即将告别19世纪的时候，科学家发现了物质世界最小的微粒——电子。发明家开始探索应用电子的途径，大约经过100年的努力，人类开始步入信息时代。

1.2.1 电子的发现

电子的发现过程，始于人们对气体放电的研究。当气体放电发生时，电子很容易脱离原子的束缚呈现许多新奇现象。它们引导科学家探寻隐藏其中的奥秘，从而找到电子；而应用电子的构想，则源于白炽灯的发明。白炽灯灼热的灯丝，不仅持续地发出明亮的光，而且源源不断地发射电子；这些电子在没有空气的环境里能够自由地飞行，借助电和磁的作用，人们可以控制它们的运动，这成为各类电子技术发明共同的基础。

1897年，英国科学家汤姆孙（见图1-28）对阴极射线进行更加精确的实验研究时发现，阴极射线是一种带负电的微粒，与气体成分或阴极材料无关，它存在于一切物质之中。汤姆孙用“电子”一词命名他确认的这种带电微粒，图1-29就是汤姆孙的原子模型。科学史家将人类发现电子的时间定为1897年。

电子是一种基本粒子，目前无法再分解为更小的物质。其直径是质子的0.001倍，重量为质子的1/1836。电子围绕原子的核做高速运动。电子通常排列在各个能量层上。当原子互相结合成为分子时，在最外层的电子便会由一原子移至另一原子或成为彼此共享的电子。在汤姆孙原子模型中，原子是一个球体；正电核均匀分布在整个球内，而电子镶嵌在原子里面。

1.2.2 电子管

1904年，英国工程师弗莱明（见图1-30）发明了人类第一只电子管。电子管的诞生，是类电子文明的起点。弗莱明真空二极管的发明得益于爱迪生发现的“爱迪生效应”。弗莱采用在真空中利用电流加热灯丝的方法，轻而易举地获得逸出物体的自由电子，并用它做了一种效率很高的无线电信号检测器——真空二极管（见图1-31）。真空二极管可使频率高的无线电信号被整流检波成人们需要的信息。

1906年，另一位美国发明家德福雷斯特（见图1-32）致力于能放大电信号的真空管的研，他在真空二极管的阳极与阴极之间靠近阴极的区域安置了一个栅网状电极——控制栅。这样一来，从阴极发射出来的奔向阳极的电子数目就将受到加在栅极上的电信号的控制。是，能放大电信号的第一代电子器件——真空三极管问世了。真空三极管（见图1-33）是种能量转换装置，就好像电信号的加油站。这项看似简单的发明，翻开了电子技术发展史的一页。

真空三极管的发明，使无线广播迅速成为一种大众传媒，收音机成为一种时尚家电。利真空三极管，可以产生功率强大的高频无线电信号，同时使声音变成的电信号叠加在上面，幅员辽阔的地域播送语音信息；真空三极管产生的高频电信号可使人体某些组织发热，从改善血液循环，有助于医生治疗疾病；它还可用来熔炼金属，对金属材料进行淬火处理，善工具、机器零部件的性能等。无线电电子学技术开始跨出通信系统，进入人类活动的更领域。作为电子学装置的核心器件，真空三极管一直推动着电子技术前进，直到1947年，位美国科学家发明晶体管，它才逐渐退出历史舞台。

1.2.3 晶体管

为了克服电子管的局限性，第二次世界大战结束后，贝尔实验室加紧了对固体电子器件的基础研究。肖克莱等人决定集中研究硅、锗等半导体材料，探讨用半导体材料制作放大器件的可能性。

1945年秋天，贝尔实验室成立了以肖克莱为首的半导体研究小组，成员有布拉顿、巴丁等人（见图1-34）。布拉顿早在1929年就开始在这个实验室工作，长期从事半导体的研究，积累了丰富的经验。他们经过一系列的实验和观察，逐步认识到半导体中电流放大效应产生的原因。布拉顿发现，在锗片的底面接上电极，在另一面插上细针并通上电流，然后让另一根细针尽量靠近它，并通上微弱的电流，这样就会使原来的电流产生很大的变化。微弱电流少量的变化，会对另外的电流产生很大的影响，这就是“放大”作用。布拉顿等人还想出有效的办法来实现这种放大效应。他们在发射极和基极之间输入一个弱信号，在集电极和基极之间的输出端，就放大为一个强信号了。

巴丁和布拉顿最初制成的固体器件的放大倍数为50左右。不久之后，他们利用两个靠得很近（相距0.05mm）的触须接点，来代替金箔接点，制造了“点接触型晶体管”。1947年12月，这个世界上最早的实用半导体器件终于问世了（见图1-35），在首次试验时，它能把音频信号放大100倍，它的外形比火柴棍短，但要粗一些。

在为这种器件命名时，布拉顿想到它的电阻变换特性，即它是靠一种从“低电阻输入”到“高电阻输出”的转移电流来工作的，于是取名为trans-resister（转换电阻），后来缩写为transister，中文译名就是晶体管。

晶体管是20世纪最伟大的发明，它为集成电路的出现拉开了序幕，晶体管的发明奠定了代电子技术的基础，揭开了微电子技术和信息化的序幕，开创了人类的硅文明时代。

1.2.4 集成电路

大约在1956年，英国的德马就从晶体管原理预想到了集成电路的出现。1958年美国提了用半导体制作全部电路元器件实现集成电路化方案。当年，美国得州仪器公司的基尔比ack.s.kilby）在研究微型组件时，为实现电路的微型化，提出了用同一种材料做出电子元器的设想，并在一个玻璃板上焊接锗晶体管芯片等元件，成功地研究出了微小型锗振荡器，就是世界上的第一块集成电路。1961年，开始批量生产集成电路。集成电路示例见图1-36。

集成电路并不是一个一个的电路元器件连接成的电路，而是把具有某种功能的电路“埋”半导体晶体管里的一种器件。它易于小型化和减少引线端，所以具有可靠性高的优点。

集成电路的发明，是电子产品工艺技术的一次革命，进一步减小了电子设备的体积，由，它们变得更轻、更小。由于不同的电子元件大部分可以在同一块硅片上制造，相互紧密接在一起，因而减少了元件失效和引线断裂的可能性，提高了电子设备的可靠性，也降低电子产品制造的成本。为充分体现集成电路的优越性，人们竞相改进工艺，努力在同样尺的硅片上制造越来越多的电子元件。20世纪60年代初期，人们只能制作一块硅片包含几个元件的小规模集成电路；20世纪70年代后期，人们已经能够在面积30mm ² 的一块硅片集成13万个晶体管；20世纪90年代以来，超大规模集成电路技术迅速发展，人们已经能一块指甲盖大小的硅片上制作包含500万个晶体管的集成电路。集成电路的发明促进了电技术发展的飞跃，使电子技术进入了微电子技术的新阶段。 nuiqeC1W8a1QIA4Guaz2napb6zYx2zji8hnWDxmJeye+L82V4B5mnbTBUI5oIlaK