晶体管是在人们对半导体材料进行深入研究的基础上发明的。半导体材料是导电性介于金属和绝缘体之间的材料，一般是固体，比如锗和硅等。半导体中杂质的含量和外界条件（如温度和光照）的改变会引起导电性能发生很大变化。半导体材料之间，或者半导体和某些金属材料之间相接触的地方，具有单向导电的性能，和二极电子管的性能相像。
1928年，有人提议用半导体材料制作和电子管功能差不多的晶体管。但一方面由于当时还缺少研究半导体电子特性的固体物理学知识；另一方面由于按温度、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，它的电子性能具有很大的偶然性，因此晶体管没有研制成功。随着研究分子、原子和电子状态的固体物理学的发展，随着晶体生长理论和生长技术的发展，高纯度的晶体锗生产出来了，这给晶体管的研制创造了条件。美国贝尔研究所的巴丁、肖克利、布拉顿等人合作研制成功了晶体管。巴丁原是大学教授，担任贝尔研究所所长，研究半导体理论，1947年他提出关于结晶表面的理论。布拉顿是实验物理学家，他对半导体表面进行实验研究，发展了半导体单晶的精制、成长等有关技术。巴丁和布拉顿两人，一个是理论家，一个是实验大师。1948年他们合作研制成功第一个点接触型晶体管。
肖克利从1936年开始进行关于固体物理学、金属学、电子学等基础理论研究。从1945年起在贝尔研究所从事半导体理论研究，1949年他提出了P?N结理论（关于晶体中由于掺入杂质的不同所形成的P型和N型两种导电类型区域的理论）。不久，贝尔研究所研制成功第一个结型晶体三极管。由于研制成功晶体管，他们三人获得1956年诺贝尔物理学奖。晶体管最初采用锗晶体做原料，后来由于硅的提纯和加工技术的发展，硅晶体比锗晶体的性能优越得多，因此硅晶体管取代了锗晶体管。晶体管具有小型、重量轻、性能可靠、省电等优点。
正是由于具有这些优点，到20世纪50年代末和60年代初，晶体管逐渐代替了电子管。
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