1700544380
1700544381
例如，在硅晶体内添加带电子数少的硼，由于硼原本处于缺乏电子的状态，会形成“电子空穴”状态。一旦施加电压，邻近的电子就会移过去填入空穴，新产生的空穴由其他电子填充，在此连锁反应之下形成稳定的电流。
1700544382
1700544383
简而言之，这就是所谓的空穴传输。纯粹的硅晶体内部由于所有的空穴都被电子占满，如同一群人手里都拿着东西，相互之间无法传递物品。加入硼相当于这一群人加了几个空着手的人，就可以迅速将手里的物品（电子）转交给下一个人。这种半导体本身缺乏负电荷，也就是说全体处于正电荷的状态，被称为P型半导体（p是单词positive的首字母）。
1700544384
1700544385
与此相反，假如在硅晶体内加入多带了一个电子的磷元素，依然可以具备导电能力。不过，由于这种半导体携带的是负电荷，因此被命名为N型半导体（n是单词negative的首字母）。
1700544386
1700544387
综上所述，在硅晶体内加入不同种类和比率的杂质，就会形成不同特性的半导体。再将这些半导体进行合理组合，就可以制造出诸如单向导电的二极管、记录信息的存储媒介等多种电子元件。用象棋的棋子打个比方，假如金属元素是只能前行的兵卒，而半导体就相当于棋盘上多了车、马、炮等功能强大的棋子。将这些棋子进行合理布局，就可以像走出精妙的棋局一般生产出复杂而功能强大的电子产品。
1700544388
1700544389
1700544390
1700544391
1700544392
奇妙的材料：改变世界的12种化学物质和它们背后的科学传奇 [:1700542049]
1700544393
奇妙的材料：改变世界的12种化学物质和它们背后的科学传奇 跨入锗时代
1700544394
1700544395
真正开创半导体时代的材料原本不是硅，而是一种名为锗的元素。前文提到碳元素与硅元素在周期表中同属一列，而锗元素则在下方紧挨着硅元素，三者在性质上自然有许多相同之处。因此，锗元素也为半导体的发展立下了汗马功劳。
1700544396
1700544397
第二次世界大战后，最早利用锗元素开发出新设备的是美国的贝尔实验室。该实验室原本是美国电话电报公司（AT&T）的研究部门。AT&T在全美开展长途电话业务时发现这样一个问题：随着距离的增加，声音信号出现衰减现象，导致双方难以听清通话声，而解决这个问题只能依靠音频信号增幅设备。
1700544398
1700544399
1947年，约翰·巴丁（1908—1991）、沃尔特·布拉顿（1902—1987）和威廉·肖克利（1910—1989）三人首次实现了锗晶体管实用化。最初的产品被称作点接触式锗晶体管，在实用性方面还有极大的欠缺。后来，肖克利又开发出物理特性极其稳定的NPN型晶体管。
1700544400
1700544401
第二年，随着晶体管的技术公开，全世界的技术人员敏锐地捕捉到技术的发展方向。当时所使用的真空管寿命最长不过数千小时，这就导致刚问世不久的ENIAC不得不一天数次更换真空管。然而，新问世的晶体管不仅寿命长、价格低，而且可以做得极为小巧。据当时参与晶体管研究的日本人回忆，看到极其细小的晶体管时，他不由得感到“这是种令人毛骨悚然的发明”。
1700544402
1700544403
1700544404
1700544405
1700544406
巴丁（左）、肖克利（中）、布拉顿（右）
1700544407
1700544408
晶体管的问世开启了半导体产业兴盛发展的新篇章。成功开发出晶体管收音机的东京通信工业以此为契机，发展成了名震世界的索尼公司。1960年，电视之所以能登上“娱乐之王”的宝座，晶体管的功劳不可磨灭。而巴丁、布拉顿和肖克利三人也因为发明晶体管的功绩而荣获了1956年的诺贝尔物理学奖。
1700544409
1700544410
1700544411
1700544412
1700544413
1947年发明的首个晶体管（复制品）
1700544414
1700544415
1700544416
1700544417
1700544418
奇妙的材料：改变世界的12种化学物质和它们背后的科学传奇 [:1700542050]
1700544419
奇妙的材料：改变世界的12种化学物质和它们背后的科学传奇 硅谷奇迹
1700544420
1700544421
成功开创了半导体时代的锗并非完美，由于耐热性的不足，晶体管在环境温度超过60℃时就无法正常工作。而且，锗本身也属于稀有元素，在稳定供给上也是个大问题。
1700544422
1700544423
在种种原因的作用下，硅元素最终被推上了舞台。人们早就知道硅也具有半导体的特性，但它的熔点高达1 410℃。虽然硅具有极好的耐热性，但在提纯和结晶过程中困难重重。这一点在前文也提到过，只要掺杂少许的杂质就会导致半导体特性发生巨大变化，这就导致在生产过程中意外混入的物质会给半导体产品的质量带来很大的影响。所以在现代硅材料半导体生产中，硅的纯度必须达到99.999 999 999%以上，也就是说杂质必须低于一千亿分之一！在20世纪50年代，这个要求无异于一道难以克服的障碍。
1700544424
1700544425
在美国旧金山湾区的一个山谷中，经过多方努力，这道障碍被突破，并由此开启了硅半导体大发展的奇迹。现在，那里被命名为“硅元素之谷”，也就是闻名遐迩的硅谷。
1700544426
1700544427
处于硅谷核心地区的斯坦福大学是美国西海岸的著名高校。斯坦福大学曾经孤零零地被果园围绕着，斯坦福大学的优秀毕业生几乎不会留在当地工作，全都跑到纽约等美国东海岸的大城市寻找出路。
1700544428
1700544429
对此心急如焚的弗雷德·特曼教授（1900—1982）劝说学校的学生们留在当地创业，为毕业生们寻找留在当地的机会。1938年，威廉·休利特（1913—2001）和戴维·帕卡德（1912—1996）在特曼的支持下，在母校附近开办了一个电子设备公司，这个公司就是后来众所周知的惠普公司。