【正文】 個輕易被打敗的人。他不斷完善他的想法，提出了一個不同的操作理論，他覺察到，既然在半導(dǎo)體中，一個少量的電子和空穴對應(yīng)，并且都帶有一個電荷。他將一金屬電極放于表面。通以電壓，要么將他拉向表面或?qū)⑺齐x表面，他就想靠近表面的耗盡區(qū)可以人為的改變。他試了一下，不過令他失望的是，這仍然不工作。這一想法和今天的MOS管很相似。由于在戰(zhàn)爭期間，肖特萊和布萊頓都被委派到其他工程去，這一工作到此結(jié)束。但1945年肖特萊被任命為固態(tài)物理協(xié)會理事，這個協(xié)會也包含布萊頓。肖特萊35歲，布萊頓43歲。肖特萊決定將他的想法再次用于放大器電路中，這是一個淀積很薄層的硅片，用一個絕緣控制電極。在電流通過硅片時沒有明顯的變化，肖特萊迷惑了，依據(jù)它的計算，將是會有一個大的改變的，效果，如果有，那也是理論上預(yù)測的 1500分之一，這個時候，37歲的約翰巴丁加入他們的團體，他看到肖特萊的失敗并在幾個月后終于得到答案，1946年3月他提出一種解釋，那就是硅表面不存在這種效應(yīng)。對于四價材料，它們不再被近鄰原子所緊緊束縛，巴丁所說的是正確的，這些后來被認(rèn)為是懸掛鍵和表面電荷（或電壓），它阻止所加的外部控制電極。有了實質(zhì)性理論突破后，這個團體決定改變方向，他們不是嘗試著去做一些器件，而是去調(diào)查一些基本的半導(dǎo)體表面，這是一個漫長枯燥的調(diào)查，歷時一年多。1947年11月17日羅伯特吉爾比尼另一個團體的物理化學(xué)家，建議他們用一個電解質(zhì)去和表面電荷接觸，11月20日他和布萊頓申請了一個專利公布為肖特萊晶體管（金屬表面有電解質(zhì)）作為放大器，他們走進實驗室并制成一個，這個器件工作了，電解質(zhì)很好的預(yù)測了工作，吉爾比尼認(rèn)為雖然他們這個場效應(yīng)器件放大器工作了，但速度很慢，放大器頻率不會超過8赫茲，肖特萊和布萊頓懷疑是不是電解電容降低器件速度，在1947年12月16日，他們嘗試一種不同的方法，把中心有一小洞的金屬絲蒸發(fā)與鍺上，在上面涂上絕緣氧化物，這一想法實現(xiàn)在中心點接觸而不接觸金屬環(huán)。因此這個點能夠和鍺接觸。同時絕緣金屬環(huán)也能保護表面。這時，第一次，他們得到了放大。然而還曾在一些 問題，它不能像預(yù)期那樣工作。一個正電壓加于陽極時將會增加流過器件的電流。而依據(jù)理論，它將減小。巴丁和布萊頓通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)在蒸發(fā)金時他們忽略了氧化物的流失。以致金和鍺接觸，這和諸如載流子點接觸不同，所以他們所觀察到的是完全相反的一個結(jié)果。他們意識到，要讓器件有效工作，兩個接觸物之間距離必須非常小。他們蒸發(fā)了一個新的金屬點，把兩個金屬點放在最上面，現(xiàn)在這個器件能更好的工作。他們在1947年12月23日給貝爾主管看了。半年來，貝爾一直對這個秘密不公開，直到1948年6月25 日，巴丁和布萊頓發(fā)表一篇論文和6月30日的新聞發(fā)布會上，這個秘密才公開一點，紐約時報在46頁對其進行很多報導(dǎo)。肖特萊對此很失望，因為他還沒有取得最終的突破，盡管這可以作為一個器件工作，但小組中沒有人知道晶體管事如何精確的工作。在1948年1月早些天，肖特萊坐下來試著去找出兩個點接觸是如何工作，這時他孕育出一個更好的結(jié)構(gòu)—結(jié)型晶體管。這對今天來說是一個偉大的分析，雙極性晶體管，一個電流在基極和發(fā)射極流過，這是一個二極管，從射極到基極的電子電流（如此命名是因為在原始點接觸點晶體管，它是體材料），基極是p摻雜，電子是少數(shù)載流子（因此命名雙極性晶體管，這種效應(yīng)需要兩種載流子的效應(yīng)），他們一些到達基極，如果基極輕摻雜且非常薄，在他們復(fù)合之前，他們中大多數(shù)將會繼續(xù)受到正的集電極電壓的吸引而繼續(xù)向集電極方向運動，一個好的晶體管，在每有一個到達基區(qū)時，將有100甚至500電子到達集電極，這樣電流增益將達到100甚至500，雙極性晶體管是一個奇怪的放大器，相當(dāng)不線性，很難使用，考慮輸入端（基極），相對射極，它相當(dāng)于一個二極管，對于任何電流流過。不管基極還是集電極，這一點電流以指數(shù)形式增加，它不是線性電壓放大器，僅僅是由一個或多或少的線性關(guān)系，而且也應(yīng)注意到，發(fā)射極電流比集電極電流大，因為它包含集電極和基極電流。顯示一個npn晶體管，如果將其所有摻相反雜質(zhì)，它將變成pnp，在任何方面，他都顯得那么蹩腳，他更慢，更低的增益，基極的空穴作為少數(shù)載流子，不是像電子那樣好的運動，點接觸晶體管對于生產(chǎn)廠商只是曇花一現(xiàn)，他穩(wěn)定性非常差，而且器件由鍺構(gòu)成，有溫度限制范圍，而結(jié)型晶體管是在硅或在鍺中摻入混合摻雜物，讓基極做得很細(xì)是非常難的，產(chǎn)生相當(dāng)大的漏極電流。下一步——擴散又是發(fā)明于貝爾實驗室。在室溫，混合氣體盡管保持得很理想。這是因為每個原子和分子都是隨機的運動，取決于從溫度所接受的熱能，溫度越高，聲子熱運動越劇烈，因此將混合或擴散。如果溫度足夠高，例如，如此高達1000攝氏度，氣體甚至也能擴散到固體中，但擴散速度急劇下降。硅暴露于充有n型摻雜氣體的高溫加熱爐，在硅表面會形成一層n型層。這層外延層是雜質(zhì)滲透深度。這可能需要和硅的熔點相接近的溫度且需要好幾個小時才形成幾微米的擴散層。然而它比合金更易控制。更好的是，你可以反復(fù)摻雜。假如你已有一塊摻有n型的硅，你想在其表面生成一個p型摻雜層，相比n型摻雜層，這兒有更多的p型摻雜層，你需要將p型摻雜層轉(zhuǎn)化為n型摻雜層，結(jié)深位置位于兩種摻雜濃度相等的位置，更高濃度的二次擴散會使p型材料反型而成為n型材料。這時你必須注意到接下來暴露在更高溫度下會使外延層擴散更遠，有很多摻雜物，p型鎵（很少用）和n型砷和n型碲，后兩者較磷和硼有其優(yōu)點，他們擴散更慢，這個原因，它們用在最前序工序，以至不會在接下來的擴散中受到大的影響，1956年，發(fā)明雙極性晶體管的三名科學(xué)家被頒發(fā)諾貝爾物理學(xué)家，當(dāng)時僅肖特萊還在貝爾實驗室，約翰布萊頓于1951年離開成為依麗諾伊大學(xué)一名教授，因為在超導(dǎo)方面的研究，于1972年，他獲得第二座諾貝爾獎杯。1954年，肖特萊離開貝爾實驗室，依靠自己巨大的聲望，在晶體管方面杰出成就，他試著去經(jīng)營一家貝克漢姆儀器公司，一個子公司，命名為肖特萊半導(dǎo)體實驗室，在保羅，加利福利亞都有建設(shè)，肖特萊名譽上升到如此高度以致他能招募很多最好人才，一年間有20個享有聲譽的人為它工作，在他們當(dāng)中，不乏有28歲的羅伯特羅伊斯，27歲的喬丹摩爾和32歲的金霍爾尼。他們所有人在加入后度過了一個短暫的令人難忘的時期。但是當(dāng)比爾肖特萊拭去其滿環(huán)光環(huán)的面紗，露出其真正的面目時，他們發(fā)現(xiàn)肖特萊是一個沒有規(guī)律，令人不悅的家伙。他會因為一點小錯誤而解雇他的職員，還會對一個繁瑣的問題進行反復(fù)鉆牛角尖，沒有顯著原因，他不會改變，他不停的創(chuàng)新管理技術(shù)，例如把員工的薪水粘貼在公布欄上，羅伊斯和摩爾建議肖特萊用擴散法去做硅晶體管，但肖特萊不感興趣，它的希望是讓他的實驗室提出一種全新的器件，這種全新的器件要相比晶體管有著大進步，就像晶體管比真空管有巨大進步那樣?，F(xiàn)在，所有人都是失望了，職員和公司主管安南德貝克漢姆談過，并告知目前這種情況的不可能，貝克漢姆承諾雇傭一個商業(yè)頭腦的人，在肖特萊和他的職員間起調(diào)和作用，但情況未得好轉(zhuǎn)，肖特萊不會對他執(zhí)著的決定說不。由于失去了耐心，8個職員和仙童儀器公司達成協(xié)議，并于1957年10月離開團體，新公司，則被叫為仙童半導(dǎo)體公司，作為第一個個體運營，他們需要買一些產(chǎn)品，他們開始研發(fā)的產(chǎn)品是肖特萊在早期提出的，具體結(jié)構(gòu)，叫梅薩晶體管，以前用鍺，而不是硅實驗過。他需要兩次擴散，兩次都是在晶片的同面，第一次擴散為p型，第二次為n型，兩次擴散層的深度形成基區(qū)。開始，他能做成高精度的。在晶體管高表面用蠟和硅的鈍化層暴露在外邊，呈現(xiàn)出梅薩樣子。由于其突出性能，梅薩晶體管幾乎迅速占據(jù)市場1959年達7百萬效益。然而這也有問題存在，最主要的是其可靠性問題，這鈍化硅片焊錫到小金屬片上。鉛接到頂層，器件將會被焊接上，金屬在焊接時被引出，懸浮在器件里保持對外隔離pn結(jié)，暴露于空氣中，硅迅速生成一層氧化層者可以很好的通過二氧化硅來說明，它的生長在高溫潮濕下會加強，一些摻雜氣體通過擴散可以滲入氧化層，（例如鎵）而其他卻受氧化層的阻擋。這樣，氧化層可以作為一個掩模版，如果氧化層某些地方需要腐蝕而其他地方不需要，且適合氣體摻雜，擴散僅僅在沒有氧化層情況下才能發(fā)生。但貝爾實驗室得出一個結(jié)論氧化層暴露在空中擴散將會被污染，因此接下來會被新的生長層取代。這困擾了霍尼，他沒有看到為什么氧化層不能既作為擴散層又作為掩模版，盡管他所用的氣體被氧化層阻擋—為什么氧化層接下來被污染。他嘗試了一下，最為一個非正式工程，平面工藝，第一次擴散時，霍尼在氧化層上涂以感光性材料和抗腐蝕性涂層，用光刻板承載基區(qū)圖形，這也被發(fā)明為以后的印制電路板技術(shù)。接下來的腐蝕就是去去掉區(qū)域中氧化層，這兒p型雜質(zhì)被擴散，擴散后，氧化窗口再次關(guān)斷，整個晶片置于一個潮濕高溫度環(huán)境下，接著反復(fù)進行以上兩步，進行發(fā)射區(qū)擴散，第三次掩模窗口被刻蝕保證和兩擴散層接觸。這是用相同光刻技術(shù)在晶片表面蒸發(fā)鋁印制成單個晶體管芯片。平面工藝有一系列優(yōu)點，最主要的是它的結(jié)能夠自保護，作為最好的絕緣體，不需要在焊接金屬顆粒，第二，光刻技術(shù)能很好的非線性用于一個晶體管，還可以自動用于上百個晶體管，因此，用于晶體管的單個精細(xì)掩模版不再需要，諾伊斯看到平面工藝優(yōu)勢，立即將其投入使用，它還有另一個優(yōu)點，一旦摻雜物進入硅，他向各個方向擴散，包括橫向擴散，pn結(jié)，在氧化層之下終止，不再留給人工來處理，也不會暴露于空氣中，因此平面工藝是目前為止最干凈的。仙童公司1959年早期不知道晶體管現(xiàn)在被用一種新工藝做成，甚是吃驚的發(fā)現(xiàn)漏電流變?yōu)橹暗那Х种?，從此，仙童公司日漸紅火，而肖特萊晶體管公司開始走下坡路，經(jīng)兩次轉(zhuǎn)賣，于1969年關(guān)閉，自此以后，而且肖特萊變得對社會學(xué)和退化理論感興趣，它提出窮人注定智商低，他死于1989年，陪葬他的是他以前的所有聲望。附錄B 外文文獻This artic is from the book of “Designing analog chip”which authored by Hans Camenzind.PrefaceLet39。s assume your IC design needs an operational one? If you check the databooks of linear IC suppliers, you39。ll find hundreds of them. Some have low current consumption, but are slow. Others are quite plex, but feature railtorail inputs and outputs. There are inputs which are factorytrimmed for low offset voltages, outputs for high currents, designs for a single supply voltage, very fast devices, etc.Here is the inherent problem with analog building blocks: there are no ideal designs, just configurations which can be optimized for a particular application. If you envisioned a library from which you can pull various analog building blocks and insert them into your design, you are about to experience a rude shock: this library would have to be very large, containing just about every operational amplifier (and all other linear functions) listed in the various databooks. If it doesn39。t, your IC design is bound to be inferior to one done with individual ICs. In short: There are no standard analog cells. If your application is the least bit demanding, you find yourself either modifying previously used blocks or designing new ones. In either case you need to work on the device level, connecting together transistors、resistors and rather small capacitors. To do this you need to know what devices are available and what their limitations are. But above all you need to understand devices in some detail. The easiest way to learn about plex technical things is to follow their discovery, to have the knowledge gained by the earlier men and women (who pioneered the field) unfold in the same way they brought it to light.SemiconductorsIn 1874 Ferdinand Braun was a 24year old teacher in Leipzig, Germany. He published a paper which was nothing short of revolutionary: he had fou