电晶体——细小的电子大力士

小型收音机、电视机、助听器——它们的存在有赖于称为电晶体的小型电子大力士。这种种电子奇观背后的动力是什么呢？它与物理学中所谓量子力学有极大关系;这门学问专研究原子和电子一类极微细的物体。

电晶体有什么功能呢？它们的优点何在？它们是用什么造成的？

电晶体在基本上与真空管的作用相同。它在扩声机的作用上担任主要角色。那便是，电晶体会增强所接获的讯号，例如从收音机和电视机的天线所接获的。

这种扩大设备可以将电晶体一端所收到的小量电讯号加以模拟，在另一端将模拟的电讯号大量放出。以电晶体为扩大器可以在电流中组成电形象，以比输入电流大二十倍的力量将同一的电模型放射出去。

优点

也许有人怀疑，电晶体若在基本上与真空管具有同等作用，又何必要用电晶体呢？因为电晶体比其祖先真空管有更多优点。

第一个优点是电晶体细小得多。同等力量的电晶体只及真空管体积百分之一左右;换句话说，像男人拇指般大小的真空管换过电晶体仅有豆粒般大。由于电晶体之故，各种电子器材都可以缩小。

这些细小的电子大力士的另一个优点是仅用比真空管少得多的电力便可以开动，原因是电晶体不须灯丝或发热器。若要发动真空管，必须用一条称为灯丝的发热器（像电炉上发热的电丝，但细小得多）来“弄沸”管内的阴极或放出电子的部分。电晶体却不需此种发热器。同时电晶体几乎不生热力，因此不会变成灼热。真空管一经变热，便会消耗能量了。

其他的优点是:电晶体不像真空管要过一会才暖，反之它立刻便可用。电晶体同时耐用得多;它既不必像真空管般在内里悬着细丝，结果电晶体有更高的可靠性。有人估计一粒电晶体若全年日夜开动，也可以用到八至十年之久。事实上这个小型电子大力士没有什么理由可以用坏;可是，碰撞、天气变化和潮湿却会对它发生不利作用。

由于具有这么多的优点，电晶体使其成为可能的东西之一便是通讯卫星。在1962年七月三日，远星号通讯卫星被用来将电视从美国传往欧洲。远星号从美国地面通讯站收取讯号，加以扩大放出使遥远的地面通讯站可以收到。既然电晶体仅需少许电力便可以开动，因此阳光可作鼓动电池的电力。远星号卫星只用一条真空管，但有1,064粒电晶体和其他固定设备。自从远星号利用电晶体后，通讯卫星便纷纷产生。可是电晶体是由什么构成呢？

以半导体物质造成

极易导电的物质称为导体。例如，银、铝和铜都属于导体类。为什么某种物质会成为良好的导体呢？因为这些物质中含有大量游离电子。“游离”电子是什么意思呢？那便是电子在这些物质中可以自由活动，很容易从导体的一个原子转到另一个原子上。

与电力良导体的物质相反，有些物质称为绝缘体。这些物质没有游离电子，电子遂不易在其上流通。因此这些物质常被用作防止感电的家庭用具，例如我们用胶盖的插头和塑胶的电灯开关等。

还有第三种物质，那便是称为半导体的固体物质。此类物质导电性能不佳，但也不是很好的绝缘体，所以它称为半导体。锗（由德国化学家发现，故以日尔曼字音为名）和矽是最驰名的半导体物质。

这第三种物质何以不是优良的导体或绝缘体呢？原因是它们缺乏游离电子，只能成为半优良导体。它们不是良好的绝缘体的原因是仅需少量的能便可以产生游离电子。事实上，当温度从华氏0°升至350°（摄氏零下18°至177°）时，游离电子会增至百万倍。

电晶体始于纯粹结晶的半导体物质，由于这种物质是固体状态，与液体和气体状态不同，所以电晶体称为“固体状”的装置。

加添杂质的必要

很奇怪地，半导体物质在纯粹状态时工作性能不佳;可是一加上适量的杂质，它便能担任艰巨的工作。

何以要加添少许杂质呢？因为若干杂质可以产些小游离电子或者缺乏电子。因此有些杂质不但不会产生游离电子，反而从少许半导体的原子中将电子带走。结果如何呢？原子中缺乏一个电子。这种缺乏称为‘空孔’。‘空孔’的优点是可以从一个原子移到另一个原子。‘空孔’在原子之间流动形成了一条电流。‘空孔’成了正电的携带者，与携带负电的电子恰好相反。

含有游离电子的半导体物质称为N型（因为携带负电［negative charge］）含有‘空孔’或缺乏电子的物质称P型（因为携带正电［positive charge］）。

试举例说明;倘若将砷溶在极纯的矽或锗的溶液中，便会产生许多电子，差不多可以被看作游离电子。由于每个砷原子有五个外电子，而锗则有四个，于是含有大量电子而结果成为N型物质。这些电子很容易触发成游离电子。

那末，在半导体物质中加入硼或铝又如何呢？这两种元素仅有三个外电子。比起锗来电子较少;于是遂有“空孔”存在而结果成为P型物质。

由多层物质构成

电晶体可以由一层P型物质夹在两层N型物质之间构成，这称为N-P-N电晶体。电晶体也可由一层N型物质夹在两层P型物质之间构成，这称为P-N-P电晶体。

这几层物质的接合处便是发生扩大作用的地方。它们可被视为瓣膜，让电流通过或不通过，视乎电位或电压放在接合处的那一方而定。

超小型化

与真空管相较，电晶体固然体积细小、用电也较少，可是现在科学家已发明比电晶体更小的电子装设。它称为集成电路或简称IC。

这种新发明将电晶体和其他电路元素集合一起成为一系列的层次。这些小包是整条电路而不是电路中一种成分（例如电晶体）。集成电路使超小型化成为可能。

《世界科学年鉴》（1968）说;“今日IC的面积仅有十份一平方寸，厚度仅占一寸的千份之几。像电晶体一样，它们没有热度去浪费电子，可以减省冷却作用。……电视机若除了受像管和扩声器之外其他全由IC构成，则可以纳入细小的火柴盒内。”

为了说明集合电路与一条电路的个别成分的分别，我们可以想象一个与半加仑牛奶瓶大小相同的盒子。包含一百个部分的旧式电路可以纳入盒内。但是同一空间可以容纳多少集成电路呢？大约十亿个。

这种新发展的确惊人。电晶体这种细小的电子大力士对于人类制造小型电器的艺术的确有莫大贡献。可是超小型艺术本身并不新鲜。人类的创造主早已将人脑造成超小型。他将其设计成在人脑的空间中容纳了一千亿个细小部分。