MOSFET的操作原理是在垂直于半导体表面的方向上加一电场来控制源极(source)与漏极(drain)之间的电导(conductance)。其实这个效应早在1925年即由李利费尔德(Julius, Edgar Lilienfeld)所发现。1930年他取得场效应元件的专利权。由于当时晶体表面及薄膜(thin film)方面的物理知识相当缺乏,所以场效应的元件无法制成。长时间以来,李利费尔德的专利无人问津。
虽然李利费尔德的专利无人问津,但它却并非一张废纸。大名鼎鼎的肖克来在贝尔实验室工作时,也有过场效应晶体管的想法,但是由于李利费尔德的专利保护,肖克来最初的场效应晶体管的专利申请被完全驳回。这一结果让贝尔实验室的人无不感到震惊,以至于1948年巴丁在申请他和布拉顿的点接触型晶体管的专利时也有很多担忧,害怕李利费尔德的专利保护会妨碍自己的专利申请通过。事实上,巴丁周围大部分人都认为这次专利申请凶多吉少。当然,事情的发展还是很顺利的,1950年这份专利申请被批准并被正式授予贝尔实验室。
这里要注意的是,贝尔实验室的点接触型晶体管的专利署名中竟然没有肖克来。要知道晶体管的基本原理都是肖克来想出来的,肖克来一向自认为是晶体管之父,他本人又是贝尔实验室半导体小组的组长。这是怎么回事呢?原来,申报专利时,贝尔实验室的专利律师发现这项点接触型晶体管的专利中部分内容与肖克来之前申请的专利有冲突,因此没有加上他的名字。这件事让肖克来很恼火,也很自卑。没办法,毕竟在点接触型晶体管方面,巴丁和布拉顿贡献更大,已经走到了他的前面。知耻而后勇。肖克来这时显示出他天才本色。他把自己关在实验室整整一个月,苦思冥想,发明出结型晶体管的制造方案。这是一种更加实用更加可行的晶体管方案。特别是更容易用在集成电路上。1950年11月,肖克来的结型晶体管制造成功。为使这种晶体管迅速广为人知,他还专门写了一本专著,介绍结型晶体管的理论和原理。肖克来用自己的勤奋和天才证明了自己不愧为晶体管之父的称号。
李利费尔德1916-1926年间曾任莱比锡大学物理学院教授。他的主要学术贡献包括:
改进了X射线管,这种管被后人称为李利费尔德管(Lilienfeld tubes);
发明或改进了超高真空技术;
发现了一种新的场发射现象,此现象后来被称为Aona效应;
他在场效应晶体管上拥有多项美国专利,为固态放大器提出了新的想法,并且“比肖克来,布拉顿和巴丁的工作早了近20年”。
李利费尔德1963年在美国去世。1988年美国物理学会根据李利费尔德的遗孀Beatrice Lilienfeld的遗赠设立李利费尔德奖(The Julius Edgar Lilienfeld Prize)用以表彰对物理学做出卓越贡献的科学家。其中我们熟知的霍金(Stephen William Hawking)曾获得1999年的李利费尔德奖。基普索恩(Kip Thorne)曾获得1996年的李利费尔德奖。这个基普索恩是2017年诺奖获得者(验证引力波),是2014年美国科幻电影《星际穿越》(Interstellar)的科学指导。
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