對半導體施加電壓,只要超過一定界限,就會產生絕緣破壞(breakdown),屆時電流會迅速涌入。長年以來,圍繞這一現象一直爭論不絕,我也因此極為關注。
1934年,美國物理學者齊納(Zener)通過量子力學的隧道效應,對絕緣破壞展開了精彩的理論建構。但是,現實中的絕緣破壞是由電子雪崩現象產生的,與隧道效應并無關系。齊納所提出的理論屬于典型的“創(chuàng)造性失敗”(Creative failure),最后以失敗告終。
1951年,晶體管的發(fā)明者,包括肖克利(Shockley)在內的美國貝爾研究所的研究人員發(fā)表了新的研究報告。其結論是,某一種類的鍺二極管可以如齊納理論所指,產生絕緣破壞。
只是,此后的詳細研究表明,即使是這種情形,實際上也是雪崩現象造成的,而非齊納所說的隧道效應。貝爾研究所的著名學者們,結果也只是為齊納的“創(chuàng)造性失敗”進行了最后的粉飾而已。
沒想到的是,在這一系列的事態(tài)發(fā)展中,我的研究信心竟然明確地樹立起來。其實,早在神戶工業(yè)的時代,我就對隧道電流的觀測抱有一種使命感,終于在31歲這年,為了追尋這“探尋隧道的旅程”,從神戶來到了東京。
古希臘頂尖的自然哲學家德謨克利特一語道破天機:“宇宙中的一切存在都是偶然和必然結合的產物。”曾有報道說,江崎二極管純粹是偶然的產物,但正如此處所記,在江崎二極管的誕生過程中,偶然與必然可謂如影隨形,缺一不可。
我用自己的方法把PN結合層逐漸做薄,正如預期的,其順向特性沒有發(fā)生什么變化,但逆向的耐電壓卻不斷降低,這樣一來,逆向就比順向更容易產生電流,前所未聞的新二極管就此誕生。我給它取名為“逆向二極管”(Backward Diode)。毫無疑問,齊納理論在這里得到了運用,我也終于確信觀測到了隧道電流。
到此為止是“必然”的產物與結果,機遇女神的現身卻是在此之后。
1957年,7月盛夏的一天,酷熱使得研究室里的冷氣都不管用了。沒辦法,我們只好把逆向二極管放入零下80度的槽中,此時觀測順向的隧道電流發(fā)現,所施加的電壓越高,電流就變得越小,這就是所謂“負性抵抗”,也是發(fā)現江崎二極管的開端。仔細想來,這是種理所當然的特性,只不過在制訂研究計劃時沒能想到而已。負性抵抗在應用層面上有著很高的價值。與通常的二極管不同,會產生振蕩、增幅、開關的功能。此外,因為是隧道電流,所以是超高速運作。也就是說,迄今為止,一直糾纏著隧道電流的“創(chuàng)造性失敗”獲得了機遇女神的眷顧,搖身一變,成了“創(chuàng)造性成功”。
這一成果隨即在1957年10月的日本物理學會年會上發(fā)表,完成的論文則刊登在1958年1月號的美國物理學會志上,成果就此問世。但對于這一發(fā)現,在日本除了極少數的一部分人之外,其意義并未立刻為大家所理解。最高興的則要屬齊納本人,他甚至邀請我去他擔任所長的西屋(Westinghouse)研究所工作。