晶体管的六十年：从摇滚时代到铪
贝尔实验室 60 年前研制出的那款晶体管。几乎咱们今日运用的一切电子设备脱离晶体管都将无法生计……
正是其微型开关的人物，使得芯片中可以放置数亿个晶体管，而芯片也得以成为人们日常运用的电子设备的心脏，这些电子设备有电脑、笔记本电脑和服务器、移动电话、微波、轿车，几乎不胜枚举。比较第一款晶体管收音机中放置 4 个晶体管，现在英特尔于 2007 年 11 月 12 日发布的全新处理器中的晶体管数量现已到达 8.2 亿个。任何芯片脱离晶体管都无法作业，任何核算机脱离晶体管也将无法作业，致使晶体管曩昔 60 年中在技能进步中发挥着不可或缺的效果。
更风趣的是，实质上晶体管并不比一般的电灯开关做得作业多的多：“接通”或“断开”。晶体管的接通状况标记为 “1”，断开状况标记为“0”。许多晶体管将发生 1 和 0 供核算机用来核算、处理文本、播映 DVD 和显现图画。
晶体管的创造要归功于贝尔实验室的三位搭档：John Bardeen、Walter Brattain 和 William Shockley，他们也因为此项创造于 1956 年被颁发诺贝尔化学奖。晶体管的姓名是由贝尔电话实验室研讨员 John R. Pierce 想出的。1948 年 5 月，也便是此项创造随后六七个月的时间里，他赢得实验室关于此项创造最易记姓名的投票。单词晶体管是“跨导”(导电)和“可变电阻器”或“变阻器”的合成词。
摇滚
Bardeen 和 Brattain 于1947 年成功研制出第一款点接触晶体管(point-contact transistor)，其间晶体管中的电流沿半导体外表传输。然后，晶体管将流经它的电信号扩展。在晶体管运用的初期，其主要运用便是以比选用其时更大更粗笨的真空管更有用的方法来扩展电信号。
为了加快晶体管的开展，贝尔实验室决议按答应供给晶体管技能。包括 IBM 和通用电气在内的 26 家公司购买了答应，每个答应价值 25,000 美元。可是假如晶体管技能想要成功出售，将需求招引群众的目光。幸亏晶体管收音机，这一愿望才得以完成。第一个晶体管收音机于 1954 年 10 月推出，内含 4 个晶体管。现在的便携式收音机意味着处处都可以享用音乐和获取信息——即便在有辨识才干的成年人听力规模之外。正是收音机的便携性，催生了一场新的音乐革新——摇滚。
集成电路
50 时代末，晶体管在收音机、电话和核算机中得以运用，虽然它们比真空管小许多，可是假如要出产出新一代家电设备，它们还需求继续缩小。因而，就需求第二项创造来处理单个晶体管巨大的二进制核算才干，一起又可以以日渐下降的本钱进行批量出产。
1958 年，Jack Kilby(Texas Instruments)和 Robert Noyce(Fairchild Semiconductor，随后联合创建英特尔)发现一个集成电路(IC 或芯片)中可以包容许多晶体管。比较其时各个组件有必要人工拼装的景象，这真是迈出巨大的一步。
正是其微型开关的人物，使得芯片中可以放置数亿个晶体管，而芯片也得以成为人们日常运用的电子设备的心脏，这些电子设备有电脑、笔记本电脑和服务器、移动电话、微波、轿车，几乎不胜枚举。比较第一款晶体管收音机中放置 4 个晶体管，现在英特尔于 2007 年 11 月 12 日发布的全新处理器中的晶体管数量现已到达 8.2 亿个。任何芯片脱离晶体管都无法作业，任何核算机脱离晶体管也将无法作业，致使晶体管曩昔 60 年中在技能进步中发挥着不可或缺的效果。
更风趣的是，实质上晶体管并不比一般的电灯开关做得作业多的多：“接通”或“断开”。晶体管的接通状况标记为 “1”，断开状况标记为“0”。许多晶体管将发生 1 和 0 供核算机用来核算、处理文本、播映 DVD 和显现图画。
晶体管的创造要归功于贝尔实验室的三位搭档：John Bardeen、Walter Brattain 和 William Shockley，他们也因为此项创造于 1956 年被颁发诺贝尔化学奖。晶体管的姓名是由贝尔电话实验室研讨员 John R. Pierce 想出的。1948 年 5 月，也便是此项创造随后六七个月的时间里，他赢得实验室关于此项创造最易记姓名的投票。单词晶体管是“跨导”(导电)和“可变电阻器”或“变阻器”的合成词。
与原子共舞
摩尔规律也屡次被预言要中止。依据界说，没有任何指数是永久存在的，虽然芯片制作商一直在寻觅各种手法来力求“永久”。上一年九月，戈登·摩尔猜测，这一规律还会再继续至少 10 到 15 年——这期间，新的应战还不断发生，可能会导致摩尔规律中止前行的脚步。可是有很长一段时间，好像核算机国际最著名的规律难以前进 21 世纪。
为坚持摩尔规律所述的呈指数级添加，晶体管的体积大约每 24 个月就需求缩小一半。这一小型化战役使晶体管的其间一个要害部件到达极限：即栅极和通道(当晶体管翻开时电流流经该通道)之间的绝缘层——二氧化硅(SiO2)。每新一代芯片中该绝缘层的厚度都在不断减小——直到前两代产品，其厚度只要 1.2 纳米 也便是 5 个原子厚。英特尔工程师几乎一个原子也无法再缩减了。
跟着绝缘层越来越薄，便引发了漏电率问题。它就像一个滴水龙头：绝缘层开端将电流漏到晶体管。这就导致晶体管行为反常，糟蹋掉许多动力。效果便是：芯片用掉越来越多的电流，然后发生额定的热量。
底子约束
漏电的晶体管是半导体职业面对的最大应战：若不是获得严重打破，他们会发现自己仍在同长时间预期的底子约束作斗争。这不只意味着摩尔规律的中止，它还有可能使曩昔十年的数字革新嘎然中止。每 24 个月功能就翻一番的核算机芯片也只能成为前史了。
经过加厚绝缘层，咱们找到了这一危机的处理方案。只要选用不同的资料做绝缘层才干处理这个问题——包括额定原子。2007 年 1 月，英特尔宣告，四十年来初次选用铪替代二氧化硅作绝缘层，铪是一种银灰色的金属，它具有较好的电子特性，并可将漏电率下降 10%。戈登·摩尔自己也将此次打破称为“自上世纪六十时代以来晶体管技能最重要的革新”。
但是，这一打破也仅仅是该处理方案的一半。新资料本来与晶体管的另一个重要部件——栅极不兼容。更糟的是，选用新绝缘资料的第一批晶体管功率乃至比原先的晶体管还要低。答案相同在于选用一种新的栅极资料：一种共同、专有的金属组合，英特尔将其作为一个严加保存的隐秘。
2007 年 11 月 12 日，英特尔推出了选用这些新资料，并依据 45 纳米出产工艺的新一代芯片。比较原先的 65 纳米出产工艺，这一更纤巧的出产工艺支撑英特尔将同一外表上晶体管的数量添加近一倍，然后支撑公司在添加晶体管总数或许制作更纤巧的芯片之间进行挑选。因为 45 纳米晶体管比前一代晶体管愈加细巧，因而其接通和断开所需的动力也下降达 30%。效果便是：英特尔的新一代 45 纳米芯片不光创始了新的功能记载，还完成了能耗下降方面的一次严重打破。
晶体管技能的不断提高现已让处理器越来越强壮
曩昔几十年来,晶体管和芯片以更低的本钱供给了更高的处理才干。事实证明，这是完成国际经济自动化的终极引擎。但是，芯片和核算机的开展路途依然十分绵长。多年来，核算机已开展成为人类各种指令的超卓执行者。它可以打印信函，发送电子邮件，处理电子数据表中的核算庶务以及播映电影等。在未来，核算机将成为人们的参谋;它将学习咱们的行为并相应地进行自我调整。这一开展方向的开始实验过程可在以顾客为中心的网站，例如 Amazon 和 iTunes 上看到。它们依据顾客本身的购买行为，就其它购买向顾客供给了各种主张。
摩尔规律所带来的更高处理才干还可以使人类处理当时形成严重影响的各种问题：气候、(遗传性)疾病、经济的医疗护理，以及阐释遗传学的种种奥秘现象等。五年前，当时研讨此类问题的方法和速度还不可幻想。此类运用可以改动日子并解救生命。核算机和芯片的处理才干越强壮，这些关于人类如此重要的研讨范畴的效果就越值得重视。摩尔规律未来十年的连续将十分令人等待
