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今天，我们的生活被电脑、智能手机、互联网充斥着。但是这一切的基础——晶体管，却极不起眼，以至于往往被人们忽视了。事实上，半导体时代的开启，乃至信息时代的降临，完全依赖于晶体管的诞生。晶体管的发明，可以说是20世纪物理学发展史上最重要的事件之一。
晶体管的发明是科学家长期探索的结晶。1833年法拉第（M. Faraday）惊奇地发现硫化银的电阻率随温度升高而迅速降低，这成为半导体效应的先声。1883年，美国发明家弗利兹（C. E. Fritts）制成第一个实用的硒整流器。1904年，英国的弗莱明（J. A. Fleming）制造出检测电子用的第一支真空二极管。1906年，美国发明家德福雷斯特（L. D. Forest）发明了第一支真空三极管（电子管）。电子管一经发明出来，就被广泛应用在各种电子设备上。但是，随着电子管的广泛使用，其体积大、寿命短、价格昂贵、耗能多、易破碎等许多难以克服的缺点逐渐暴露出来，这直接影响了有关行业的发展。例如，1946年美国宾夕法尼亚大学研制成的世界上第一台数字式电子计算机ENIAC，它使用了约18000个电子管、1500个继电器，耗电量达150kW，占地面积167平方米，重量约30吨。
19世纪20年代，量子力学的诞生使经典物理理论发生了根本性的变革。1931年威尔逊（A. H. Wilson）进一步发展了布洛赫的能带理论，用能带理论解释了导体、绝缘体和半导体的行为特征，其中包括半导体电阻的负温度系数效应和光电导现象。后来，他又提出杂质能级概念，对掺杂半导体的导电机理做出了说明。
1945年，第二次世界大战结束。美国的贝尔实验室决定重建原有的固体物理研究小组。其宗旨就是要在固体物理理论的指导下，“寻找物理和化学方法，以控制构成固体的原子和电子的排列和行为，以产生新的有用的性质”。1946年1月，贝尔实验室固体物理研究小组正式成立，小组最初的七位专家分别来自理论物理、实验物理、物理化学、线路、冶金、工程等各方面，都是各自领域的精英，群英荟萃，集各方面人才于一堂，称得上是一组黄金搭配。而且，他们又善于吸取前人的经验，善于学习同时代别人的优点。与此同时，他们内部开展学术民主，“有新想法，有问题，就召集全组讨论，这是习惯。”他们根据各自在30年代中期之后的经验，从刚成立时起就把重点放在了硅和锗这两种半导体材料的研究上。
杰出的理论物理学家巴丁（John Bardeen）加盟贝尔实验室后不久，肖克莱（W B Shockley）便带着困惑同他谈起了自己的“场效应放大器”实验。巴丁对上司肖克莱早期的空间场效应思想未得到确证的问题颇感兴趣，经过一段时间的苦思冥想后，提出了“表面态理论”。巴丁认为，在肖克莱使用N型半导体进行的空间场效应实验中，由于半导体内部自由的额外电子来到表面时被捕获，形成了严密的屏蔽层，致使电场难以穿透到半导体内部，从而使半导体内部的电荷载流子的行为免受影响，而负电荷载流子被紧紧地束缚在半导体表面上的结果是，肖克莱预言的电场中的半导体导电性会增强的现象观测不到。听取巴丁汇报完自己的猜想后，早年曾从事过表面态问题研究的肖克莱鼓励他对表面态问题进行深入探索。于是，此后的一段时期，半导体研究小组将研究重点由场效应放大器的研制转向了半导体基础理论问题——表面态的研究。一是利用表面态这个新理论，进行一系列新实验；二是验证这个理论是否正确。巴丁同实验物理学家布拉顿和皮尔逊紧密协作，表面态的存在随后被实验加以证实。
1947年9月，研究小组确认表面态效应确实存在。进一步研究后发现，在电极板与硅晶体表面之间注入诸如水之类的含有正负离子的液体，加压后会使表面态效应获得增强或减弱。因为在电极的作用下，正离子或负离子会向硅晶体表面迁移，进而增强或减弱那里的电荷载流子的浓度。当给电极施加足够的负电压后，硅晶体表面被束缚的负电荷就会同电解质中的正离子发生中和，这样，外加电场便可对硅晶体内部产生作用。表面态效应长期以来一直是导致场效应放大器实验失败的主要原因，其作用机理被阐明之后，设计、试制半导体放大器的一个重大障碍便被排除了。
1947年11月21日，巴丁向布拉顿（W Brattain）提出了着手进行半导体放大器研制实验的建议。巴丁的实验设想是，将一涂有绝缘层的金属的尖端刺到硅片上，形成点接触，并在其周围注满电解质，然后通过调节加在电解质上的电压来改变点接触下方硅晶体的导电性能（即电阻），从而控制流经硅片与金属的电流。巴丁后来回忆，他建议“使用点接触完全是出于便利的考虑”。二人当天便按此思路进行了实验，并在输出回路中观测到了微弱的放大电流信号。实验初步达到了预期效果。
接下来的一周，巴丁和布拉顿就多个设计方案进行试验，如用锗晶体代替硅晶体，用金丝代替钨丝，用漆代替固定接触点的石蜡，并接受同事的建议，用硼酸醋作为电解质。然而，12月初，小组在实验中遇到了难题：一方面，放大装置几乎没有电压增益；另一方面，测试装置只能在不超过8赫兹的超低频范围内工作，这远低于人类的听觉范围，而放大器的输入信号频率要求达到数千赫兹。
12月8日，肖克莱与巴丁、布拉顿等人开会就实验中所遇问题的解决方案进行了讨论。巴丁提议用耐高反向电压的锗晶体取代硅晶体试一试。这种锗晶体是一种掺锡的半导体材料，普渡大学物理系的研究小组已经对这种材料做了开拓性的研究，并用于检波器生产。当天下午，巴丁与布拉顿使用锗晶体进行实验时发现，随着给硼酸酯液滴施加的负电压值的增大，电路中的反向电流也随之明显增大，而且他们还观察到输出信号的电压也随之成倍增加。两天后，布拉顿用一个特制的耐高反向电压的锗晶体做重复实验时发现，功放系数虽有较大程度的提升，但响应频率并没有获得改善。布拉顿认为，这也许是因为电解质的响应频率具有滞后性之故。因此，接下来需要做的就是如何摆脱电解质的滞后影响了。
1947年12月11日，吉布尼（R. Gibney）提供了一个表面生成了氧化层（旨在替代电解质）的N型锗片，吉布尼在氧化层上面沉积了5个小金粒。布拉顿在金粒上面打了一个小洞，用钨丝穿过小洞和氧化层插入锗晶体作为一个电极，希望通过改变金粒块和锗晶体之间的电压以改变钨丝电极与锗晶体之间的导电率。布拉顿在做实验时，发现金粒与锗晶体之间的电阻很小，二者几乎形成短路，即氧化层没有起到绝缘的作用。而当布拉顿在金粒和钨丝电极加上负电压后，发现没有任何输出信号。在操作过程中，布拉顿不小心将钨丝和金粒短路，致使第一个金粒烧毁。
12月12日，布拉顿在分析实验失败的原因时意识到，可能是由于沉积金粒前曾用水冲洗过锗晶片，致使锗晶体上面的氧化膜一起被冲走，从而造成金粒与锗晶体之间的短路。不过，此时已是星期五的周末时间了。
12月15日是星期一。布拉顿决定在抛弃只剩下四个金粒的锗片前再试一试。他将钨丝电极移到金粒的旁边，碰巧在钨丝上加了负电压，在金粒上加了正电压，没有料到在输出端出现了和输入端变化相反的信号。初步测试的结果是：电压放大倍数为2，上限频率可达10千赫。这意味着无须在锗晶体表面特意制作一层氧化膜，简单地让金粒和锗晶体表面直接接触就可获得良好的响应频率。
理论物理学家巴丁敏锐地意识到金粒与锗晶体的接触界面上已经出现了一种新的，与加电解质完全不同的物理现象。巴丁认为，在金粒电极加正电压后，注入锗晶体表面的应该是空穴，而此时流经钨丝与锗晶体之间的电流是反向的，那么随着钨丝触点与金属电极之间距离的缩小，流经钨丝与锗晶体之间的电流应该会相应增大。
据布拉顿回忆，他与巴丁讨论之后，认为“当务之急就是使分布在锗晶体表面上的钨丝触点与金属电极尽可能靠得近一些。按巴丁的简单推算，两者之间的距离不得超过0.002英寸”。这相当于一张普通纸的厚度。最后，实验物理学家布拉顿巧妙地采用了一种不用导线而在两个金电极间狭小的空隙中实现目的的方法。他请技师切削了一个小塑料楔，将一条金箔贴于楔的两个边缘，然后小心地用刀片切开塑料楔顶端的金箱，形成一条狭缝，将这个塑料楔置于一根弹簧上，再将塑料楔压到锗晶片上。金箔狭缝两边与锗晶体表面接触，两个点接触之间的间距小于0.002英寸。在12月16日进行的实验中，布拉顿用导线将新装置同电池相连接，构成工作回路。巴丁与布拉顿在其中一个接触点加上1伏正电压，在另一个接触点加上10伏负电压，此次实验就获得了1.3倍的输出功率增益，同时电压放大了15倍。在接下来的实验中发现，当输出电压放大系数下降到4时，输出功率的功放系数高达450%，奇迹出现了！
一周后的12月23日，肖克莱领导的半导体研究小组使用含有这种新发明的固体放大器的实验装置为贝尔的主管领导演示了音频放大实验。这是一次没有使用电子管的音频放大实验。实验一如人们所期待的那样获得了成功。次日，又做了把点接触型晶体管当作振荡器的实验。后来，布拉顿和另一位小组成员皮尔斯将这种固体放大器命名为“transistor”。由于这种晶体管主要由两根金属丝与半导体进行点接触而构成，故被称作点接触晶体管。
由于没有被列入点接触晶体管专利发明人名单，肖克莱受到很大刺激。经过一段时间的思考之后，肖克莱于1948年1月23日想出了在半导体中加一个调节阀的方法。也就是说，设计一种类似于三明治结构的晶体管，这种晶体管最外两层使用性质相同的半导体材料，中间夹层使用性质完全相反的半导体材料，三根导线分别与各层相连。这样，人们便有可能通过给中间薄层施加不同的电压来调控由其中的一个外层流向另一个外层的电子或空穴的流量。由于这个中间薄层的功能与自来水管道中的阀门相似，故肖克莱把这种器件称作“半导体阀”。显然，这个中间薄层的功能与肖克莱的“场效应放大器”中的电极板相似，只是一个被平行地置于半导体表面之外，一个被拦腰置于半导体之中罢了。这种“半导体阀”的一个明显优点是：三根导线和半导体层都采用结连接。因此，可以克服点接触晶体管所具有的对震动过于敏感、性能不稳定等缺点。又经过了几年的研究和多次失败，1951年7月4日，贝尔实验室为结型晶体管的发明举行了新闻发布会。“正是结型晶体管这个肖克莱在理论上革命性的发明，带来了半导体革命，引发了硅时代”。巴丁、布拉顿和肖克莱三人由于在晶体管的发现过程中在理论和实验方面发挥的不同作用，共同分享了1956年的诺贝尔物理学奖。
晶体管从无到有，这是重大发明。如果考虑更长的链条，即包括晶体管的设计、发明、生产到应用以及材料制备、制造工艺等，这些环节的组合就成为创新。
鉴于许多环节以前都不曾有过，因而晶体管的横空出世可称为“根本性创新”或“突破式创新”。
贝尔实验室1925年成立后，便把研发的目标从电话转移到更广阔的通信领域。公司负责人和科技人员认识到，传统的电子管存在先天缺陷，无论怎么改进也难以承担未来的通信使命。根据当时的科技发展状况和通信技术积累的经验，他们认为，重视固体物理研究，着眼于新兴的半导体材料，可能会有大突破。开始这只是一种意向，要实现，必须要有大量切实的理论和实验研究，而且人员配备、资金投入都必不可少。正是具有战略眼光和气魄，加之雄厚的科研基础，使贝尔实验室与其他电话公司、电气公司的研发机构具有本质区别。贝尔实验室由此成为晶体管的发源地和世界半导体研发的主要中心。可见，立足专业领域、布局原始创新，应当是那些卓越的企业（组织）考虑的问题。实际上，这是需要莫大的勇气的，因为这种原始创新可能意味着对该企业自身原有技术、产业的颠覆。勇于成为自己的掘墓人，才能避免诺基亚、柯达那样被破坏性技术所颠覆的命运。
半导体研究从带有风险性的攻关课题组开始，在第二次世界大战后发展成为攻坚的团队，实施多学科专业、人才合理配对的组织协作。团队有半导体组与材料冶金组配对；半导体组内有理论物理学家与实验物理学家配对，材料冶金组内有化学家与冶金学家配对；从整体而言，还有基础研究与新产品开发应用的配对。按贝尔实验室首任总裁朱厄特（F. B. Jewett）的说法，将这些配对相互“搭焊”起来，让信息双向顺利流通，从而形成一个组织化的攻坚团队。贝尔实验室的团队模式是一种组织创新，后来对美国乃至其他国家的科研机构都有重要影响。团队及配对之间难免会有差异或矛盾，这就需要在管理上加以沟通和协调，关键是上层要营造出创新环境，激励大家一起向大目标努力。贝尔实验室制定了大学式的研究环境政策，科研人员获得发明专利后的成果都允许在一定范围内的刊物上发表或在学术会议上交流。贝尔实验室的房间设计专门采用了可调节和组合的间壁结构，以便按研究需要调整房间的结构和大小。正是有了如此适于创新的环境，围绕晶体管的创意才层出不穷，成果不断涌现。可见，团队配对协作、营造创新环境，这是创新所必不可少的条件。
晶体管发明之后，贝尔实验室并没有因为已达到既定目标而减慢步伐，而是加快研究晶体管在通信和控制系统中的用途，并对单晶材料及制造工艺的研究加大投入，以期实现质优价廉的批量生产，以及进一步向其他方面（集成电路、光通信元器件等）扩展。可以说，没有半导体材料的提纯和生长单晶以及掺入杂质的技术，高性能的晶体管就不可能诞生；没有硅氧化物掩膜、电路图印刷、蚀刻和扩散技术，平面式晶体管和集成电路也不可能实现，微电子技术的发展更无从谈起。为加快晶体管的推广应用，贝尔实验室又开发了导线和引线的热压接合技术、外延生长技术和分子束外延技术等。之后，贝尔实验室研制成功世界上第一台晶体管计算机，而模拟式通信向数字化通信的转变也在此起航。这一进程向世人展示了产研密切结合的重要性。而事实上，单纯的研究导向的组织（如大学、基础型的科研院所）大多以基础研究、应用性基础研究为主要业务，很难像贝尔实验室那样对应用和开发研究做如此大规模投入。而产业化导向的研究型组织（如企业附属的研究院所、独立的产业化研究院所）往往能够将纯理论和纯实践进行结合，将技术发明推向大规模产业化。