对半导体施加电压,只要超过一定界限,就会产生绝缘破坏(breakdown),届时电流会迅速涌入。长年以来,围绕这一现象一直争论不绝,我也因此极为关注。
1934年,美国物理学者齐纳(Zener)通过量子力学的隧道效应,对绝缘破坏展开了精彩的理论建构。但是,现实中的绝缘破坏是由电子雪崩现象产生的,与隧道效应并无关系。齐纳所提出的理论属于典型的“创造性失败”(Creative failure),最后以失败告终。
1951年,晶体管的发明者,包括肖克利(Shockley)在内的美国贝尔研究所的研究人员发表了新的研究报告。其结论是,某一种类的锗二极管可以如齐纳理论所指,产生绝缘破坏。
只是,此后的详细研究表明,即使是这种情形,实际上也是雪崩现象造成的,而非齐纳所说的隧道效应。贝尔研究所的著名学者们,结果也只是为齐纳的“创造性失败”进行了最后的粉饰而已。
没想到的是,在这一系列的事态发展中,我的研究信心竟然明确地树立起来。其实,早在神户工业的时代,我就对隧道电流的观测抱有一种使命感,终于在31岁这年,为了追寻这“探寻隧道的旅程”,从神户来到了东京。
古希腊顶尖的自然哲学家德谟克利特一语道破天机:“宇宙中的一切存在都是偶然和必然结合的产物。”曾有报道说,江崎二极管纯粹是偶然的产物,但正如此处所记,在江崎二极管的诞生过程中,偶然与必然可谓如影随形,缺一不可。
我用自己的方法把PN结合层逐渐做薄,正如预期的,其顺向特性没有发生什么变化,但逆向的耐电压却不断降低,这样一来,逆向就比顺向更容易产生电流,前所未闻的新二极管就此诞生。我给它取名为“逆向二极管”(Backward Diode)。毫无疑问,齐纳理论在这里得到了运用,我也终于确信观测到了隧道电流。
到此为止是“必然”的产物与结果,机遇女神的现身却是在此之后。
1957年,7月盛夏的一天,酷热使得研究室里的冷气都不管用了。没办法,我们只好把逆向二极管放入零下80度的槽中,此时观测顺向的隧道电流发现,所施加的电压越高,电流就变得越小,这就是所谓“负性抵抗”,也是发现江崎二极管的开端。仔细想来,这是种理所当然的特性,只不过在制订研究计划时没能想到而已。负性抵抗在应用层面上有着很高的价值。与通常的二极管不同,会产生振荡、增幅、开关的功能。此外,因为是隧道电流,所以是超高速运作。也就是说,迄今为止,一直纠缠着隧道电流的“创造性失败”获得了机遇女神的眷顾,摇身一变,成了“创造性成功”。
这一成果随即在1957年10月的日本物理学会年会上发表,完成的论文则刊登在1958年1月号的美国物理学会志上,成果就此问世。但对于这一发现,在日本除了极少数的一部分人之外,其意义并未立刻为大家所理解。最高兴的则要属齐纳本人,他甚至邀请我去他担任所长的西屋(Westinghouse)研究所工作。