电子元件的「二」「三」事

电子元件的演进，要由灯泡的发明谈起。

话说爱迪生(Thomas Edison)发明灯泡后，又很手痒的在灯泡中多放了一个电极，且洒了点箔片。然后他在这个电极加负电，发现箔片会翻腾漂浮。如果加正电，箔片则是不动如山，没啥反应。爱迪生搞不懂这个现象，但是觉得可以利用这个现象来制成电流计及电压计等实用电器，于是在1883年申请了一个专利，就是今日大家熟知的爱迪生效应(Edison Effect)。一直到1901年，在理查森(Owen Richardson)的研究之后，爱迪生效应终于得到解释，原来是电子的激发态引起箔片漂浮。理查森因此得到1928年的诺贝尔物理奖。

根据爱迪生效应，英国的弗莱明(John Fleming)在1904年发明了二极真空管(Diode；或称Valve)。这个元件是由一放射电子的加热灯丝与接收电子的屏极所组成。当屏极加入正电压便会产生电流，加入负电压却没有电流产生。二极真空管常见的应用是整流器，能将交流电转换成直流电，是电源供应器的必要机制。整流器也被用来当作无线电信号的传感器。弗莱明的这项贡献被IEEE誉为「one of the most important developments in the history of electronics」。

狄佛洛斯特(Lee de Forest)研读了弗莱明的研究成果，在1906年将二极真空管内加入栅极，发明了三极真空管(Audion；或称Triode)，可以控制电子的活动，使其具有放大信号与控制电量的强大功能，对于长途电话网络有重大影响：语音在长途电话线的传输过程很快就会衰减，而三极真空管能将信号放大，让语音传得更远。三极真空管也促成了世界上第一座无线电广播电台，其于1921年在美国匹兹堡市建立，使无线电通讯迅速的扩散到世界各地。日俄战争时，《纽约时报》(New York Times)及《伦敦时报》(London Times)等媒体使用狄佛洛斯特的无线电设备发送新闻稿。

毫无疑问，真空管技术由「二」(二极真空管)演进到「三」(三极真空管)，是电子工业发展史上的重要里程碑。然而弗莱明对于狄佛洛斯特的三极真空管发明是颇不以为然，认为狄佛洛斯特的想法并无创意，和他的二极真空管太相似了。于是打了数十年的专利权官司，直到1943年美国法院才判定狄佛洛斯特胜诉。科学的发明贡献仍需法律人来判决，亦令人感慨。

真空管由「二」到「三」的研发途径很自然地在半导体重演。德国物理学家布劳恩(Ferdinand Braun) 在1898年研发二极管(Crystal Diode)。接续布劳恩的发明，贝尔实验室于1945年开始研究半导体版本的三极管，发明了晶体管( Transistor )，取代真空管放大器，大幅改善真空管耗电、生热，且容易烧坏的缺点，变革了整个电脑及电信技术。

晶体管的发明者是萧克力(William Shockley)、布莱顿 (Walter Brattain)，及巴丁(John Bardeen)。这三位科学家为了这个重要发明专利争执不休，虽然没有闹上法庭，却也刀枪剑戟，热闹非凡。其争执大概和萧克力的强势个性有关。

我于2012年11月受邀出席一场由台积电张忠谋董事长作东的晚宴。餐中闲聊，张董事长回忆，他在史丹福大学攻读博士学位时曾旁听萧克力的课程。在课堂上萧克力霸气十足，对学生往往不假颜色，某种程度反映其个性，让张董事长印象深刻。不过萧克力对半导体产业的影响，是无疑义的，因为半导体技术由「二」演进到「三」(晶体管)，是关键的里程碑！