walter Gifford）為確保企業(yè)未來的發(fā)展，收購了西方電子公司（Western Electronic Company）的研發(fā)部，成立了“貝爾實(shí)驗(yàn)室”，投入大量資金，使其成為世界上最優(yōu)秀的企業(yè)研究機(jī)構(gòu)。貝爾實(shí)驗(yàn)室集基礎(chǔ)研究和應(yīng)用開發(fā)于一身。其基礎(chǔ)研究注重于電子技術(shù)的基礎(chǔ)理論：數(shù)學(xué)、物理、材料科學(xué)、和計(jì)算機(jī)軟硬件理論。開發(fā)部門負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)ＡＴ＆Ｔ電信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備和軟件。在ＡＴ＆Ｔ的支持下，貝爾實(shí)驗(yàn)室將美國(guó)的精英一網(wǎng)打盡。其中十一人因其在貝爾實(shí)驗(yàn)室的工作，獲諾貝爾獎(jiǎng)，包括華人科學(xué)家朱棣文和崔琦。朱棣文因發(fā)明“激光冷卻和俘獲原子的方法”獲一九九七年諾貝爾物理獎(jiǎng)。崔琦因?qū)α孔游锢淼慕艹鲐暙I(xiàn)，獲一九九八年諾貝爾物理獎(jiǎng)。
貝爾實(shí)驗(yàn)室對(duì)高科技的貢獻(xiàn)無論怎樣高估都不會(huì)過分。一九七零年代中期，貝爾實(shí)驗(yàn)室每年發(fā)表二千三百篇論文，七百多個(gè)專利，是世界上最大的工業(yè)研究機(jī)構(gòu)。射電天文學(xué)、晶體管、激光、太陽能、場(chǎng)效應(yīng)管、ＣＣＤ、移動(dòng)通訊、ＵＮＩＸ操作系統(tǒng)、Ｃ和Ｃ＋＋語言等理論與技術(shù)，均出自貝爾實(shí)驗(yàn)室。貝爾實(shí)驗(yàn)室的成果，絕大多數(shù)國(guó)家都趕不上。二零零八年，隨著人才大量流失，及母公司的虧損，貝爾實(shí)驗(yàn)室宣布退出基礎(chǔ)科學(xué)及芯片研究領(lǐng)域。如今的貝爾實(shí)驗(yàn)室已很少有人提起了。
一九三六年，肖克利加入貝爾實(shí)驗(yàn)室的時(shí)候，貝爾實(shí)驗(yàn)室人才濟(jì)濟(jì)、成果輩出。二十六歲的肖克利在克林頓?戴維森（Clinton Davisson）的研究小組工作。戴維森因發(fā)現(xiàn)電子衍射現(xiàn)象，獲一九三七年諾貝爾物理獎(jiǎng)，他是能讓肖克利為之折服的人。在戴維森的指導(dǎo)下，肖克利發(fā)表了多篇固體物理學(xué)論文，并于一九三八年獲得了第一個(gè)專利：“電子倍增放大電器”。一九三九年，肖克利構(gòu)思了一個(gè)把導(dǎo)線埋入氧化銅的場(chǎng)效應(yīng)管，盡管這一器件從未被制造出來，但這是一九六零年代后在集成電路中廣泛使用的場(chǎng)效應(yīng)器件的雛形。
肖克利還碰巧設(shè)計(jì)出了世界上第一個(gè)核反應(yīng)堆。一九三九年，全世界的物理學(xué)家的注意力都在核裂變上。貝爾實(shí)驗(yàn)室指定肖克利和詹姆斯?費(fèi)斯克（James Fisk）對(duì)核裂變作為新能源的可行性做一調(diào)研。貝爾實(shí)驗(yàn)室給了兩人一間小屋子。一天，肖克利在淋浴時(shí)，突然想到：“如果把兩塊鈾分開，中子就會(huì)慢下來，也就是說不會(huì)被俘獲，這樣的話就能用其來轟擊鈾２３５?！眱蓚€(gè)月后，兩人制作出了世界上第一個(gè)核反應(yīng)堆。這件事立刻被報(bào)到了華盛頓。美國(guó)政府嚴(yán)密封鎖了這一成果，連美國(guó)科學(xué)家都不讓知道。美國(guó)政府用一切可能阻止了肖克利和費(fèi)克斯申請(qǐng)專利。直到二戰(zhàn)結(jié)束后，曼哈頓計(jì)劃（Manhattan Project）的科學(xué)家們才知道此事，而他們是用同一想法發(fā)明了肖克利和費(fèi)克斯的核反應(yīng)堆。
二戰(zhàn)時(shí)的部隊(duì)經(jīng)歷
二戰(zhàn)爆發(fā)后，肖克利來到了部隊(duì)研究部門工作。他先擔(dān)任哥侖比亞大學(xué)（Columbia University）的反潛艇研究組（Antisubmarine Warfare Operations Research Group ）主任，任務(wù)是研制深水潛艇炸彈。肖克利的研究小組解決了深水潛艇炸彈問題，使美國(guó)海軍對(duì)德國(guó)Ｕ型潛艇的擊沉率上升了五倍。肖克利的研究小組還研究出了一種新的潛艇搜索方法，提高了美國(guó)海軍對(duì)德國(guó)潛艇的擊沉率。一九四四年后他主持了一個(gè)空軍新型雷達(dá)投彈瞄準(zhǔn)器的訓(xùn)練計(jì)劃，以訓(xùn)練Ｂ－２９轟炸機(jī)飛行員為主。為了檢驗(yàn)實(shí)戰(zhàn)效果，他有三個(gè)月在世界各地的空軍基地檢驗(yàn)實(shí)戰(zhàn)效果。正因?yàn)樾た死难芯?，Ｂ－２９才能成為向日本本土?shí)施地毯式轟炸的主力，在廣島和長(zhǎng)崎扔下兩顆原子彈的也是Ｂ－２９。
太平洋戰(zhàn)爭(zhēng)未期，美國(guó)曾準(zhǔn)備對(duì)日本本土展開大規(guī)模的兩棲登陸作戰(zhàn)，代號(hào)“沒落行動(dòng)”（Operation Downfall），想以此迫降日本。為最大限度避免傷亡，美國(guó)軍方和情報(bào)部門在行動(dòng)前對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了全面評(píng)估。美國(guó)戰(zhàn)爭(zhēng)部長(zhǎng)委托肖克利作一份傷亡評(píng)估報(bào)告。經(jīng)分析，肖克利認(rèn)為登陸作戰(zhàn)會(huì)造成日本五百到一千萬軍民的傷亡。日本會(huì)是全民參戰(zhàn)，美軍傷亡會(huì)在一百七十到四百萬人，其中死亡人數(shù)會(huì)達(dá)到四十到八十萬。評(píng)估報(bào)告影響了高層的決策，“沒落行動(dòng)”未能付諸實(shí)施，美國(guó)以向日本投擲兩顆原子彈結(jié)束了戰(zhàn)事。肖克利是拉斯拉莫斯實(shí)驗(yàn)室之外的最高級(jí)別的平民參戰(zhàn)人員，二戰(zhàn)期間，他是少數(shù)幾個(gè)能接觸到最高軍事機(jī)密的人。為表彰肖克利在二戰(zhàn)期間的貢獻(xiàn)，一九四六年，戰(zhàn)爭(zhēng)部長(zhǎng)羅伯特?帕特森（Robert P Patterson）授予了肖克利“優(yōu)秀勛章”（National Medal of Merit）。布什（Vannevar Bush）與特曼（Frederick Terman）也曾獲得這一殊榮。
重回貝爾實(shí)驗(yàn)室
二戰(zhàn)后，肖克利回到貝爾實(shí)驗(yàn)室。貝爾實(shí)驗(yàn)室成立了一個(gè)固體物理研究小組，他們要制造一種能替代電子管的半導(dǎo)體器件。肖克利任組長(zhǎng)，化學(xué)家史丹利?摩根（Stanley Morgan）任副組長(zhǎng)，成員有物理、化學(xué)、電子方面的專家。其中包括約翰?巴?。↗ohn Bardeen）、瓦爾特?布萊頓（Walter Brattain）、希爾伯特?摩爾（Hilbert Moore）。
半導(dǎo)體是一類摻了雜質(zhì)的晶體材料。這類摻雜后的晶體材料，會(huì)有整流作用，就是說這類材料只能讓電子或空穴一種電流通過，而不像導(dǎo)體，無論是電子電流還是空穴電流都能通過。因?yàn)榘雽?dǎo)體是在晶體里摻雜，而晶體具有良好的導(dǎo)熱性、并且很穩(wěn)定，因此晶體管取代電子管是必然趨勢(shì)。但是，只有整流二極管沒有放大器，晶體管仍無法和電子管競(jìng)爭(zhēng)。貝爾實(shí)驗(yàn)室的肖克利研究小組，就是要用鍺和硅來制造這一放大器件。
巴丁是固體物理專家，理論造詣很高。一九二八年，巴丁從威斯康辛大學(xué)（University of Wisconsin-Madison）電機(jī)系畢業(yè)，然后在海灣石油公司（Gulf Research Lab）做了三年工程師，一九三三年進(jìn)入普林斯頓大學(xué)物理系深造，一九三六年獲物理系博士學(xué)位。巴丁曾任哈佛大學(xué)（Harvard University）研究員。二戰(zhàn)期間，巴丁在華盛頓海軍軍械實(shí)驗(yàn)室服役，一九四五年加入貝爾實(shí)驗(yàn)室。巴丁是唯一的兩次諾貝爾物理獎(jiǎng)得主。他在普林斯頓大學(xué)的導(dǎo)師維格納（Eugene Wigner）是一九六三年諾貝爾物理獎(jiǎng)得主。
布萊頓是小組里的實(shí)驗(yàn)大師。布萊頓一九零二年出生于中國(guó)廈門，一九二九年于明尼蘇達(dá)大學(xué)（University of Minnesota）取得物理學(xué)博士學(xué)位后，加入貝爾實(shí)驗(yàn)室。布萊頓是一位高超的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家。布萊頓在貝爾實(shí)驗(yàn)室一直工作到六十五歲退休。退休后，他回到華盛頓州老家，在母?；萏芈鼘W(xué)院（Whitman College）教了五年書，才真正退休。
此前，貝爾實(shí)驗(yàn)室就對(duì)半導(dǎo)體材料進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)摻雜的半導(dǎo)體整流性能比電子管好。因此小組把注意力放在了鍺和硅這兩種半導(dǎo)體材料上。在肖克利的領(lǐng)導(dǎo)下，他們嘗試、失敗、再嘗試、再失敗。一九四七年十二月十五日，這次巴丁的表面效應(yīng)理論與布萊頓精湛的實(shí)驗(yàn)結(jié)出了碩果。他們用刀片在三角形金箔上劃出了兩道極細(xì)的縫隙，然后兩邊分別接上導(dǎo)線，用彈簧將其壓進(jìn)鍺塊表面。這是一個(gè)由鍺、電池、金線、彈簧、紙板、組成的小裝置。連好線后，當(dāng)鍺塊上的兩個(gè)接觸點(diǎn)越來越近時(shí)，他們觀察到了電壓放大作用。
貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明的第一只晶體三極管晶體管的誕生
一九四七年十二月十六日，布萊頓在實(shí)驗(yàn)筆記上這樣寫到：“在鍺表面上用點(diǎn)接觸方法加上兩個(gè)電極，間隔四百微米。此時(shí)１。３伏的直流電壓，被放大了十五倍。”布萊頓拿出筆記本，記下了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，肖克利作為研究小組的領(lǐng)導(dǎo)與見證人，在筆記本上簽了名。改變歷史的晶體管就這樣誕生了。
一九四七年十二月二十三日下午，布萊頓和摩爾來到實(shí)驗(yàn)室。圣誕將至，同事們都準(zhǔn)備放假了。但是，他們還是興致勃勃地來看兩人的半導(dǎo)體放大實(shí)驗(yàn)。這次，布萊頓和摩爾在裝置的一端連一個(gè)麥克風(fēng)，另一端接一副耳機(jī)。摩爾與布萊頓用麥克風(fēng)講話，其他人用耳機(jī)收聽，他們聽到了被放大了上十八倍的聲音。這一天被認(rèn)為是晶體三極管的誕生日。這是人類史上第一次不需要用真空管就能將聲音放大的裝置，晶體管的發(fā)明印證了阿瑟?洛克的名言：“任何重大的科技進(jìn)步，都和奇跡聯(lián)系在一起。”
晶體管要到幾個(gè)月后才被正式命名，晶體管transistor由兩個(gè)詞傳（transfer）和電阻（resistor）合成的。幾年后，人們發(fā)現(xiàn)，硅比鍺更適合于生產(chǎn)晶體管。于是，硅就替代了鍺，北加州也因此被稱為“硅谷”（Silicon Valley）而不是“鍺谷”。
在發(fā)明晶體三極管的過程中，貝爾實(shí)驗(yàn)室一共有十二個(gè)人被直接提到。
貝爾實(shí)驗(yàn)室著手為這項(xiàng)劃時(shí)代的發(fā)明申請(qǐng)專利時(shí)，發(fā)現(xiàn)晶體管誕生的那一刻肖克利并不在場(chǎng)；專利代理律師發(fā)現(xiàn)，肖克利關(guān)于晶體管的場(chǎng)效應(yīng)理論，與此前一項(xiàng)已生效的結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管專利沖突，盡管那項(xiàng)專利無法做成產(chǎn)品。因此在申請(qǐng)專利時(shí)，肖克利不是發(fā)明人。這下肖克利火了，晶體管的誕生基于肖克利的場(chǎng)效應(yīng)（Field Effect）理論，整個(gè)研究過程肖克利也直接參與了，但發(fā)明專利上沒有他的名字。
天才肖克利對(duì)晶體管的改進(jìn)
肖克利是天資聰明、勤奮工作的天才。肖克利知道點(diǎn)接觸晶體三極管（Point contact transistor），效率不高，而利用擴(kuò)散技術(shù)能做出更好的晶體三極管。一個(gè)月的獨(dú)自秘密鉆研后，肖克利提出了更為先進(jìn)可行的結(jié)型晶體三極管（Junction transistor）構(gòu)想，那是一九四八年一月二十三日。一九五零年，肖克利的研究小組制成了第一只結(jié)型晶體三極管，結(jié)型晶體三極管使后來的晶體三極管和集成電路的大規(guī)模生產(chǎn)成為可能一九五零年十一月，肖克利發(fā)表了一本論述半導(dǎo)體器件原理的經(jīng)典著作《半導(dǎo)體中的電子和空穴》，從理論上詳細(xì)闡述了結(jié)型晶體管原理。肖克利以自己的努力，向世界證明了他是真正的晶體管之父，同時(shí)也證明了他的科研天賦。肖克利懂得如何找到問題的根源，他能通過一種精練的文字及口頭表述，把科研工作帶到一個(gè)新的、正確的方向。
肖克利是貝爾實(shí)驗(yàn)室最了解這個(gè)發(fā)明的未來發(fā)展空間的人，他對(duì)晶體管在電子工業(yè)的應(yīng)用比貝爾實(shí)驗(yàn)室知道的多得多。肖克利很少在演說中提到晶體管的研制過程，還常常表示自己不是晶體管發(fā)明人，無法作出很好的說明。但肖克利是當(dāng)時(shí)對(duì)晶體管發(fā)展空間看得最清楚的人。一九四九年，他在通用電氣（General Electrical）的科學(xué)論壇廣播節(jié)目中說：“我認(rèn)為晶體管可以應(yīng)用到電腦上，它將是這些裝置的理想的基本元器件?！?br />
第一個(gè)晶體管的專利是結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管，是由美國(guó)人Julius Edgar Lilienfeld于一九二五年獲得的專利。一九四八年二月二十六日，巴丁和布萊頓為他們發(fā)明的晶體三極管申請(qǐng)了專利；同一天，肖克利也向美國(guó)專利局遞交了結(jié)型三極管的專利。
巴丁的點(diǎn)接觸型晶體管專利晶體管改變了電腦
肖克利時(shí)代的電腦，體積巨大。賓夕法尼亞大學(xué)在一九四六年組裝的ENIAC（Electronic Numerical Integrator and Computer），是第一臺(tái)能從事較大運(yùn)算量的電腦。該電腦主要應(yīng)用在軍事和政府事務(wù)上，一些大公司也會(huì)用到它。這是一臺(tái)三十頓重的怪物，運(yùn)算時(shí)消耗十五萬瓦的電，一萬八千只真空管，完全由電線連接。真空管發(fā)出的光和熱是一個(gè)嚴(yán)重的問題，飛蛾和小昆蟲經(jīng)常會(huì)進(jìn)入電腦內(nèi)部造成短路，它們被稱為computer bug，而除蟲維修，則稱為debug一九四九年，有雜志這樣預(yù)言電腦的未來：“未來的電腦可能只需一千只真空管，半噸重?！边@個(gè)預(yù)測(cè)完全不了解了晶體管和它的潛力。
三極管主要有兩大功能：放大與開關(guān)。晶體三極管因其材料是晶體因此在實(shí)現(xiàn)大功率放大時(shí)，不需預(yù)熱，產(chǎn)生的熱量也很小。實(shí)現(xiàn)同樣的功能，晶體管消耗的功率是電子管的百萬分之一。作為開關(guān)，晶體管比電子管更快、更小，為電腦的微型化奠定了基礎(chǔ)。晶體管的發(fā)明將引發(fā)電訊和電腦等各個(gè)方面的革命。
晶體管利用電子在晶體內(nèi)的流動(dòng)性，來控制、放大并交換信號(hào)。以晶體管制造的設(shè)備體積小，可靠性增加了。家用電器、電腦、電話交換設(shè)備、火箭和衛(wèi)星因?yàn)榫w管的應(yīng)用有了新突破。晶體管原意為傳輸電阻器件，是當(dāng)時(shí)貝爾實(shí)驗(yàn)室的一位工程師取的名字，因?yàn)檎婵展艿囊姿?、易熱、短命，該工程師說過“大自然憎恨真空管”。晶體三極管的工作原理很簡(jiǎn)單，只要在三極中的發(fā)射極上加上直流電壓，再在基極上注入要被放大的電流信號(hào)，集電極就會(huì)產(chǎn)生被線性放大了的信號(hào)?，F(xiàn)代最快最好的晶體管的放大倍數(shù)能達(dá)到幾百到一千。
晶體管的演進(jìn)
兩年來，肖克利在進(jìn)行晶體管研究的同時(shí)，不斷打壓排擠巴丁和布萊頓。最終，布萊頓去了其它研究組。巴丁離開了貝爾實(shí)驗(yàn)室，去伊利諾伊大學(xué)物理系當(dāng)教授了。他的首個(gè)博士生霍洛尼亞克（Holonyak）明了ＬＥＤ。巴丁與庫珀（Leon N Cooper）、施里弗（John R Schrieffer）共創(chuàng)了ＢＣＳ理論，對(duì)超導(dǎo)做出了解釋，再次獲得了諾貝爾物理獎(jiǎng)。
巴丁與布萊頓離開后，肖克利的研究停滯了。他給自己放了一個(gè)長(zhǎng)假，回母校加州理工執(zhí)教一年，又去了五角大樓的武器評(píng)估小組任職一年。期間與身患子宮癌的妻子離了婚。
這幾年里，很多公司批量生產(chǎn)晶體管了，使用晶體管的小型電器，如助聽器、收音機(jī)等也問世了。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一九五四到一九五六年間，美國(guó)市場(chǎng)上共銷售了一千七百萬只鍺晶體管和一千一百萬只硅晶體管，總價(jià)值為五千五百萬美元。通用電氣、ＲＣＡ、德州儀器（Texas Instruments ）、ＡＴ＆Ｔ、和雷神（Raytheon）都是晶體管的大用戶。因成本及生產(chǎn)工藝的原因，晶體管尚未得到廣泛應(yīng)用，同期電子管銷售了十三億，市場(chǎng)份額超過十億美元。
早期的晶體管半導(dǎo)體收音機(jī)
一九五四年圣誕節(jié)，晶體管收音機(jī)問世。晶體管收音機(jī)體積小，用電池就行了。這臺(tái)收音機(jī)售價(jià)為＄４９．９５美元。第一年，這臺(tái)收音機(jī)就買了十萬多臺(tái)。不久，一家叫Tokyo Tsushin Kogyo的公司，用晶體管技術(shù)稱霸了電視機(jī)和收音機(jī)市場(chǎng)，它就是索尼公司的前身。這一切僅僅是開始。晶體管最后成為數(shù)碼時(shí)代的技術(shù)基礎(chǔ)，它是構(gòu)成所有電子產(chǎn)品的細(xì)胞，現(xiàn)代最復(fù)雜的計(jì)算機(jī)芯片上有上億個(gè)晶體管。晶體管的發(fā)明促成了蘋果電腦、英特爾、微軟、谷歌的誕生。沒有晶體管就沒有今天的高科技，也不會(huì)有硅谷。
電子管之父佛瑞斯特（Lee de Forest）是在晶體管展示會(huì)上見到它的，佛瑞斯特充分了解，自己發(fā)明的真空三極管在經(jīng)過四十二年的輝煌歲月后，將正式退出歷史舞臺(tái)了。
一九五零年代中期，高純硅的工業(yè)提煉技術(shù)已成熟，肖克利很清楚，電子管很快會(huì)被淘汰，未來屬于晶體管。肖克利決心離開貝爾實(shí)驗(yàn)室，回加州創(chuàng)業(yè)。一九五五年，肖克利給將成為他第二任妻子的女友的信中這樣寫道：“很明顯，我比其他人更聰明、更熱心工作，也比大部分人了解人類。”這三件事中，他只說對(duì)了兩件。合金磁芯，坡莫合金等。
