附錄1 2023年諾貝爾物理獎——電晶體的發明經過
及電力電子器件的發展
在20世紀40年代末，二次世界大戰已經結束。在戰爭中發揮巨大作用的真空電子管功耗大、體積大、壽命短、使用不便、易震碎、較昂貴等許多缺點促使人們研究固體電子器件。當時已經有乙個叫j.
lillienfeild的人，提出過乙個固體器件構想：在一塊半導體（semiconductor）上做一層絕緣二氧化矽層（oxide），再在其上面做一層金屬層（metal），這樣就構成了mos 場效應電晶體結構。那麼，在金屬上相對於半導體（例如高阻p型）加一定的正電壓，就可以將半導體中與此電壓反極性的少數載流子電子「吸引」至靠近絕緣二氧化矽層的很薄的一層半導體中，在此薄層區域性中形成自由電子極為豐富的「電子海」，因而兩端接上電極的半導體就導通了。
當然，撤除半導體上的「吸引」電壓，高阻半導體就因失去「電子海」薄層而關斷。該mos 器件構想原理正確，但是許多人在實現時，均不能獲得成功。2023年，貝爾實驗室（bell telephone lab）的肖克利（w.
schockley, mit畢業的博士）、巴丁（john bardeen, 普林斯頓大學畢業的博士）和布拉擔（w.brattain）組成乙個課題組，研究固體電子器件。他們從上述的mos場效應器件結構入手研究，分析為什麼該結構不能實現器件功能。
肖克利把注意力放在金屬與半導體勢壘的研究上。而巴丁經過思考分析，首次認為：在半導體與絕緣二氧化矽層之間存在帶有負電荷的「表面態」雜質離子，是它們抵消了所加的「吸引」正電壓作用，因而使得器件難以得到預想的功能。
為了研究表面態捕獲設想，布拉擔和巴丁開始測量半導體鍺（ge）晶體的表面勢分布，他們用將鍺連線至一參考電極，並用兩個金屬探針測量。無意中將兩個探針靠近時，給其中乙個探針注入一點電荷，連在另乙個探針上的電流錶指標竟有很大的擺動！他們很興奮。
巴丁經過理論估算，認為當兩個探針的距離接近至小於1/1000英吋（= 25.4μm）時，兩個探針與半導體鍺形成的金屬半導體勢壘之間就會有相互作用（interaction）。但是，如此近的距離用徒手操作兩個探針是不可能實現的。
2023年12月23日，布拉擔的出眾的實驗技能發揮了作用。布拉擔在一塊三角形聚苯乙烯薄板上用氣相澱積的方法，澱積一層金屬膜，再用鋒利的剃鬚刀在中間至一角處的金屬膜上劃開一條細線。此時金屬膜被所劃的細線分隔開，它們之間的距離小於1/1000英吋。
將此三角形聚苯乙烯薄板尖頂處插入較軟的半導體鍺晶體（n型ge）的表面，並如圖附錄1-1所示接上基極、發射極、集電極，人類歷史上第乙個固態雙極晶體三極體就誕生了！當然，它是由兩個肖特基勢壘構成的點接觸雙極電晶體。金屬膜與半導體鍺之間形成肖特基勢壘，集電極和發射極相當於p型，半導體鍺為n型。
因而，可以認為這是個pnp型的雙極電晶體。此晶體
管當時放大1000hz音訊訊號的電流增益（電流放大倍
數）為100，功率增益為40。後來有人用
transconductance (跨導) 的字首與varistor（可變電
阻）的字尾構成乙個新詞transistor (電晶體)。
2023年，肖克利在此基礎上提出了結型雙極晶體
管結構和理論，結型雙極電晶體更加適合於平面工藝
的工業化生產，效能更好。2023年巴丁、布拉擔和肖
克利因發明電晶體而獲得諾貝爾物理獎。2023年，去
伊利諾伊斯大學當教授的巴丁因超導理論的突破再次獲得諾貝爾物理獎。2023年，肖克利在其家鄉加州舊金山附近的聖克拉拉山谷（即著名的矽谷—silicon valley）創辦了肖克利實驗室及肖克利電晶體工廠，2023年變成著名的仙童公司（fairchild）。在1957~2023年期間，仙童公司開發完善了以擴散、外延、氧化、光刻、金屬澱積等半導體器件製造工藝為基礎的平面工藝技術，並通過開收費研討會的形式向其他公司傳播。
肖克利以及仙童公司的「仙童」們用平面工藝使得電晶體的製造變得容易了。2023年，諾伊斯、莫爾、格羅夫、雷厄尼等8人脫離仙童公司，創辦了著名的intel公司。在2023年，intel 公司推出了第乙個cpu晶元intel4004。
另乙個公司德州儀器公司（texas instrument）從貝爾實驗室獲得電晶體的基本技術後，用電晶體生產了大量的助聽器及收音機。德州儀器公司的基爾比用平面工藝在2023年發明了積體電路（integrated circuit），後來也因此獲得諾貝爾獎。德州儀器公司現在以數字訊號處理器（dsp）及各種積體電路的生產而著名。
在2023年肖克利寫的關於結型雙極電晶體結構和理論的**中，提到一種「勾型」電晶體的結構。實際上，「勾型」電晶體的結構就是 pnpn 四層閘流體結構。2023年，通用電氣公司（general electric）根據此結構研製出第乙個300v / 25a可控矽scr（後來叫做閘流體）。
可控矽可以處理較高的電壓電流，開闢了以處理能量為目的的電力電子新領域。從此，半導體器件向兩個方向發展。乙個是資訊電子方向，將電晶體越做越小，越做越快。
其代表產品就是當今的奔騰p4 cpu 及dsp晶元。另乙個是電力電子方向，將電晶體越做越大，越做越快。其代表產品就是當今由西門子公司（現稱為 infineon公司）生產的npt-igbt。
2023年，ge公司研製出第乙個600v / 200a gto，克服了普通可控矽不能門極控制關斷的缺點。但是gto一直在技術上不過關，在應用中容易燒毀。2023年，日本東芝等公司採用ntd 單晶元並通過計算機模擬技術在gto研製上取得突破，生產出1200v/2000a 的gto。
而越做越大的雙極電晶體採用垂直結構、達林頓級聯技術以及多元胞整合併聯等技術已經做到500v / 200a / 50（電流放大倍數h fe），此時已稱其為gtr。20世紀70年代末，由於半導體超淨技術的進步，長期阻礙mos器件的「表面態」雜質離子問題也得到控制及解決。這種最早就構想出的器件卻因為技術問題而較晚到來，但是它的效能更為優越，也更容易製造。
因而，mos積體電路在20世紀70年代末得到飛速發展。在20世紀80年代初，以mos積體電路為基礎的垂直擴散mos功率器件vdmos也在國際整流器公司（international rectifier）的努力下逐漸走向成熟。2023年ge公司的美籍印度人b.
j.baliga 和motorola公司幾乎獨自同時發明igbt。2023年，ge公司的v.
a.k.temple發明效能更為優越的mct（h），在2023年商品化生產，但在20世紀90年代末因結構過於複雜成品率低而陷於停滯狀態。
2023年，日本人西澤潤一採用jfet結構研製出了靜電感應電晶體及閘流體sit、sith，現已經商品化生產，並應用於裝置中。在20世紀90年代初，日本三菱公司研製開發的以igbt為基礎的智慧型功率模組（ipm——intelligent power module）經過近十年的改進，也已經進入成熟應用。2023年，西門子公司首次推出了非穿通結構（non punch through）的 npt-igbt，這在技術上是乙個里程碑。
因為，npt-igbt技術可以使得功率開關器件在高溫可靠性、安全工作區、超高耐壓、低成本、高開關效能等諸多方面同時得到顯著提高。採用 npt-igbt 技術及gto圓片工藝，目前已經可以做出6500v/600a的npt-igbt。在20世紀80年代認為要大大發展的功率積體電路（pic——power integrated circuit）主要包括高壓積體電路hvic和智慧型功率積體電路（**art power ic）有所發展，但發展不快，應用範圍也較小。
當今，電力電子器件正朝著高可靠、高功率頻率積、高整合化、高智慧型化、低成本化、高允許工作溫度的方向發展。
摘自：華偉，周文定. 現代電力電子器件及其應用. 北方交通大學出版社，2002. （參[29]），p.184~186.
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