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以天然棉花纖維製成的電晶體

only-perception
・2011/10/30 ・945字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 492 ・五年級

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根據一項由康乃爾纖維科學家 Juan Hinestroza 所共同完成的一項研究表示,整合電子裝置,更聰明、更具機機能性的服裝也許在近未來將成為可能。

Hinestroza,纖維科學副教授,是一個國際團隊的一份子,目標是以天然棉花纖維開發電晶體。

“自棉花纖維創造出電晶體為電子產品與織物的無縫整合帶來新的視野,使可穿戴電子裝置的創造成為可能,” Hinestroza 表示。

這項創新代表一種顯著的進展,為更複雜裝置的創造(例如基於棉花的電路)立下基礎, Hinestroza 表示。這項發現將允許纖維感應體溫,自動加溫或冷卻,或著追蹤高風險患者的心跳速率或血壓,以及監控高水準(high-performance)運動員的身體負擔(physical effort)。

“也許有朝一日我們甚至能以一種類似於 khipus(基普、奇普,一種基於繩結的記錄裝置,為位於祕魯的印加帝國所用)的方法,從棉花纖維打造出電腦,” Hinestroza 說。

這項研究於 9/13 發表在 Organic Electronics 的線上版。它描述一種新技術,在其中,金奈米粒子的共形塗佈(conformal coatings,那些粒子都依循棉花的不規則拓樸)與半導電性、導電性聚合物被用來訂製天然棉花纖維的電氣行為。

之所以選擇棉花當作基質,是因為其機械性與天生的舒適性、相對廉價且廣泛用於織品與服裝中。棉花纖維量輕且耐用。

在這項研究裡,第一步就是要在棉花粗糙的拓樸上創造出奈米粒子的共形層。下一層不是導電性就是半導電性塗層;最後步驟是打造裝置。”這些分層如此細薄,以致於棉花纖維的彈性被保留下來,” Hinestroza 表示。

二種主動式電晶體,有機電化學電晶體以及有機場效應電晶體,亦被展示。這二種都廣泛用於電子產業成為積體電路的元件。積體電路控制著電話、電視與電玩主機等常見裝置的功能。

這項研究代表一項跨學科、來自康乃爾之纖維科學家以及來自 Bologna 大學之物理學家與來自 Cagliari 大學之電機工程師(二者都在義大利)還有來自法國 Ecole Nationale Superieure des Mines de Saint-Etienne 之材料科學家之間的共同成就。

Hinestroza 的實驗室貢獻其纖維與纖維機能(fiber functionality)的專業,而其他研究者則在他們的物理學、電機工程、與有機電子學專業領頭。

本論文第一作者,Cagliari 大學的 Giorgio Mattana,是康乃爾在 2009 – 2010 二學期間的國際訪問學生,在 Hinestroza 的與其他校園中的實驗室裡進行研究。他也使用了康乃爾奈米製程實驗室(Cornell  Nanofabrication Facility)與康乃爾材料研究中心(Cornell Center for Materials Research)的設施。

資料來源:PHYSORG:Transistors are made from natural cotton fibers[October 27, 2011]

轉載自only-perception

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only-perception
153 篇文章 ・ 1 位粉絲
妳/你好,我是來自火星的火星人,畢業於火星人理工大學(不是地球上的 MIT,請勿混淆 :p),名字裡有條魚,雖然跟魚一點關係也沒有,不過沒有關係,反正妳/你只要知道我不是地球人就行了... :D

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巴黎時裝週:噴霧製衣,一體成形
胡中行_96
・2022/10/03 ・2083字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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2022 年 9 月 30 日,[1]在巴黎時裝週 2023 春夏大秀上,近乎全裸的超模 Bella Hadid 緩步走上伸展台。她氣定神閒地,任由與法國時尚品牌 Coperni 合作的科學家們,用噴槍將液態布料覆蓋在她身上。[2, 3]經剪刀裁去布邊,並劃出高衩,一件服貼簡約的雪白平口洋裝,當場完成,驚豔全場。[4]

巴黎時裝週 2023 春夏大秀上,噴霧製衣的現場表演。影/參考資料 4

時裝秀的科技時刻

英國品牌 Alexander McQueen 也曾於 1999 春夏系列時裝秀中,讓超模 Shalom Harlow 在緊湊高亢的音樂襯托下,接受二支機械手臂的顏料洗禮,演繹出時尚史上經典的噴墨洋裝。[5]不過,這兩次乍看雷同的科技嘗試,其實有根本上的差異:Alexander McQueen 的做法,是把洋裝當作畫布,透過機械手臂在上頭忘情揮灑。放蕩不羈的風格,使模特兒的皮膚上沾染不少墨水,帶著一縷淒美的頹喪。[5]然而,這次巴黎時裝週的白色洋裝製作,則是宛如迪士尼動畫《睡美人》的情節。噴槍就是設計師的魔杖,妙手一揮便幻化出成品,整個過程乾淨俐落。做完馬上走秀,都不怕沿路滴水。[4]

這款神奇的噴霧布料,是 Manel Torres 博士研發的 Fabrican。[3]

Alexander McQueen 1999 春夏系列服裝秀中,Shalom Harlow 與機械手臂演繹經典的噴墨洋裝。影/參考資料 5

Fabrican 噴霧的原理

來自西班牙的 Torres 博士,[6] 2003 年於英國倫敦創立 Fabrican 有限公司。他希望用皮膚般貼身的媒材,來製作衣服,並加速生產的流程。[7]一件 Fabrican 服飾的生成,從無到有約莫只要 9 到 15 分鐘,[1, 6]而且材質和顏色都有多元的選擇。[8, 9]無論是棉、毛、亞麻、尼龍或是奈米碳纖維等原料,[6, 9]加入特製的揮發性溶劑後,噴在人體上便會快乾成形。 [6]這種液態布料能做出一年四季的服飾,差別主要在於塗層的厚度。成品噴好後,不僅可以重複穿著和洗滌,也能以溶劑即刻還原再利用,[10]十分環保。

Torres 博士示範用 Fabrican 噴出T恤,女模表示會冷。影/參考資料 10

Fabrican 服飾的量產

Copern i 的二位品牌創辦人 Sébastien Meyer 與 Arnaud Vaillant ,在這次的巴黎時裝週開始前 6 個月,就已經緊鑼密鼓地和 Torres 博士,一起研究如何呈現這件白色洋裝。「我們不會因此賺錢」,回想秀場上的那一刻 Meyer 如是說:「但那是段美麗的時光 ── 一個創造情感的體驗。」[3]

以人工一件一件地噴出衣服,並不符合經濟效益,所以除了上述量身訂做的方法,Torres 教授還開發出適合工業化量產的模式。這個概念有點類似 Alexander McQueen 1999 春夏系列服裝秀的演出,不過要把那位面目驚恐,非常入戲的模特兒,換成冰冷的人體模型。如此一來,裝有噴槍的機械手臂以及負責運算的可程式邏輯控制器(programmable logic controller,簡稱PLC),便能以每秒 9 公尺的速度噴出原料,不眠不休無休地將已經設計好的服飾,精準地製作出來。由於針對不同產品,只要依照個別需求,微調程式或液態布料的成份,Fabrican 官網宣稱,這比起仰賴為數龐大的傳統機器,更適合剛起步的事業和開發程度較低的國家。[11]

Fabrican 的其他用途

此外,同樣的技術也能運用在汽車內裝,[11]以及醫療器材上。比方說,口罩、繃帶、藥物貼片、創傷敷料,[12]還有取代石膏的骨折固定器等。[13]比較出乎意料的是,據說 Fabrican 也有清除海洋汙染,例如:原油外洩等的功能,可惜相關的資訊不多。[14]看到如此萬用的布料科技,只能期望它無論如何都要打入一般市場,造福大眾。別像伸展台上的高級服飾,永遠那麼遙不可及。

Fabrican 可望取代醫療石膏。影/參考資料 13

延伸閱讀

蠶繭電池是綠能的未來?!

參考資料

  1. Testa J. (02 OCT 2022) ‘The Best Moment of Bella Hadid’s Life’. The New York Times.
  2. Yang R, Chen L, Chiang R, Tseng R.(01 OCT 2022)〈巴黎時裝周2023春夏秀場盤點!Coperni現場噴墨製衣、Balmain邀請傳奇巨星Cher壓軸走秀〉Harpers Bazaar.
  3. Maguire L. (01 OCT 2022) ‘A spray-on dress and a solid gold bag: Coperni goes after Gen Z with novelty and fun’. Vogue Business.
  4. iDest. (01 OCT 2022) ‘Bella Hadid Closing Coperni Spring 2023 Collection’. YouTube.
  5. Couture Daily. (13 JAN 2013) ‘Alexander McQueen spring/summer 1999’. YouTube.
  6. Sample I. (17 SEP 2010) ‘Spray-on clothing becomes a reality’. The Guardian.
  7. Fabrican History’. Fabrican Spray-on fabric. (Accessed on 02 OCT 2022)
  8. FannVideo Best. ‘New Spray-on Clothing Future Technology’. (28 MAY 2013) YouTube.
  9. Fabrican Technology’. Fabrican Spray-on fabric. (Accessed on 02 OCT 2022.)
  10. New Scientist. ‘Spray-on clothing could be the future of fashion’. (17 SEP 2010) YouTube.
  11. Industrial – Industrial Application’. Fabrican Spray-on fabric. (Accessed on 02 OCT 2022.)
  12. Healthcare – Innovation, choice and flexibility in healthcare’. Fabrican Spray-on fabric. (Accessed on 02 OCT 2022.)
  13. fabricanltd. (15 MAY 2012) ‘Spray-on arm cast. Fabrican Ltd’. YouTube.
  14. Environmental – Protecting our environment from seaborne spills’. Fabrican Spray-on fabric. (Accessed on 02 OCT 2022.)
胡中行_96
64 篇文章 ・ 23 位粉絲
曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。邀稿請洽臉書「荒誕遊牧」,謝謝。

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洗澡時突然浮現:八叛徒的諾貝爾獎級專利,半導體的「平面製程」——《掀起晶片革命的天才怪咖:蕭克利與八叛徒》
親子天下_96
・2022/07/17 ・5127字 ・閱讀時間約 10 分鐘

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一場淋浴的時間,革命性想法突然浮現

1959 年 1 月初,赫爾尼早上起床淋浴時,一個在他腦中深藏許久的念頭突然浮現出來,他似乎看到了一線曙光,可以解決令大家束手無策的困境!

赫爾尼早上起床淋浴時,一個在他腦中深藏許久的念頭突然浮現出來。 圖/envato

根據貝爾實驗室的技術手冊,當矽晶圓完成摻雜後,必須用溶劑把表面剩餘的氧化層全部清除乾淨。因為擴散法應該也會把雜質摻入氧化層裡,若沒有全部移除,被汙染的氧化層恐怕會影響電晶體的導電性。不過如此就會讓 p-n 接面裸露在外,所以才必須用金屬外殼加以密封。

赫爾尼當時就懷疑氧化層是否真的會被汙染,就算會,真的會影響電晶體嗎?

他覺得氧化層有隔絕保護作用,保留下來或許利大於弊,但貝爾實驗室與同事都說照著技術手冊做就對了。後來要忙著趕 IBM 的訂單,他就把這想法擱在一旁,未再深入研究,現在他才突然想到如果有氧化層擋著,掉落的金屬碎屑就接觸不到 p-n 接面,也就不會影響電晶體了。

赫爾尼進辦公室後,連忙翻出當初所寫的筆記,重新整理謄寫。而在塗塗寫寫的過程中,腦中又冒出一個革命性的想法。

高臺式電晶體是先用擴散法在集極表面摻雜成基極,再用光刻技術在基極中央蝕刻出窗口,摻雜成射極。但何不一開始就用光刻技術做出基極?這樣底層的集極就不會全部被基極蓋住,集極、基極與射極三者都在同一平面,它們之間的 p-n 接面用同一層二氧化矽保護,只露出接腳的接觸點。由於電極彼此更靠近,效能會更好,而在製造上也更加簡單。

諾貝爾獎級的專利:平面製程

赫爾尼興奮的向諾宜斯與摩爾等人提出這個「平面製程(Planar process)」的構想,大家都半信半疑,違背技術手冊的指示,保留氧化層真的不會有問題嗎?不過目前也沒別的辦法,況且真的成功的話,不僅能解決眼下的問題,還能大幅提升電晶體效能與生產效率,讓快捷半導體的競爭力更上一層樓。他們決定放手一搏,同時趕緊找專利律師申請專利。

赫爾尼的平面製程概念(左圖)與高臺式電晶體(右圖)比較。平面製程的電晶體讓基極、射極和集極都在同一個平面上,並且都受到二氧化矽保護。圖/親子天下

「你們希望這項專利涵蓋哪些範圍?」專利律師開頭就先問這個問題。

諾宜斯等人頓時都愣住了,不就電晶體嗎?律師才進一步解釋:「這平面製程不是一種製造方法嗎?除了電晶體,也可以用來製造其他半導體元件吧?」

摩爾見諾宜斯還在出神中,只好出聲回答:「當然可以。要的話,二極體、電阻、電容這些也都可以用平面製程,但意義不大,這些也不是我們的目標市場。」

「為什麼?」

「因為這些元件構造簡單,沒必要用平面製程,純粹看生產規模,規模越大,成本越低。這是德州儀器、雷神這些大公司的優勢,我們只能攻電晶體,以技術取勝。」

律師點點頭:「那就只針對電晶體申請專利保護囉?」

「等一下!」神遊中的諾宜斯突然插進來,卻又思索了一下才說:「還是把其他半導體元件都納進來好了。別誤會,我沒有要做這些東西,只是剛剛想到——如果用平面製程把它們都放在同一片晶圓上呢?

大家不解的望著諾宜斯,只見他站起來走向黑板,一邊問大家:「你們想想,IBM 拿到我們的電晶體之後,再來呢?」

接著諾宜斯在黑板畫起一個一個小方塊,說:「他們得把電晶體、二極體、電阻、電容這些元件一個個銲接到電路板上。我估計全部至少有幾百顆,甚至上千顆吧,每顆都要接上金屬電路,還得有銲接的空間,結果元件本身所占的空間其實不到一半。」黑板上的圖就像幅地圖,上面坐落著一棟棟平房,空地與道路占了大片土地。

電路板上的各種電子元件就像地圖上的房子,有大半的面積被空地與道路佔據,房子(電子元件)只占一小部分。 圖/Pixabay

「不只如此。」諾宜斯再用紅色粉筆在小方塊中間畫個小圈圈,說:「每個元件真正有用的只有這裡,其餘只是外殼包裝。你們看,如果只有這些小圈圈,讓它們彼此緊鄰在一起,空間就只有原來電路板的 5% 不到吧。」

大家似乎開始明白諾宜斯要說什麼,但貝仍疑惑的問道:「我可能沒你們懂,但怎麼可能沒有外殼,還緊鄰在一起?它們得有保護,彼此也得分開才不會漏電,不是嗎?」

赫爾尼微笑著替諾宜斯回答:「二氧化矽可以提供保護,也能用來區隔元件。我只想到多做一次光刻技術,但既然能做兩次,當然三次、四次、……要幾次都可以,就能把各種元件都做在一起。」

摩爾接著說:「而且蝕刻出的缺口不僅用於摻雜,也可以蝕刻出複雜的溝槽作為電路。既然每個元件的接觸點都在同一平面,便可以像印刷電路板那樣,直接把銅線印在溝槽上,原來在電路板上的電路就都整合在一個晶片裡了。諾宜斯,這真是絕妙的點子!」

「這得感謝赫爾尼先想出平面製程。不過這只是個概念,具體上要怎麼做,摩爾,我們倆再一起研究。」

貝興奮的說:「這只要做出來,再貴我都賣得出去!我告訴你們,空軍的人一直在問我能不能做得更小呢。因為除了轟炸機,還有導彈、火箭也都要裝上電腦,它們的空間更小,電腦越小越好,到時候這些訂單非我們莫屬。」

被捷足先登的專利申請

的確如貝所說,美國政府正在傾全力推動太空計劃,並加強國防科技。因為蘇聯在 1957 年 10 月 4 日,毫無預警的發射第一顆人造衛星史普尼克一號(Sputnik 1),嚇了美國一大跳,發現原來蘇聯的太空科技竟然遙遙領先。萬一蘇聯將太空科技用於戰爭,勢必會取得空中優勢,甚至危及美國本土。

蘇聯第一顆人造衛星史普尼克一號(Sputnik 1)1 : 1等比模型。 圖/wikimedia

因此,美國政府除了要軍方強化飛機、飛彈與各項國防武器的性能,同時在 1958 年 10 月成立「國家航空暨太空總署(NASA)」,整合資源與各界人才,以求在這場太空競賽超越蘇聯。軍方與 NASA 都有龐大預算,為了盡速達成任務,都願意採用最新技術,花起錢來也毫不手軟,對快捷半導體而言正是大好時機。

專利律師先針對平面製程申請專利,積體電路則還要等諾宜斯寫出具體方法,才能提出專利申請。不料,諾宜斯和摩爾尚在研究,3 月時竟然被捷足先登,德州儀器召開記者會,發表史上第一顆積體電路!

原來德州儀器的工程師基爾比(Jack Kilby)去年 6 月就提出積體電路的構想,然後在 9 月以手工做出一個晶片雛形,只有電晶體、電阻和電容三個元件,電路另外用金線銲接而成,雖然粗糙簡單,但確實能正常運作。如果德州儀器祭出專利保護,快捷半導體就無法開發積體電路這極具潛力的產品,嚴重影響公司的未來。

辭職風暴

屋漏偏逢連夜雨,在公司前途未卜之際,總經理鮑德溫竟然要辭職。諾宜斯等人錯愕又憤怒,要他當面說清楚。

貝先開口責問他:「鮑德溫,現在公司遇到問題,你身為主帥不面對處理,反而要先落跑,未免太現實了吧?」

「我如果真的現實,去年 IBM 訂單問題搞不定時老早就走了。人總是有更高的目標要追求,就這麼簡單。」

羅伯特忍不住嗆他:「更高?你已經是總經理,權力、薪水與分紅都比我們幾個創辦人高,還有什麼不滿意?」

鮑德溫平靜的回答:「我很感謝你們的禮遇,但總經理也只是受聘的經理人,再怎樣也和你們幾位大股東沒辦法比。」

諾宜斯真摯的說:「你如果嫌認股權太少,可以提出來啊。」

鮑德溫嘆了一口氣說:「那就說開了吧。有家國防承包商願意出資,讓我成立公司製造電晶體,一些工程師也會跟我走。」

公司前途未卜之際,總經理鮑德溫選擇辭職離開。(示意圖) 圖/envato

「什麼,你也太沒道義了!」「了不起,主帥帶兵投靠敵營。」「你這叛徒!」「你膽敢偷走技術,就等著被告!」憤怒的斥責馬上此起彼落。

「你們有什麼資格說我?你們幾個不也是背叛蕭克利自立門戶?」鮑德溫馬上惱羞成怒,展開反擊:「我不過帶走十幾個人,你們對原公司造成的傷害才大吧。論道義,你們更沒道義!我本想大家好聚好散的,現在也沒什麼好說了。祝你們好運,再見。」說完即頭也不回的走出門外。

會議室裡一片沉寂,大家不約而同想到當年從蕭克利半導體實驗室集體請辭的情景:平時易怒暴躁的蕭克利竟然一句話都沒說,鐵青著臉直接走出辦公室。反倒是貝克曼跑來找他們曉以大義,發現無法挽回後,隨即變臉威脅要控告他們侵權洩密。沒想到如今換他們嚐到這滋味了。

諾宜斯先打破沉默:「我們來討論總經理人選吧。你們有沒有想到誰還不錯的?」

克雷納舉起手說:「我覺得不要再從外面找了,找來難保又跟鮑德溫一樣。就諾宜斯你來當吧,這一年多來,你應該也學到不少經營面的大小事了。」

大家紛紛附議贊同,這次諾宜斯也不再謙讓,決定扛下這重責大任,研發副總一職便交給摩爾。

摩爾趁此時報告積體電路的應對策略:「我們和專利律師討論過了,德州儀器雖然先申請積體電路的專利,但他們的電路仍得用銲接的,而諾宜斯結合了平面製程與印刷電路,這兩項技術都不在他們的設計裡,應該可以認定為新發明。所以我們決定還是申請專利,無論如何,總比棄械投降來得好。」

基爾比與諾宜斯兩人的積體電路設計對比。左圖是基爾比的設計,可以明顯看出電子元件上都有額外拉出的電線。而右圖是諾宜斯的設計就簡潔許多,電線和電子元件都是平整的放置在一個平面上。圖/親子天下

「沒錯,不用管別人,我們就照原先計劃往前走。等送出專利申請、做出樣品後,我們也要舉辦盛大的積體電路發表會,讓所有人知道誰的技術管用。」諾宜斯馬上展現了總經理的氣勢。

積體電路的專利申請於 1959 年 7 月送出,未待審核結果出爐,本身是發明家的費爾柴爾德就以實際行動展現對他們的信心與支持,提前於 10 月執行選擇權,依當初合約所載,用三百萬買下全部股權。

八叛徒當初每人拿出 500 元,如今兩年不到就換回 25 萬元,當然是美夢成真,也讓外界人人稱羨。不過,卻有兩個人看在眼裡頗不是滋味,那就是蕭克利與貝克曼。

將希望壓在四層二極體的蕭克利

諾宜斯等人出走時,蕭克利仍不認為自己有錯,他得到的教訓反而是認為國內這些心高氣傲的年輕人不聽話又沒忠誠度,不如從歐洲招募三、四十歲的博士,他們更加成熟穩定,好用多了。何況八叛徒本來不懂電晶體,都是他一手教出來的,現在換另一批人,他當然也可以在短時間內就讓他們上手。

因此,無論面對貝克曼或是外界的質疑,他都信心滿滿的堅稱集體離職事件不會有任何影響,實驗室仍將正常運作。

然而,就算貝克曼也這麼認為,他對蕭克利半導體實驗室已有不同想法了。1958 年,貝克曼將它從集團的附屬機構獨立出來為「蕭克利電晶體公司」,顯然已不想再燒錢打造另一個貝爾實驗室,而是要它像一般公司那樣盈虧自負。

蕭克利終於在 1959 年成功開發出 p-n-p-n 四層二極體,卻因為品質不穩定,未能如他原先預想的用於AT&T 的電話交換機;而軍方那邊也沒能賣出多少,以致公司繼續虧損。

貝克曼決定不玩了,剛好克里夫蘭一家傳統企業也想跨足半導體,而蕭克利的名聲仍有相當吸引力,便在 1960 年將公司賣給他們。

蕭克利倒不在意換新東家,反正他仍然在原地繼續做原來的事,只要解決四層二極體的品質問題,還是有機會從 AT&T 拿到源源不絕的訂單,到時所有人——尤其是八叛徒,就會知道他才是最後的贏家。

——本文摘自《掀起晶片革命的天才怪咖:蕭克利與八叛徒》,2022 年 7 月,親子天下,未經同意請勿轉載。

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舉起時代的火炬,推動科技革命的巨輪:蕭克利與他的接面電晶體——《掀起晶片革命的天才怪咖:蕭克利與八叛徒》
親子天下_96
・2022/07/16 ・3671字 ・閱讀時間約 7 分鐘

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電晶體時代的來臨

巴丁辭職兩個月後,貝爾實驗室終於準備好讓點接觸電晶體走出實驗室。

貝爾實驗室總部。 圖/wikimedia

1951 年 9 月中旬,為期五天的閉門研討會在紐澤西的貝爾實驗室辦公大樓召開,受邀者均經過五角大廈資格審查,主要是軍方的合作廠商,大約有 100 間,另外還有 20 間大學的研究學者。

有人認為是軍方施壓讓貝爾實驗室分享技術,好提升整體國防工業,但其實貝爾實驗室屬於研究機構性質,本來就無意製造販賣電子零件;而且母公司 AT&T 也未跨足通訊以外的產業,並不反對將電晶體的技術授權出去。

因此,對貝爾實驗室而言,收取權利金既符合公司利益,也讓軍方這個大客戶開心,還可以加速電晶體的時代來臨,簡直是三贏的局面。

第二年,25 間美國廠商與 10 間外國企業取得授權,開始製造點接觸電晶體。最先應用的產品除了 AT&T 本身的通訊設備,其他都是屬於軍方的武器裝備;但到了年底,第一個電晶體消費性產品就問世了,那是由聲諾通公司(Sonotone)製造的助聽器 Sonotone 1010。

1952年,聲諾通公司(Sonotone)製造的助聽器 Sonotone 1010 問世。 圖/wikimedia

不過這個助聽器要價不斐,當時售價高達 229 美元(相當於現在 2250 美元),無法堪稱平價的商品。這其實反映了點接觸電晶體製造不易,成本壓不下來。再經過一年的時間,電晶體在 1953 年的每月出貨量約五萬顆,而同時期真空管每月產量仍多達三千五百萬顆。

儘管如此,電晶體的崛起已經引起大眾注目。比起五年前那場只有圈內人才能體會重要性的發表會,如今連財經記者也看出電晶體將會改變未來。1953 年 3 月號的《財富(Fortune)》雜誌便在一篇題為〈電晶體之年〉的專文中,預測電晶體的「可靠、小巧,耗電又低,會讓資料處理與計算的機器提升到任何所能想像的複雜度,而成為即將到來的第二次工業革命的核心。」

革命的大功臣:接面電晶體與矽

《財富》雜誌看到的是前一年 IBM 推出的通用型電腦,如果裡面的真空管全部改為電晶體,勢必會是另一番樣貌。結果一如其預言,隨著電晶體的效能日益提升,電腦果真推動了如今我們所稱的第三次工業革命*

* 原文財富雜誌所說的第二次工業革命,其實是指現今的第三次工業革命。而現今所指的第二次工業革命則是指 19 世紀末到 20 世紀初,由電力帶來的改變。

不過《財富》雜誌沒看出來的是,點接觸電晶體並無法勝任這場革命,這場革命的掌旗手還是必須交給接面電晶體,同時電晶體材料也得從鍺換成矽才行。

當年布拉頓和巴丁為了降低表面態的能量障礙,用鍺取代矽,最後雖然成功發明點接觸電晶體;但鍺的能量障礙低的優點,也是缺點。能量障礙低,代表比較容易導電,一旦環境溫度太高或機器全速運轉(溫度升高)時,就會發生漏電。因此,當蕭克利另組團隊,開始打造接面電晶體時,就設定最終的成品應以矽為材料。

矽還有一個好處:地表上蘊藏豐富,是地殼中含量第二的元素。隨處可見的沙子其實就是二氧化矽,原料成本要比鍺便宜多了。不過要製造接面電晶體非常困難,得精煉出純度高達 99.999999999% 的矽,同時還要將原本結構不夠規則的多晶矽,轉為晶格排列整齊的單晶矽,才有利於電子順利通過。

在製造過程中,還得精確控制摻雜硼與鍺的分量,而且要確保位置精準、分布均勻;尤其三明治架構的中間那層 p 型矽必須薄到微米級的厚度才有放大效果,如何把硼均勻摻入這麼薄的中間層,不能有絲毫摻到左右兩邊,更是難上加難。

貝爾實驗室一直到 1954 年初才發明出製造方法,但實驗室的文化畢竟是研究導向,並沒有積極投入量產。結果兩年前才向貝爾實驗室取得授權的德州儀器(TexasInstruments)後來居上,率先於 4 月宣布可以大量生產用矽打造的接面電晶體,並於 10 月推出第一臺電晶體收音機 TR-1。這臺收音機只比菸盒大一些,可隨身攜帶,讓一般大眾感受到電晶體將帶來巨大改變。

1954年推出了第一台電晶體收音機 TR-1 ,體積僅是手掌大小,可以隨身攜帶。 圖/wikipedia

蕭克利與貝爾實驗室的愛恨情仇

此時蕭克利並不在貝爾實驗室,他向公司請了一年的長假,回到大學母校加州理工學院,擔任客座教授。其實這是蕭克利故意表達他的嚴正抗議,抗議公司沒有給他「對等」的待遇。

貝爾實驗室高層不是相當重視蕭克利嗎?不但處處配合他,同意讓他兼任軍方顧問、任意調配上班時間,還幫他塑造電晶體發明人的形象,為什麼蕭克利還會如此不滿?原來蕭克利得罪的不只布拉頓與巴丁,事實上,已經有十幾個人都受不了他的剛愎自用又愛亂發脾氣,而先後辭職走人。

高層看在眼裡,都明白他雖然是個無庸置疑的天才,但個性缺陷改不了,所以只能負責特定專案,並不適合再提拔為更高階的領導者。

可是蕭克利的聰明才智對公司實在太重要了,為了安撫他,特地讓他擔任「聘僱長」一職,負責決定特殊人才的任用與敘薪(事實證明蕭克利雖然不是個好的領導者,但卻有識人的眼光,幾個經他特別加薪的人,日後都做出重要貢獻,其中有兩位還獲得諾貝爾獎)。

蕭克利的聰明才智對公司實在太重要了,但他的個性缺陷卻是一大問題。圖/wikipedia

然而這個「實則架空」的職位怎麼可能讓蕭克利滿意,尤其幾個比他晚進公司的人竟然官升得比他高,更令他忍不下這口氣,決定請長假以示抗議。

現任貝爾實驗室總裁的凱利當然不願失去蕭克利這樣的頂尖人才,但找他來懇談之後,終於明白這頭亟欲振翅高飛的大鵬,是不可能再委身在貝爾實驗室裡。權不夠大、官不夠高、薪水不夠多,這些人比人氣死人的因素,固然讓蕭克利覺得委屈,但這些都只是導火線,並非是他想離開的真正原因。

當年凱利以創造新時代的使命感,吸引蕭克利加入貝爾實驗室;如今蕭克利算是完成使命,但他顯然並不想功成身退、以此為終。自負的蕭克利想要繼續引領時代前進,這也是為什麼他始終不肯放棄軍方顧問一職,因為參與改變世局的決策,不但充滿成就感,也滿足掌握一切的權力慾望。

如果說蕭克利所發明的接面電晶體是個掀起革命的火苗,那麼他還想成為舉起火炬照亮前方的帶領者。

但貝爾實驗室畢竟只是研究機構,不做商品化的生意,加上個人的發明按照規定又歸公司所有,即使凱利把總裁讓給蕭克利,他一定仍會覺得有志難伸,終究不會安身立命。

果然,蕭克利在加州理工學院一邊教書、一邊放出打算離開貝爾實驗室的風聲,試探可能的發展機會。許多大型企業與知名大學耳聞後,紛紛提供條件優渥的職位,但蕭克利在得知德州儀器率先推出矽的接面電晶體以及電晶體收音機後,已下定決心要自行創業。

原本在貝爾實驗室負責提煉矽晶體的提爾(Gordon Kidd Teal),跳槽到德州儀器一年多後,就能做出這樣的成績,那麼他蕭克利絕對更能有一番作為。

美國德州達拉斯市的德州儀器的招牌。
蕭克利受到德州儀器與提爾(Gordon Kidd Teal)的刺激,決定辭職、自行創業。圖/wikipedia

蕭克利正式向凱利表明辭意後,凱利除了予以祝福,還主動引介他與洛克斐洛家族會面。其實凱利知道以蕭克利的聲望與人脈,不用別人幫忙,他自己就能找到願意資助他創業的大型企業。

果然過沒多久,蕭克利就將遇見一位願意投資他成立實驗室的企業主。

補充的知識+

  • 單晶矽的製作

製作單晶矽對於半導體製造來說是個非常關鍵的步驟。我們常聽到的「晶圓廠」,就是負責將沙子中的二氧化矽提煉製作成單晶矽,並且切割成一片片晶圓片後,再送到 IC 製造廠或是代工廠生產半導體晶片。

——本文摘自《掀起晶片革命的天才怪咖:蕭克利與八叛徒》,2022 年 7 月,親子天下,未經同意請勿轉載。

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