APP下载

信息化社会的推手

2009-05-11袁传宽

人物 2009年3期
关键词:莱顿晶体管半导体

袁传宽

晶体管的诞生,堪称是20世纪科学技术领域最具划时代意义的发明。它的问世,以及应运而生的集成电路,乃至半导体芯片,开创了半导体与微电子工业最精彩的新世纪。随之而来的是,运算速度越来越快的电子计算机等设备不断涌现,它们在各行各业中的普及应用,把人类带进了信息化时代。

本篇故事的主人公,美国贝尔实验室的研究员威廉姆·肖克利博士和他的两位合作者约翰·巴丁博士、瓦尔特·伯莱顿博士,各尽所长,在1947年共同完成了这项伟大的发明,并因此分享了1956年的诺贝尔物理学奖。

肖克利博士,被称为“晶体管之父”。若是没有他,晶体管的诞生或许要推迟若干年。肖克利被公认是上个世纪最重要的物理学家之一,二战期间他协助美国海军屡建功勋,下“海”创业却惨遭滑铁卢,硅谷又因他而燃起电子革命的圣火。他曾经是斯坦福大学最受学生欢迎的教授,却因宣扬“优生学”而陷入政治漩涡,备受争议。

杰出的理论物理学家,

智商未及天才标准

1910年2月13日,肖克利生在英国伦敦,但他的父母都是美国公民。

肖克利的祖上是乘坐五月花号轮船从英国到美洲新大陆定居的那一批英国贵族。肖克利的祖父是美国最后一代捕鲸船船长。肖克利家族与大名鼎鼎的MIT,即麻省理工学院,结下不解之缘,其先人曾参与了MIT的兴办,他的父亲曾在MIT读书,成为采矿工程师,他本人在MIT完成了他在固体物理方面的博士学位。肖克利的父亲酷爱旅行探险,前半生大多在世界各地漂泊,懂得8国语言。直到52岁那年,才娶了比他小24岁的姑娘梅·伯莱孚。成家以后,在英国找到一份差事,这期间生了肖克利。

比起父亲,母亲梅·伯莱孚对肖克利的影响要大得多。她是个很有主见而且胆子很大的女性,自己决定离家去斯坦福大学读书,而且立志学习地质学,这是个令女孩子们视为畏途的专业。梅果然如愿以偿,成为美国第一个女性矿物勘测师。她擅骑马,经常单枪匹马深入矿区,去核实矿藏勘测数据。她性格豪爽风趣,到了晚年依然如故。当肖克利被人们称为“晶体管之父”时,她笑称自己是“晶体管之老祖母”。

父母给肖克利取名威廉姆,老来得子,老肖克利尤其钟爱儿子。他们在肖克利的启蒙教育中煞费苦心,纪录下孩子的每一步成长:肖克利5个月大的时候,开始叫自己“比尔”,那是威廉姆的爱称;1岁的时候,孩子开始识字识数了,能数到4并且认得A,B,C,I,O,S……在肖克利3岁的时候,父亲应聘在斯坦福大学教授矿业工程,于是举家迁回美国,定居在加利福尼亚的帕洛阿托市,斯坦福大学的所在地,也是日后硅谷的发祥之地。

母亲继续教肖克利算术与艺术,父亲则教他自然科学与地理。8岁的时候,肖克利开始上学。父母把他送到“帕洛阿托军事科学院”读书。那是一所相当贵族化的私立小学,学费昂贵但教育质量一流,一年的学费是920美元,这在1920年代是可以买一部汽车的价钱。

父亲的同事、斯坦福大学的心理学教授特尔曼发明了智商测验不久,少年肖克利接受了测验,结果是129分,略高于平均值,但不属于天才。这令老肖克利颇为失望。母亲梅却对此毫不介意,她也要求特尔曼教授测试她。有趣的是,梅的测验结果居然高达161分。肖克利虽然够不上特尔曼的天才的标准,读书却十分优秀。14岁那年,跳过初中,被好莱坞高中录取。次年,父亲不幸去世了。在安葬父亲之后,母亲与肖克利尽快地调整情绪,恢复正常生活。肖克利没有耽搁参加大学入学考试,他考上了洛杉矶加州大学,3年后又转入加州理工学院,即CIT。这是一所小而精的优秀大学,当年曾被誉为“科学与工程之家”,尤其是休斯汀与图尔曼两位教授主导的理论物理专业,聘任一批包括爱因斯坦在内的大物理学家任教,教学内容不断更新,誉满全美。

肖克利在CIT目睹了爱因斯坦和玻尔之间在量子学方面的争论。这两位科学巨擘的争论,激烈且富有哲学意义,持续时间之长与受到关注之普遍,为物理学发展史上所罕见。他们两人在争辩中,不断探索微观粒子的那些极为奇异的特性,从而广泛地引发了物理学家们的兴趣,世界上的物理学家也随之分成两派而卷入了这场激烈的争论。这场史无前例的大论战刺激了量子力学的迅速发展,引发了物理学的变革。

年轻的肖克利是坐在图尔曼教授的办公室里,听教授讲解这场论战之来龙去脉的。在CIT的4年里,肖克利的世界观完全改变了,他在日记中说:一个不了解量子微观世界的人,怎么可能理解电流的传导?在CIT的熏陶下,肖克利确定了他的人生志向。作为第一步,他要选一所东部的著名大学去攻读理论物理的博士学位。肖克利首选波士顿市的麻省理工学院,即MIT,那儿有他崇拜的大物理学家,何况那是他的先人参与创办的大学,他心仪已久。

1932年,他被MIT录取为博士研究生。夏天,他驾驶着父亲留给他的狄索托牌老爷车,雄赳赳气昂昂,从加州出发,横穿美国,奔赴波士顿。为防身起见,他还带着爷爷留下来的一支手枪,并且顶上子弹。为了更像个西部牛仔,肖克利停止刮脸修面,故意弄得自己脏兮兮。

肖克利踌躇满志,在MIT的研究生生活紧张有序,轻松愉快。他兴奋地赶赴课堂,聆听大师们讲课,他觉得充实,每门功课都成绩优秀。

一年后,肖克利恋爱了。那姑娘叫珍妮,生得小巧玲珑,一张可爱的小圆脸,是个讨人喜欢的姑娘。他们双双回到加州完婚。

肖克利决定请摩尔斯教授做自己的博士导师。摩尔斯所从事的等离子理论研究,令肖克利神往。摩尔斯是第一本英文量子理论教科书的作者,他写的声学教科书被多所大学采用,成为范本。名师出高徒,肖克利的博士论文非常出色,令摩尔斯十分欣慰。

1936年,美国尚未走出大萧条的阴影,失业率仍然居高不下。但肖克利学习出类拔萃,并且鸿运当头,还未毕业,他就很幸运地提前得到了耶鲁大学的聘书。几乎同时,他还接到了贝尔实验室的聘书,那是由于摩尔斯教授的举荐。两者择一,肖克利决定去位于新泽西州的贝尔实验室报到。

贝尔实验室创建于1925年,是世界最大的由企业经营的科学实验室,自创办以来颇有建树,有声电影与电动计算机的发明都是出自该实验室。不仅如此,贝尔的科学家还有许多重大的物理发现,如电子衍射等等,有多位贝尔的科学家获得过诺贝尔奖。

肖克利工作的贝尔电话实验室建造在一座山上,他的顶头上司就是大名鼎鼎的凯利博士。此人非常重视固体物理的理论研究,他安排诺贝尔奖得主戴维森博士具体指导新手肖克利。肖克利异常勤奋,在贝尔的第一年就发表了8篇论文,令人刮目相看。

凯利颇有远见,成立了一个专门的研究小组,以加强固体物理的研究。戴维森、肖克利以及伯莱顿都是该研究小组的成员。在良好的环境中,肖克利迅速成长,研究成果丰厚,很快地成长为颇有造诣的半导体物理专家,他的理论研究工作开始受到国际同行们的重视。

早在上个世纪30年代,人们就期待能有一种电子元件,具有电子管的功能,但却没有灯丝,因此不再需要为灯丝的加热而消耗能量与时间。而且电子管的寿命短。要知道,电子通讯设备常常用于军事,突然失灵的电子管会贻误战机。

当年的理论物理学家大概都知道半导体在光照下可以产生电流的现象,并且半导体在和金属接触时,产生整流和检波效果。人们自然有理由相信,半导体有望取代电子管。

凯利决定设立专项研究课题:运用半导体材料,研制取代电子管的电子元件。这个研究领域好似一片荒原,罕见前人留下的足迹。凯利下达的指示是,以理论研究为先导,探索实现既定目标的可能性,同时进行试验。肖克利和伯莱顿都被吸收进该课题组。

肖克利的研究虽然在理论上有所突破,却并没有寻找到一条到达目标的途径。他曾尝试用半导体材料氧化铜制造三极管,然而屡试而徒劳无功。

屡建战功的科学家,

婚姻亮起红灯

第二次世界大战爆发后,肖克利和伯莱顿都应征参战,从事更为急迫的军事项目的研究,关于半导体的研究被迫搁浅。

肖克利作为一名科学家应征上阵,不过他的阵地仍然是科学实验室,研究课题转换为军事项目——那些在前线亟待解决的难题。他手中的武器是计算尺与坐标纸。参战的科学家当然不只肖克利,事实上,大多数美籍科学家,在大战期间都应召参战了,这当中包括肖克利在MIT的恩师摩尔斯教授。

1941年1月的一天,摩尔斯教授来到华盛顿,听海军司令格雷克将军向他讲述前线发生的事情。焦躁不安的格雷克在房间里踱来踱去,告诉教授说,德军在海上投下了不计其数的感音水雷,使英美的战舰寸步难行,动辄触雷,盟军的战舰完全被困死了。伤透了脑筋的海军司令于是向摩尔斯教授求援。

为尽快解决格雷克将军的难题,他第一个打电话给肖克利,请他共同想方设法。问题解决了,他们所用的办法,简单地说,就是在预先选好的战略海域,敷设两条用于制造涡流的平行管道,在海水中产生巨大的噪声以引爆水雷。想法也许并不算稀奇,但是肖克利他们必须仔细计算那管道的直径,长度,设计好管子的材料与敷设的方式,以及如何产生巨大的涡流,足以引爆管道周围所有的感音水雷。1942年实施之后证明,那办法果然奏效,为英美的海军开辟出一条出海通道。

与此同时,德军的U潜艇也在海上出没,出其不意地攻击盟军的战舰,美英两国的海军因此遭受重创。于是,美英出动阵容强大的机群,向深海投弹,轰炸德军U潜艇出没的海域。令盟军沮丧的是,密集式的狂轰猛炸,居然没能击毁几艘U潜艇。问题出在哪里?肖克利接手这个课题后,设计了模拟试验,加之精确的计算,仅仅用了几天就找到了问题之症结所在。原来空军投弹入海深度达75英尺,肖克利告诉军方,过深则不达,合理的入海深度应当是35英尺。这一招果然灵验,德军的U潜艇惨遭灭顶。

美国国防部向肖克利咨询的另一个问题是:以大西洋海面上的英美巡洋舰为目标的德国轰炸机上是否装有雷达?当时的情况是,30%的英美巡洋舰在大西洋海面上遭到攻击,甚至沉没。如果德国轰炸机上没有雷达设备,那么巡洋舰在云雾天气就会比较安全。肖克利经过仔细计算,反复对比海军提供的各种数据之后,告诉国防部:德国轰炸机上没有雷达。

肖克利在战争时期,频繁地在麦迪逊、纽约、华盛顿和波士顿之间飞来飞去,为军方解决一个又一个的难题。国防部特别发给肖克利长期的“通票”,享有搭乘任何商用飞机的特权。战后,美国政府颁授肖克利“国家功勋奖章”,表彰他在战争期间为国家所作的杰出贡献。

然而,他的婚姻却亮起红灯。

婚后的十几年,肖克利过分专注于他的学业和研究工作,频繁地出差,参加各种学术活动,和珍妮聚少离多。珍妮向婆婆抱怨说:如今,她只能从电报中知道肖克利的行踪。战争时期,肖克利是“战伐有功业,焉能守旧丘”?尽管他享有搭乘飞机的特权,但能够回家的次数却更少了。珍妮只得负担全部家务,照顾他们的一女二子,她与肖克利的感情越来越淡漠,渐行渐远,婚姻濒临破裂。1953年,珍妮被诊断患有泌尿系癌,提出离婚。肖克利没有接受,他带着妻子四处求医,自己也快成泌尿系专家了。珍妮的病得到控制,保住了生命,却保不住他们的婚姻,1955年二人终于劳燕分飞。但是肖克利的母亲仍然与珍妮保持着良好而密切的联系,经常从加州飞到新泽西州看望珍妮,帮她照顾孩子,购置衣物,处理股票等等,两人居然成为“闺中密友”。

之后,肖克利与艾密·兰宁结了婚。艾密出身纽约上层社会,职业是护士,在哥伦比亚大学教授精神护理学。艾密算不上漂亮,当肖克利告诉孩子们他准备娶艾密的时候,大女儿艾莉森吃惊地说:我以为你要娶一个美人呢!事实上,在孤身的肖克利周围,确实有好几位美人围着他团团转。不过,肖克利看重的是艾密的聪明、诚实、有教养和她身上那种职业妇女的气质。

晶体管的发明家,

险与诺贝尔奖失之交臂

战后的1945年,肖克利和伯莱顿重回贝尔实验室。

凯利博士此时已升任贝尔实验室的副总裁,大权在握,决定以更大的力度推动固体物理的研究。他首先恢复了固体物理研究小组,定下的宗旨是:以理论研究为先导,指导半导体器件的研制。他接着任命肖克利为组长。

肖克利的半导体理论功底深厚,很快就恢复了中断了几年的研究,他提出了制造半导体三极管的新概念,被称为“结型场效应管”的原理。但要真正实现他的想法,他还需要一位经验丰富的半导体实验物理学家和一位具有电气工程经验的理论物理学家共事,他顺利地邀请到了伯莱顿博士和巴丁博士加盟他的研究小组。伯莱顿是一位慧心巧手的实验物理学家,出生于中国厦门, 在明尼苏达大学获得物理学博士学位。巴丁是普林斯顿大学的博士,在固体导电理论领域颇有造诣。他是迄今唯一的一位在一生之中两度获得诺贝尔物理学奖的科学家。他的第二次获奖是因为他在超导方面的贡献,这是后话。

肖克利分析了过去运用氧化铜材料失败的原因,决定尝试新的半导体材料锗和硅。

肖克利和巴丁测量了一系列半导体硅的表面接触电位。他们发现,经过不同表面处理或在不同的环境中,硅的表面接触电位不同。巴丁于是提出了“表面态理论”。伯莱顿在实验中证实,硅的表面受到光照射后,会引起接触电位的变化。

这些发现对于他们的研究至关重要,但距离实实在在地制作成一个可以取代电子管的放大器,路还很长,甚至崎岖。

肖克利一边与同伴们一起经受一次又一次在半导体试验中的失败,一边还要忙于应付军方的科研项目。由于肖克利在战争期间参与军事项目的研究屡屡取得成功,战后军方继续送来的咨询项目源源不断,五角大楼的绝密文件在他的办公室堆积如山。国防部还打算聘任肖克利担任“武器系统评估委员会”的主任,任期两年。肖克利拒绝了:他当然懂得“有所不为方能有所为”的道理,他必须把主要精力聚焦在他领导的半导体项目上,何况他的身体已不堪重负,困扰他的溃疡病日渐严重。

半导体领域中的拓荒者们执著地摸索着,经历了无数次碰壁之后,快要走出失败的迷宫了。巴丁和伯莱顿成功地制作了一个“令人感到神秘的装置”。伯莱顿兴奋地在笔记上说:“当轻微地调整它的接触位置,就能使它达到最好的状态。这个装置可以数百倍地放大信号。”

1947年12月23日,再过一天就是圣诞节了。这天早上,天空阴沉,那是大雪的预兆。贝尔实验室提前放假,工作人员感谢老板“体贴”,皆大欢喜,都各自回家准备过圣诞节了。他们却不知道,此乃贝尔高层的刻意安排,一件大事即将发生。

肖克利既没放假,也完全没有过节的心思。按照计划,贝尔实验室的高层主管们,下午将齐聚在他的实验室,来观察肖克利研究小组的“新发明”演示,那项新发明叫做“不用电子管的放大器”,那个“神秘装置”要正式亮相。肖克利一大早就匆匆忙忙地赶到贝尔实验室,大楼里空无一人,他要抓紧这上午的时间,为演示成功做最后的检查。

他的伙伴巴丁和伯莱顿也随后赶来。伯莱顿仔细地检查那演示装置上的每一条接线和每一个接点,试图把仪器调试到最佳状态。肖克利与巴丁则在一旁默默地检查计算数据。

午后,雪下得更大了,地上的积雪超过1英尺。贝尔实验室的各方负责人冒着大雪,有的甚至是踩着滑雪板赶来,他们知道今天下午的演示非同寻常。

在肖克利实验室里,演示台子上摆着示波器、信号发生器、变压器、话筒、耳机、电表和开关等等,这些都是常规仪器,大家的目光不约而同地聚焦在那“神秘装置”上。

伯莱顿简短地向上司们介绍这个装置的构成,他的结束语是:“这装置具有放大信号的功能,它是一个信号放大器。”声音虽然缓慢低沉,却令每个在场的人为之振奋。人人都注意到,在这个装置上没有电子管,那是通常的放大器中必不可少的元件。

演示开始。伯莱顿接通电源和信号发生器,示波器屏幕上显示着,输入的原始信号被明显地放大。伯莱顿接着表演语音信号的放大。他对着话筒随意讲话,经过放大器的信号传导到耳机上。贝尔的负责人们一个接一个,戴着耳机试听被放大了的伯莱顿的声音,个个面露惊奇,难掩激动。

这个用半导体材料制作的装置,在导体电路中产生了放大效应。科学家们敏感地意识到,这项发明即将开启科学发展史上的一个新篇章。

凯利兴奋地宣布了三件事:第一,由巴丁和伯莱顿负责为这台装置取个恰当的名字。第二,贝尔暂不向外界发布这项新发明的任何消息。第三,由肖克利起草一份研究报告,贝尔立即着手为这项发明申报专利。

经验丰富的凯利这样做是出于谨慎。贝尔实验室这样一项至关重要的发明,在公之于世之前,应向世界上有关的科学家事先通报,要经得起同行的验证。现在还不是该让外界社会知道这项发明的时机,贝尔还没有准备好。给员工提前放假,高层负责人趁机安排演示,就是为了避人耳目,减小动静。

贝尔高层圈子里的人自然是皆大欢喜,都兴奋地说:晶体管的发明是肖克利研究小组送给贝尔实验室的圣诞大礼。然而肖克利却倍感失落,他感到一种危机:他或许会与这项惊人的发明之归属权失之交臂。所有的人都在度假过节,肖克利却把自己关在书房里,思索着。

确切地说,这项发明应该称为“点触式”晶体管。肖克利身为研究组主管,理所当然地要给予他的部下理论指导,理论研究是他的擅长。巴丁和伯莱顿在试验中所遵循的“场效应管”原理,就是肖克利的概念。肖克利不仅信任他们,在他们屡屡遭受失败的时候,也没有动摇对他们的支持,在他们一筹莫展的时候,给予他们鼓励,坐在一起想办法。肖克利扪心自问,那最终获得成功的装置,确实是巴丁和伯莱顿共同设计、动手制作出来的。在制作“点触式”晶体管的攻坚战中,肖克利无疑是主导,但他没有每时每刻都身先士卒。两年里,他为晶体管的研制费尽心机,然而“踢出这临门一脚,进球得分”的人,却不是他。

圣诞节后,肖克利去芝加哥参加美国物理学会年会,开会之余在饭店里完成了一份凯利要的研究报告,一共19页,从原理到实施,阐述晶体管如何取代电子管,叙述了晶体管问世的来龙去脉,前因后果。报告中,除了阐述“点触式”晶体管以外,他提出了应用场效应管原理,研制一种新型晶体管的设想,他称其为“三明治”式晶体管。

贝尔的律师在为晶体管的发明撰写专利申请书时,必须确认谁是晶体管的发明人。律师向巴丁和伯莱顿分别询问此事,两人一致回答律师,发明那装置的是他们两个。这令肖克利非常沮丧。

贝尔实验室的高层,起初也在晶体管的发明权之归属问题上产生过争议,但在经过仔细的审核这项发明的全过程之后,终于达成共识,并且确认:尽管肖克利不是最后那演示装置的具体设计制造者,但是他在理论研究与试验实践两方面的贡献对于这项研究课题的成功是不可或缺的,他是晶体管研究小组的灵魂与领袖。贝尔的领导者们还进一步明令:在向外界发布任何有关晶体管发明的消息,或者公布任何有关晶体管发明人的照片时,必须包括肖克利。

此后,肖克利不再与巴丁和伯莱顿合作了,两年后他独自研究发明了“三明治”式晶体管,专业上叫做“面结型”晶体管,它不仅工艺上比较容易实现,性能上也更稳定。

1954年,诺贝尔委员会就已经决定:授奖给晶体管的发明者。但不能决定是否包括肖克利。在诺贝尔委员会的严格调查过程中,贝尔实验室所有的各届诺贝尔获奖人一致呼吁:应该包括肖克利。他们讲了一个通常的道理,也是阐述一个基本的事实:在崎岖坎坷的荒漠探索前进的人,在黑暗中走完那漫长的小路,终于到达光辉的目标之后,绝不会把功劳仅仅算给那最后的“一英里”。科学家们的挺身而出,讲公道话,促成了诺贝尔委员会公正的决定:把1956年的诺贝尔物理奖颁发给肖克利、巴丁和伯莱顿三个人。

那时,肖克利已经离开了贝尔实验室,他是在加利福尼亚帕洛阿托市的家中接到来自斯德哥尔摩的电话,得知他获奖消息的。

巴丁在诺贝尔获奖者演讲时说道:“这项研究计划的宗旨是在原子理论的指导下而非单靠经验,对半导体现象获得更为完整的理解。”他的话肯定了肖克利在晶体管发明过程中的理论贡献。

当年巴丁和伯莱顿,在一位科幻小说作家的帮助下,为他们的这项发明创造了一个新的英文字“Transresister”,含义是“超越变阻器”,暗含“取代电子管”之意。这是一个不错的名字,但字太长,最后索性压缩成“Transistor”。这个得体的名字赢得贝尔实验室投票表决通过,人们都觉得它是关于此项发明最容易记得住的新名词。我国科学家在上个世纪50年代把它译为“晶体管”,可以让人联想到“电子管”,也很贴切。

点燃微电子革命圣火的火炬手,

下海创业铩羽而归

1953年,晶体管应用在助听器上,1954年,第一批晶体管收音机在美国问世,而到了1958年,以晶体管为基本“细胞”制造集成电路的工艺技术已然成型。晶体管好似星星火种,即将引发电子革命的燎原大火,这把火首先在美国西部燃烧了起来,那地方后来被人们称为硅谷。

提到硅谷,人们首先会想到斯坦福大学的特尔曼教授,他是硅谷的缔造者。我曾专门为他写了一篇题为《硅谷之父特尔曼》的文章。如今大名鼎鼎的惠普,当初是在特尔曼的一手推动与扶植下,成为硅谷最早的电子公司。特尔曼的计划并非仅仅在斯坦福大学周围成立几家电子公司而已,他是要在这原本荒漠的美国西部燃起微电子工业的圣火,为此他企盼一位火炬手,一位重量级的科学家来硅谷领军。

特尔曼关注着肖克利的动向。1955年,肖克利在晶体管方面的研究已可告一段落,高纯度半导体硅的工业提炼技术已经成熟。加州的圣塔科雷拉山谷是肖克利的故乡。当知道肖克利的母亲至今仍然独自居住在帕洛阿托市的时候,特尔曼不再犹豫了,他亲笔给肖克利写了一封热情洋溢的邀请信,希望肖克利“回家看看”。

其实肖克利对于特尔曼在家乡的作为早有所闻,心向往之。他看到商人们用他发明的晶体管,制造出诸如收音机之类的种种小玩艺就能赚钱发财,他岂肯老死书斋?他筹划着把晶体管的发明商品化。肖克利一贯咄咄逼人的野心,这个时候促使他极想成为百万富翁。

贝尔是他成长与发迹的地方,算下来他已经在那儿干了20年。但在接到特尔曼的来信后,肖克利毫不犹豫地辞去了贝尔实验室的工作。1955年,肖克利衣锦还乡,到处受到欢迎。和特尔曼畅谈之后,他预见到了家乡的这片土地即将发生翻天覆地的变化。

加利福尼亚州地处美国西海岸,是美国本土最晚迎来晨曦的地方。但是,新兴电子产业的朝阳将要在此地最先升起。

肖克利办起了一家名叫“半导体实验室”的股份有限公司。凭着他的声望,肖克利不费吹灰之力就得到了他所需要的创业资金。同样是靠他的声望,8位才能出众的年轻博士与工程师,来自美国各地,投靠在肖克利门下。

美国,乃至全世界的物理学家和电子工业企业家,都在注视着肖克利的一举一动。紧随着肖克利的脚步,大大小小的电子公司接踵而至,落户硅谷;雄心勃勃、坚信微观小电子即将改变宏观大世界的青年学子,一批又一批涌入硅谷。一时之间,硅谷成为全美关注的焦点,好似200年前“淘金热”的重演。肖克利触发了硅谷半导体工业的创业连锁反应。

1956年,肖克利接到通知,荣获诺贝尔物理奖的那天,他和手下那些年轻的科学家,来到帕洛阿托市豪华的“黛娜木屋”,举行庆祝餐宴。年轻人们异常兴奋,觉得自己真是福星高照,能投身在一家由诺贝尔奖得主领导的公司,无疑已经到了成功的边缘。

然而,肖克利公司的年轻人们的热情与欢乐没有持续多久,他们发现了肖克利虽有创业雄心,却对管理技巧一窍不通;虽然满腹半导体理论,但市场学问十分薄弱。一位非常了解肖克利的朋友说肖克利是“一位科学的天才,但却是一位管理的残废”。

8个年轻人对于肖克利的半导体实验室失去了信心,加之肖克利完全不把他们放在眼里,丝毫不理睬他们的任何建议。肖克利高高在上、唯我独尊的派头,令他们的自尊心大受挫伤。8人开始秘密策划,暗中寻找出路,并且决定“集体叛逃”。肖克利大发雷霆,拍着桌子吼叫,点着他们的鼻子大骂:

“你们简直是一群叛徒!”

年轻人的突然叛逃,使肖克利的实验室立刻陷入困境,最后只好关门大吉。肖克利是发明晶体管的科学家,却成不了制造晶体管的企业家,他不能在硅谷立足,只是匆匆过客。

肖克利虽然下海铩羽,但回头有岸,他回斯坦福大学做全职教授去也。斯坦福大学热情地欢迎肖克利,校长在一次宴会上特别说道:肖克利教授离开他的半导体公司,是硅谷的损失,却是斯坦福大学的获益。校长的话令肖克利感到体面而温馨。

也许,我们应当换个视角来看待肖克利的成败。

那8个“叛徒”出走后,开办了新的公司,继续从事半导体晶体管的研发与生产。5年后,那公司成功之后,8位创始人竟然也不忠诚于他们自己亲手创办的公司,再次分裂,又各自创办新公司。那些公司以后都成了半导体工业界的巨人。

硅谷半导体公司的繁衍过程,“就像一棵蒲公英,成熟了,风一吹,种子就随风飘扬,创业的种子就四处扎根发芽,开花结果”。追根溯源,仅肖克利最初的半导体公司就繁衍了半条硅谷。

斯坦福大学最受爱戴的教授,

种族优生言论遭人诟病

肖克利离开公司后,把他所有的热情都用在教书上。他的渊博的学识,杰出的科研成就,广泛的军事与工业项目的工作经验,少人能比。他在课堂上或学术报告厅里,旁征博引,讲的每一堂课都引人入胜,他每次演讲的学术报告厅都挤满了听众。肖克利无疑是斯坦福大学最受学生欢迎的教授之一。

肖克利的生活与工作又回到正常轨道,学术界才是最适合他生存的土壤。不过,他脑子里又出现了新的念头,开始思考人类的未来。肖克利认为,威胁人类未来命运的三大因素是:核子战争,大面积的饥馑与人种的遗传退化。他那刚刚恢复了平静的生活即将被他自己搅得一团糟。

1965年冬,古斯塔夫斯学院邀请他作学术报告。肖克利的报告题目是“遗传与人类的未来”。他没想到即将进行的这场学术演讲,竟成了他下半生的转折点。

肖克利在演讲中宣称:并非所有的人在遗传上都处在同等水平,人群也不是在同等的基础上进化。许多美国人生来就有前脑额叶缺陷。他进一步发挥,举出一个案例:一个IQ为55的母亲生了17个孩子,却只能记住其中9个孩子的名字。孩子们的父亲又因谋杀罪而锒铛入狱。他问道:这样的一对夫妻应该生育吗?他们的下一代必定具有与生俱来的缺陷。

肖克利惊世骇俗的论断无疑带有他个人的偏见,或许只是杞人忧天,也缺乏充足科学根据,极具争议性。但是如果事情就局限在学术探讨范围之内,各抒己见,也没有什么大不了的,美国不是号称言论最自由的国家吗?可是别忘记,第一,肖克利是特大的名人,伟大的科学家,他的言论自然受到社会高度关注;第二,记者们都是炒作能手,他们能够把原本局限在学术范围内的问题,放大到社会上。

记者立刻采访肖克利,提出的问题是:美国黑人的犯罪率居高,这在多大程度上与遗传相关?

这是一个极其难以回答的问题,是政客们躲都躲不及的敏感话题。政客们在被追问涉及种族问题时,不是王顾左右而言他,就是滔滔不绝、言不及义地空谈一番。无奈肖克利没有那闪躲腾挪的功夫,他直接回答记者:黑人犯罪与遗传相关。除此之外,也与环境因素、经济条件等等相关。我们目前缺少这方面的研究,这可能是人们担心被指责为种族主义者的缘故。

肖克利的言论,立刻掀起轩然大波。被激怒了的黑人学生在校园里焚烧了肖克利的模拟像。不少学者纷纷站出来批驳肖克利,宣称他们的研究表明:所有人种在智商方面都一样。肖克利则不服气,认为他们心口不一。

种族歧视政策在美国曾经大行其道,后果当然是族群对立,社会被撕裂。许多有识之士,在上个世纪中叶,奋起呼吁“平权”,特别是为黑人争取在社会上应有的权益。如同任何一项令全社会关注的议题一样,族群问题也被政客们当做政治斗争的利器,“平权”成为拉拢黑人选票的蜜糖,“种族主义”则是党同伐异的大棒。这恰恰是肖克利所处的时代,人们不能冷静地谈论种族问题,它敏感得令人不寒而栗。远远不似今天,人们在处理族裔问题时要平静得多。如今,社会在进步,百姓也在成熟,美国人民心平气和地选出了历史上的第一位黑人总统。

昔非今比。肖克利声誉地位,从此一落千丈,从一个受人尊敬的大科学家变成了一个遭人唾骂的种族歧视的化身,陷入空前的孤立,弄得灰头土脸。他的支持者、同情者们也不敢冒天下之大不韪公开表态,只能私下安慰他。

肖克利就是一个科学家,他的诚实加冒失,令他屡次发表不当言论,宣扬“优生学”而被卷进了政治漩涡,既是身不由己,也是咎由自取。肖克利是个物理学家,也许根本就不该做那些他行外的事情。

经历过超级风光,又遭遇众人唾弃之后,晚年的肖克利看破红尘。他似乎忘却了发生过的一切,拒绝任何采访,谢绝一切演讲或宴会的邀请,很少与人来往,只是与艾密相伴,在他们的花园里种花弄草,或者去斯坦福大学的体育馆游泳。肖克利彻底地回归平凡。

1987年,肖克利被诊断患有前列腺癌。那年他已经77岁,医生不主张做手术了。无情的癌细胞在肖克利体内四处扩散,先是入侵肺部,继而大脑。

艾密在肖克利的病房安置了一张床,日夜守护。一天夜里,艾密对肖克利说:

“没有你的日子可怎么过?”

肖克利回答:“那将是很艰难的!”

艾密又说:“我真想和你换一换,死在你前头。你知道的,我是个懦夫。”

肖克利说:“我要先走了。等你的时候到了,再死吧。”

1989年,肖克利去世。

人们至今对他念念不忘,在肖克利当年创办“半导体实验室”的原址,立碑纪念微电子革命圣火点燃的地方,一块大屏幕的电子显示屏展示着硅谷半导体工业的发祥与发达。

故人已乘黄鹤去,三位发明家都已经远远地离开了这个世界,然而,他们所奠基的半导体产业,依然充满活力而飞速前进,持续地改变着世界,影响着全社会的经济和文化,给现代人的生活带来了日新月异的变化。

2008年12月9日初稿,2009年2月4日定稿于北京闲野斋

猜你喜欢

莱顿晶体管半导体
神偷失手
2.6万亿个晶体管
太阳能半导体制冷应用及现状
每一个用心浇灌的梦想都会盛开艳丽的花朵
功率晶体管击穿特性及测试分析
2018第十六届中国半导体封测年会
伦勃朗和他的时代:美国莱顿收藏馆藏品展
一种新型的耐高温碳化硅超结晶体管
采用半导体光放大器抑制SFS相对强度噪声
一种基于MSP430的半导体激光治疗仪