2011/10
電子元件發展經歷了四個階段（代）：電子管、電晶體、積體電路、大規模積體電路。簡單介紹發展程序及應用。
一、 電子管（真空管）
2023年，愛迪生為延長白熾燈的壽命，在燈泡內封入一段銅絲，欲阻止碳絲的蒸發，未成功。但無意中發現了熱電子發射現象和二極體的單向導電現象，註冊乙個專利，人稱為愛迪生效應。愛迪生唯一一項科學發現。
但他未認識到重要性。時無線電尚未發明。
2023年，英國理查遜證實了電子的存在，2023年獲諾貝爾獎。
2023年，英國弗來明，發明真空二極體。2023年美國德福雷斯特在陰、陽極之間加入乙個柵極，當柵極電壓有微小變化時，引起陽極電流較大的變化。「以小控大」，就是放大。
結構為圓筒狀。作用如「閘門」。是一種電壓控制器件，柵極電壓控制陽極電流。
初期，他交不起15美元的專利費，到企業來贊助，被人當成**告上法庭，說他推銷積壓產品。他說，歷史必將證明，我發明了空中王國的王冠，法院判決：電子管是乙個毫無價值的玻璃管。
後無罪釋放。美國譽為「無線電之父」。電子管專利賣了39萬美元，一生300項發明，包括有聲電影。
電子管發明初期，因真空度不夠高，壽命短。後來（1910）德國的哥德發明了抽高真空的分子幫浦，提高了真空度。從三極體發展到
四、五、六、七、八極管。從單一管到復合管，雙二極、雙三極、三-七極，二-五極管。在乙個玻殼內裝兩個電子管。
電子管的弱點：體積大、重量大、耗電大，發熱多，壽命短，幾千小時～1-2萬小時。b29轟炸機上儀器裝1千隻電子管、1萬多個無線電元件。
2023年，第一台電子計算機用18000個電子管、70000個電阻、18000個電容、耗電150kw、30t重，功能每秒5000次加法、50次乘法。
國產南京管（大），北京管（小，花生管）。50～60年代，廈門是前線，功率管受管制。家中已有的電子管要到公安局登記，貼條子，才准予使用，中學做實驗先到公安局登記，買新管憑公安局證明。
1950』s——1960』s逐漸被電晶體替代。但在高頻、大功率場合仍有應用。近年又「復活」，在高階音響中，被認為音質優於電晶體。
二、半導體電晶體
半導體材料單向導電現象的發現。
2023年，麥克思發現「不對稱導電現象」。
2023年，布拉溫發現硫化物有單向導電現象。
2023年，發明硒整流器。硒（se）也是半導體。
後來發現更多天然或人制礦物有單向導電性。
2023年前後，輝鉛礦或金剛砂；晶體加金屬絲成二極體，用作檢波，接觸點常調整，找「靈敏點」。效能不如真空二極體，業餘愛好者用於礦石收音機—無電源收音機，做檢波器。
2023年，人工純鍺、矽晶體出現，晶體二極體應用。依靠提純技術的發展。
真空二極體加第三極（柵極），有放大作用，半導體怎麼加第三極？
2023年開始，貝爾實驗室，攻關小組。肖克萊（固體物理學家、組長）、巴丁（固體物理學家）、布拉頓（實驗物理學家）。各有所長。
1947.12.23發現三極體放大作用（圖），i1小變化引起i2大變化。
2023年獲專利。先秘而不宣。2023年初，在一次學術會議上，柏杜大學的布雷和本澤報告其電晶體放大實驗，兩根探針距離不夠近，未成功。
趕緊發表成果，申請專利。肖克萊未直接參與第一只電晶體的研製，專利屬巴丁、布拉頓，肖克萊極為不滿。後三人關係惡化，散夥。
2023年，肖克萊構思出一種新型電晶體，其結構像「三明治」夾心麵包那樣，把n型半導體夾在兩層p型半導體之間。2023年，肖克萊提出了p-n結理論（關於晶體中由於摻入雜質的不同所形成的p型區和n型區的理論），並在第二年使之變為現實，研製出了結型晶體三極體。結型電晶體在許多方面優於點接觸電晶體，很快就得到了廣。
後又發明場效應電晶體。三人獲2023年諾貝爾獎。
2023年，電晶體助聽器。2023年出現4個鍺電晶體的收音機。
2023年，區域提純法，進一步提純半導體、單晶體。點接觸型。面接觸型。
1959發明平面工藝。美仙董公司，赫爾尼。晶體片表面進行加工——積體電路工藝的前身。
微小型化的過程。早期電極幾個mm，後縮至0.3~0.
5mm，結面積0.07~0.2 mm2 。
實際上pn結直徑只要幾十個μm。照相，製板，光刻，印刷工藝。2023年晶元2.
5mm2/個，到2023年，同面積上可製作125個管。線寬20-30 μm。1950』s電子管與電晶體競爭。
電子管小型化，最小如鉛筆粗。60年代電晶體全面取代電子管。（除微波、大功率場合）。
蘇前期忽視半導體，當鍺發展為矽，又忽視矽。造成其電子、半導體、計算機首席技術官期落後，產品「傻、大、粗、笨。」中國起步晚十年左右。
50年電子管。60年半導體。50年電子管計算機。
70年大上半導體、全面開花，到處拉單晶，後又下馬。
電晶體的命名，transfer+resister，轉換電阻，縮寫為transister。電阻變換作用，低電阻輸入，高電阻輸出。
半導體的特點是對溫度敏感，效能影響大。鍺半導體極限工作溫度75oc，鍺半導體極限工作溫度160oc。
半導體的導電特性：熱敏性光敏性摻雜性。
二極體、三極體的應用：
本徵半導體的導電機理:價電子在獲得一定能量（溫度公升高或受光照）後，即可掙脫原子核的束縛，成為自由電子（帶負電），同時共價鍵中留下乙個空位，稱為空穴（帶正電）。溫度愈高，晶體中產生的自由電子便愈多。
在外電場的作用下，空穴吸引相鄰原子的價電子來填補，而在該原子**現乙個空穴，其結果相當於空穴的運動（相當於正電荷的移動）。
純淨的半導體矽材料，摻入少量5價磷元素，自由電子數目大量增加，導電性大增，稱為n型半導體；摻入3價的鵬元素，產生大量的帶正電的空穴，導電性大增，稱為p型半導體。
1． 二極體
（1）整流—低頻，檢波—高頻，開關作用—導電~開關接通，不導電~開關斷電。
特性，單向導電性。
（2）特殊二極體：
穩壓二極體：有穩定電壓的作用；發光二極體led：作指示燈，未來的照明光源；光敏二極體：
光照敏感，電阻變小，電流變大，有可見，紅外光敏，用作遙控、檢測訊號；雷射二極體：發射雷射，cd、vcd、***、cdrom讀寫雷射頭。
2．三極體
（1）放大：ib小變化，引起ic大變化。放大作用、控制作用。電流控制器件。基極電流控制集電極電流。
以小控大。放大係數
小訊號放大：中頻、高頻、低頻訊號放大；
大訊號放大：功率放大，音響輸出；
（2）振盪：產生各種頻率的正弦波訊號，收音機、電視機的變頻。作訊號源，測試儀器用。lc振盪器，rc振盪器。
（3）開關作用三種工作狀態：放大截止—開關斷開，飽和—開關接通
（4）分類：低頻三極體。高頻三極體，開關三極體；小功率三極體，大功率三極體。閘流體，又稱可控矽，用於交、直流電壓調節。
三．積體電路（ic）
50年後期。電晶體雖小，但數量多，體積、重量也顯大了，計算機上百萬個電晶體，體積仍很大。接線多，可靠性下降。
管芯有效面積僅幾十μm2，但晶元面積0.5mm2，晶元只佔0.03mm，其餘為引線、支架、管殼、低座。
2023年的一台通用計算機，用了10萬只二極體和2.5萬只電晶體。2023年，英國的達默提出整合化即無接線固體器件的設想，當時技術條件限制，做不到。
2023年9月，美德克薩斯儀器公司（txas）工程師傑克·基爾比（jack kilby）在他人去度假時留守車間時，發明了積體電路，第乙個ic是安置在0.5cm2鍺晶元上的電路—相移振盪器。面積7/16ⅹ1/16英吋2個電晶體及2個電容、8個電阻（另一說：
１只電晶體、４只電阻器和３只電容器，全部元器件都做在一塊半導體鍺晶體片上，元器件之間的導線是**膜）。是乙個用獨立電晶體精密焊接而成卻無法量產的積體電路理論模型。
幾乎同時，仙董公司（矽谷）的諾伊斯也試製矽晶元積體電路，採用平面工藝，利用被蝕刻成規則圖案的氧化矽薄膜、鋁薄膜，作為絕緣材料和導線把所有電子元器件全部製作在一塊單晶矽片上。可以大規模生產。
專利之爭。第一只積體電路發明專利權判給基爾比，積體電路內部製造工藝專利歸諾伊斯。2023年，基爾比退體多年後，獲諾貝爾獎，諾伊斯2023年去世。
事實上，以後的ic都是用矽平面工藝製成的。2023年仙童公司首先推出幾十個元器件的平面型積體電路。基爾比的專利雖然申請在前，卻被批准在後(2023年6月23日)，而諾伊斯的申請卻在2023年4月26日就被批准了。
這引起了一場發明權的訴訟，最後法院判兩個專利都有效，因而使積體電路成為一項同時發明，基爾比和諾伊斯共享了「積體電路之父」的榮譽。
積體電路製造的可能性。二、三極體均有pn結；電阻雜質半導體具有一定電阻；電容利用pn結的電容效應，但容量有限；這樣電晶體、電阻、電容都用同一種半導體材料製成。2023年12月ic的第乙個商品是助聽器。
2023年，第一台用ic的實驗性計算機，587塊ic，285克，體積小於100cm3，功率16w。
諾伊斯與摩爾等與2023年創立intel公司，integrate electronics，整合電子裝置公司。
四大規模，超大規模積體電路
2023年代平面工藝。2023年，通用微電子與通用儀器公司，開發mos積體電路。（mos—金屬，氧化物，半導體。
）整合度高，低功耗，製作簡單，成為ic發展方向。2023年摩爾（gordon moore）發表了一篇不起眼的文章《往積體電路裡塞進更多元件》，總結出「摩爾定律」：半導體晶元上整合的電晶體和電阻數量將每年翻一番。
他是根據器件的複雜性（電路密度提高而**降低）和時間之間的線性關係作出這一推斷的，他的原話是這樣說的："最低元件**下的複雜性每年大約增加一倍。在1965-2023年期間平均是17個月；在1975-2023年期間是22個月，在1985-2023年期間延長到了平均32個月，在1995-2023年期間又縮短到22-24個月。
18個月是市場**的誇張。每18個月~2年整合度提高一倍。 2023年11月，第乙個微處理器（cpu）intel 4004，含3300個電晶體，2023年。
奔騰ⅲcpu，含14萬以上。半導體電晶體可以繼續發展，直到其尺寸的極限——４到６奈米之間，那可能是２０２３年的事情。摩爾定律是融科學、技術、經濟學、社會學為一體的多學科、開放性的規律，反映市場的需求，也是廠商的響應，時間一到，它就得翻番。
一般認為，摩爾定律能再適用10年左右。其制約的因素一是技術，二是經濟。從技術的角度看，隨著矽片上線路密度的增加，其複雜性和差錯率也將呈指數增長，同時也使全面而徹底的晶元測試幾乎成為不可能。
一旦晶元上線條的寬度達到奈米（10-9公尺）數量級時，相當於只有幾個分子的大小，這種情況下材料的物理、化學效能將發生質的變化，致使採用現行工藝的半導體器件不能正常工作，摩爾定律也就要走到它的盡頭了。從經濟的角度看，正如上述摩爾第二定律所述，目前是20-30億美元建一座晶元廠，線條尺寸縮小到0.1微公尺時將猛增至100億美元，比一座核電站投資還大。
由於花不起這筆錢，迫使越來越多的公司退出了晶元行業。看來摩爾定律要再維持十年的壽命，也決非易事。
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