DPZ - 電的旅程

「第十三章：電晶體的誕生」
＜三極體概念 ( 2 )＞……續上
蕭克萊從小聰敏過人，自視甚高，朋友不多。大學就讀於加州理工學院，為物理及數學打下了深厚的根底。他畢業後去麻省理工學院，跟隨固態物理大師斯雷特（John Slater）繼續進修，取了博士學位，決意在學術上做一番事業出來。在平常生活上，他喜歡面對挑戰，特別喜愛攀爬陡峭的石壁。他自稱人生最大享受是不用繩索，徒手在月夜攀登險壁。在新罕布夏州到現在還有一處凹凸難攀的險壁，以他的姓氏命名為Shockley Ceiling。他平常總是開著敞篷跑車風馳電掣，不受拘束。
1937年，凱利說服了蕭克萊到貝爾實驗室工作，那時他才二十七歲。上班的第一天，凱利就勉勵他，希望用他的聰敏智慧發展出三極體，來取代真空三極管，再把這個技術應用到新一代的電話交換機上，為公司及社會帶來重大的貢獻。凱利對他的期待目標清晰，又充滿了挑戰，蕭克萊一生都對這席話念念不忘。凱利安排他在真空管研究小組，跟新任諾貝爾獎得主戴維生配合，但可自由涉足貝爾實驗室當時任何研究項目，讓他自己尋找機會。
在所有研究項目中，蕭克萊對貝爾實驗室資深研究員布拉頓（Walter Brattain）發展的氧化亞銅半導體整流器技術，最感興趣。在1939年他花了幾個月時間，設計了一個初步的三極體，原理是用第三閘上的電場來調變一片氧化亞銅的電阻。這個概念是蕭克萊從德國科學家蕭基剛發表的論文〈金屬與半導體界面物理〉聯想而來的。…… (待續)

「第十三章：電晶體的誕生」
＜三極體概念 ( 3 )＞……續上
在這裡應該再解釋一下什麼叫半導體。
大家熟知的固體物質有金屬及絕緣體。金屬一般都容易通電，絕緣體則不導電。在兩者之間自然界有另一類物體叫半導體，顧名思義，這種物質有的可導電，有些則不能。半導體導電的程度取決於很多因素，包括物質中微量的雜質、晶體結構的缺陷、表面的處理、外界的電場或溫度。因為變數極大，很難控制得好，所以半導體的性能變化無常，難於捉摸。礦石中，硫化鉛及氧化亞銅等都是半導體。這可解釋為什麼在點觸整流器中，很難用黃銅絲在礦石表面上找尋到理想的接觸點，因為甚至在同一塊物體上，表面上每一點的性能也有出入。在1930年代用半導體做整流器時，大部分是在碰運氣。隨著固態物理的發展，對半導體的認識大有進展，但對可影響半導體性能的各種變數，控制技術尚在初期階段，遠遠不足。
蕭克萊對自己設計由電場控制的三極體充滿了信心，因為理論上應該是正確可行的。他自己動手做了實驗，但不成功。他自知實驗非他所長，於是找了布拉頓來幫忙。布拉頓1902年出生在中國廈門，他父親當時在中國教數學與物理。布拉頓一歲時就回到了美國，童年在美國華盛頓州父親所擁有的牧場上度過。他是個「牛仔」，性格獨立堅強，豪爽豁達。從小受父親影響，對物理有濃厚興趣，平常騎馬趕牛後，就玩他的礦石收音機。…… (待續)

「第十三章：電晶體的誕生」
＜三極體概念 ( 4 )＞……續上
1929年，布拉頓在明尼蘇達大學拿到物理博士後，就加入了貝爾實驗室。布拉頓對實驗方面具備特別的專長，手巧且充滿了創意，又有豐富的經驗及敏銳的直覺。他覺得以當時半導體的技術水準，蕭克萊的設計是不會成功的。不過他還是耐心照著這個趾高氣揚的年輕人的心願及設計，用他最熟悉的半導體氧化亞銅，製成了新的元件。蕭克萊興奮的觀看著布拉頓把電線接好，然後在第三極上緩緩的增加電壓。但是測量氧化亞銅電阻的儀表上，指針毫無動靜，氧化亞銅的電阻完全不受第三極上所加電壓的影響。蕭克萊的發明失敗了。這對布拉頓來說是意料中事，但對蕭克萊來說則相當失望，他瞭解到理論和實際上的鴻溝。
當時半導體材料技術落後，空有最好的設計也無能為力。對下一步應該怎麼走，蕭克萊心中毫無頭緒。面對的技術問題太艱巨複雜，無從著手。就在這個時候，二次大戰爆發了，美國也很快參戰。…… (完)

「第十三章：電晶體的誕生」
＜奇特的p-n接面 ( 1 )＞
戰爭爆發後全國總動員，貝爾實驗室的技術人員很多受徵召，參加了各項緊急的軍事技術發展項目。蕭克萊先去了空軍研究室，參加了機載雷達轟炸瞄準器的發展。後來由於他卓越的數學能力，轉去國防部發展一門新技術，名叫「作業研究」（operations research，或叫「運籌學」），主要是用數學方法來統籌及規範大規模作戰行動及後勤調動，以期達到最佳效果。1944年，杜魯門總統想要知道，如果美軍登陸日本本土作戰，美軍的傷亡程度會有多高。蕭克萊和其他專家用作業研究方式做了深度分析，預測美軍傷亡會超過二百萬人。他們把結果寫進了報告，遞入白宮。杜魯門總統最後選擇對日本使用原子彈，結束了戰爭。……(待續)

「第十三章：電晶體的誕生」
＜奇特的p-n接面 ( 2 )＞……續上
1941年，留在貝爾實驗室有一組團隊，專門負責發展高頻率無線通訊技術。在接收器技術上，重點是提升點觸整流器性能的可靠度及良率，這個技術也可直接應用到微波雷達接收器上。負責這項目的是一位冶金材料工程師，名叫歐爾（Russel Ohl）。他有系統的比較了用各種半導體做成的點觸整流器，在過程中他發現，毫無疑問矽和鍺是最好的材料，遠比其他半導體優越。怪不得英國人老早就把矽的點觸器應用在雷達上。
但即使是用矽做成的整流器，同樣方法製造出來的元件，性能的優劣分布範圍仍很大。歐爾留意到，整流器的性能及良率和所用矽的純度有密切關係，於是他買來了當時最純的矽（99.99%純度），再在真空中加溫熔化，希望可以驅出雜質，增加純度。歐爾是冶金專家，知道在冷卻時需要緩慢的降溫，避免矽在凝固時碎裂。他把經過重新處理的矽切片打磨，再測試性能，希望看到改善。在一次實驗中，有些重新處理過的矽性能很奇怪，無法測試出電阻，更奇特的是，當有光照在上面時，竟然產生了很大的電流訊號。到底是怎麼一回事？歐爾跟他的上司討論之後，決定去找負責研究部門的凱利。……(待續)

「第十三章：電晶體的誕生」
＜奇特的p-n接面 ( 3 )＞……續上
凱利得知詳情後，意識到這個現象極有價值，可能是半導體這個謎團中的重要線索。凱利找來了研究部門所有重要的技術專家，來看歐爾的示範。當時蕭克萊已去了空軍，布拉頓雖已接到通知去海軍研究所報到，但還沒有離開。聽完歐爾的簡報後，布拉頓稍作沉思，提出了一個可能的答案：這片奇特的矽晶片中有一個電子流動的障礙，類似1938年蕭基敘述的金屬與半導體的交界面。當光被吸收時，產生的自由電子改變了這個障礙的高度，因而影響到內部電子的流動，產生電流訊號。至於為什麼有這個障礙呢？布拉頓懷疑，這和矽晶片中雜質的分布有關係。大家聽了都覺有理。歐爾同意和研究部門的人員繼續合作，共同解開這個謎題。凱利看到自己的團隊中有布拉頓這樣的人才，知識廣博，言之有物，在其他部門的同事前覺得非常有面子。……(待續)

「第十三章：電晶體的誕生」
＜奇特的p-n接面 ( 4 )＞……續上
在這裡必須對半導體再做一些補充說明。矽是一種半導體，完全無雜質及結構完美的矽晶，在室溫下幾乎不導電，這是因為「能隙」的關係，矽晶內部沒有多少可自由流動的電子。但如滲入一些雜質，矽晶的性能就會改變。如果放入週期表中第五族的元素，如磷，這些雜質會產生可帶著負電荷流動的電子，使得矽晶可以導電，導電的程度直接和雜質的數量成正比。所需雜質的數量很微少，甚至一百萬個矽原子中滲入一個磷原子，對矽的導電性能也會有很大的影響。由此可見，如要可靠的控制半導體性能，材料技術必須達到很高的水平。
上面提到把磷原子放入矽晶中，會產生過多的電子，同樣的道理，如果放入週期表中第三族的元素，如硼，則會「吸收」矽晶中本來的電子而產生空穴。這些空穴也可移動，可看成是帶著正電荷流動的帶電體，學術上稱作「電洞」。所以在半導體中，同時有兩種不同的帶電體流動著，即是電子與電洞，而電子或電洞的數目多寡則取決於放入的雜質種類及數量。
研究團隊把電子超量的半導體稱為n型（negative），而把電洞超量的半導體稱做p型（positive）。歐爾的團隊和凱利的研究部門人員鼎力合作，使得這些知識及對雜質的控制技術一點一滴的積聚起來。……(待續)

「第十三章：電晶體的誕生」
＜奇特的p-n接面 ( 5 )＞……續上
在這段時期，凱利命令大家對歐爾的奇特矽晶保密，在貝爾實驗室和其他公司及政府的技術合作與交流過程中不可提起，所以外界無人知曉。隨著對雜質在半導體中的功用認知及控制技術的不斷進步，大家意識到歐爾的矽晶片中有一部分是p型而另一部分是n型。矽晶在緩慢的冷卻過程中，雜質有足夠時間重新分布，本來在矽晶中平均分布的磷及硼原子給分開了，用硝酸處理後，用肉眼也可以看到p和n的接面。
p和n型的接面處，有一個自生的電場來平衡兩邊電子和電洞的密度，這個電場就是布拉頓所提出的電流障礙。當這個電場受外界因素而改變強度時，就會產生相對的電流，來重新找尋電子和電洞的動態平衡。用光照在這個接面上時，矽晶吸收光而產生的自由電子和電洞，間接影響了接面的電場強度，促生了相應的電流訊號。凱利當時的直覺沒有錯，歐爾觀察到的p-n接面現象為日後固態電晶體的發明，布下了一只重要的棋子。
蕭克萊人雖不在貝爾實驗室，但歐爾的發現令他興奮不已，心中浮起了很多模糊的概念，思考怎樣利用p-n接面來設計一個三極體。不過戰事仍在進行，雖然很嚮往回到貝爾實驗室繼續做研究，但時機尚未成熟。……(完)

「第十三章：電晶體的誕生」
＜電晶體技術大突破 ( 1 )＞
1945年戰爭終於結束了，蕭克萊和很多同事回到了久別的貝爾實驗室。除了老同事外，這次還多了不少「解甲歸研」的科學家及資深工程師，使固態電子研究的團隊更堅強了。新來的同事中，有一位名叫巴丁（John Bardeen），剛從海軍武器研究所出來。巴丁和蕭克萊一樣，也是固態物理理論專家。蕭克萊一直很欽佩巴丁在理論上的精銳見解，戰後親自說服了巴丁來參加他的團隊。
巴丁在1908年出生於美國威斯康辛州，父親是威斯康辛大學醫學院院長。他從小是個數學天才，十五歲不到就進了大學，學的是電機工程。畢業後在石油公司工作了幾年，專門分析油田地質結構數據。後來決定回學校繼續進修物理學，他選擇了普林斯頓大學，博士論文是在固態物理大師維格納（Eugene Paul Wigner）指導下完成。巴丁和蕭克萊性格完全不同，他為人謙和，異常低調，和布拉頓兩人一見如故，共用一間辦公室。除了工作外，他唯一的嗜好是在週末打一場高爾夫球。……(待續)

「第十三章：電晶體的誕生」
＜電晶體技術大突破 ( 2 )＞續上
戰後凱利把貝爾實驗室重組，成立了新的固態電子研究組，由蕭克萊任兩位組長之一，專負責技術研發。巴丁、布拉頓及很多出色的科研成員都成了蕭克萊團隊的隊員。巴丁和布拉頓商量，怎樣重新開啟因為戰爭而停頓的三極體研究項目。兩人決定從1938年蕭克萊提出的「場效三極體」（field-effect triode）概念重新做起，對這個建議，蕭克萊當然表示充分支持。在1946年，布拉頓已不再需要用氧化亞銅這個難以捉摸的半導體了，高純度的矽及鍺性能遠為優越。經過二次大戰後，因發展雷達的需要，半導體元件的材料及工藝技術已大有進步。
布拉頓很快用高純度、結構完美的鍺及矽製成了場效三極體試驗元件。當他和巴丁一起測試時，結果卻和七年多前用氧化亞銅的實驗一模一樣，第三極的電場對鍺或矽晶片的電阻毫無影響。兩人仔細分析了結果，巴丁提出失敗的原因是：第三電極產生的電場無法穿透在鍺或矽晶表面上一層被困牢的電子阻擋。為此巴丁發展了一套新的理論，探討了半導體表面受困電子的基本物理。
布拉頓及巴丁把他們的研究重心轉移到如何處理半導體表面的課題上，試圖找出如何減少表面電子層的影響。這是一個相當困難的技術問題，就算是在最優秀的理論家巴丁及最佳實驗能手布拉頓帶領下，進展仍舊緩慢，不過在這個時期，整個固態電子小組的成員合作愉快。蕭克萊個人興趣廣泛，忙著參加各種外界的學術活動，不過他的腦中還是一直想著p-n接面的應用。……(待續)

「第十三章：電晶體的誕生」
＜電晶體技術大突破 ( 3 )＞續上
就這樣一年多過去了。到了1947年的深秋，布拉頓發展出一種用光來測試表面電子層的方法，加速了實驗的進度。他在一個偶然的機會發現，有一層水汽凝結在一片鍺晶的表面上，結果表面電子對外界電場的影響大為減少。他再進一步把鍺晶片浸在電解質溶液中，溶液內的正離子將半導體表層的電子中和了，結果外界施加的電場可以穿透半導體的表面，而影響到內部的導電性，證明了蕭克萊當初場效三極體概念的可行性。巴丁及布拉頓對這個突破非常興奮，接著再做了幾個重要的實驗，最後把所有的知識融合貫通起來，重新設計了一個元件。
他們首先選用了一片n型的鍺晶，經過特別處理後，將表面一層極薄的材料轉變成p型，再在鍺晶片的背後鍍上一層金膜，做為三個電極中的一極。然後，布拉頓設計了一塊三稜體的塑膠，將一層薄薄的金膜鍍在三稜體兩邊的長方形側面上。他再用刀片沿著頂端的稜線把金膜小心切開，使得頂端兩邊的金膜不再相連。最後他把這個三稜體的頂端牢牢的用彈簧壓在鍺晶片上，讓兩邊的金膜各自點觸到鍺晶的表面，形成兩個長而狹的電極，中間分界只有50微米（微米等於一百萬分之一公尺）。從其他實驗上他們知道，這兩電極間的距離必須極短，這是一個很大的關鍵。……(待續)

「第十三章：電晶體的誕生」
＜電晶體技術大突破 ( 4 )＞續上
兩人在1947年12月23日第一次做測試，布拉頓小心的接上了電線，巴丁拿著筆記本站在他後方，緊張的觀看著儀器上的CRT。布拉頓先在第一個電極加上1伏特負電壓，然後在第三個電極上加上10伏特的正電壓，再把一個小的電流訊號串聯式的輸入到第一個電極上去。這時夢寐已久的情景出現了，巴丁只見螢光幕上出現了從第二極上輸出的放大訊號。世界上第一個固態訊號放大器誕生了！這是歷史性的一刻，兩人面目相對，百感交集。巴丁當天晚上回到家，在廚房中對太太說：「今天做了一件大事！」巴丁為人極低調，在家中從來不提公事，他太太知道這事一定不同尋常。布拉頓也在回家的公司車子上，告訴同事今天做了一件可能改變世界的事，布拉頓一晚不能入睡。
研究小組知道此事的人，無不興奮激動，但為謹慎起見，大家決定先保守祕密，不告訴凱利。接著大家小心的重複了實驗上的每一個細節，兩星期後，等一切都萬無一失，才報告凱利。凱利雖然有些不悅，但對這個重要的成就還是萬分興奮。他歷時十二年的夢想終於成真，同時證明他帶領多年的研究方向是正確的。他命大家絕對保密，同時增加了研究人員，大家一起改良了很多設計上的細節，包括晶片的封裝技術。凱利還通知了國防部，希望不要把這個新技術列為軍事機密，幸好軍方表示不反對。另一件重要的事是即刻著手申請專利權。……(待續)

「第十三章：電晶體的誕生」
＜電晶體技術大突破 ( 5 )＞續上
經過六個月的祕密工作後，在1948年6月30日，貝爾實驗室在AT&T紐約總部召開了一個記者招待會，向全世界正式宣布了這個新發明，並命名這個三極體為「電晶體」（transistor）。在發布會上，示範了用新電晶體組裝的收音機及擴音機，記者們可以聽到用新的電晶體所放大的音樂。在這些放大器中，記者看不到常見的真空三極管，只看到封裝在極細小鐵罐中的電晶體。儘管貝爾實驗室鄭重宣布電晶體的發明將把世界帶入一個嶄新的時代，但普羅大眾對這個宣布並不重視。第二天，《紐約時報》把這則新聞刊登在第46頁！
就這樣電晶體正式面世了，當時沒有人知道這新技術的產生對人類會有多大的影響，大家的想法只是電晶體可能逐步取代真空三極管。貝爾實驗室把西電的生產部門也拉了進來，全力發展點觸式電晶體的生產技術，由貝爾實驗室出名的能人莫頓（Jack Morton）來負責。這個新技術在生產製程上難度很高，因為變數很多，每一環節都不容易控制，元件的設計理論也不完善。莫頓帶領生產部門的工程師全力以赴，改良了很多當初的設計、製程及製作方法。這個過程令人回想到愛迪生的名言：發明的過程中，只有百分之十是靈感，其他百分之九十是汗水。……(待續)

「第十三章：電晶體的誕生」
＜電晶體技術大突破 ( 6 )＞續上
經過一年的努力，西電仍然不能正式量產商業性的電晶體元件，令很多人對電晶體的實用價值產生了懷疑。到了1949年底，生產部門的努力總算有了結果。西電把少數生產出來的點觸電晶體樣品，供給了國防部及一些重要客戶。但是每一枚生產出來的電晶體性能參差不齊，放大訊號時噪音也奇高無比。
在巴丁及布拉頓證實了半導體三極體放大現象後，貝爾實驗室馬上就著手進行專利申請。公司早年的成功源於擁有電話專利權，所以對專利權一貫極為重視。電晶體專利申請文件上的發明人，注明只有巴丁及布拉頓兩人。蕭克萊一見之下大表不滿，氣憤難平。布拉頓用坦率的牛仔作風，表明蕭克萊在發明過程中沒有直接參與，不應該列為發明人，為此蕭克萊和布拉頓產生了衝突。蕭克萊本來就是自視極高、難以相處的人，這個衝突愈演愈烈。管理階層為了安撫三人，尤其是蕭克萊，規定對媒體發表有關電晶體發明的照片中，一定要三人同在。於是後人看到的歷史照片，只見蕭克萊坐在實驗桌前，巴丁及布拉頓像學生一樣站在後面觀看。這張照片令布拉頓氣憤難當，一生未能釋懷。
為了安撫蕭克萊，管理階層又決定，將他早在1938年時提出用電場控制電晶體的概念，另外申請一個專利。但在申請過程中他們發現，二十年前就已有一個名不見經傳的人申請了類似的專利，所以申請的事不一定有把握，決定暫時擱置。蕭克萊眼見自己十多年來對電晶體研究的功夫白費了，發明的榮耀歸於小組裡兩位「下屬」，實在是難以咽下這口氣。不過在這關頭，蕭克萊做了一件了不起的事。……(完)

「第十三章：電晶體的誕生」
＜蕭克萊最後的微笑 ( 1 )＞
自從瞭解了歐爾在1941年發現的p-n接面現象後，幾年來蕭克萊腦中一直盤旋著很多想法，認為p-n接面是發展三極體的鑰匙。他雖然沒有系統性的去深思，但腦中有很多創意，像種子一樣在萌芽。然而戰後兩年，他分心太多，一直在忙一些看似重要、但實質上價值很低的事。受了巴丁及布拉頓成功的刺激，蕭克萊決定靜心坐下來，把很多自己的想法融合及發揮出來。同時，他也清楚看到巴丁及布拉頓的點觸電晶體在技術及理論方面有很多不足之處，他有信心自己的想法更好。……(待續)

「第十三章：電晶體的誕生」
＜蕭克萊最後的微笑 ( 2 )＞……續上
就在巴丁與布拉頓第一次示範了點觸式電晶體後一星期，蕭克萊把自己閉關在芝加哥一家酒店的房間中，從1947年底到1948年初，日夜苦幹了十幾天，想出了一個全新的電晶體設計。他把思路整理清楚，清晰的闡述了他的新設計，又做了初步理論計算，認為想法有極大可能可以成功。新年過後回到貝爾實驗室，蕭克萊在一場會議上，聽取了一位同事關於研究過量電洞在n型鍺晶中擴散的實驗結果，把他心中最後一個疑題也解答了。就在這場會議上，蕭克萊發言了，他胸有成竹的描述了他的發明及相關的一切理論基礎，在場的同事們，包括巴丁及布拉頓在內，個個聽得面面相覷，瞠目結舌，因為這許多年來蕭克萊從來沒有跟任何人談起過這些想法。……(待續)

「第十三章：電晶體的誕生」
＜蕭克萊最後的微笑 ( 3 )＞……續上
蕭克萊的發明是一個「三明治」式設計，頂層及底層都由n型半導體組成，在兩者之間有一層超薄的p型半導體。如果在中間一層注入微小的電流，則一個放大的電流會經頂層n型半導體流入底層的n型半導體。設計非常簡單，沒有「點接觸」及「表面」 等問題，避免了很多難控制的技術問題。這個新的電晶體設計被命名為「接面電晶體」（junction transistor）或「雙極電晶體」（bipolar transistor）。……(待續)

「第十三章：電晶體的誕生」
＜蕭克萊最後的微笑 ( 4 )＞……續上
在1948年這個發明還只是在理論階段，沒有實驗證明，但蕭克萊說服了管理階層，決定提前申請專利。這次在申請書上，發明人只有他一個人的名字。很多年後講起此事，蕭克萊喜歡指出一個當時激發他的因素，他稱之為「思考的決心」（will to think）。我們常常心中會有一些想法，但總是不能下決心去努力完成，不停拖延。如果有足夠的意志力，激勵自己去盡量發揮，一生中可以做成很多事。
1949年中，蕭克萊完成了p-n接面及接面電晶體的全部理論，成為半導體物理的經典之作，這些理論指導著往後六十年半導體元件和積體電路技術的發展。在理論研究過程中，蕭克萊非常有創意的將分析重點放在「少數載子」（minority carrier）的擴散及「場漂移」（field drift）規律上。提綱挈領，其他複雜的問題都迎刃而解，徹底而又精銳的闡明了半導體元件物理的基本原理，堪稱絕世傑作，為半導體元件設計及研發鋪好了扎實的理論基礎。……(待續)

「第十三章：電晶體的誕生」
＜蕭克萊最後的微笑 ( 5 )＞……續上
就在蕭克萊集中精神發展電晶體理論時，接面電晶體的可行性在實驗中也得到了初步證明。但若要大量生產，材料及製作技術上還有很大的困難。貝爾實驗室一個很大的競爭優勢就是人才濟濟，各方面的專家都有，達到足夠的「臨界質量」。在化學部門有一個研究員叫提爾（Gordon Teal），他對提煉純淨及結構完善的鍺晶及矽晶經驗豐富，蕭克萊及布拉頓等很多人做實驗用的半導體材料，都由他供給。
鍺晶及矽晶經過純化及冷卻後，都凝固成多晶體，就是物質中含有不同的區域（晶粒），各個區域內都是排列完整的單晶，但各個區域的取向不同，在區域之間會產生晶界，內含結構上的缺陷，也是眾多雜質滯留的地方。製造出來的電晶體內部如果含有晶界，性能肯定不好。
1949年，提爾針對三十年前由一位波蘭材料科學家所發明的方法，提出了改良辦法，來製造結講上完全是單晶的鍺。他認為這樣可以改進半導體結構的完美性，進而優化電晶體的性能及良率。提爾首次提出時，蕭克萊不以為然，但提爾還是決心一意孤行。後來他得到了專門負責生產電晶體的莫頓的支持，在短期內很快就製成了完美的鍺單晶。用這些材料來生產點觸電晶體時，無論性能及良率都有明顯的提高，莫頓大為興奮，蕭克萊也不得不承認當初是他錯了。……(待續)

「第十三章：電晶體的誕生」
＜蕭克萊最後的微笑 ( 6 )＞……續上
提爾所用的技術叫「拉晶法」。被「拉」出來的鍺或矽材料是圓柱形的，柱中所有原子都排列成完美的單晶，沒有任何晶界。拉晶過程完成後，再將單晶的圓柱切片打磨，一片片圓形的「晶圓」（wafer）可以用來製造電晶體。這個材料技術極為重要。用現代技術拉出的單晶矽圓柱，直徑可超過30公分。
除了拉單晶技術外，1950年貝爾實驗室還發展了另一項重要的材料技術，稱作「區域精煉」（zone refining），可以把鍺中的雜質減少到100億分之一以下，不可思議！發明人名叫范威廉（William Pfann），他中學畢業後就到貝爾實驗室工作，開始時專門為大家傳送郵件，後來在實驗室做初級助手，晚上去讀夜校繼續進修。范威廉手很巧，善於解決實際問題。在點觸電晶體發明後，范威廉負責發展一個把電晶體封裝的辦法，就是後來大家熟悉的小金屬罐及細金線與晶片焊結技術。不過，區域精煉技術更是重要。范威廉的技術成果完全是世界一流大師的作品，可見當時貝爾實驗室人才輩出，臥虎藏龍。
有了拉單晶技術，半導體結構達到完善。區域精煉技術更把半導體中的不良雜質減少到了極低的程度，從此電晶體生產過程中可以更有效的控制各種變數，良率不斷提高。在拉單晶的過程中，有機會向鍺或矽溶液多次添加所需的雜質，因而可有效控制在單晶圓柱的橫切面，形成均勻的p-n接面。再進一步也可形成p-n-p或n-p-n式的三明治式接面電晶體，中間一層的厚度可由單晶向上拉的速度精確控制。……(待續)