224.第224章 仙童

如果在这种体系完整的金刚结构内掺入一点砷原子，情况会变得复杂。砷的最外层有5个电子，其中4个电子将与其原子核整个取代锗原子的位置，与邻近的锗原子依照前述排列方式紧挨在一起，电子也成对结合，但第五个电子因没有配对而自由流动。

这时，如果往此晶体上加一个电压，这个自由电子将向正极移动。但它无法像金属导体中的自由电子那样快速地移动，它们的导电性只是比硫磺、玻璃等绝缘体要好。所以这种加入了微量杂质的金刚结构叫“半导体”。

光是这样的属性还不足以使半导体奇特，当我们不是向锗晶体加砷而加硼的话，由于硼原子的最外层只有3个电子，它们分别与3个邻近锗原子所属的电子配对，但余下1个锗电子怎么办呢？它只好与“空穴”配对。

如果向掺硼的晶体加一个电压，邻近的电子受正电极的吸引向前递补，而在原来的位置留下一个空穴，于是下一个电子又来递补。表面上看来虽是电子向正电极方向移动，但究其本质，我们也可以说是空穴向负极移动。也就是“空穴”成了电流的载体。

掺砷的锗具有1个游离电子，可称为负型，而掺硼的锗有一个游离的空穴，如同带正电，可称为正型。两者结合起来讨论，当我们把一个锗晶体的一半做成负型，另一半做成正型就形成了一个全新的整流器。因为负型接至负极时它的电子会被推向正极，同时正极的正型空穴会被推向负极，于是晶体中有电流流通。

天才少年爱迪生揭示了“爱迪生效应”之后，有三个工业领域的秘密被主流科学界所公知：一、无线电报（三极管的信号放大效应）；二、风力发电（真空管的整流效应）；三、真空管计算机（整流效应使逻辑电路成为可能）。

英国电报公司形成了庞大的规模效应，它那使用真空管计算机的快速交换中心和几乎每个主要国家、主要城市都已经覆盖的网络使前北约国家只能把自主研发的无线电报技术用在军事上。

资本界倒是很看好发电技术的应用在水力发电和火力发电上面，很快就有科学家提出了这两种除风力之外的发电技术。唐宁一直渴望阻止的火力发电时代终于还要不可避免的要来临，因为其技术门槛低。以前也不是没有人设想过水力、火力发电，但法拉第电力公司的进步令这些工程师望而却步，天才少年的破解使工程界信心大振。

他们万万没想到的是法拉第电力公司的电网居然可以跟电报、电话网络结合起来，等这个技术一出来并大幅降低电报机、电话机价格的时候，那些新兴的电力公司全都得傻眼。唐宁倒不是想垄断电力行业，他可以凭借电网的优势强迫那些火力发电厂达到他指定的环保要求，以抵消空气污染的负面效果，否则不让入网。

ibm的鸟笼式计算机原本是机械式的，但这种计算机速度不够快，后来就推出了真空管版本的高端机，并为一些大型企业、机构所采购。由于自动计算能力的广阔前景，世界各国的大学只要是有点财力的都买台ibm鸟笼计算机来研究一下，现在则纷纷转入真空管计算机的研究，ibm在这个行业的垄断被破也是指日可待。

把正负极对调的结果却是两种晶体的电荷不协同，电流无法通过，电路中断。

半导体整流器不需要抽真空，因此体积可以做得很小；不易破裂或漏电，在常温工作只需要很小的电流，你想想刚才老是提到“一个电子怎么怎么着”。它更不需要像真空管那样有一定的预热时间。在技术上它是绝对秒杀掉真空管的存在。

对于致力于科技霸权的唐宁来说，半导体还有一个好处，它的原理复杂，成品微小，几乎不可能在电子学、晶体学发展到非常成熟之前被破解。唐宁不仅要用半导体来代替真空管，更是决定将产品当成绝对机密。工厂将设在“与世隔绝”的加州三藩市附近的圣克拉拉谷，红杉资本则会投资一个叫“仙童工厂”的厂子，整个机构连“半导体”三个字都不会出现，所有的原材料只以数字代号表示，绝大部分的工程师都不知道这工厂是干么的。计算机科学家与生产的工程分开，芯片的设计在伦敦，而生产则在设计师们所不知的圣克拉拉谷。

仙童工厂的第一批产品就会是高度集成的芯片，这一定会让伦敦的科学家们在想，这么大规模的计算机“得需要多少个真空管，占多大的地儿啊！”

三大行业机密纷纷出现密集的研究论文，美国政府提议由美国、法国、德意志各邦国、俄国、荷兰等国共同出钱出力，打造一本可以媲美《自然》期刊的刊物，以便新科技在各国之间更好的传播。后来这本期刊被命名为《科学》，爱迪生将一部分破解无线电报秘密的奖金捐赠给该期刊，成为《科学》第一位不代表政府的理事。

《科学》期刊的亮点就是大力发表那些《自然》藏着掖着不让人知道的科技秘密，因此它的成立很快就成了学术界和工程界的宠儿，果然成了《自然》的强劲对手。

一个天才少年的成就激起了美国等国学术界士气，唐宁觉得有趣。事实上以真空管为基础的科技主流技术与温莎财团的独门技术已经站在了同一片高地上，能够再次完胜真空管时代的，那就只有……半导体了。

真空管有一个局限，因为要保持一定空间的真空，否则就无法出现爱迪生效应，所以它不可能做得很小，这是真空管继续发展下去的瓶颈。半导体又是如何实现逻辑电路的呢？

以纯锗晶体为例说明半导体的神奇属性。每个锗原子的最外层有4个电子，而在晶体内整齐排列的原子中，4个电子的每一个都与邻近原子所含的4个电子中的某一个成对地结合在一起，当外围电子为8个的时候，根据泡利不相容原理计算出来的电子能级，以及实际世界中惰性元素的实证，所有的电子都是很稳定地联结成对的。由于这种排列方式与钻石的排列方式相似，所以锗、硅和其他类似这种结构的物质统称为“金刚结构”。