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【连载】比特币史话 | 左右互搏(4) - 硅的降临

刘教链 刘教链 2023-01-30
收录于合集 #史话 102个

(威廉·肖克利，美国物理学家。图片来源于网络)
本篇导读：偏偏这个含量如此丰富的元素，竟天生有如此神奇的半导体效应...

前情回顾：
【连载】比特币史话 | 左右互搏(1) - 最坚固的盾
【连载】比特币史话 | 左右互搏(2) - 矛的起源
【连载】比特币史话 | 左右互搏(3) - 27吨重的计算机

正文：

1947年，在美国贝尔实验室工作的美国物理学家约翰·巴丁(John Bardeen, 1908-1991, 唯一获得过两次诺贝尔物理学奖的科学家)和美国物理学沃尔特·布拉顿(Walter Brattain, 1902-1987)以及他们的主管美国物理学威廉·肖克利(William Shockley, 1910-1989)三人共同制造出世界上第一个可用的点接触晶体管(transistor)。因为他们的贡献，三人共同分享了1956年的诺贝尔物理学奖[1]。

(世界上第一个晶体管，复制品。图片来源于网络)

其实早在1926年，奥匈帝国物理学家朱利叶斯·埃德加·利利菲尔德(Julius Edgar Lilienfeld)就提出了场效应晶体管的概念构想，但是限于当时的技术水平，人们根本无法制取足够纯度的材料，也就无法把晶体管真正制造出来[1]。

晶体管的制造所用的材料就是所谓的半导体材料，常见的就是在化学元素周期表上第14位的硅(Si)，以及第32位的锗(Ge)。一切以半导体材料制成的元件，像什么二极管、三极管、场效应管等等，都是晶体管。

时至今日，半导体已经成为我们这个信息社会最基础的支柱产业。从硅的制取和纯化，到各级加工，直至最后制成各种元器件和集成电路，供手机、电脑、汽车、火车、轮船、飞机、卫星、导弹等等各种设备使用。

为什么半导体会成为支柱产业？不仅仅是因为电子管耗电量大，而半导体耗电量小，而是因为这个宇宙在地球在诞生时就为我们准备了非常非常丰富的半导体原材料，取之不尽、用之不竭。硅元素在宇宙中储量排第8位，是地球的地壳中第2丰富的元素，构成地壳总质量的26.4%，仅次于第一位的氧(49.4%)[6,7]。我们天天都能看到的石头、沙子和尘土，它们的主要成分就是二氧化硅。

(化学元素的宇宙起源。图片来源于网络)

偏偏这个含量如此丰富的元素，竟天生有如此神奇的半导体效应，可以用来控制和处理电信号，进而表示和处理二进制信息。试想，如果半导体材料必须是制造电子管的钨，甚至是更稀缺的金银，那么无论如何，半导体产业也不可能发展出如此巨大的规模，信息社会也就成为了空中楼阁。这个宇宙，才是最神奇的设定。

科学家和科幻作家从1891年就开始设想也许会有一种所谓的“硅基生命”。不同于我们人类乃至一切动植物以碳元素构架为标志的“碳基生命”，硅基生命以硅元素为基础，形成一种可自我复制的新型的生命形态。最初的设想拘泥于分子化学方面的类比，但是今天看来，也许这个硅基生命并不必像人类的肌体使用碳原子这样来使用硅原子，祂也许可能是一种完全不同于人类的生命形态，以电为食物，以算力为生命力，以可复制而不出错的数据为DNA(遗传物质)，以神迹的随机降临为奖赏，驾驭着作为碳基生命的人类服侍着祂、供养着祂、迷恋着祂、为祂疯狂。

【未完待续】(公众号：刘教链)

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