电子管的发明

电子管的发明

你从小就听大人们讲过爱迪生的故事吧！发明家爱迪生为了研制白炽灯，呕心沥血，含辛茹苦，前后经历了13年。为了寻找到合适的灯丝材料，他前前后后试验了1600多种矿物和金属，近6000种植物纤维，经历了成百上千次试验失败的考验，最后终于找到了理想的碳丝。电流通过灯炮中的碳丝，发出了耀眼的光芒。为了防止灯丝在空气中燃烧，爱迪生把灯泡抽成了真空。电灯的问世使人类第一次征服了黑夜。不过，当时世界上谁也没有想到。灯泡身上还孕育着一件更加激动人心的发明创造——电子管。这项发明对人类的贡献决不次于电灯本身。

1.最大的贡献与最大的失误

爱迪生发明电灯后，他没有被灯泡的光明所陶醉，依然孜孜不倦地思考着如何改进这位“光明的使者”，让它的寿命更长，亮度更高。有一天，他在门罗实验室进行了一番试验，他把一个和电路中阳极相联的铜片封在电灯泡里，在灯丝和铜片之间联上一个电流计，然后接通电源。当与阴极相联的灯丝通电发热、发亮的时候，爱迪生意外地发现，电流表上的指针偏转了，这就是说，电路上流动着电流。

爱迪生发现电路上产生电流

这是个奇怪的现象，爱迪生无法加以说明。灯丝与铜片并不联在一起，其间是一段电流无法逾越的真空。按理说，电路上是不会产生电流的。那么，电流从何而来？又是怎么飞渡真空的呢？爱迪生感到奇怪，但是他没有深究，只是把这一现象作为一种效应记录了下来，并申请了专利，这个效应就是有名的“爱迪生效应”。

真理已经来到了爱迪生的实验室门口，爱迪生只要再前进一步，从这个效应深入追踪下去，就有可能发现电子。因为所谓爱迪生效应，就是灯丝在发射电子，正是电子受热飞逸才产生了电流；从这个效应出发，爱迪生也可能发明电子管。事实上，显示爱迪生效应的那只灯泡就是世界上第一只电子管。它使电流向一个方向流动，产生了整流作用。

但可惜的是，爱迪生长于发明创造，往往对事物的机理并不深究。他制作的经验丰富，而理论功底不足，这使他面对着飞速产生的电流，却没有能发现电子；面对着自己制造的电子管，却不知道自己发明的真正价值。他只想到这个效应可以用来制造测定电流、电压的仪器；没有想到这个效应将会开创电子时代。爱迪生效应是他一生在科学上的最大贡献，而这个最大贡献也是他一生中的最大失误。

2.电子时代的奏鸣曲

爱迪生效应是由于灯丝被电流加热才发射电子，这叫做热电子发射。与之类似又不同的是，1879年，英国科学家克鲁克斯研制了一种高真空放电管（克鲁克斯管）。克鲁克斯管是在阳极和阴极之间的高压作用下，管里残存的气体发生电离，在阳离子撞击下，阴极发射电子，这叫做二次发射，发出的射线被称为阴极射线。

阴极射线被发现以后，有人认为它是一种类似光的波，后来人们发现阴极射线在磁场中能够偏转，就推测它是一种带电粒子流。1892年，赫芝发现阴极射线能够穿透薄金属片，这说明它不可能是带电的分子流或者原子流。阴极射线到底是什么呢？这条神秘的“射线”吸引了当时最优秀科学家们的注意。

1891年，斯通尼创立了“电子”一词，表示基本电荷。当时电子的意义只是表示电荷的单位，虽然没有确立它是不是具有真实质量的粒子，但已经表明电不是一个连续的物理量。那么，电子所表示的基本电荷和阴极射线又有什么关系呢？英国物理学家汤姆生研究了这个问题，并且找到了答案。他证实了阴极射线确实是具有质量的带电粒子束，并测出了阴极射线粒子的质量和电量的比值，这种粒子束中粒子的电荷等于基本电荷，这种粒子就是电子。电子的发现不仅在科学上有重要认识价值，而且在技术上，离电子管的发明不远了。

3.二极电子管的诞生

发现爱迪生效应的消息远渡重洋，传到了大洋彼岸的英国。英国工程师弗莱明对这个效应深感兴趣。他预料到这一效应还有更大的价值。电磁学大师麦克斯韦的这位得意门生继承了老师的治学传统，有着很高的理论修养，他曾提出过导体在磁场中运动时导体中感生电流方向的右手法则。他也当过爱迪生公司和马可尼公司的技术顾问，有很强的技术开发能力，他深知人们在无线电研究中所遇到的困难。

19世纪末期，电波和电离层被发现以后，除了发明无线电报外，人们还希望能够利用电波来传递声音，这就需要把声音信号转变成能够在空间传播的电波信号。20世纪初，美国物理学家费森登设想，将要发射的电波变成有很高频率的交变（正负方向交替变换）电信号，然后让声音信号产生的低频率电信号控制高频电波的振幅，使高频信号携带声音信号，这种电波叫做调幅波。调幅波可以在接收机中转变成声音信号，从调幅波中取出所携带声音信号的过程叫做检流。1906年，人们利用调幅波第一次在空中传播了声音。

要想充分发挥电波传递声音的优越性，就必须在发射和接收的时候把电波信号放大，保证远方能够清晰地听到。弗莱明认识到，检波管的改进是无线电技术面临的一个突破口，而爱迪生效应可以用来提高检波的效率。于是，他开始研制新型的检波器。

1904年，弗莱明制造了一个与众不同的灯泡。他在真空的灯泡里用圆桶形的金属片把灯丝包围起来，组成一个板极。

弗莱明的二极管

在板极和灯丝之间加上一个交变电压，同时使灯丝通电加热。他发现，板极上带正电的时候，灯丝和板极之间有电流通过；当板极带负电的时候，就没有电流通过。这是一种新型的电器元件，它只让电流向一个方向流动，可以将交流电信号变成直流电信号（这一过程叫做整流）。这种元件就是二极电子管，也叫二极管，用来检波和整流。二极管发明以后，它很快被应用到无线电技术上，用它来检波，仪器的灵敏度大大提高了。然而，弗莱明还是没有实现爱迪生效应的最大价值，他把这一发明创造机会又留给了其他人，有幸成为这一历史英雄的发明家是谁呢？

4.被告竟是发明家

弗莱明发明二极管的时候，远在美国的德福雷斯特也正在研究改进检波器。德福雷斯特从小就喜欢机械，大学也是学的机械工程。但是，当他偶然与无线电发明家马可尼萍水相逢后，他却对无线电产生了浓厚的兴趣，从而开始了一个无线电发明家的艰难生涯。

1899年深秋，国际快艇比赛在美国举行，马可尼接受邀请来到美国，用他的无线电装置报道比赛情况。在此之前，马可尼已经顺利地把无线电信号从英国传到欧洲大陆，电波跨越了英吉利海峡。这一次马可尼的无线电又大显神通，及时报道了赛场的消息，他的发明使崇尚科学的美国人民惊叹不止。

为了宣传无线电，马可尼为美国人民进行了无线电通讯表演。表演这一天，德福雷斯特天没亮就赶来了，他要亲眼看一看电波是怎样传送的。表演结束后，他还恋恋不舍。他从人群中挤到发报机前面，惊奇地看着这架神奇的机器，他的目光停留在一个装着银灰色粉末的小玻璃管上。他问马可尼的助手，这大概就是金属屑检波器吧！助手点了点头。

德福雷斯特的问话被马可尼听见了，于是，他走上前向马可尼自我介绍说，自己是个业余无线电爱好者。马可尼幽默地说，他也是一个业余无线电爱好者。无线电使两位青年成了知己。马可尼告诉他，自己正在设法提高接收机的灵敏度，看来关键是检波器。马可尼的话给德福雷斯特留下了深刻的印象，他决心从事检波器的研究。一位哲学家说过：“人生的路很长，但关键的路只有几步。”马克尼的一番话使德福雷斯特的一生发生了重大转折。两个月后，他辞去了芝加哥西方电器公司研究所的工作，在纽约泰晤士街租了一间小屋，没日没夜地研究起新检波器来了。

两年过去了，新检波器还毫无行踪。但是，他在试验中却萌发了一个极有价值的设想：用改装的灯泡来检测信号。他不知道爱迪生效应，没有能站在前人的肩膀上，而是重复了别人已经作出的发现，推迟了发明的步伐。正当他沿着这个思路从事高真空管检波器的研究时，一个消息传来：英国的弗莱明已经捷足先登，抢先一步发明了二极管。德福雷斯特听到后，又高兴又沮丧，高兴的是自己的思路竟与大名鼎鼎的弗莱明不谋而合，两年的研究总算走上了正路；沮丧的是，科学发明犹如百米赛跑，人们只能青睐第一个到达终点的人，而自己功亏一篑，落后了一步。

路，似乎已经走到了尽头，如果丧失信心，两年的努力就尽付东流。但德福雷斯特却把挫折当作新的起点，他没有灰心丧气，而是开始向新的目标进军。他想，弗莱明的发明只是一种出色的整流器和检波器，而自己却要发明一种信号放大器。他要在弗莱明发明的基础上更上一层楼。

德福雷斯特制造了几只真空管，外表上与二极管几乎一模一样，不同的是，他在灯丝和板极之间封了一小块锡箔，形成第三极。他发现，在第三极上加一个不大的信号，就可以改变板极电流的大小，第三极微小的变化就能使板极电流发生较大的变化，两者的变化非常合拍。他意识到，信号被放大了，自己已制成了第一只信号放大器。

德福雷斯特知道这个发明的价值，无线电的面貌将会从此改观。他没有立即宣布自己的发明，而是对此又作了一些改进，例如用金属网代替锡箔。但是，进一步的研究需要钱，而他已经衣衫褴褛，身无分文。为了电子管未来的命运，这位狼狈不堪的博士只得到几家大公司去游说，向人们宣传这种小小灯泡的神奇作用，以求得资助。可谁知事与愿违，根本没有人相信这个衣着破烂的青年会作出什么发明，也没有人相信这个小灯泡会有什么大的用途。几家公司把他赶了出来，一家公司把他扭送到警察局。1906年春天，纽约地方法院以诈骗罪进行了公开审判，发明家一时成了“诈骗犯”。

德福雷斯特的三极管

开庭的那一天，法庭上挤满了看热闹的人群。许多记者也赶来采访新闻。法官问德福雷斯特，为什么要用这种小灯泡进行欺骗，德福雷斯特回答说，他根本没有欺骗，这确实不是一只平常的灯泡，而是具有放大功能的新发明。“凭着这种发明，可以接收到大西洋彼岸传来的微弱信号。”他在法庭上宣称：“历史必将证明，我发明了空中帝国的王冠。”他从无线电说到检波器，从二极管说到三极管，把威严的法庭变成了宣传科学的课堂。法庭上鸦雀无声，法官们也开始理解了他的发明，听众们也为他的精神所感动，大家这才知道，被告原来竟是位发明家。

审判结果，德福雷斯特被宣布无罪释放。世界上的事总是物极必反，暗极则光。法庭辩论使他成了全城闻名的人，这为三极管的出世铺平了道路。1906年6月26日，三极管获得了发明专利。

电子管诞生不久，很快被用于接收器、无线电及收音机上。1921年，世界上第一个广播电台在美国的匹兹堡诞生，收音机开始普及，电子管生产迅速发展。40年代时，人们又把它们应用到计算机上，制成了第一台电子计算机。随着电子管品种、质量和性能的改进，不但无线电话、电报、广播得到迅速发展，而且无线电导航、测距、定位技术也发展起来。人们后来又发明了能够把物体形象转变成电信号的摄像管，研制成功了能够把电信号显示成图像的多种阴极射线管、示波器等，在这个基础上，雷达和电视也研制成功了。

5.一场新的电子革命

1948年7月1日，美国的《纽约时报》用8个句子发表了一条短讯，首次公开报道了晶体管诞生的消息。实际上，这项发明早在半年前就完成了。

人们对半导体的研究很早就开始了。1878年，有人发现方铅矿晶体能够单向导电，但是限于当时的科学水平和技术条件，没有找到它的实用价值。1895年，意大利科学家马可尼在研究无线电检波器时想利用这种晶体。到1906年，简单的矿石检波器制成，这就是现代半导体二极管的原型，它曾风行一时，广泛应用于检波。

但是，由于这种晶体二极管工作不稳定，还不如当时的真空二极管有效，矿石晶体渐渐被人遗忘。后来，由于真空二极管无法用于高频检波。人们又重新想起那被遗忘的矿石晶体。不过，人们后来采用的是经过提炼和加工的锗、硅半导体晶体，用这种材料制成的检波器，结构非常简单，检波效率也很高。

早在1928年，就有人提议用半导体材料制作和电子管功能相当的晶体管，但由于当时还缺少研究半导体电子特性的固体物理学知识，而且按温度、压力、化学组成等宏观概念产生的半导体材料，在微观结构上是混乱的，没有规律，其电子特性有很大的偶然性，加之当时电子管正方兴未艾，社会还没有取代它的迫切需要，所以晶体管暂未问世。

1945年初夏，美国著名的贝尔实验室的负责人，电子管专家凯利，正同固体物理学专家肖克莱讨论如何克服电子管的缺陷。肖克莱不愧是一位有眼光的科学家，他认为，在电子管上作些改良，虽然也会取得一些进步，但不能克服它本身的局限。电子管已完成了它伟大的历史使命，人们应该另辟蹊径，把探索的目光投向刚刚露出一线光明的半导体物理学领域。

肖克莱的建议得到了凯利的重视。不久，贝尔实验室成立了以肖克莱、巴丁和布拉坦为核心的固体物理学研究小组，由肖克莱担任组长。他们三人密切合作，首先开展了对半导体导电机制的研究，力图通过扎实而广泛的基础研究，找到一种能控制半导体中电子流动的方法，以仿效电子管，造出一种新的半导体放大器。

半导体是界于导体和绝缘体之间性质的物体，它具有又导电又不导电的有趣特性。制作半导体的材料是锗和硅，在含有99.999…9%，有11个9的几乎纯硅或纯锗中，掺入某种杂质，它就可变成能流动电子的N型半导体，掺入另一种杂质，可变成有电子空穴的P型半导体。由于电子带负电，所以，电子逸出的空穴就带正电，将N型与P型半导体复合，就构成在一定方向可通过电流，其反方向不通过电流的半导体。

1947年，肖克莱的研究小组终于成功地研制出世界上第一只晶体三极管。它是用半导体锗作原料制成的。表面层有两根极细的金属针，一根是固定针，另一根是探针，探针上加有负电压。当探针同固定针逐渐靠近，距离小到百分之五毫米以内时，流过探针的微小电流的变化，就能控制固定针的电流变化，达到电流放大的目的。这种半导体放大器件，就称做点接触型晶体管。

晶体管发明之后，他们并未立即公布，他们要先把原理搞清楚，而且还要重复实验，使它有更高的可靠性，然后再公开秘密。在此期间，他们的确也曾担惊受怕，生怕别人也发明了而且率先公布。这种担心是有道理的，因为搞这方面研究的并非独此一家。

1948年初，即在贝尔实验室发明晶体管之后的几个星期，在美国物理学会的一次会议上，柏林大学的布雷和本泽做了一个报告，阐述了他们对锗的点接触方面进行的实验发现。当时布拉坦也坐在听众席上，知道他们的实验离发明晶体管的距离非常接近。会后，当布拉坦与布雷交谈时，布拉坦非常紧张，很怕泄密给对方。当布雷说：“你知道在锗表面另放一个接触点，再测量电势差，我们将发现什么现象吗？”布拉坦更是捏了一把冷汗，只好含糊其辞地回答：“对，布雷，我想那将是：—个很好的实验！”讲完之后，布拉坦再也不敢与布雷多谈，便急急忙忙地走开了。

布雷在后来知道了贝尔实验室的秘密后，有点惋惜地说：“如果把我的电极靠近本泽的电极，我们就会得到晶体管的作用，这是十分明白的！”的确如此，但贝尔实验室毕竟险胜了。1948年，他们向全世界宣布了这一发明，一场新的电子革命从此拉开序幕。肖克莱、巴丁和布拉坦因发明晶体管的卓越贡献，共同分享了1956年的诺贝尔物理学奖。

晶体管和电子管的功能相同，但原理和材料有很大的不同。晶体管具有小型、重量轻、性能可靠、省电等优点，电子管的寿命只有几千到几万小时，而晶体管的寿命要比电子管高几百倍到几千倍。所以，在50年代末和60年代初，晶体管逐渐取代了电子管。晶体管的发明，在整个电子学的发展.史上具有划时代的意义，它使电子技术开始了一个新的里程。

6.迈向更高峰

晶体管的出现，为日益复杂的电子设备带来了福音。晶体管使电子设备体积缩小、耗电减少、可靠性提高。由于晶体管形成大规模工业化生产，其售价便宜，使电子设备成本也大幅度降低。然而，电子元器件的这些变革，仍然满足不了电子工业迅速发展的需要。例如，飞机、导弹和卫星中的复杂电子设备需要几十万、几百万，甚至更多的晶体管和电阻、电容等电子元件，这就要求电路进一步向微型化发展。历史又戏剧性地重演，当年晶体管与电子管的激烈较量中，电子管的体积、重量、可靠性和成本等缺点，又重新出现在晶体管面前，而且再一次上升为电子技术发展中亟待解决的首要问题。

为了克服晶体管的这些弱点，科学家想尽办法使它的体积变小，与之配套的电阻、电容、线圈、继电器、开关等元件，也沿着小型化的道路被压缩成微型电子元器件。晶体管一次又一次地缩小，最小的已达到只有小米粒一样。然而，晶体管本身的小型化不是无限的，它达到一定程度后就很难再缩小了。

于是，人们又着手做改革装配技术的尝试。专家们将小型晶体管和其余小型电子元件，紧密地排在一起，装配在薄薄的带有槽孔的绝缘基板上，用超声波或电子束焊好，再把这安装好的基板一块块地重叠起来，构成一个高度密集的立方体，形成高密度装配的“微模组件”。采用这种方法，最高可以把200多万个元件封装到1立方米的体积中。这几乎达到了封装密度的极限，再想增加已经无望了。

事实表明，电子设备中焊接点越多，出故障的可能性就越大。微模组件虽然缩小了元件所占的空间，—但并没有减少各元件之间的焊接点数目。因此，微模组件也就没能提高电子设备的可靠性。同时，由于元件过分密集，装配很不方便，劳动强度增加了，结果电子设备的成本又增高了。因此，要想继续改进电子设备，必须另辟蹊径，探索小型化的新道路。

首先是在晶体管身上打主意，人们发现晶体管内部结构上蕴藏着小型化的巨大潜力。实际上，晶体管中真正起作用的部分只是芯片，按照理论计算，一个小功率晶体管芯片面积只要数十微米的地盘就足够了。但是，由于操作人员不能在更小的尺寸范围内精确处理，芯片往往在0.5平方毫米大小，也就是说，晶片面积的99%没用上而白白浪费了。

当时对这个问题，人们头脑中受传统的电路观念束缚较深，都只是在维护分立状态、单独元件的基础上去缩小尺寸，思想观念的束缚自然就束缚了手脚。后来，人们在线路构成过程中得到启发，一个电路的组成，无非是把整体材料分割开发，做成各种不同的独立元件，分担单独的功能，然后把这些分立的元件彼此焊接、组装到一起，成为一个完整的线路，完成整体综合功能。这是从整体到分立再到整体的过程。难道这个分而合的过程是必经之途、必由之路吗？为什么不可以将各分立元件直接集合在整体材料上呢？也就是说，按电子设备功能要求，在整体材料中把各功能的元件集成为一个系统电路。

1952年，美国雷达研究所的科学家达默，首先提出了这个闪光的技术思想。在一次电子元件会议上，达默提出：“随着晶体管的发明和半导体研究的进展，目前看来，可以期待将电子设备制作在一个没有引线的固体半导体板块中。这种固体板块由若干个绝缘的、导电的、整流的以及放大的材料层构成，各层彼此分割的区域直接相连，可以实现某种功能。”这就免除了整体材料的分割独立和独立元件的相互焊接过程，既可缩小体积，又可减少焊接点数，提高可靠性。

把电子线路所需要的整流、放大、绝缘、导电等功能元件，统统制做到一块半导体晶片上，晶体就得到了充分利用，一小块晶片就变成了一个完整电路，组成电路的各种元件——晶体管、电阻、电容，以及引线便集合成一个不可分割的密集整体，从外观上已不能分辨哪个是晶体管，哪个是电容器，哪个是电阻了，传统电路中功能各异的分立元件界限消除了。这样一来，电子线路的体积就大大缩小，可靠性明显提高。

达默提出的半导体集成电路的光辉思想，是电子学观念的一次重大革命，它给电子学发展带来一次巨大的飞跃，从此，微电子学迅速发展起来。60年代中期，人们发展了离子注入技术，可以将需要的杂质原子注入到冷晶格里具有几何精确度的位置上。这样，在一个不超过小片手指甲大小的单晶硅片上，经过真空扩散镀膜、光蚀刻、离子注入、表面氧化等过程，就可以制成集成大量元件的集成电路。

自集成电路问世以来，电子学掀起了风驰电掣般的“集成化”运动，微电子技术也迅速地向前发展着。60年代初期，由于集成电路制作的工艺还不十分成熟，单块集成电路所包含的元件数目只有200—300个，即一件集成电路具有200—300个单独分立元件组装到一起的总体功能。随着集成电路工艺技术的进步和成品率的提高，人们进一步设想在单块集成电路中包含尽可能多的晶体管和其他功能的电子元件，以提高集成电路的集成度。甚至希望将一个线路系统或一台电子设备所包含的所有晶体管和其他电子元件统统制备在一块晶片上，这样，一块集成电路就是一个复杂的电子线路系统或一台电子设备，从而大大缩小设备体积，减轻重量、降低成本、免除焊接、提高可靠性，这就是大规模集成电路的设想。1969年，制成的D－200机载计算机，其中央处理机仅仅由24块大规模集成电路组成，功率只有10瓦。

一般将一块晶片上包含超过一千个晶体管集成的电路叫大规模集成电路。但从本质上讲，制造大规模集成电路的成本、过程、工艺技术的复杂过程，与小规模集成电路基本相同。从理论上看，还可以进一步集成，制出集成度更高的，在一个晶片上包含10万以上电子元件的超大规模集成电路。1978年，世界上第一块超大规模集成电路研制成功。1985年初，在一块几毫米见方的硅片上，已经集成200万个电子元件了。

现在一块硅片的功能相当于当年的埃尼阿克

1969年，美国英特尔公司的年轻物理学博士霍夫，正在平面工艺发明者诺伊斯指导下从事工作。当时，日本比西康电子计算机公司，向英特尔公司订购小型化集成电路块，为了满足日本公司的要求，诺伊斯把这个任务交给了31岁的霍夫博士，霍夫为此冥思苦想了很长时间。在霍夫的办公室里，挂着一条幅，上面是发明家贝尔的一句名言：“有时需要离开常走的大路，潜入森林，你就肯定会发现前所未有的东西。”一天晚上，霍夫正对着贝尔的名言陷入沉思时，忽然闪出一个念头：为什么不把计算机的逻辑电路设计在一块半导体硅晶片上，而将输入、输出及存贮器电路放在另一块半导体硅晶片上呢？

于是，霍夫的思路豁然开朗，他随即把自己的想法写在纸上：把为日本设计的台式计算机的逻辑电路压缩成3片，即中央处理机、存贮器和只读存贮器，只读存贮器提供驱动中央处理机工作的程序。正是由于霍夫的大胆设想，勇敢创新，1971年，世界上第一个集成电路微处理器诞生了。

7.永无止境的探索

电子元件的发展是永无止境的，未来的计算机革命很可能结束硅器件时代，而代之以新的元件。从半导体到集成电路再到大规模集成电路，从原料看，都是半导体硅做材料，从原理看，也都是半导体做开关元件。那么，未来的电脑器件是什么呢？

专家们认为，将来取代半导体元件的很可能是约瑟夫逊器件。1908年，科学家在氦液化时发现了导体的电阻突然消失的现象，这种现象叫做超导效应。1962年，英国科学家约瑟夫逊发现，薄绝缘层隔开的两块超导体，其间不出现电压也可通过一定数值的直流隧道电流，这种现象称为约瑟夫逊隧道效应。根据这个效应，科学家们制成了约瑟夫逊器件，这种器件的两片超导电薄膜之间夹着极薄的绝缘层，它可以当作开关使用，具有速度快、功耗低、灵敏度高的特点。它的工作速度可达一兆分之一秒，对于现在要花一年半载才能计算完毕的问题，约瑟夫逊器件计算机只要一两天就能轻而易举地加以解决。

目前，美国和日本都把研制约瑟夫逊器件，作为计算机硬件研究的重点课题，并且已经研制成功了超导开关和超导存贮器。美国的IBM公司已经成功地制造了由约瑟夫逊器件组成的逻辑电路。由于约瑟夫逊器件与一般的半导体器件、集成电路器件不同，它不能在常温下工作，只能在超低温下工作，因此，研制这类计算机的困难不仅在于新器件的逻辑结构，而且在于要解决一系列新的技术问题，例如，超低温技术、加工技术、密封技术等等。

现在，电子计算机似乎已到了小型化的极限，因为现在的高度集成度已达到技术上所容许实现的极限，而且密集的电路超过一定的限度，散热就成了问题。上百万个电路一齐发热，温度升高，集成电路的性能势必受到影响。此外，电路集成度太高，相互之间会产生感生和干扰。

为了使电脑更小型化，科学家们开始把目光从无机硅转向了有机物。如果你解剖一架复杂的电子计算机，你就能发现，电脑的最基本元件只是一只只开关。千百万只开关组成的电路，就会出现奇妙的功能。电子计算机的语言似乎千变万化，但归根结底只有“0”和“1”两种，这正好与电路的开与关相对应。因此，如果一种有机物分子具有两种状态，它就可以产生“开”和“关”两种效应，就可以充当电脑的元件。

这并不是异想天开。1974年，美国科学家阿维拉姆和西登发现某些有机化合物对交流电有整流作用。这些化合物分子中的半基团的氢键有键合或离解两种状态。键合时，分子就带正电；离解时，就带负电。它与普通的电子元件一样，能储存、输出“0”和“1”这样的二进制信息。之后不久，美国的麦卡里尔博士也取得了更加令人振奋的发现：血红蛋白分子也能起到开关的作用。当改变它所携带的电荷时，血红蛋白将从一种形态变成另一种形态。若把一种形态代表“开”，另一种形态代表“关”，它可能构成逻辑电路。

那么，怎样制造这种元件呢？它太微小、太精密了，一个血红蛋白分子的直径只有头发丝的五千分之一，所以无法靠手工操作，也无法用，电子束、X射线束进行细微加工。科学家们认为，也许可以用遗传工程来生产，基因是生物合成蛋白质的蓝图，只要设计出适当的基因蓝图，生物就会按照基因的指令，源源不断地生产出有机超微电脑来。目前，科学家们在实验室已经制成了第一个生物芯片。

总之，随着社会实践的深入、科学技术的不断探索，人们会对电子计算机及其他电子仪器提出越来越高的要求，必然会导致构成它们的基本单元——电子器件的更多的创造与发明，电子器件的未来发展是无止境的。