引言：1883年的某一天，大发明家，托马斯·爱迪生正在为电灯泡灯丝寿命太短而苦恼不已。毫无头绪的他顺手镊起来了一小根铜线放在灯丝的附近，希望铜线能起到些许阻止灯丝的蒸发的作用。虽然这个想法失败了，不过他却无意中发现，没有连接电路的铜线，竟然莫名其妙产生了微弱的电流。当时爱迪生正潜心研究城市电力系统，没重视这个现象。但是商业嗅觉异常敏锐的他为这一发现申请了专利，并将其命名为“爱迪生效应”。

        一、真空二极管的出现。

        铜线与碳丝不仅没有相连，且同处于真空玻璃管内，电流竟能凭空产生？

        1884年，爱迪生电光公司的前技术顾问，英国科学家弗莱明出访美国拜会爱迪生共同讨论了电发光的问题。了解到他此前遇到的“凭空生电”的诡异现象。弗莱明顿时产生了浓厚的兴趣，回国后对此念念不忘，并亲手进行了研究与实验，果然，“爱迪生效应”屡屡应验。不仅如此，他还发现：当真空玻璃管内的阳极电位高于阴极时，阴极发射的电子在电场的作用下,向阳极运动形成电子流。而阴极电压比阳极高时，电子所受到的电场力是将电子拉回阴极的，不能产生电流。电的单项行路是真空二极管的重要特性。

图1：爱迪生效应示意图。

        弗莱明进一步总结归纳了“爱迪生效应”。但是真正到实际应用却是在十二年后的某个巧合。

        1896年，“无线电之父”马可尼，经过了两年的努力，成功的在英国进行了无线电装置的演示试验，并获得了这项发明的专利权。也是这一年，马可尼无线电报公司成立，弗莱明被聘为顾问。他在这之后研究改进无线电报接收机中的检波器时，设想运用“真空二极管”的特性为无线电接收站信号进行检波。这一设想大获成功，二极管检波器完美的替代了马可尼之前采用的“金属屑检波器”。

        1904年11月16日“真空二极管”在英国取得了专利，这是人类历史上第一个电子元器件。

图2：弗莱明设计的真空二极管

        二、空中帝国的王冠——“真空三极管”的发明

        美国科学家，德福雷斯特，是一个痴迷电磁学的科学怪人。1899年，他曾现场观看了马可尼演示的“无线电通讯表演”。在那个需要通过架设海底电缆实现跨洋电话通讯的时代，这项发明无疑是具有伟大革命性质的。德福雷斯特看到了无线电的优势，想要进入马可尼无线电报公司工作，但是遭到了无情拒绝应。到了1904年，在了解到马可尼无线电公司的无线电通讯站使用了弗莱明发明的“真空二极管”作为全新的检波器后，马上敏锐的认识到，“二极管”只能用于“检波”，但是在“放大信号”方面的性能则不太理想的缺陷。

        他尝试改进“真空二极管”，并实施了具体方案：在二极管的阳极和阴极之间放置一个用金属细丝绕制成金属网，这个“金属网”在通电后，就像一个灵敏的控制开关，通过给其输入“正”、“负”不同的电荷，实现了电流的“放大”作用。二极管进阶成功！

        1908年，德福雷斯特发明的“真空三极管”获得了美国专利，人类社会开始进入了电子时代。

图3：德福雷斯特和他发明的“真空三极管”

        “真空三极管”因为其独特的“放大”功能，可以将无线高频信号进行转化，并清晰的用音响播放出来，这项发明简直是为收音机量身定制的，几乎一时间，收音机风靡全球。1919年美国匹兹堡KDKA广播电台正式成立，成为人类历史上第一个商业电台。直到今天，“电子三极管”还一直影响着人类的生活，比如家中的微波炉，一直还需要“电子三极管”来放大电波能量。“高保真”音响的核心部件——由“电子三极管”构成“胆机”仍然是高品质音响的灵魂部件。

        真空三极管让人类文明进入了一个全新的篇章。但是它的缺点也显而易见：首先，真空三极管的体积过于庞大，初生代的真空三极管，和现在家用的大灯泡小于差不多，由其制成的收音机像一个衣柜那么大；其次，真空三极管必须保持管内部处于真空状态，随着时间的推移难免产生漏气或破损；第三，由于真空三极管的物理特性（金属进入炽热状态后放电），它的耗电量非常大，且产生的热量很高。比如，世界上第一台通用计算机“ENIAC”就是使用了18000个电子三级管组装的，这台巨无霸占地170平方米，重达30吨，耗电功率约150千瓦。据说这要它一开机，附近三个村子就得全部停电。不仅如此，这台电老虎在工作时，需要不间断的人员护理，不停的更换坏掉的电子管。

图4：世界第一台计算机“埃尼亚克”与正在为其检修电子管故障的女工

        三、自发明轮子之后最重要的发明——晶体管

        （一）贝尔实验室“男子天团”三人组

        随着电子三极管的广泛引用，其弊端也日渐凸显，限于电子管的物理特性，其改造空间有限，一大批科研人员前赴后继的想要找到解决方案。直到1945年，美国贝尔实验室招募来了当时国内鼎鼎大名的科学家——“威廉·肖克利”来组织研发一种“全新替代产品”。肖克利与他的另外两位组员：约翰·巴丁、沃尔特·布拉顿，一起把研究方向放在寻找一种全新的“半导体材料”来制作三极管。进过了两年多的研究，1947年12月23日，圣诞节前夕这一天，贝尔实验室“三人男子天团”拿着一个看起来简陋的小块儿楔形塑料，向实验室的负责人展示了这个充满魔力的小精灵，不费吹灰之力的将电流放大了330倍。这一天，“晶体管”正式诞生了！办公室里坐着的负责验证科学成果的世界首屈一指的科学家们已经预感到，科学史正在他们眼前掀开了新篇章。

        晶体管的优势不仅体现在可以完全实现“电子管”开关、放大电流的功能，而且在工作时间不需要预热，产生的热量很小，消耗的功率仅为电子管的百万分之一；作为开关，晶体管的反应速度更快、体积更小，更容易实现规模化量产。这就为将来的电器微型化奠定了基础。

        晶体管成功发明之后，肖克利团队在申请专利的过程中出现了一些问题，导致贝尔实验室“男子天团”的队长威廉·肖克利与他的另外两个同事产生了矛盾，“男团”趋于分裂。从此之后，肖克利另外带了几位新人开始了新的研发方向，其实就是在晶体管的原理基础上研制一种体积更小，更有利于商业化大规模量产的晶体管产品，用了不到一年的时间，也就是1948年，开发出了一款名为“双极结型晶体管BJT”的产品，也就是在日后被广泛使用的“锗晶体三极管”原型。

图5：贝尔实验室男子三人天团与他们研制的晶体管

        （二）贝尔实验室“男子天团”分道扬镳，威廉·肖克利单飞。

        正所谓性格决定命运。威廉·肖克利不善于团队合作，自私，专横，多疑的性格使得他的搭档纷纷离之而去。他自己也被贝尔实验室的工作人员孤立起来。他逐渐感觉到，自己快待不下去了。

        而就在这个时候，美国德州仪器公司推出的一项新技术，促使威廉·肖克利下定决心离开贝尔实验室。

        当时，美国最大的电子仪器公司——德州仪器生产的锗晶半导体收音机问世。肖克利坐不住了，作为一名科学家，他并不满足于自己的科研成果，而是想将晶体管发明进行商品化并推向市场。要成为“百万富翁”的决心促动他“单飞”。同事，为了同时照顾身体不好的母亲，肖克利决定将自己第一次创业的风水宝地选在了“圣塔克拉拉谷”（日后被称为“硅谷”），并将自己的公司命名为“肖克利半导体实验室”，这是硅谷第一家公司，也是硅谷最早从事硅基电子元器件研究的公司。

        （三）慧眼赌局，决心研发“硅基晶体管”

        肖克利实验室成立后，面对德州仪器公司畅销的“锗晶体收音机”，肖克利准备另辟蹊径，研发一种采用“硅”作为原材料的晶体管。

        锗，是一种稀有元素，在地壳中的含量仅为百万分之七。不仅如此，锗矿的分布还非常分散。这就决定了：锗，作为锗晶体管的原材料，其制作成本将居高不下；锗晶体还有一个短板，就是不耐高温，这就决定了它不容易提炼到足够高的纯度，晶体纯度不高，就意味着晶体管的性能低下。而锗晶体所有的缺点，都是硅元素的先天优势。硅是自然界含量第二高的元素，从沙子中既能提炼出来，这就意味着，如果大规模量产，成本基本之来源于加工环节，将来的电子产品会将会随着生产销率的提高越来越便宜。

        纵观后世电子产品的发展历程，也确实如同肖克利的预料一样。有一说一：威廉·肖克利的情商虽然低，但是其商业眼光却极具远见。

        （四）筑巢引凤，引来“八叛逆”

        万事俱备，肖克利需要准备开始招兵买马大干一场。但是因为人缘太差，没人敢追随肖克利。无奈之下他只好来到美国东海岸广撒招聘信息。肖克利巧妙的将招聘信息用代码的形式发行在了一部在美国东部地区广泛刊印的学术期刊上。这种“加密信息”的招聘启示，果然为肖克利实验室引来了众多有才华的科研人员。肖克利在科学界的威望与他关于晶体管的新计划打动了一大批年轻的科研人员。被肖克利招致麾下所有人都踌躇满志，以为可以大展伸手成就一番事业了。

        但是，肖克利的性格缺陷却又一次在自己的公司的日常管理中酿成大祸。公司的决策一再更改，执行犹豫不决，实验室运行了一年多的时间，都没有研发出一款像样的产品，只推出了一种相对简单的二极管产品，并非晶体管。悲观失望中，八位核心员工提出了研究“集成电路”的方案，没想到竟然被肖克利无情拒绝。肖克利的管理也有很大的问题：他要求团队成员各自的研究成果要严格保密，这对挤在一间办公室的科研人员来说几乎不可能办到；除此之外，他不相信团队成员的研究成果，一旦有研究成果出来，一定要寄回贝尔实验室进行验证，对办公室里所有的电话都进行录音。最恐怖的是，他对整个实验室进行测谎仪测试，仅仅一年以后，跟随他的下属纷纷辞职。其中，八名核心成员的离开，被肖克利气愤的称为“八叛逆”。这八个人中比较著名的两个，其中一个是后来Intel的创始人，罗伯特·诺伊斯；另外一个是提出著名理论“摩尔定律”的戈登摩尔。

表1-摩尔定律：集成电路上可以容纳的晶体管数目在大约每经过18个月便会增加一倍。

        （五）“一美元钞票”佳话——“八叛逆”成为“八仙童”

        “八叛逆”要成立自己的公司的商业计划书，几经辗转到了海登斯通投资银行职员——“亚瑟·洛克”的手里。洛克非常看好半导体行业的长远发展，更重要的是，他看中了这八个才华横溢年轻人的潜力。于是，他说服他的老板巴德·科伊尔（Bud Coyle），一起飞到旧金山，和这帮年轻人碰面。

        1957年9月18日的早上，“八叛逆”挤在一辆破旧面包车，一路赶到旧金山与他们的投资人进行面谈。经过一番热烈的交谈，洛克和科伊尔被打动了。洛克掏出一张崭新的一美元钞票，往桌上一拍：“啥都别说了，干吧！” 科伊尔环视着他们说：“协议没准备好，要入伙的，在这上面签个名！”于是，八个年轻人和两个银行家在一元钞票华盛顿的头像周围签上了自己的大名。

图6：“八仙童”签满名字的1美元纸钞，目前被收藏于斯坦福大学。

        1957年9月18日。这个日子，后来被《纽约时报》评为美国历史上最重要的十天之一。

        洛克开始负责为“八人团”的新公司寻找投资。他列出了35家公司，然后挨个打电话。但是，均以失败告终。一个偶然的机会，洛克和科伊尔遇到了仙童照相机与仪器公司(Fairchild Camera & Instrument )的老板，谢尔曼·费尔柴尔德(Sherman Fairchild)。

        费尔柴尔德的父亲曾经资助过老汤姆·沃森(Thomas Watson)创办IBM。作为继承人，他成了IBM的最大的个人股东，很有钱。费尔柴尔德对技术很感兴趣，他本人也是一个发明家。他发明的飞机照相设备，让自己在二战中发了大财。

        费尔柴尔德与洛克等人谈过以后，决定投资150万美元。凭借这笔投资，硅谷第一家由风险投资创办的半导体公司——仙童半导体公司，终于宣告成立了。

图7：上了《时代周刊》封面的费尔柴尔德与仙童半导体公司

        仙童半导体公司的母公司是费尔柴尔德的仙童集团，集团副总裁理查德·霍奇森（Richard Hodgson）负责分管仙童半导体公司的业务。本来霍奇森打算让诺伊斯做总经理，但是诺伊斯拒绝了，他只想做技术负责人，所以霍奇森找来了休斯公司的埃德·鲍德温(Ed Baldwin)当仙童半导体总经理。

        在公司股份方面，是这么定的：公司分为1325股，八人帮每人100股，海登·斯通225股，剩下300股留给公司日后的管理层。投资协议写明，如果公司连续三年净利润超过30万美元，仙童集团有权以300万美元收回股票，或5年后以500万美元收回股票。

        这份协议，标志着硅谷第一次真正意义上的风险投资。洛克与科伊尔是硅谷最早的风险投资商，他们协助制定了公司的商业战略，分析了融资需求，寻找资金并分享收益。

        仙童半导体公司的创立，被公认为硅谷诞生的标志。虽然是肖克利把硅带到了这里，但是，创造出硅谷和硅谷特有文化的，无疑是仙童半导体。

图8 左起：费尔柴尔德、摩尔、诺伊斯

        仙童半导体成立之后，第一笔订单，是来自IBM的。这也是一笔“关系订单”。前面说了，费尔柴尔德是IBM的大股东，在他的帮助下，仙童才做成了这笔“关联交易”。在这笔订单中，IBM以每个150美元的价格，向仙童订购了100个硅管。

        为了按时按质完成订单，八个人进行了分工：诺伊斯与拉斯特负责硅晶片蚀刻；赫尔尼负责扩散工艺；罗伯茨负责切割打磨；摩尔负责设计建造熔炉；克莱纳与布兰克负责加工设备的研制及改进制造工艺；格里尼克负责测试。

图9：八仙童——诺伊斯和他的团队。

        1958年NPN型“硅基半导体三极管”问世，IBM的订单成功交付。虽然，此后仙童再没能从IBM获得硅管订单（IBM此后与德州仪器合作，建起了自己的晶体管生产线）。但是，仙童通过这笔订单，成功站稳了脚跟，并且开始进入高速发展阶段。并为集成电路的出现打下了基础。

        讽刺的是，硅基半导体晶体管，这个威廉·肖克利多年未能完成的设想，在“八仙童”的努力下不到半年就实现了。

        1958年9月，德州仪器公司工程师基尔比（J.kilby）成功设计出了一个将20余个电子元器件（电阻、电容、晶体管等）以极细的导线互相链接，并热焊在不超过4平方毫米的面积的平面上的全新半导体原件。并将其命名为“集成电路”1959年2月6日，基尔比向美国专利局申报了专利，并成功得到了批复。后人将这一天认为是集成电路的诞生日。

        德州仪器公司工程师基尔比成功申请到第一个集成电路发明专利的消息传到仙童公司，诺伊斯十分震惊。他当即召集团队成员商议对策。诺伊斯提出：可以用蒸发沉积金属的方法代替热焊接导线，这是解决元件相互连接的最好途径。仅仅6个月后，诺伊斯和他的团队发明了世界上第一块用硅制作的集成电路，这种用“平面工艺”开发的集成电路比“锗晶集成电路”更实用，且更适宜大规模量产。

        由于诺伊斯的创造发明，仙童公司生产的集成电路很快成了比金子还诱人的产品，仙童公司原先占地170平米的庞大计算机，竟可以被一块只有火柴盒大小的微处理器所替代。

        到了1960年。当时仙童母公司根据投资协议，行使了自己的权利，回购了全部股份。“八仙童”每人得到25万美元。在当时的美国，这是一笔巨款。

        此后的5年，仙童半导体每年的销售额都翻一番。1966年的时候，仙童半导体已经是全美仅次于德州仪器第二大半导体公司。

        四、肖克利半导体实验室关张

        1968年，苦苦支撑了十几年，并没有取得什么重大研究成果的肖克利实验室终于关张了。

        这一年，威廉·肖克利，58岁，从此，他就成了人们口中的“硅谷弃儿”。商场失意，肖克利回归校园，在斯坦福大学的讲台上继续挥洒人生。在此后的时间里，肖克利的性格愈发变得孤僻，几乎疏远了身边所有的亲戚朋友，直到死的那一天，身边陪伴的人只有他的第二任妻子。他的子女竟然是从第二天报纸上的讣告得知自己父亲去世的消息。

        威廉·肖克利无疑是开创了人类新产业革命的先驱。但，“晶体管之父”却被自己开创的时代流放，这其中的故事，无疑让后人唏嘘不已。