早在1883年，闻名世界的大发明家爱迪生发明了第一只白炽照明灯。电灯的发明给一直生活在黑暗之中的人们送去了光明和温暖。就在这个过程中，爱迪生还发现了一个奇特的现象：一块烧红的铁会散发出电子云。后人称之为“爱迪生效应”。1884年的一天，一位叫弗莱明的英国发明家，远涉重洋，风尘仆仆地来到美国，拜会了他慕名已久的爱迪生。就在这两位大发明家的会见中，爱迪生再次展示了爱迪生效应。遗憾的是，由于当时技术条件的限制，不论是爱迪生还是弗莱明，都对这一效应百思不得其解，不知道利用这一效应能做些什么。
20世纪初，有线电报问世了。这一发明给人们带来了很多便利。有线电报发出的信号是高频无线电波，收信台必须进行整流，才能从听筒中听出声音来。当时的整流器结构复杂，功效又差，亟待改进。正在研究高频整流器的弗莱明灵机一动，他想，如果把爱迪生效应应用在检波器上，结果会怎样呢？就这样，引出了一个新的发明。
1904年弗莱明在真空中加热的电丝（灯丝）前加了一块板极，从而发明了第一只电子管。他把这种装有两个极的电子管称为二极管。利用新发明的电子管，可以给电流整流，使电话受话器或其他记录装置工作起来。如今，打开一架普通的电子管收音机，我们很容易看到灯丝烧得红红的电子管。它是电子设备工作的心脏，是电子工业发展的起点。
弗莱明的二极管是一项崭新的发明。它在实验室中工作得非常好。可是，不知为什么，它实际应用于检波器上却并不很成功，还不如同时发明的矿石检波器可靠。因此，对当时无线电的发展没有产生什么冲击。
此后不久，贫困潦倒的美国发明家德福雷斯特在二极管的灯丝和板极之间巧妙地加了一个栅板，从而发明了第一只真空三极管。这一小小的改动，竟带来了意想不到的结果。它不仅反应更为灵敏、能够发出音乐或声音的振动，而且，集检波、放大和振荡三种功能于一体。因此，许多人都将三极管的发明看做电子工业真正的诞生起点。德福雷斯特自己也非常惊喜，认为“我发现了一个看不见的空中帝国”。
电子管的问世，推动了无线电电子学的蓬勃发展。到1960年前后，西方国家的无线电工业年产10亿只无线电电子管。电子管除应用于电话放大器、海上和空中通信外，也广泛渗透到家庭娱乐领域，将新闻、教育节目、文艺和音乐播送到千家万户。就连飞机、雷达、火箭的发明和进一步发展，也有电子管的一臂之力。比如第二次世界大战末出现的B29轰炸机上装有1千个电子管和1万多个无线电元件。
电子管在电子学研究中曾是得心应手的工具。电子管器件历时40余年一直在电子技术领域里占据统治地位。但是，不可否认，电子管十分笨重，能耗大、寿命短、噪声大，制造工艺也十分复杂。因此，电子管问世不久，人们就在努力寻找新的电子器件。
第二次世界大战中，电子管的缺点更加暴露无遗。在雷达工作频段上使用的普通的电子管，效果极不稳定。移动式的军用器械和设备上使用的电子管更加笨拙，易出故障。因此，电子管本身固有的弱点和迫切的战时需要，都促使许多科研单位和广大科学家能迅速研制成功能取代电子管的固体器件。第二次世界大战以后，人们开始研究半导体材料。1947年研制出用半导体材料制成的晶体二极管，1948年又研制出晶体三极管，从而使得电子技术迅速发展起来。在20世纪50年代末，人们又研制出集成电路，就是在很小的一块半导体材料上，可以有成百上千个电子器件和电路。现在又研制出更大规模的集成电路，用微电子器件制作了电脑、机器人等等。
为什么电子技术发展得这样迅速呢？原来是半导体材料制成的电子设备有很多突出的优点，概括起来为“小、轻、牢、省”四个字。半导体器件越来越向超小型发展，常见的普通二极管有米粒大小，现在的集成电路可以在1平方厘米面积上有上百万个元件，用它做的雷达只有香烟盒大小。器件一小，重量必然减轻、运输起来也很方便。这些器件是用烧融或光刻的方法制成的，不但牢固、机械性能好、不怕振动，而且工作电压低，几节干电池就能供电，不用预热，耗电少，寿命长。所以，很多设备用晶体管代替了电子管。因此半导体器件被称为“真空管的终结者”。
三、肖克莱、巴丁和布拉顿的发现
半导体是19世纪末才发现的一种材料。当时人们并没有发现半导体的价值，也就没有注重半导体的研究。直到第二次世界大战中，由于雷达技术的发展，半导体器件——微波矿石检波器的应用日趋成熟，在军事上发挥了重要作用，这才引起了人们对半导体的兴趣。许多科学家都投入到半导体的深入研究中。经过紧张的研究工作，美国物理学家肖克莱、巴丁和布拉顿三人捷足先登，合作发明了晶体管——一种三个极点的半导体固体器件。晶体管被人们称为“三条腿的魔术师”。它的发明是电子技术史中具有划时代意义的伟大事件，它开创了一个崭新的时代——固体电子技术时代。他们三人也因研究半导体及发现晶体管效应而共同获得了1956年的最高科学奖——诺贝尔物理学奖。
可是，半导体晶体管究竟是什么样的？它又是怎样发明出来的呢？
早在20世纪30年代，人们已经尝试着制造固体电子器件。但是，当时人们多数是直接用模仿制造真空三极管的方法来制造固体三极管。因此这些尝试毫无例外都失败了。
晶体管的发明实际上是在1947年的12月23日的半年之前，当时贝尔实验室的研究人员已经看出了晶体管的商业价值，为此专利保密了半年，到1947年12月23日，肖克莱和巴丁才正式公布了他们的发明，这也成为晶体管的正式发明日。他们用了一个非常简单的装置，就是在一块锗晶体上，用两个非常细的金属针尖扎在锗的表面，在一个针上加正电压，在另外一个探针上加一个负电压，我们现在分别称为发射极和集电极，N型锗就变成了一个基极，这样就形成了一个有放大作用的PNP晶体管。
美国人威廉·肖克莱，1910年2月13日生于伦敦，曾在美国麻省理工学院学习量子物理，1936年获得该校博士学位后，进入久负盛名的贝尔实验室工作。贝尔实验室是电话发明人贝尔创立的，在电子，特别是在通信领域是最有名气的研究所，号称“研究王国”。早在1936年，当时的研究部主任，后来的贝尔实验室总裁默文·凯利就对肖克莱说过，为了适应通信不断增长的需要，将来一定会用电子交换取代电话系统的机械转换。这段话给肖克莱留下了不可磨灭的印象，激起了他满腔的热情，从此，肖克莱把毕生精力投入到推进电子技术进步的事业中。沃尔特·布拉顿也是美国人，1902年2月10日出生在中国南方美丽的城市厦门，当时他父亲受聘在中国任教。布拉顿是实验专家，1929年获得明尼苏达大学的博士学位后，进入贝尔研究所从事真空管研究工作。
温文儒雅的美国人巴丁是一个大学教授的儿子，1908年在美国威斯康星州的麦迪逊出生，相继于1928年和1929年在威斯康星大学获得两个学位。后来又转入普林斯顿大学攻读固体物理，1936年获得博士学位。1945年来到贝尔实验室工作。
默文·凯利是一位颇有远见的科技管理人员。他从20世纪30年代起，就注意寻找和采用新材料及依据新原理工作的电子放大器件。在第二次世界大战前后，敏锐的科研洞察力促使他果断地决定加强半导体的基础研究，以开拓电子技术的新领域。于是，1945年夏天，贝尔实验室正式决定以固体物理为主要研究方向，并为此制定了一个庞大的研究计划。发明晶体管就是这个计划的一个重要组成部分。
1946年1月，贝尔实验室的固体物理研究小组正式成立了。这个小组以肖克莱为首，下辖若干小组，其中之一包括布拉顿、巴丁在内的半导体小组。在这个小组中，活跃着理论物理学家、实验专家、物理化学家、线路专家、冶金专家、工程师等多学科、多方面的人才。他们通力合作，既善于汲取前人的有益经验，又注意借鉴同时代人的研究成果，博采众家之长。小组内部广泛开展有益的学术探讨，有新想法、新问题，就召集全组讨论，这是习惯。在这样良好的学术环境中，大家都充满热情，完全沉醉在理论物理领域的研究与探索中。
开始，布拉顿和巴丁在研究晶体管时，采用的是肖克莱提出的场效应概念。场效应设想是人们提出的第一个固体放大器的具体方案。根据这一方案，他们仿照真空三极管的原理，试图用外电场控制半导体内的电子运动。但是事与愿违，实验屡屡失败。人们得到的效应比预期的要小得多。人们困惑了，为什么理论与实际总是矛盾的呢？问题究竟出在哪里呢？经过多少个不眠之夜的苦苦思索，巴丁又提出了一种新的理论——表面态理论。这一理论认为表面现象可以引起信号放大效应。表面态概念的引入，使人们对半导体的结构和性质的认识前进了一大步。布拉顿等人乘胜追击，认真细致地进行了一系列实验。结果，他们意外地发现，当把样品和参考电极放在电解液里时，半导体表面内部的电荷层和电势发生了改变，这不正是肖克莱曾经预言过的场效应吗？
这个发现使大家十分振奋。在极度兴奋中，他们加快了研究步伐，利用场效应又反复进行了实验。谁知，继续实验中突然发生了与以前截然不同的效应。这接踵而至的新情况大大出乎实验者的预料。人们的思路被打断了，制作实用器件的原计划却不能不改变，但渐趋明朗的形势又变得扑朔迷离。
然而肖克莱小组并没有知难而退。他们紧紧循着茫茫迷雾中的一丝光亮，改变思路，继续探索。经过多次的分析、计算、实验，终于人们得到了盼望已久的“宝贝”，这一天，巴丁和布拉顿把两根触丝放在锗半导体晶片的表面上，当两根触丝十分靠近时，放大作用发生了。世界第一只固体放大器——晶体管也随之诞生了。在这值得庆祝的时刻，布拉顿按捺住内心的激动，仍然一丝不苟地在实验笔记中写道：“电压增益100，功率增益40，电流损失1/2.5……亲眼目睹并亲耳听闻的人有吉布尼、摩尔、巴丁、皮尔逊、肖克莱等。”在布拉顿的笔记上，皮尔逊、摩尔和肖克莱等人分别签上了日期和他们的名字表示认同。
巴丁和布拉顿实验成功的这种晶体管，是金属触丝和半导体的某一点接触，故称点接触晶体管。这种晶体管对电流、电压都有放大作用。
基于严谨的科学态度，贝尔实验室并没有立即发表肖克莱小组的研究成果。他们认为，还需要时间弄清晶体管的效应，以便编写论文和申请专利。在此后的一段时间里，肖克莱等人在极度紧张的状态中忙碌地工作着。他们心中隐藏着一丝忧虑。如果别人也发明了晶体管并率先公布了，他们的心血就付之东流了。他们的担心绝非多虑，当时许多科学家都在潜心于这一课题的研究。
1948年初，在美国物理学会的一次会议上，杜克大学的布雷和本泽报告了他们在锗的点接触方面所进行的实验及其发现。当时贝尔实验室发明晶体管的秘密尚未公开，它的发明人之一——布拉顿此刻就端坐在听众席上。布拉顿清楚地意识到布雷等人的实验距离晶体管的发明就差一小步了。因此，会后布雷与布拉顿聊天时谈到他们的实验时，布拉顿立刻紧张起来。他不敢多开口，只让对方讲话，生怕泄密给对方，支吾几句就匆匆忙忙地走开了。后来，布雷曾惋惜地说过：“如果把我的电极靠近本泽的电极，我们就会得到晶体管的作用，这是十分明白的。”由此可见，当时科学界的竞争是多么的激烈！实力雄厚的贝尔实验室在这场智慧与技能的角逐中，也不过略胜一筹而已。
晶体管发明半年以后，在1948年6月30日，贝尔实验室首次在纽约向公众展示了晶体管。这个伟大的发明使许多专家不胜惊讶。然而，对于它的实用价值，人们大都表示怀疑。当年7月1日的《纽约时报》只以8个句子、201个文字的短讯形式报道了本该震惊世界的这条新闻。在公众的心目中，晶体管不过是实验室的珍品而已。估计只能做助听器之类的小东西，不可能派上什么大用场。
的确，当时的点接触晶体管同矿石检波器一样，利用触须接点，很不稳定，噪声大，频率低，放大功率小，性能还赶不上电子管，制作又很困难，难怪人们对它无动于衷。然而，物理学家肖克莱等人却坚信晶体管大有前途，它的巨大潜力还没有被人们所认识。于是，在点接触式晶体管发明以后，他们仍然不遗余力，继续研究。又经过一个多月的反复思索，肖克莱瘦了，眼中也布满了血丝。一个念头却在心中越来越明晰了，那就是以往的研究之所以失败，根本原因在于人们不顾一切地盲目模仿真空三极管，这实际上走入了研究的误区。晶体管同电子管产生于完全不同的物理现象，这就暗示晶体管效应有其独特之处。明白了这一点，肖克莱当即决定暂时放弃原来追求的场效应晶体管，集中精力实现另一个设想——晶体管的放大作用。
