03　接连不断的出走，硅在扩散

1951年暮春时节，新泽西州默里山周围郁郁葱葱，春意盎然。阳光洒进了贝尔实验室顶层一间宽大而考究的办公室里，凯利正坐在办公桌前阅读、处理信件。三年前，他升任实验室副总裁，搬进了这个铺着橡木地板的办公室。

晶体管的成功发明，使凯利12年前的愿望得以实现，这个小小晶体的火种正从贝尔实验室向外扩散，它将替换掉电信交换机里的继电器，以及数百万的电视机、收音机和电子计算机里的真空管。凯利觉得正逢其时，可以大干一场。

每天，凯利要处理大量的行政事务，他的办公桌上常常堆满了刚毕业的名校博士的简历，甚至还有国外的优秀人才的自荐信。

5月24日这天，凯利收到了一封信，上面没有邮戳，来自实验室内部。凯利打开信封，抽出三页纸，逐字逐句地读着。这封信措辞严谨，一如写信人平时的风格，不过凯利还是从这些字斟句酌的措辞中读出了一种难以压抑的苦涩。

“我的困难来自晶体管的发明。在此之前，这里一直有着浓厚的基础研究氛围。晶体管的发明导致了半导体研究计划的重新安排……要不是对这里的境遇感到不满，我是不会离开的……” ¹

“肖克利真是愚蠢之至”，蹒跚学步的晶体管

1948年秋天，在贝尔实验室发布了点接触晶体管之后，贝尔实验室的科学家肖克利、巴丁和布拉顿等人开始到美国各大学、研究机构以及科学俱乐部展开巡回演讲。

“晶体管的概念就像原子弹一样击中了我。我只有惊讶！这意味着我们不用真空管，就能实现信号放大。晶体管的概念可以把你从思维定式中驱赶出来，迫使你用不同的方式重新思考。”这是罗伯特·诺伊斯（Robert Noyce）第一次听到晶体管时发出的感慨，那时他在美国格林内尔学院读本科。 ² 之后他考到了麻省理工学院读硕士研究生，得以听到巴丁来校做的晶体管主题讲座。

肖克利则在华盛顿的宇宙俱乐部做了演讲，结束时他从口袋里掏出一把晶体管，像撒花生一样抛向台下的观众，引起一阵骚动。观众席中一位戴着黑框眼镜的年轻小伙戈登·摩尔（Gordon Moore）对这个讲座最后的“保留节目”留下了深刻印象。 ³

肖克利、巴丁等人可能还没有意识到，他们的演讲正在点燃年轻人头脑中的微小火种，这将在未来引发一场新的革命。

第二次世界大战结束后，美苏双方布置了大量导弹，时刻准备向对方发射，这需要系统能迅速反应、稳定运行。而真空管却反应缓慢，无法稳定工作。

同期，广播和电视发展迅猛。与此形成鲜明对比的是，5 000多家电影院的座椅开始蒙灰。美国的收音机销量最高达到每月16.5万台，1948年电视机平均每个月能卖出20多万台。 ⁴ 但这些收音机和电视机里用的都是真空管，经常发生故障。

在这种情况下，贝尔实验室开始着手大规模、经济地制造晶体管，以便能尽快替代当时广泛使用的真空管。1949—1958年，贝尔实验室的半导体研究得到了美国军方的支持，有1/4的经费来自军方。

1948年晶体管发布会前，贝尔实验室给真空三极管的发明人德福雷斯特发去了一封邀请函。在回信中，德福雷斯特俏皮地说：“我是不可能带着我那个42岁的‘婴儿’去参加它的遗体告别仪式的。”转而他又写道，“这场真空管的告别仪式将是漫长的，可能会持续几十年之久。” ⁵ 考虑到当时一个晶体管的价格要几十美元，而真空管只需一美元，这意味着德福雷斯特的警告不无道理，这的确是个漫长的更迭过程。直到1953年，美国的晶体管年产量才60万支，而1955年真空管的产量达到了5亿支。

那时，贝尔实验室制作出的晶体管仍很不稳定，关门发出的“砰砰”声都会让桌上的晶体管失灵。固体物理研究小组发明晶体管的任务已经完成，下一步是解决晶体管的可靠性、规模性生产的问题。

1948年下半年，凯利将固体物理研究小组改组为半导体研究小组，并任命了一位行事果断、富有制造经验的工程师杰克·莫顿（Jack Morton）为组长。一些从事晶体管开发工作的工程师也被他招至麾下。

12月的一天，工程师戈登·蒂尔（Gordon Teal）来找莫顿，他需要一笔资金用于制作纯净锗晶体的拉晶机，以便使锗的原材料中生长出均匀一致的大块单晶体。

蒂尔是物理化学博士，他对散发着光泽的锗晶体很感兴趣。他认为大块单晶对于晶体管性能至关重要。“猫须”整流器之所以需要不停地尝试，就是因为方铅矿石表面只有极个别区域才有很小块单晶。如果使其变成一整块单晶体，晶体管的性能将大大提高。

三个月前，蒂尔在走廊里碰到了机械工程师J.里特尔（J. Little），他们凑巧都准备去参加一个研讨会，两人便交谈了起来。里特尔说他需要一根细长的锗晶条，用于制作一种拉丝状的晶体管。蒂尔说没问题，他可以用拉晶机拉出这样一条很细的锗晶。

两人上了公交车后继续讨论，蒂尔介绍了这种拉晶法（即“柴可拉斯基法”），它是1917年波兰的一位科学家J.柴可拉斯基（J. Czochralski）提出来的，这有点像中学化学实验中将漂亮的蓝色硫酸铜晶体从溶液中析出。将一颗种子晶体放置在高温熔化的液体中，并将其缓慢地拉出，在此过程中，种子的尾部会逐渐积累生长更多的晶体，这样就能拉出一条非常完美的单晶。就这样，在下车时，两人已经讨论出一种新的拉晶机模型。拉出的晶体冷却后，将其切割成一片片的晶圆，就能在上面制作晶体管了（见图3-1）。

蒂尔先找到肖克利，请求他给予资金支持，但被拒绝了。肖克利觉得只要随便从锗锭上切割下一块就能用，无须专门拉出高纯度的晶体。蒂尔对此抱怨道：“肖克利在这个问题上真是愚蠢之至！” ⁶

但莫顿知道半导体晶体纯度对于制造晶体管的重要性，于是批准了蒂尔的请求。蒂尔和里特尔安装了一台7英尺 高、2英尺宽的拉晶机。白天他们要完成常规工作，到了夜里才有时间搞拉晶机。他们凌晨两三点起床工作，给拉晶机连接好冷却和加热设备后，随即开始拉伸晶体。

1949年3月，蒂尔成功地拉出了第一根锗单晶棒，它的少数载流子寿命比以前直接从锗锭上切割下来的长10倍以上。肖克利承认自己之前判断失误，他给蒂尔分配了实验室，成立了生长单晶体的研究小组。蒂尔不用再熬夜了。

拉晶法奠定了今天半导体制造的基础。拉出的圆柱形晶体越粗，切割下来的晶圆片直径就越大，容纳的芯片和晶体管就越多，分摊到每个晶体管上的成本也就越低。晶圆直径从1960年的1英寸 增加到1976年的4英寸、1992年的8英寸（见图3-2），最后到2002年的12英寸——这是目前最大的晶圆片，相当于一张大号比萨，上面能容纳下640颗长宽均为1厘米的芯片，而在2英寸的晶圆上只能装下9颗芯片。

就在蒂尔用拉晶法拉出锗单晶时，一位名叫威廉·普凡的技术人员在1950年到1951年间想到了一种分区提炼法，进一步提高了锗晶的纯度。普凡加入贝尔实验室时只是一名初级技师，没有大学学位。一天午休时，他将双脚架在桌上闭目打盹，就在半睡半醒之间，突然想到了分区提纯的方法。惊喜之余，他想马上站起来，椅子却重重地向后摔去，发出了巨大的响声，吓了他一跳。

普凡的方法可以使锗晶体的纯度达到99.999 999 99%，即每100亿个锗原子里最多只有一个杂质原子。贝尔实验室内部的说法是：“它相当于在装满38节火车厢的食用糖里加入一勺盐。”

1950年4月，摩根·斯帕克斯（Morgan Sparks）和蒂尔用拉晶法制作出了肖克利期待已久的NPN结型锗晶体管。一边缓慢拉晶，一边添加杂质元素，使得锗晶的不同层转变为N型或P型，最终形成NPN晶体管。1951年1月，他们做出的晶体管频率超过了10MHz，达到了调幅（简称AM）广播的频率。

整个晶体管的三部分就像肖克利当初设想的“三明治”结构一样连成一体，大小如一颗豌豆，可靠性远超巴丁和布拉顿发明的点接触晶体管，噪声是后者的千分之一，功耗只有一百万分之一瓦。

1951年7月4日，时隔三年，贝尔实验室又一次召开新闻发布会，发布了结型晶体管，这一次发布会的主角是肖克利。结型晶体管的各项指标均超过了点接触晶体管。实际上，点接触晶体管由于成本和稳定性等原因并没有投入大规模生产。毫无疑问，未来属于肖克利发明的结型晶体管。

*　*　*

就在肖克利成为大赢家的时候，他的一位同事却陷入了巨大的痛苦之中。在发布会前的一个多月，贝尔实验室副总裁凯利收到了巴丁的辞职信。

巴丁在信中写道：“晶体管的发明导致了半导体研究计划的重新安排，而在现在这个研究方向上，我发挥不了什么作用。”

原来，发明晶体管后，研究小组的工作重点从基础研究转向了应用研究，而巴丁仍钟爱基础理论探索，不愿去做具体开发。

肖克利对情况非常了解，却仍然安排巴丁去做他不喜欢的应用研究，巴丁很不情愿，数次抗争，但终究没能改变肖克利的决定，“这是他的既定方针……我对此事是不满的”。

“肖克利利用小组成员的工作来探索他自己的想法。由于我的研究也处在理论前沿，我不可能投身到实验当中，除非我在同上司直接构成竞争的条件下从事研究工作……”

巴丁数次抗争，试图改变肖克利的想法，但都遭到了拒绝。布拉顿一直支持他，有一次他们一起去找主管费斯克并告诉他，以后他们不准备向肖克利报告了。巴丁和布拉顿搬到二楼，远离了肖克利的团队。

这时，巴丁注意到了超导研究，并做了初步尝试，但是他跟费斯克讨论后发现，贝尔实验室缺少做这种基础研究所需的环境和条件，巴丁感到孤立无援。

“在做出离开的决定之前，我再次探寻了同肖克利一起合作从事半导体项目研究的可能性。但他的态度没有改变，他认为自己能够提供所需要的所有想法，而他要求自己手下的人按照他的思路工作……”

在信的末尾，巴丁得出了结论：“我决定辞职。”

凯利想出了各种可能的方案来挽留巴丁：大幅提高薪水，允许他成立自己的研究小组、做任何他想做的研究……无论如何，他想把这位顶尖的物理学家留在贝尔实验室。

但巴丁去意已决，他已经联系好了伊利诺伊大学，决意不为任何改变而动。实验室上下都为失去一位顶尖的物理学家而感到惋惜，也纷纷抱怨肖克利对组员的横加干涉 。 ⁷

就这样，曾经共同发明了晶体管的“三剑客”解体了。但是，他们点燃的星星之火已经开始向四周蔓延扩散，并且势不可当地燃烧起来。

热油中的音乐播放器，硅晶体管登场

20世纪50年代初，一些美国国会议员认为美国电话电报公司违反了反垄断法，提出将其拆分成几个小公司。为了显示自己并非垄断者和技术创新的阻碍者，美国电话电报公司要求贝尔实验室开放晶体管技术。

1951年9月，贝尔实验室召开了第一次晶体管技术研讨会，参加者主要是美国军方以及美国国防部的研究人员。贝尔实验室意识到，无论是国家还是业界，都渴望分享晶体管这一重大技术突破，坚决反对将晶体管技术保密，但面向军事应用的那部分技术除外。

1952年4月，贝尔实验室召开了第二次研讨会，26家美国公司和14家外国公司的代表参加了为期9天的研讨、参观和制作演示。这些公司包括IBM、通用电气、飞利浦、西门子、索尼、德州仪器以及一些小公司，如斯普拉格电气公司（Sprague Electric）和中心实验室（Central Lab）。每家公司都收到了一本792页的《晶体管：特性与应用参考资料》，大家戏称它为价值“25 000美元的书”。 ⁸

在研讨会上，蒂尔演示了如何用拉晶机制作锗晶体，这引起了德州仪器公司的研发主管马克·谢泼德（Mark Shepherd）的强烈兴趣。一年后，蒂尔注意到德州仪器公司的招聘广告，他想回到家乡得克萨斯州，于是联系了谢泼德，并于1952年底加入了德州仪器公司。

德州仪器公司的前身叫地球物理服务有限公司，主要生产用于石油勘探的仪器。第二次世界大战结束后，公司开始进军美国国防电子系统，并从海军基地聘用了副总裁帕特里克·哈格蒂（Patrick Haggerty），到了1951年申请晶体管的生产许可时，公司改名为德州仪器公司。 ⁹

晶体管发布后，哈格蒂作出决定，将公司的研究重心转移到新兴的半导体上来。哈格蒂是一位求贤若渴的人，他打算在德州仪器公司成立一个由科学家和工程师共同组成的开发团队，攻关半导体技术。

蒂尔的加盟正逢其时，他是晶体生长领域数一数二的领军人物，德州仪器公司围绕着蒂尔建立了半导体研发部门。

有了小巧的晶体管，要如何显示它的优越性呢？哈格蒂有了一个大胆的想法，他认为可以用晶体管收音机创造全新的需求和市场。那时，很多人对收音机的印象仅仅停留于放在家中客厅里的电器，但哈格蒂决定用晶体管做出便携收音机，小到能放进衬衣口袋里，这样人们去野外度假就可以随身携带它。

1954年6月，哈格蒂提议德州仪器公司生产一种袖珍收音机。它包括4支生长结锗晶体管，每支成本2.5美元，收音机总成本约18美元。在当年圣诞节前，德州仪器公司的袖珍收音机正式发售，售价49美元，瞬间被抢购一空。

1956年2月29日，在美国众议院军事委员会的会议上，冗长的数据让议员们听得直打瞌睡。这时，只听见一声响亮的木槌声响起，所有人一惊，原来是主席赫伯特睁大眼睛注视着大家，并大声宣布：“先生们，艾森豪威尔总统刚刚宣布再次参加竞选。”激动过后，众人好奇主席是怎么知道这一消息的，因为既没有电话铃响，也没有人进入会议室告诉他这一消息。赫伯特只得承认自己把新式的袖珍半导体收音机藏在口袋里，戴上耳机，假装自己是在用助听器。 ¹⁰

很难想象，要是没有袖珍收音机和录音机，迈克尔·杰克逊或者甲壳虫乐队的摇滚音乐能够流行开来。后来布拉顿到埃及旅游，甚至还看到了骑着骆驼的旅人拿着手提收音机。

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贝尔实验室发布了结型晶体管后，下一步便是推进批量生产。结型晶体管虽然比点接触晶体管的结构更稳定，但仍有几个问题阻碍着它的大规模生产。

第一个问题是，用拉晶法制造结型晶体管效率很低，需要一边拉晶，一边添加杂质，使得半导体变成P型或N型，这种操作一次只能做出少量的几个晶体管，无法实现大批量生产。这就像是一边熬纸浆，一边在晾干的纸片上写字，效率十分低下。

第二个问题很诡异，本来已经做好的带负电荷的N型锗晶圆，不知何故在加热炉里就变成了带正电荷的P型锗晶圆。这就像在面团里添加了牛奶，本想要烤出奶香味面包，结果出炉时却变成了蒜香味面包。

对于第二个问题，没人能给出合理的解释。1952年，半导体研究小组的一位材料科学家卡尔文·富勒（Calvin Fuller）对这个问题产生了兴趣。

富勒像侦探一样展开了调查。N型锗晶圆之所以变成带正电荷的P型，一定是沾上了带正电荷的杂质，那么杂质从何而来呢？

富勒注意到，操作员在将锗晶圆放入扩散炉之前用手摸过晶圆表面，这有可能将杂质沾了上去。那么手上的杂质又从何而来呢？富勒注意到了一个被所有人忽略的细节：操作员进入实验室时握了门把手。但每个人开门进来都要握门把手，这有什么好奇怪的呢？

富勒盯着门把手陷入了沉思，它是铜做的，泛着褐黄的光泽。他立刻用铜做实验，故意把铜原子沾到锗晶表面，放到高温下加热到500℃，结果N型半导体变成了P型半导体。富勒恍然大悟，果然是门把手上的铜原子扩散到晶体内部，产生了带正电荷的空穴，从而使得N型锗晶圆变为P型。这就像是切过大蒜的手又去揉了面团，随后大蒜分子扩散到了面包内部，使其从奶香味变成了蒜香味。

问题的症结找到了，不过富勒并没有止步于此。

富勒反过来一想，既然原子这么容易就扩散到半导体内部，并使其从N型变成了P型，那么能否采用这个方法将普通的半导体轻松地制作成P型半导体或N型半导体呢？

富勒想到，如果把包含多余电子的元素“故意沾到”晶体表面，这些元素就能扩散到晶体中，使得电子数目过剩，从而形成N型半导体。反之，将包含多余空穴的元素扩散到晶体中，就可形成P型半导体。除了“沾到”晶体表面之外，还可以用高温气体将特定的元素喷到晶圆表面，这样效率更高。

由此，富勒发明了半导体扩散法（见图3-3）。这有点像喷墨打印机把墨汁喷到纸面上一样简单，效率远高于拉晶法。这样一来，连同上面提到的第一个问题——晶体管制造效率的问题也一起解决了。

肖克利听到了这个消息后敏锐地意识到，只要在一片半导体上多次“喷墨打印”，依次扩散出N层和P层，就能做出PNP或NPN结型晶体管。

1954年，肖克利建议同事查尔斯·李（Charles Lee）等人用富勒的半导体扩散法来制作结型晶体管。当年年底，第一个扩散锗晶体管诞生。 ¹¹

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有了大规模制造锗晶体管的技术，贝尔实验室下一步的目标就是制造硅晶体管。因为硅在地壳中的储量丰富，成本低廉。而且，硅晶体管的漏电流远小于锗晶体管，功耗很低。

与此同时，德州仪器公司也对研究硅晶体管很感兴趣。那时的晶体管基本上都是锗晶体管，但当温度超过75℃，锗晶体管就没法正常工作了。这对于军事、航天等领域的应用而言是一个极大的缺陷。

德州仪器公司看中了财大气粗的美国军方，军方对价格一点都不敏感，却非常在意器件在湿热等环境下的性能。由此，副总裁哈格蒂下定决心要大力研究硅晶体管。

蒂尔是一名拉晶专家，进入德州仪器公司后就一直致力于研究用拉晶法制造硅晶体管。然而，硅的熔点高达1 410℃，远高于锗，不易提纯和加工，这使得在将近一年的时间内，他们都没有取得什么重大进展。

1954年5月10日，蒂尔参加了美国无线电工程师协会的学术会议，他被安排在上午做最后一个发言。前面的发言者历数了制作硅晶体管的困难，并断言业界在近期内制造出硅晶体管的希望渺茫。

轮到蒂尔登台时，听众已经无精打采，但他镇定自若地说：“与你们刚刚听到的对硅晶体管持悲观的态度刚好相反，我的口袋里恰好装了几只硅晶体管。”听众立马从昏睡的状态中兴奋起来，后排的一位听众不敢相信蒂尔的话，大声地质问道：“你是说你们真的做出了硅晶体管？”

“是的。”蒂尔从口袋里掏出了几只硅晶体管，并将它们高高举起，然后为听众演示。

蒂尔首先拿出一个音乐播放器，它正在播放音乐。蒂尔将播放器的锗晶体管单独浸泡在装有热油的烧杯中，音乐戛然而止，因为锗晶体管无法在高温下工作。接着，他用一只硅晶体管替代了那只锗晶体管，并再一次浸泡到热油中，但这一次音乐声如常响起。现场的观众顿时睡意全消，兴奋地目睹了硅晶体管的神奇效果。

蒂尔最后说，大厅后面有他的论文的复印件，大家可以自取。听众立马抢着离开座位去取论文，在一片嘈杂声中，雷神公司（Raytheon）的一位代表在走廊里拿起电话大声叫道：“德州仪器公司做出了硅晶体管！”

*　*　*

其实早在几个月前，贝尔实验室的莫里斯·塔嫩鲍姆（Morris Tanenbaum）就用生长法制作出了硅晶体管。不过他们认为用这种方法效率低下，于是没有发布消息，没料想却被德州仪器公司抢了头功。塔嫩鲍姆转而计划用更高效的扩散法来制作硅晶体管，不过不太顺利。

1955年3月17日晚上，塔嫩鲍姆下班回到家中，心里却始终放不下实验，于是又重新驾车回到了实验室。他盯着实验台上一支作废的硅晶体管，心情变得烦躁起来。

从3月初以来，塔嫩鲍姆虽然用扩散法做出了“三明治”形状的硅晶体管，但还剩最后一个问题没有解决：中间的基极（“火腿”）很薄，无法引出电极线。

塔嫩鲍姆自认为想出了一个绝妙的办法，斜着磨掉了晶体管的边缘，露出基极，就像用刀斜着切开三明治，露出斜截面上的“火腿”，由此引出了导线。可是一测试，晶体管的放大倍数太小，无法正常工作，这让他灰心丧气。

“要是我忽略那个漂亮的切角，而直接让导线穿过上层的硅进入晶体管内部会怎么样？”这天晚上，塔嫩鲍姆对自己说。

这就像用一根牙签直接从三明治的顶部刺进去，一直扎到中间的火腿。稍有电学常识的人都知道，这将在发射极（“上层面包”）和基极（“火腿”）之间引起短路。

但塔嫩鲍姆没管那么多，他决定先试一把再说。他把一根铝线接触到表面的发射极，并通上较大的电流，使得铝线熔化，粘到晶体管上并穿透进去。神奇的是，晶体管竟然没有短路。 ¹²

塔嫩鲍姆不敢相信，他把晶体管有序地接好，输入了一个小信号，结果在输出端得到了放大的信号。成功了，第一个扩散硅晶体管诞生了！

“我甚至觉得我不需要开车回去了，我会飞回去。”塔嫩鲍姆一路飙车回家。夜里，他兴奋地躺在床上，怎么也睡不着。一大清早，他突然觉得自己应该立刻赶回实验室确认昨晚他做了一个晶体管，而不是一个梦。当他再次驾车冲回实验室时，谢天谢地，它还在那儿。

他后来分析，焊接在硅晶圆表面的铝线在N型硅和铝合金之间形成了一个PN结，从而避免了短路。塔嫩鲍姆的同事测量了这个扩散硅晶体管，工作频率超过了100 MHz，是锗晶体管的10倍。

塔嫩鲍姆请来了他的直属上司斯帕克斯，斯帕克斯又请来了实验室的高层领导来观看演示。研究小组的工程师评价说：“我们见证了历史。这次实验很可能是继点接触晶体管之后建立的晶体管研究的第二块里程碑。” ¹³

只有莫顿没有来看演示，他正在欧洲出差。但莫顿一接到消息，立刻取消了在欧洲的剩余行程，迅速赶了回来。他决然砍掉了用拉晶法与合金法制作晶体管的研究，并集中全部精力研究这种扩散硅晶体管。

就在同一个月，贝尔实验室的亨利·特里尤尔（Henry Theuerer）在普凡的分区提纯技术基础上做了改进，发明了硅晶体的浮法分区提纯，它能像锗晶那样大幅度地提高硅晶体的纯度。这样一来，扩散法制作硅晶体管加上浮法分区提纯硅，为大规模地制造硅晶体管迈出了关键的一步。

至此，一种在地壳上储量极其丰富的元素硅，与一种能够大规模地生产晶体管的扩散技术完美地结合了起来。这意味着业界将能以非常经济的手段、极高的效率和极大的规模来制造晶体管。

这种硅晶体管能够应用于100℃以上的高温环境和100 MHz以上的高频领域。它还有机会被应用在高温的沙漠、热带雨林，或者调频收音机、甚高频（简称VHF）电视机、导弹制导、移动通信、高速计算机等领域。一个充满了无限可能的未来即将被硅晶体管这把“钥匙”打开。

正是这种扩散硅晶体管，促使肖克利下定了决心——离开贝尔实验室。

感觉“在跟上帝通话”，落地硅谷

1955年，肖克利45岁了，他在4年前就已经成为美国科学院院士，可谓功成名就。

不过，他在贝尔实验室也感到越来越压抑。最近几年，肖克利的头衔一直是半导体物理组的负责人，而跟他同时入职的费斯克在1951年便成了他的上司，三年后又升任实验室副总裁。而肖克利像是被钉在了中层，晋升通道被堵死了。实际上，贝尔实验室的高层意识到肖克利只擅长科学研究，而不擅长管理团队，这也从巴丁的离去和基层员工的抱怨中得到了印证。

尽管肖克利发明了晶体管，但靠专利致富的可能几乎为零。贝尔实验室的员工入职第一天就要签订一份协议：如果将来申请了专利，所有权归公司，发明人只享有署名权。肖克利那划时代的结型晶体管专利，只为他换来了一张簇新的一美元绿钞。他渴望得到与自己名望相匹配的财富，于是开始寻找新的突破口。

1955年3月，用扩散法制造硅晶体管的消息传来，肖克利马上意识到大规模制造硅晶体管的时机到来了。肖克利想，凭借他在业界积累的人脉以及掌握的贝尔实验室的内部消息，他可以立刻把这些尚处于研发阶段的技术变成实用的技术，从而使自己成为百万富翁。

肖克利头脑中的“拼图”渐渐地完善起来，有了浮法分区提纯硅晶、扩散法制造硅晶体管，以及用光阻剂（相当于今天的光刻胶）在硅晶上形成图案的方法，就能大规模地制造扩散硅晶体管。肖克利准备大干一场，他决定立刻离开贝尔实验室，自己出去创业。

肖克利向凯利寻求100万美元的资助，凯利却泼了他一头冷水：“创业可不是儿戏。”鲍恩则提醒肖克利：“用扩散法制作晶体管仍是实验室的机密，此时将它商业化大批量生产尚不可行。”

1955年8月，肖克利想起来，年初他曾参加了洛杉矶商会组织的一次聚会，认识了副会长阿诺德·贝克曼（Arnold Beckman）。为什么不给他打个电话，讲讲自己要成立一家公司来生产扩散硅晶体管的计划呢？

贝克曼邀请肖克利前往加州面谈详细计划，顺道考察当地的环境。肖克利觉得，去加州创业是个不错的主意，他从小在加州长大，而且母亲至今仍住在那里。郊外到处是种满了杏树、李子树、樱桃树的果园，被称为“心悦之谷”。

肖克利起劲地向贝克曼介绍了扩散硅晶体管在美国国防军事领域具有的广阔前景和可能带来的丰厚利润，贝克曼动心了，决定与肖克利一起合作。肖克利负责组建研发团队，并在贝克曼仪器公司（Beckman Instruments）工作两年，批量生产扩散硅晶体管，而贝克曼负责提供开办公司所需的资金，第一年为30万美元。

由于旧金山海湾离斯坦福大学不远，为了吸引人才，肖克利将公司设在了山景城南圣安东尼奥路391号（见图3-4）。这是一座半圆形的活动房屋，从外面看像是一间不起眼的商店 。

接下来，肖克利要招聘员工，他一个接一个地打电话给贝尔实验室那些富有经验的工程师——斯帕克斯、约翰·皮尔斯（John Pierce）、塔嫩鲍姆等人，劝说他们加入。但这些接到邀请的人深知肖克利的为人和管理方式，都找各种理由谢绝了。于是，肖克利只好退而求其次，从刚毕业的博士生或者刚刚进入半导体行业的年轻人中物色合适的人选。

1956年1月19日，一位年轻博士罗伯特·诺伊斯接到了一通电话，问他是否有兴趣加入一家半导体公司。诺伊斯得知打来电话的是肖克利后，感觉自己“在跟上帝通话”。 ¹⁴ 当时，肖克利可谓半导体行业最亮的一颗星，他于1952年出版的《半导体中的电子与空穴》是业界人士学习半导体的必读之书。

1927年出生的诺伊斯脸庞棱角分明，目光如炬，看起来聪颖干练，还因身手敏捷获得了“快手罗伯特”的称号（见图3-5）。1948年，他的大学老师给了他一本贝尔实验室编写的《晶体管技术手册》，让他大开眼界，他认定晶体管代表着未来。1949年，他考到了麻省理工学院，攻读半导体专业。博士毕业后，诺伊斯本来可以进入通用电气和IBM等大公司，但来自小镇的他更喜欢做“小池塘里的大鱼”，于是选择了一家在费城的小公司——飞歌半导体（Philco Semiconductor）。1955年10月，诺伊斯在匹兹堡的研讨会上报告了关于晶体管的一个发现，这引起了肖克利的注意。

肖克利邀请诺伊斯到位于加州的新公司面试并顺便考察一下，诺伊斯爽快地答应了。面试进行得很顺利，结束后肖克利叮嘱他参加一个智商和心理测试。肖克利对诺伊斯的智商测试结果很满意，同时对诺伊斯在管理能力上的不佳表现暗自开心，他可不希望年轻人有很强的管理能力，以免将来跟自己争权 。

一天傍晚，摩尔在家中接到了那通重要的电话。一个似曾相识的声音从听筒里传来，“我是肖克利”。摩尔顿时想起了他在华盛顿的宇宙俱乐部听讲座时，那位向观众抛洒晶体管的物理学家。

对于摩尔来说，能够去加州是求之不得的事 。他于1929年出生在旧金山，对那里非常熟悉。1954年，他从加州理工学院获得化学博士学位后，去了东部马里兰州的应用物理实验室。他曾思考自己这份工作对于社会乃至国家的价值何在，于是拿出纸笔计算了一番：自己一年的工资是多少，一年中自己能够发表文章的总字数是多少，能被多少人阅读，每个字的价值又是多少。这样一算，他陷入了焦虑，这似乎并不是他想要追求的生活。

当肖克利打来电话时，摩尔一开始觉得有点奇怪，为什么肖克利需要他这位化学家？肖克利告诉他，制作晶体管中不少工艺过程都需要化学家参与。这样一来，摩尔觉得从事晶体管研究对未来社会的价值更大，自己应当加入这个新兴的产业。 ¹⁵

在通过了肖克利一连串专业问题的面试后，摩尔也按照肖克利的要求参加了智商和心理测试，凭借较高的智商和“平庸”的管理才能，他也顺利地进入了肖克利的初创公司。

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1956年2月，肖克利晶体管实验室在加州正式成立。肖克利着力于打造一支半导体的“梦之队”。新员工中有杰·拉斯特、尤金·克莱纳（Eugene Kleiner）、谢尔顿·罗伯茨（Sheldon Roberts）、让·霍尼（Jean Hoerni）等人，大多数人都拥有博士学位，分别是半导体、材料、化学和机械等专业。他们中只有肖克利和罗伯茨有半导体方面的工作经验，其余的都是新手。

每天早上6点，摩尔、拉斯特和维克多·琼斯（Victor Jones）等人就来到公司，自学半导体物理。有时候肖克利会亲自指导，就一个细节讲上几个小时。此外，肖克利还派诺伊斯、摩尔等人去贝尔实验室学习第一手的经验。

诺伊斯后来回忆说：“肖克利有一种神奇的化繁为简、直抵问题本质的能力。他的思维流动是如此之快，以至于你不得不快马加鞭地赶上他的节奏。而你的学习效率也变得出奇地高，因为你在非常努力地从他那里汲取知识。”

肖克利信心十足，想要用扩散法做出硅晶体管。但是他忽略了一点，这里不是贝尔实验室，缺少配套的技师和熟练工人，这些博士不得不亲自泡在生产线上，随时要面对不知从哪里冒出来的棘手问题。在贝尔实验室很容易解决的问题，到了这里就变得困难重重。

正在这个关键时刻，肖克利的兴趣却从硅晶体管转移了。他想起了曾在贝尔实验室研究的一种有四层结构的PNPN二极管。他认为这种器件能实现快速切换，在电话交换机系统中有很好的应用前景 。

肖克利格外重视PNPN二极管，但年轻的博士生们可不这么看。肖克利不顾众人的反对，挑选出相当一部分研究人员来研究这个新器件。但他忽略了一点，要制造这种复杂的四层结构器件异常困难。没过多久，挫折和失败接踵而来。肖克利跟团队成员之间的关系也变得越来越紧张。这时，一则举世瞩目的消息不期而至。

1956年11月初的一天，肖克利收到了获得诺贝尔物理学奖的消息，这使他瞬间成了闻名世界的大人物。第二天早上，肖克利请公司的核心成员一起到利克饭店吃早餐。大家坐在一张白色长条桌旁，簇拥着坐在首席的肖克利，纷纷高举着香槟酒杯向他致意，后排也站了一排年轻人，脸上荡漾着笑容。肖克利容光焕发，俨然一位受到拥戴的国王，他也举起酒杯向大家致意。

接下来的两个月中，肖克利忙于接受采访和准备瑞典之行。在斯德哥尔摩的领奖台上，他接过瑞典国王颁发的荣誉奖章，那一刻他的人生达到了巅峰。

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不幸的是，肖克利领奖后紧随着公司的衰落。距离公司成立将近一年了，当初贝克曼的投资已所剩无几，但公司仍然没有研发出一个能盈利的产品。

肖克利从瑞典回来后，摩尔给肖克利写了一份言辞激烈的备忘录，主张先放下PNPN二极管，集中人力去攻关硅晶体管。只有这样，才能拿到订单，从而先让公司存活下来。但肖克利对此置若罔闻。在所有的年轻人中，诺伊斯技术全面，擅长打交道，而且深得肖克利的信任。大家推举诺伊斯去跟肖克利沟通，但他也铩羽而归，没能说服这位顽固的老板。

那段时间，肖克利经常受邀去各地演讲和访问，大家趁他不在时研究晶体管，等他回来后则装模作样地研究PNPN二极管。肖克利似乎察觉到了什么，对大家的疑心也越来越重。

PNPN二极管项目遇到了很多技术问题，始终无法实现商业化。肖克利无法面对自己的错误决定，开始将这一错误怪罪于不听他话的员工。就连他非常喜欢的“金发男孩”拉斯特也成了“背锅侠”，肖克利对他恶语相向，令他痛苦不堪。

身处逆境的员工们忍无可忍，找到了投资方、肖克利的老板贝克曼调解，并痛陈肖克利的专断、难以沟通。贝克曼表示理解大家的感受，愿意从中调解。大家趁机建议另外聘请一位了解行业的人来担任CEO，让肖克利在公司担任技术总监或顾问，而不是直接管理公司的日常业务。

过了一段时间，贝克曼从母公司派来了一位精干的人物担任CEO，但是肖克利并没有去当技术总监或顾问，因为贝克曼在会议上宣布肖克利仍是领导，决定着公司的大部分关键事务。原来贝克曼跟肖克利沟通后又改变了主意，他认为一个诺贝尔物理学奖得主怎么也强过一群不到30岁的年轻人。

本来满怀希望的员工们顿时陷入了进退两难的境地。他们已经摊牌，却处于极度被动的局面，无路可退。诺伊斯在写给父母的信中透露：“公司恐怕要有很大的变动，也许我们都要卷铺盖走人了。”

八叛徒，出走“仙童”

这段时间，摩尔、拉斯特、罗伯茨等7个年轻人经常下班后聚在一起商讨未来之路。他们一致认为大家应该同进同退，找到一家愿意同时雇用他们几个的公司，成立一支单独的团队，毕竟他们合作了这么久，彼此之间都非常熟悉。

克莱纳想到了一家投资公司海登斯通（Hayden Stone & Co.），便写了一封毛遂自荐的信。他在信中说：“我们这个团队富有经验，团队成员精通物理学、电子学、工程学、冶金学和化学，并有能力在三个月内开展半导体业务。”

信件几经辗转，最后到达了投资人阿瑟·洛克（Arthur Rock）手上。他读完信后，被其中的一点打动了，那就是诺贝尔物理学奖得主肖克利选择了他们这件事本身，足以说明这个团队值得投资。 ¹⁶ 洛克说服了老板艾尔弗雷德·科伊尔（Alfred Coyle），他们一同启程飞往加州，与这7位年轻人详细面谈。

听完他们想找一家能同时雇用他们的公司的打算后，洛克反问道：“你们为什么不找人投资，成立一家自己的公司呢？”这句话让他们如梦初醒，是啊，为什么没有想到这个选项呢？当时，大多数人的想法仍是选择一家企业一直干到退休。即使辞职，也是换一个雇主，很少人会想到自己创业，甚至根本就没有风险投资的概念。

洛克说：“半导体是一个新兴行业，在未来将变得越来越重要，你们拥有成立一家公司所需的技术和人力，完全可以自己做。”他还表示，自己可以帮助他们寻找有意向投资的公司。他们立刻兴奋了起来，坚信完全可以依靠自己的知识和能力来养活自己的公司。

但这7位年轻人马上又有了新的担忧：他们都是从事研发工作的，不知道如何销售产品、寻找客户，更不用说运营一家公司了。洛克问：“能不能从现在的公司里再找一个合适的人选？”他们思索了一番，回答说：“合适的人倒是有一个，只是不知道他是否肯加入我们。”此人就是诺伊斯。显然，诺伊斯具有最为丰富的半导体研发经验，而且善于跟人打交道。

当晚，罗伯茨去找了诺伊斯，并说明了他们与洛克交谈的情况，希望他也能出来一起创业。诺伊斯表现得非常犹豫，不过最后他还是答应先见洛克一面。

实际上，诺伊斯对肖克利的看法也发生了变化。1956年8月，诺伊斯研究二极管时发现了一种隧穿效应，如果将半导体中的掺杂浓度提高到原来的1 000倍，二极管竟然呈现出负电阻，电子像学会了穿墙术一样直接通过一条能量隧道穿越过去。诺伊斯想写篇文章发表，但被肖克利驳回了，他可不认为员工有权利自由探索他们感兴趣的项目 。 ¹⁷

第二天一早，7位年轻人站在V. H.格林尼许（V. H. Grinich）家的车道上，看到一辆车开了过来，诺伊斯坐在车中，他是先来跟他们汇合的。大家非常兴奋，诺伊斯终于和他们在一条船上了。但与此同时，他们也心怀忐忑，随后一起前往旧金山的克里夫特豪华酒店跟洛克见面。

“看得出诺伊斯天生就具有领导才能，”洛克后来回忆道，“其他人都听他的，他是这个团队的代言人。”最后，8个人和洛克顺利地达成了共识，一起开办一家半导体公司。洛克来不及准备任何协议文本，他的老板科伊尔灵机一动，从钱夹里摸出一沓崭新的一美元钞票，整齐地平铺在桌上，建议每个人在华盛顿的头像旁边签上名字，并各自保留一张作为合伙的证明。 ¹⁸

接下来，洛克火速地赶回纽约，寻觅合适的投资公司。但大部分公司都婉拒了，只有一家仙童摄影器材公司的老板谢尔曼·费尔柴尔德（Sherman Fairchild）表现出浓厚的兴趣。费尔柴尔德的父亲曾是IBM公司最大的个人股东，后来把股票转移给了儿子。费尔柴尔德充满活力，很有想象力，对半导体器件很感兴趣。之前他的公司调研了制造半导体元件的可能性，但一直找不到合适的团队，而此时诺伊斯一行8个人正好找上门来，于是他们一拍即合。

在洛克的协调下，仙童摄影器材公司派人来到加州。最后达成的协议规定，公司划分成1 325股，8位联合创始人每人只需缴纳500美元就可以获得100股原始股，洛克所属的海登斯通公司占有225股，剩下的300股用于今后招揽人才。仙童摄影器材公司在18个月内投资138万美元，成立名为“仙童半导体公司”的子公司。在仙童半导体公司连续三年的利润超过30万美元之前，母公司仙童摄影器材公司有权以300万美元的价格在任何时候收购它。“这是一个让双方都满意的协议。”其中一位创始人说。

之后，所有人前往利克饭店，高举香槟庆祝。不到一年前，这群年轻人在同一家饭店庆祝了肖克利获得诺贝尔物理学奖，现在则是庆祝自己刚创办的仙童半导体公司。

肖克利听说团队成员要辞职创业的消息，把他们一个一个地叫到自己的办公室谈话。摩尔坦承他们正准备离职创业。他后来回忆说，当肖克利从他的办公室出来后，垂头丧气，目光呆滞。肖克利回到家后，往沙发上一躺，半晌都不说一句话。他的妻子说，在其多年的医院工作生涯中，从来没有见过哪个病人的脸色像肖克利那样苍白如纸。

1957年9月18日，肖克利在自己的日记本上写下了简短的一句话：“团队辞职。”那天上午，诺伊斯、摩尔等8人集体递交了辞职信。

第二天，贝克曼从洛杉矶赶来与8位年轻人见面，并措辞严厉地警告说：“这是可耻的行为，年轻人容易意气用事，但要考虑后果。现在你们违背了当初在公司一直工作下去的承诺，实际上已经成了叛徒。”但8个人去意已决，拒绝回头。

肖克利的心情低落到了极点。一年半以来，肖克利将这些新来的博士当作自己的徒弟来带，派他们去贝尔实验室学习，甚至亲自指导，把他们从门外汉变成了独当一面的专家。而现在，他们却义无反顾地离他而去，甚至他最信任的诺伊斯也不例外。

肖克利在贝尔实验室的同事查尔斯·汤斯（Charles Townes）后来对摩尔说：“肖克利太聪明了，他明白所有的事情，除了人。” ¹⁹

肖克利的创业虽然就这样走向了失败，但他选择加州的这个决定非常正确。加州的土地和租金便宜，气候温暖舒适。斯坦福大学就在当地，有充足的毕业生资源，校长弗雷德里克·特曼（Frederick Terman）也非常鼓励创业以及校企合作，并提供廉价的土地和办公场所给初创企业。

肖克利感召了一批年轻有为的人才来到加州，并将硅技术带到了这里，后来他被称为“硅谷的摩西”。这些年轻人创立了仙童半导体公司，开辟了创业和风投的先河，后来再由仙童半导体公司分化出一批又一批的“小仙童们”，逐渐形成了硅谷地区的高科技企业群。

再后来，肖克利去了斯坦福大学任教，不愿再提起当年的往事。一次，肖克利在一场工业界的午餐会上碰到了诺伊斯，只说了一句“你好，鲍勃 ”，就转身走了。

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仙童半导体公司的成立可以说恰逢其时，仅仅半个月后的1957年10月4日，在苏联的拜科努尔航天发射场，一枚运载火箭喷射出浓厚的气体，耀眼的火焰推动着它升到与地面相距900千米远的太空，释放出一颗有着钢制外壳和四根辐射状天线的卫星。卫星每96分钟就能绕地球一圈，这是人类发明的第一颗人造地球卫星——斯普特尼克1号。

1957年11月3日，苏联又发射了第二颗卫星，它的重量是前一颗的6倍，轨道高度达到了1 700千米，上面甚至搭载了一只小狗。这让美国上下一片哗然。

于是，美国人把曾经一拖再拖的“先锋计划”重新提上日程，他们在卡拉维尔角发射基地忙碌起来，并赶在12月6日那一天，把自己的卫星送上了太空。当日下午1点44分，火箭点火，它先是摇晃了几下，缓缓升空，紧随其后的却是突然起火爆炸，卫星淹没在滚滚浓烟中。

对此感到耻辱的美国人决心大力发展太空计划。1958年，艾森豪威尔总统正式批准成立美国国家航空航天局。随即，上千亿美元的投资涌入航天、导弹和远程轰炸机等领域，以夺回美国人在航空航天领域的领先地位。美国在这方面的研发开支逐年升高，到1964年占到了全年GDP的2%。

毫无疑问，这将对小巧稳定、耐高温的硅晶体管产生极大的需求推动。1957年，晶体管的年产量达到了3 000万支，但绝大多数仍是不耐高温的锗晶体管。

“专注”是仙童半导体公司的8位创始人从肖克利晶体管实验室学到的一大教训。新公司将心无旁骛地致力于做出业界第一个商用的扩散硅晶体管。这种扩散硅晶体管将能抵御高温并拥有更快的反应速度，是未来美国航天以及军事用途元件的最佳选择，更不必说拥有全世界庞大的民用市场了。

这8个年轻人摩拳擦掌，准备大干一场。

本章核心要点

一项新发明很可能不如已有的技术，这在发明初期表现得尤为普遍。

刚刚发明出来的晶体管稳定性差、难以批量生产、成本居高不下，这严重地阻碍了其大规模应用。为此，贝尔实验室不断地致力于晶体管的研发和更新换代。

而让晶体管稳定运行的秘诀，在于把握纯度与杂质的平衡。

1949年，贝尔实验室的蒂尔拉出了第一根锗单晶棒；1951年，普凡发明了区域精炼法。这些方法将晶体的纯度提高到了不可思议的程度，为下一步制造晶体管做好了准备。

而为了制造晶体管，需要在本已足够纯净的晶体里掺进一些杂质。1952年，贝尔实验室的富勒发明了扩散技术，将Ⅲ族或Ⅴ族元素掺杂到半导体中，从而实现了大规模制备P型半导体和N型半导体，降低了制造成本。

虽然锗晶体管是半导体技术的先行者，但依然有着不耐高温、不能在高频下工作的缺陷。1954年，德州仪器公司的蒂尔和贝尔实验室的塔嫩鲍姆用拉晶法做出了耐高温、高频率的硅晶体管。1955年，塔嫩鲍姆又用扩散法做出了成本更低的硅晶体管，这更适合大规模制备。

1956年，肖克利离开贝尔实验室并自主创业，将硅晶体管技术带到了加州。但肖克利管理不善，导致年轻骨干出走并成立了仙童半导体公司。这一意外事件使得硅技术“扩散”开来，从仙童半导体公司又延展出更多的创业公司，它们如同星星之火，在不经意间促成了硅谷的繁荣。 xFE8gpU+XzdQFDNg92WP85d4eiRSV+j7KVPjrHXxfk70uUJoNuD3wx43drQMIEzF