William_Shockley,_Stanford_University

電晶體與矽谷,皆始自於他

電晶體與矽谷,皆始自於他

電晶體與矽谷,皆始自於他

電晶體可說是科技產品的最基本元件,沒有它,就沒有生活中的各種電子產品。而儘管科技發展日新月異,引領創新的硬體及軟體公司卻大多集中在美國舊金山南部,從帕羅奧圖 (Palo Alto) 到聖荷西 (San Jose) 一帶長約四十公里的谷地,也就是俗稱的「矽谷」。

電晶體和矽谷無疑是現代科技文明的基石,而它們的起源都和一個人息息相關,那就是今天 (2 月 13 日) 出生的蕭克利 (William Shockley)。

貝爾實驗室時期

蕭克利的家鄉就在帕羅奧圖,從加州理工學院畢業後,遠赴東岸到麻省理工學院攻讀博士。這是因為當時東岸的學術水準與科技工業都遠勝於西岸,因此他於 1936 年取得博士學位後,也未返回加州找工作,而是到位於紐約的貝爾實驗室上班。

當時 AT&T 亟欲發展越洋電話,但真空管無法用於海底電纜,在無線電波的高頻頻段又表現不佳,因此蕭克利的首要任務便是開發固態元件,取代已經遇到瓶頸的真空管。但過沒多久二次世界大戰爆發,貝爾實驗室轉而優先研發國防武器,蕭克利也被徵召入伍,直到二戰結束後才返回原來的工作崗位。

蕭克利設想出「場效應電晶體」,利用電場將矽晶體的電子吸引到表面,形成電子通道,藉由改變電場來達到開關與放大訊號的效果。理論上這應該可行,但負責動手實驗的布拉頓 (Walter Brattain) 卻一直無法成功,最後才由剛加入貝爾實驗室不久的巴丁 (John Bardeen),在 1946 年發現問題出在「表面態」。原來表面那層矽原子的外層軌域並未填滿,所以被電場吸引上來的電子紛紛落入其中,無法成為自由電子。

為了克服表面態,巴丁和布拉頓於第二年年底陰錯陽差地發明「點接觸電晶體」,成為史上第一個電晶體。由於它的原理和蕭克利的原本構想不同,專利發明人便只列了巴丁和布拉頓。蕭克利不滿光環竟被兩個下屬搶走,自己還被排除在外,憤而閉關苦思,決心發明出更勝一籌的電晶體。他日以繼夜地研究一個月後,果真發明出三明治結構的 n-p-n「接面式電晶體」,無論是性能或穩定性都比點接觸電晶體來得優異,成為現代電晶體的原型。

出走創業

雖然蕭克利成功證明自己的才能無人能比,但由於他的火爆脾氣逼走許多下屬,貝爾實驗室高層一直未再讓他升到更高職位。蕭克利眼見一些比他資淺的人升得比他快,不願再隱忍,終於在 1954 年辦理留職停薪,回加州到母校加州理工學院教書,同時四處找尋投資人,準備自己創業。

1956 年初,蕭克利在貝克曼儀器 (Beckman Instruments) 的資助下,創立了「蕭克利半導體實驗室」,開發並製造電晶體。他原本想把公司設在人才濟濟的東岸,卻發現貝爾實驗室的舊同事沒有幾個願意跳槽。其實總部在洛杉磯的貝克曼儀器也希望他把辦公室設在附近,蕭克利心想這樣也可以順便照顧年邁的母親,才決定返鄉創業。恰好當時史丹福大學為了吸引人才,將位於現今矽谷一帶的校地闢為科技園區,以低廉的租金與產學合作為號召,已吸引幾家科技公司進駐。蕭克利最後雖將公司設在母親居住的山景城(Mountain View),卻也緊鄰著史丹福工業園區。

雖然找不到資深人員,但蕭克利卻頗有識人之明,所招聘的均是一時之選的青年才俊。只不過他仍未改其火爆脾氣,動不動就當場發飆,絲毫不顧下屬感受與尊嚴。或許是之前被巴丁和布拉頓超越的慘痛經驗,他還對員工處處防範,不准他們與別人討論手上的工作,甚至要求員工進行測謊。

八叛徒

1956年,蕭克利與巴丁、布拉頓三人共同獲頒諾貝爾物理獎後,更加目空一切,不顧原先產品已進度落後,竟決定另行開發 p-n-p-n 四層電晶體,公司前景更令人擔憂。1957年,以諾伊斯 (Robert Noyce) 和摩爾 (Gordon Moore) 為首的八名員工集體辭職,共同創立「快捷半導體」(Fairchild Semiconductor),俗稱「八叛徒事件」。

「八叛徒」創立快捷半導體後的合照。圖片來源:Wikipedia

剛愎自用的蕭克利不但未因此省思自己的管理方式,反而變本加厲,造成人才逐漸流失。由於公司每況愈下,蕭克利終於在 1963 年鞠躬下台,他所創立的蕭克利半導體實驗室在歷經兩次易主後,也在 1968 年關門大吉。

蕭克利未能如願成就大業,他的夢想反而在「八叛徒」手中完成。快捷半導體成立不到三年,赫爾尼 (Jean Hoerni) 和諾伊斯就先後發明平面製程和積體電路,開啟半導體技術的新紀元。1968 年諾伊斯與摩爾離職成立Intel,其他六人也陸續自立門戶,加上他們培養出來的人後來也出來創業,開枝散葉之下,二十年內大約成立了七十家半導體公司,而且都座落於附近,因而形成了後來所謂的「矽谷」。

如今矽谷腹地已逐漸擴大,左下圖綠色那塊都算,其中從Palo Alto到San Jose的核心區域放大如右上圖。

蓋棺論定

蕭克利於 1963 年到史丹佛大學任教後,就此待在學界,未再跨入半導體產業。但他卻不改爭議作風,公然發表歧視性言論,包括黑人的智商比白人低是天生遺傳的、智商低於一百的人應該施行絕育手術,而引來各界撻伐。

他與人越來越疏離,只有第二任妻子一直陪在身旁。1989年,他因攝護腺癌過世,享年 79 歲;臥病期間沒多少人來看他,就連他與前妻所生的兩個小孩,也都是從報紙訃聞才得知他的死訊。

如今蕭克利半導體實驗室的原址已改建成辦公大樓,只有街角處有一個紀念牌提醒人們這裡是矽谷的誕生地,上面寫著:

「矽谷第一家研發製造矽產品的公司;此處的研究開啟了矽谷的發展。1956」

蕭克利半導體實驗室的原址。圖片來源:Wikipedia

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關於電晶體的發明與矽谷的誕生,我所寫的《蕭克利與八叛徒》有更詳盡的介紹,並附有圖解說明相關技術與原理,若有興趣可買來看看。

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