电子科学发明家-第30部分
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是人类共同的事业，不是个人的事情，谁发明了第一个真空二极管并不重要，
重要的是它已经被发明出来了，而自己也是许许多多探索者中间的一个，既
然弗莱明首先打开了突破口，为什么自己不能跟着冲上去呢？
他找到一个熟悉的灯泡厂技师帮忙，制作了几个真空管。真空管的灯丝
是白金丝，灯丝附近装了块金属屏。它和弗莱明的真空二极管很相象，唯一
的区别是在两极之间接上了一个小电容器。其实，这个电容器对检波并没有
多大作用，也许德福雷斯特还有别的考虑。他把真空管装在接收机上，代替
老式的金属屑检波器，果然很灵验。
一个发明家，如果只是重复别人的劳动，自然就不会有什么出息。德福
雷斯特对自己这次试验没有满足，他既有独创的雄心，又有丰富的想象力。
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弗莱明的二极管同金属屑检波器比起来，确实是前进了一步，但是它只能做
检波用，不能放大。德福雷斯特看到了这点，他想试一试，希望再改进一下。
德福雷斯特在他的电子管里封进了第三个电极。这是一片不大的锡箔，
它的位置在灯丝和屏极之间，乍看起来，没有什么特殊的地方。但是，正是
这个不显眼的小电极，改变了无线电世界的面貌。德福雷斯特惊异地发现：
在第三极上施加一个不大的电信号，可以改变屏极电流的大小，而且改变的
规律同信号一致。他马上意识到，这种情况表明了第三个电极对屏极电流真
有控制的作用。这个发现非同小可，因为只要屏极电流的变化比信号的变化
大，就意味着信号被放大了。而它正是很多发明家梦寐以求的目标。
德福雷斯特预感到这个发现的惊人价值，他沉住气，毫不声张地继续进
行试验。为了提高控制的灵敏度 （控制越灵敏，放大作用越强），德福雷斯
特多次变动小锡箔在两极之间的位置，他的实验台上摆满了一大堆试过的真
空管。最后，他发现用金属丝代替小锡箔，效果最好，于是就用一根白金丝
扭成网状，封装在灯丝和屏极之间，世界上第一个真空三极管就这样诞生了！
由于控制极的形状很象网栅，德福雷斯特把它称做“栅极”。它象一个非常
灵敏的控制闸，按照施加信号的变化，有规律地改变着屏极电流的大小。由
于屏极电流比栅极电流大得多，因此，微小电信号经过真空三级管就放大了
很多倍。
真空三极管比起二极管来，是一个质的飞跃，它对无线电的发展产生了
深远的影响，这在后面还要谈到。事实证明，科学发明的成功或者失败，并
不在于起步的早迟。事在人为，德福雷斯特虽然走在弗莱明的后边，但是他
不灰心，不气馁，结果是后来居上，做出了更大的贡献。
一泻千里
不过，真空三极管获得社会承认，也经历了一番曲折。德福雷斯特发明
三极管以后，因为没有钱做进一步的实验，就象当年莫尔斯一样，带着自己
的发明去找几家大公司，想说服那些老板给他资助。由于他不修边幅，穿得
又破烂，前两家公司连大门都不让他进，门房怀疑他是个行为不轨的人。
第三家公司的门房把他当做流浪汉，也不准他进去。德福雷斯特百般解
释，也无济于事，就掏出新发明来，详细解说它的新奇结构、放大特性和应
用前景等，想打动门房。不料，门房见到他把一个玻璃泡吹得神乎其神的，
不由得起了疑心，只当他是个江湖骗子，就去报告了经理。
公司经理赶紧出来。他也是个势利小人，看见德福雷斯特衣着破旧，正
举起一个玻璃泡在向围着的人们宣传，心里早有了几分不高兴。这时，他听
见德福雷斯特正在大声地说：“大家不要小看这个玻璃泡，它可以把很小的
电磁波信号放大到连听力不好的人都听得见。”经理不听倒罢了，一听这话，
就断定他是地地道道的骗子，不容分说，就叫来几个彪形大汉把他连推带拉
地扭送到警察局。
没有过多少天，法院开庭审判。这就是1906年春天那个富有戏剧性的案
子。德福雷斯特开始被控告是“公开行骗”，接着又有人告他“私设电台”。
青年发明家遭到诬陷，但是并不畏惧。他机智地利用法庭这个公开的讲坛，
大力宣传自己的发明。他充满信心地说：“历史必将证明，我发明了空中帝
国的王冠。”德福雷斯特说的“空中帝国”，指的是无线电；“王冠”，指
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的是真空三极管。青年发明家的斗争终于胜利了，法院宣判他无罪释放。这
场官司反倒使他出了名。1906年六月二十六日，他发明的真空三极管获得美
国专利。后人把这一天当做真空三极管的诞生日。当时，德福雷斯特还不满
三十三岁。同时，三极管的第三个极被正式叫做“栅极”。德福雷斯特首先
把三极管用在无线电接收机屏极检波电路上，使通信距离大大增加。不久，
三极管又被用在电话增音机上，解决了贝尔电话公司当时正在设计的美国长
途电话的关键问题。
当然，新生事物一开始总不是很完善的。最早的三极管在性能上有两个
主要缺点：屏极电流不稳和寿命不长。德福雷斯特经过反复研究，发现屏极
电流不稳的原因，是由于屏极和栅极都是平板状的，从阴极发射出来的电子
有一部分散射
到两侧的玻璃上，引起电流不均匀。后来，他把屏极和栅极都改成圆筒
状，把阴极围起来，问题就解决了。三极管寿命不长的问题，后来也弄清楚
了，那是因为真空度不够造成的。到1910年，德国科学家发明分子泵以后，
三极管里可以抽成高度真空，使用寿命延长到上千个小时。这以后，三极管
很快就投入大批量生产，广泛应用。到1918年，各种类型的无线电收发报机
和电子设备都普遍采用了三极管。由于三极管的放大功能，出现了很多新型
的电子电路，比如电子管振荡器、混频电路、放大器、多谐振荡器、双稳触
发器等，并且最后改变了早期通信机的制式。原来简单的直发直收和用检波
做核心的通信方式，1912年以后逐渐被阿姆斯特朗和费森登 （1866－1932）
发明的超外差式所取代。超外差式在选择性和灵敏度上都具有很大的优越
性，构成了现代各种通信机的基本制式。在现代接收机中，检波器已经退居
到次要的地位。总之，三极管使无线电发生了根本的变革。正象一个日本传
记作家指出的，“真空三极管的发明，象升起了一颗信号弹，使全世界科学
家都争先恐后地朝着这个方向去研究。因此，在一个不长的时期里，电子器
件获得了惊人的发展。”从三极管发展到四极管、五极管、七极管、大功率
发射管等，形成了一个庞大的电子器件家族。
电子管的出现是电子科学技术史上一件划时代的大事，它推动了无线电
技术的迅猛发展，奠定了近代电子工业的基础。正是有了电子管，在短短的
二十年里，远程无线电通信、无线电话、收音机、广播、电视、雷达、高频
加热炉才象雨后春笋那样地涌现出来，世界上第一台电子计算机才能够制造
出来。
人们把电子管称做无线电的心脏，一点都不过分。准确地说，电子管是
整个电子工业的心脏。就是在晶体管、集成电路广泛应用的今天，电子管在
电子工业中仍旧起着重要的作用。
德福雷斯特除了发明三极管以外，还为电子技术的发展做了不少工作。
他参加了发明再生电路的工作，后来还研究过有声电影。德福雷斯特晚年的
生活过得比较平静和快乐。他出售专利获得的钱财，一部分花在涉及发明权
的诉讼上（在资本主义社会总有打不完的官司），一部分用来办了一个无线
电研究所。无线电发明家不少是高龄的，布冉利终年九十六岁；洛奇跟布冉
利同年去世，享年八十九岁。德福雷斯特一直活到1961年，享年八十八岁。
他的后半生不象有的发明家那样烜赫，七十一岁那年，他在好莱坞附近办了
一座小工厂，靠生产和销售一些传热电器维持生活。由于瑞典皇家科学院的
疏忽，德福雷斯特没有获得诺贝尔奖金。但是，他卓越的贡献却是举世公认
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的，他被尊为近代电子工业的鼻祖。美国人民甚至尊称他是“无线电之父”。
德福雷斯特的一生，经历了坎坷和曲折，也没有获得荣誉和地位。他没
有爱迪生那样的辉煌战果，也不象马可尼那样赫赫有名。但是他发明的三极
管，却给刚刚诞生的无线电事业开辟了无限广阔的前景。正是他给无线电装
上了心脏，这就是他的功勋，他的伟大。
探索新器件
科学总是要向前发展的。电子管在电子技术领域里统治了四十年之久，
随着时间的推移和电子技术的深入发展，它的局限性日益显露出来了。
一个最典型的例子，是二十世纪四十年代中期问世的世界第一台电子计
算机。这台代表当时最新技术水平的样机，总共用了一万八千个电子管，有
十个房间那样大，耗电量高达二百千瓦，而且电子管要经常更换。由于存在
体积大、耗电多、容易破碎，操作以前需要预热这些缺点，电子管成了电子
技术进一步发展的障碍。不少电子专家看到这一点，都想寻求解决的办法。
美国贝尔研究所的执行副所长凯利是个电子管专家，他在第二次世界大
战以前就看出了电子管的缺陷。作为一个有远见的科学研究的领导人，他认
为要进一步发展通信事业，就必须寻求一种新的电子器件。
1945年初夏的一天，凯利在贝尔研究所办公室同肖克莱（1910－）谈起
这个问题。肖克莱当时只有三十五岁，他在二十六岁就获得理学博士学位，
多年研究固体物理学，理论上的造诣比较深，是所里的固体物理专家。他很
同意凯利的看法，并且向他介绍说，世界上很多国家都在研究半导体材料的
特性。
“你觉得应该朝哪个方向努力才比较有希望呢？”最后，凯利征求这个
青年科学家的意见。
肖克莱想了一下，胸有成竹地回答：“我认为半导体物理学是应该探索
的领域。”他这个建议是有充分根据的，因为当时半导体已经开始被用来制
造电子器件，虽然还只是制造二极管、变阻器等小元件，但是已经显示出前
途很有希望。
凯利采纳了肖克莱的意见，当机立断，作出了加强半导体基础研究的战
略性决定。
同年下半年，贝尔研究所成立了以肖克莱、巴丁（1908－）、布拉坦
（1902…）为核心的固体物理学研究小组，由肖克莱担任组长。巴丁三十八岁，
也是个固体物理学专家，早年搞过电气工程。布拉坦年纪稍大些，四十三岁，
有丰富的半导体实验研究的经验。研究小组的阵容很强，除了他们三个人以
外，还配备了搞物理化学和电路研究的几个专业人员。
小组成立以后，很快就确定了研究方向。他们没有急忙投入半导体放大
器的研制工作，而是先研究半导体的导电机制。初看起来，这好象有些不着
边际，实际上却是正确的。因为当时对半导体的性能还不大清楚，匆忙地去
搞器件研制，一定会有很大的盲目性，反倒效果不好。
肖克莱小组选择锗和硅做研究对象，在两年时间里进行了大量的实验。
他们对半导体的性能，包括半导体…金属接触的整流作用、阻挡层势垒等，进
行了分析研究，希望能够找到控制半导体里电子流动的方法。
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在扎实而广泛的基础研究中，他们时刻记着最终的目标——寻找一种新
的半导体放大器件。
怎样能够实现放大作用呢？德福雷斯特在二极管的两个电极中间加上第
三个电极，大功就告成了。半导体可不这样简单，因为它的导电机制比真空
管复杂得多。一块半导体晶体，就是含有百万分之一的微量杂质，导电性能
也要受到很大的影响。很明显，控制半导体内部的电子运动要困难得多。
肖克莱不愧是个战略家。他根据对半导体的多年探索，提出了一个被称
做“场效应”的设想，从理论上预言：当半导体层薄得同表面空间电荷层相
近的时候，就可以用和表面垂直的电场来控制薄膜的电阻率，使平行表面流
动的电流受到控制，起到放大作用。
没有多久，布拉坦跟一个助手在电解液里测定半导体在光照下的接触电
动势，也就是光生电动势的时候，发现了一个新奇的现象。他们实验的本意，
是测量光生电动势同温度的关系。但是当他们改变锗样品同电极之间的电压
和方向的时候，意外地发现光生电动势的大小和极性也随着改变了。原来这
正是肖克莱所预见的“场效应”！
第二天清晨，巴丁满面春风地走进布拉坦的办公室，拿出一张半导体放
大装置的设计草图，建议布拉坦试一试。只不过一夜工夫，巴丁就提出了具
体的实施方案，可见他解决问题的才干和急迫的心情。
布拉坦接过图纸看了一眼，立刻说：“我们现在就到实验室去试验吧！”
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