電晶體——細小的電子大力士

小型收音機、電視機、助聽器——它們的存在有賴於稱為電晶體的小型電子大力士。這種種電子奇觀背後的動力是什麼呢？它與物理學中所謂量子力學有極大關係;這門學問專研究原子和電子一類極微細的物體。

電晶體有什麼功能呢？它們的優點何在？它們是用什麼造成的？

電晶體在基本上與真空管的作用相同。它在擴聲機的作用上擔任主要角色。那便是，電晶體會增強所接獲的訊號，例如從收音機和電視機的天線所接獲的。

這種擴大設備可以將電晶體一端所收到的小量電訊號加以模擬，在另一端將模擬的電訊號大量放出。以電晶體為擴大器可以在電流中組成電形象，以比輸入電流大二十倍的力量將同一的電模型放射出去。

優點

也許有人懷疑，電晶體若在基本上與真空管具有同等作用，又何必要用電晶體呢？因為電晶體比其祖先真空管有更多優點。

第一個優點是電晶體細小得多。同等力量的電晶體只及真空管體積百分之一左右;換句話說，像男人拇指般大小的真空管換過電晶體僅有豆粒般大。由於電晶體之故，各種電子器材都可以縮小。

這些細小的電子大力士的另一個優點是僅用比真空管少得多的電力便可以開動，原因是電晶體不須燈絲或發熱器。若要發動真空管，必須用一條稱為燈絲的發熱器（像電爐上發熱的電絲，但細小得多）來「弄沸」管內的陰極或放出電子的部分。電晶體卻不需此種發熱器。同時電晶體幾乎不生熱力，因此不會變成灼熱。真空管一經變熱，便會消耗能量了。

其他的優點是:電晶體不像真空管要過一會才暖，反之它立刻便可用。電晶體同時耐用得多;它既不必像真空管般在內裡懸著細絲，結果電晶體有更高的可靠性。有人估計一粒電晶體若全年日夜開動，也可以用到八至十年之久。事實上這個小型電子大力士沒有什麼理由可以用壞;可是，碰撞、天氣變化和潮濕卻會對它發生不利作用。

由於具有這麼多的優點，電晶體使其成為可能的東西之一便是通訊衛星。在1962年七月三日，遠星號通訊衛星被用來將電視從美國傳往歐洲。遠星號從美國地面通訊站收取訊號，加以擴大放出使遙遠的地面通訊站可以收到。既然電晶體僅需少許電力便可以開動，因此陽光可作鼓動電池的電力。遠星號衛星只用一條真空管，但有1,064粒電晶體和其他固定設備。自從遠星號利用電晶體後，通訊衛星便紛紛產生。可是電晶體是由什麼構成呢？

以半導體物質造成

極易導電的物質稱為導體。例如，銀、鋁和銅都屬於導體類。為什麼某種物質會成為良好的導體呢？因為這些物質中含有大量游離電子。「游離」電子是什麼意思呢？那便是電子在這些物質中可以自由活動，很容易從導體的一個原子轉到另一個原子上。

與電力良導體的物質相反，有些物質稱為絕緣體。這些物質沒有游離電子，電子遂不易在其上流通。因此這些物質常被用作防止感電的家庭用具，例如我們用膠蓋的插頭和塑膠的電燈開關等。

還有第三種物質，那便是稱為半導體的固體物質。此類物質導電性能不佳，但也不是很好的絕緣體，所以它稱為半導體。鍺（由德國化學家發現，故以日爾曼字音為名）和矽是最馳名的半導體物質。

這第三種物質何以不是優良的導體或絕緣體呢？原因是它們缺乏游離電子，只能成為半優良導體。它們不是良好的絕緣體的原因是僅需少量的能便可以產生游離電子。事實上，當溫度從華氏0°升至350°（攝氏零下18°至177°）時，游離電子會增至百萬倍。

電晶體始於純粹結晶的半導體物質，由於這種物質是固體狀態，與液體和氣體狀態不同，所以電晶體稱為「固體狀」的裝置。

加添雜質的必要

很奇怪地，半導體物質在純粹狀態時工作性能不佳;可是一加上適量的雜質，它便能擔任艱鉅的工作。

何以要加添少許雜質呢？因為若干雜質可以產些小游離電子或者缺乏電子。因此有些雜質不但不會產生游離電子，反而從少許半導體的原子中將電子帶走。結果如何呢？原子中缺乏一個電子。這種缺乏稱為『空孔』。『空孔』的優點是可以從一個原子移到另一個原子。『空孔』在原子之間流動形成了一條電流。『空孔』成了正電的攜帶者，與攜帶負電的電子恰好相反。

含有游離電子的半導體物質稱為N型（因為攜帶負電［negative charge］）含有『空孔』或缺乏電子的物質稱P型（因為攜帶正電［positive charge］）。

試舉例說明;倘若將砷溶在極純的矽或鍺的溶液中，便會產生許多電子，差不多可以被看作游離電子。由於每個砷原子有五個外電子，而鍺則有四個，於是含有大量電子而結果成為N型物質。這些電子很容易觸發成游離電子。

那末，在半導體物質中加入硼或鋁又如何呢？這兩種元素僅有三個外電子。比起鍺來電子較少;於是遂有「空孔」存在而結果成為P型物質。

由多層物質構成

電晶體可以由一層P型物質夾在兩層N型物質之間構成，這稱為N-P-N電晶體。電晶體也可由一層N型物質夾在兩層P型物質之間構成，這稱為P-N-P電晶體。

這幾層物質的接合處便是發生擴大作用的地方。它們可被視為瓣膜，讓電流通過或不通過，視乎電位或電壓放在接合處的那一方而定。

超小型化

與真空管相較，電晶體固然體積細小、用電也較少，可是現在科學家已發明比電晶體更小的電子裝設。它稱為集成電路或簡稱IC。

這種新發明將電晶體和其他電路元素集合一起成為一系列的層次。這些小包是整條電路而不是電路中一種成分（例如電晶體）。集成電路使超小型化成為可能。

《世界科學年鑑》（1968）說;「今日IC的面積僅有十份一平方吋，厚度僅佔一吋的千份之幾。像電晶體一樣，它們沒有熱度去浪費電子，可以減省冷卻作用。……電視機若除了受像管和擴聲器之外其他全由IC構成，則可以納入細小的火柴盒內。」

為了說明集合電路與一條電路的個別成分的分別，我們可以想像一個與半加侖牛奶瓶大小相同的盒子。包含一百個部分的舊式電路可以納入盒內。但是同一空間可以容納多少集成電路呢？大約十億個。

這種新發展的確驚人。電晶體這種細小的電子大力士對於人類製造小型電器的藝術的確有莫大貢獻。可是超小型藝術本身並不新鮮。人類的創造主早已將人腦造成超小型。他將其設計成在人腦的空間中容納了一千億個細小部分。