MOSFET的操作原理是在垂直于半导体表面的方向上加一电场来控制源极（source）与漏极（drain）之间的电导（conductance）。其实这个效应早在1925年即由李利费尔德（Julius, Edgar Lilienfeld）所发现。1930年他取得场效应元件的专利权。由于当时晶体表面及薄膜（thin film）方面的物理知识相当缺乏，所以场效应的元件无法制成。长时间以来，李利费尔德的专利无人问津。

虽然李利费尔德的专利无人问津，但它却并非一张废纸。大名鼎鼎的肖克来在贝尔实验室工作时，也有过场效应晶体管的想法，但是由于李利费尔德的专利保护，肖克来最初的场效应晶体管的专利申请被完全驳回。这一结果让贝尔实验室的人无不感到震惊，以至于1948年巴丁在申请他和布拉顿的点接触型晶体管的专利时也有很多担忧，害怕李利费尔德的专利保护会妨碍自己的专利申请通过。事实上，巴丁周围大部分人都认为这次专利申请凶多吉少。当然，事情的发展还是很顺利的，1950年这份专利申请被批准并被正式授予贝尔实验室。

这里要注意的是，贝尔实验室的点接触型晶体管的专利署名中竟然没有肖克来。要知道晶体管的基本原理都是肖克来想出来的，肖克来一向自认为是晶体管之父，他本人又是贝尔实验室半导体小组的组长。这是怎么回事呢？原来，申报专利时，贝尔实验室的专利律师发现这项点接触型晶体管的专利中部分内容与肖克来之前申请的专利有冲突，因此没有加上他的名字。这件事让肖克来很恼火，也很自卑。没办法，毕竟在点接触型晶体管方面，巴丁和布拉顿贡献更大，已经走到了他的前面。知耻而后勇。肖克来这时显示出他天才本色。他把自己关在实验室整整一个月，苦思冥想，发明出结型晶体管的制造方案。这是一种更加实用更加可行的晶体管方案。特别是更容易用在集成电路上。1950年11月，肖克来的结型晶体管制造成功。为使这种晶体管迅速广为人知，他还专门写了一本专著，介绍结型晶体管的理论和原理。肖克来用自己的勤奋和天才证明了自己不愧为晶体管之父的称号。

李利费尔德1916-1926年间曾任莱比锡大学物理学院教授。他的主要学术贡献包括：

改进了X射线管，这种管被后人称为李利费尔德管（Lilienfeld tubes）；

发明或改进了超高真空技术；

发现了一种新的场发射现象，此现象后来被称为Aona效应；

他在场效应晶体管上拥有多项美国专利，为固态放大器提出了新的想法，并且“比肖克来，布拉顿和巴丁的工作早了近20年”。

李利费尔德1963年在美国去世。1988年美国物理学会根据李利费尔德的遗孀Beatrice Lilienfeld的遗赠设立李利费尔德奖(The Julius Edgar Lilienfeld Prize)用以表彰对物理学做出卓越贡献的科学家。其中我们熟知的霍金（Stephen William Hawking）曾获得1999年的李利费尔德奖。基普索恩(Kip Thorne)曾获得1996年的李利费尔德奖。这个基普索恩是2017年诺奖获得者(验证引力波),是2014年美国科幻**《星际穿越》(Interstellar)的科学指导。

太阳表面是等离子态，内部也是等离子态吗？

答：地球人类认知太阳这么多年来，也只是通过天文学家、科学家们计算出来太阳的表面温度，内部的结构究竟是一种结构，无从谈起。无论太阳内部是否是什么态，只要太阳继续发光就可以了，因为地球人类及万物生长都离不开太阳。

太阳系中的太阳是一颗巨大无比的天体恒星，内部一直都在时刻进行着“核聚变”，它发出来的耀眼光及温度可以达到数千万摄氏度。通过观察太阳表面的等离子体爆发，它的等离子环有四个地球那么大，等离子态每时每刻都在不断变化，还可以形成等离子喷流状态出现；还有“等离子龙卷风”形成。

在我们日常认知中，温度决定了一个物质的状态，固态、液态、气态是我们日常所认知的物质三态；那么在整个物理宇宙中，是否还存在其它物态呢？其实我们认知的太阳就是一个独特的存在，它的温度极高，可以融化地球上的一切物质，这里涉及到一个问题，太阳究竟是气态还是液态呢？

其实太阳是一个高温等离子体，而等离子体是不同于固体，液体和气体的物质第四态；物理学中指出：物质由分子构成，分子由原子构成，原子由带正电的原子核和围绕它的带负电的电子构成；当这些物质被加热到足够高的温度时，外层电子摆脱原子核的束缚成为自由电子，此时电子会离开原子核，而这个过程就人们将其称为“电离”，这时物质就变成了由带正电的原子核，和带负电的电子组成的一团均匀的“浆糊”，因此科学家们称为它为“离子浆”，这些离子浆中正负电荷总量相等，它是一种接近于电中性的存在，因此被人类定义为“等离子体”。

等离子体又分为高温等离子体以及低温等离子体；在常温下发生的等离子体将其称为低温等离子体，而高温等离子体一般发生于温度足够高时，例如我们所常见的恒星，就是一个高温等离子体；它们组成了宇宙中的99%的可见物质。而我们认知的固态、液态和气态仅仅只占据了宇宙中极为渺小的一小部分。等离子体才是整个宇宙可见物质的主要形态；它们支配了宇宙中大部分的可见物质，主宰着整个宇宙可见物质的终极方向。

利用光学仪器与光谱分析获得太阳观测数据，太阳动力学还在猜想阶段，比较权威的是 太阳吸积盘 学说。

读者可以查阅现成文献，笔者不再重复。本身侧重谈等离子体与太阳核心层的看法。

1. 目前较流行的太阳模型，即太阳的内外层的七层物态分布说，具有一定参考价值：

①核心区→②辐射层→③对流层→④光球层→⑤色球层→⑥日冕层→⑦太阳风。

太阳的天文学参数，诸如质量M、半径R、密度、表面温度、日冕温度、太阳风速，可暂且作为基本计算依据。

显然，我们可以认为，太阳的辐射层、对流层、光球层、色球层、日冕层与太阳风，都是有不同分布密度的等离子体与场量子（即光量子）构成。

例如，到达地球附近的太阳风速度，其实也可以理解为等离子体气体的运动速度。

2 但是，有以下几个疑难问题：

难点1： 太阳核心密度高达160t/m?，而密度最大的锇22.6t/m?。白矮星是锇的10?倍， 中子星密度10?t/m?，脉冲星是10?t/m?，黑洞密度可超5×10?t/m?。

思考： 超高密度是什么物态？据说是「中子态」。中子半径是多少？若不知，咋有密度呢？中子紧挨着吗？紧挨着，还能动弹吗？

那么160t/m?是什么物态？不久前有科学家说太阳中心是空洞（黑洞），暗示通向高维宇宙么。这是什么逻辑？是科幻？

难点2 ：在太阳本体的内空间与外空间，最主要的两种等离子体——电子与质子，究竟是怎么产生的？

它俩是太空固有的？还是固有的真空场缩聚而来？质子内部有高能电子吗？为什么夸克不能像电子一样独立存在？为什么中子不能像质子一样独立存在？

难点3 ：为什么远离太阳光球数百万千米的日冕层，温度反而高达数百万度？而对流层到光球层到色球层的温度只有6000度左右？

难点4 ：如何 合理预测与计算 从日冕层到核心层的等离子体的分布密度与活动方式？

曾买南大凝聚态物理学与美国固体物理两个版本研读，觉得其等离子体物理章节有「g因子」等假说缺乏说服力，在此另辟蹊径，提出个人观点分享。

3. 离子态 、 等离子态的定义与分类

等离子态，是可独立存在的物态，是极为重要的基本范畴，其必须弄清它的定义与分类。

离子态 (ion state)，特指有多余电荷的非原子核束缚态的亚原子，如核衰变释放的α粒子与β粒子。

气相里飘荡的离子有：自由电子、自由质子、α粒子(氦核)。它们大量分布在地球大气层的电离层与地球的辐射带。

液相里游离的离子有：氢离子、锂离子、氢氧根粒子、碳酸根离子等电解质离子。

等离子态 (plasma,字面是血浆)，特指彼此相距不很远的有一定约束作用的正负电荷相等的带电粒子之存在形式。

搞清等离子态的分类，或者叫不同环境下的存在形式，对于理解与推测太阳内外空间的等离子分部状态，是尤为重要的。

等离子态的分类，可以按它们所在空间的真空场密度为线索来划分，而真空场密度与场温度成正比。初步分类如下：

① 极高温等离子体 ，是质子所含的一对等离子体，是高能正电子与缪核负电子；

② 超高温等离子体 ，是中子衰变释放的一对等离子体，是高能负电子与质子正电子。

③ 高温等离子体 ，是氕原子所含的一对等离子体，是核外负电子与核内正电子。

④ 低温等离子体 ，是高温等离子体渐渐减速，导致其激发的电磁波渐渐降频红移。

4. 核子内部的极高温等离子体

这部分内容，与太阳内部的等离子态一样，是鲜为人知的，本节的奥卡姆剃刀是建设性的。

4.1 核子结构的奥卡姆剃刀

在质子内部，有夸克环电子（其实就是高能电子e?）、缪电子(μ?或e?)。在中子内部，有高能负电子(e?)与质子(p?)。

由于假想的夸克，不能像电子一样独立存在，又有诸多不自洽问题，不够资格作为物态。

不妨用Occam's razor简化：核子内部只有以光速震荡的高能电子与高密度的电磁场介质。

核衰变释放的β电子的初速度是准光速，因此可以假设，核内正电子以光速在震荡。

4.2 质子的定义与本性 ：

质子，是正负两个电子在超高压场密度环境中聚合的显示正电荷的复合等离子体。

质子的超稳定存在 ，是因为内含正负电子之间的超强库仑力与高密度 场质增效应 (m')。

p?(1836m?)→±e(2m?,?m?c?)+m'...(1)

质子表现为正电荷 ，是因为高能正电子(e?)以光速绕缪核电子(μ?)震荡的 边际效应 。

电荷的边际效应，很像显性基因占主导地位的遗传效应，而缪核负电子如同隐形基因。

4.3 估算质子内场的高温

可按场量子密度估计，核内正电子以光速震荡，急遽挤压真空场激发极高频光子，并导致真空场的质增效应：质子的质量方程与质增效应方程如下

m?(1836m?)=e?(m?)+e?(m?)+m'...(2)

m'=m?(r?/r)?=1834m?...(2)

(r?/r)?=n，r=r?/?√n...(3)

质子本体的实验半径：

r?=0.84fm...(4)

质子内场的光子半径：

r=r?/?√n=0.84fm÷?√1834

=0.84fm÷12.2=0.07fm

质子内场的光子波长：

λ=2πr=6.28×0.07fm=0.44fm...(5)

质子内场的光子温度：

T=hc/1.5kλ...(6)

=6.63×10c÷(1.5×1.38×10×4.4×10)

=2.18×10?[K]=21.8万亿开度

4.4 中子的定义与本性 ：

中子，是氕原子在超高压场密度环境中聚合的有剩余负电子的但不显示电性的非等离子体。

n(1840m?)→e?(m?)+p?(1836m?)+m'(3m?)

中子不表现电性 ，是因为正负两个高能电子都绕缪核电子(μ?)以光速震荡的 对冲效应 。

中子的不稳定性 ，是因为有过剩的负电荷，遵从泡利不相容原理，有正电子的 排斥效应 。

中子的受束缚性 ，是因为原子核的质子正电子与中子负电子有较强的库仑力或 弱力作用 。

4.5 正负电子的本质区别

显然，我们无法通直接测量电子自旋方向，但可以依据正负电子对撞机的实验原理，按 右手螺旋法则， 来规定正负电子：

①任何场合的电子都是按 逆时针自旋

②把核电荷固有的磁场叫 正向磁场⊕B

③把⊕B中北极朝上的电子叫 负电子e↑

④把⊙B中北极朝下的电子叫 正电子e↓

这个规定，也可以解释安德森云室实验所发现的正电子。换句话说，狄拉克假想的反向自旋的反物质电子是不存在的。正负电子湮灭，也不能充要的证明它俩就是互为反自旋。

由此可得以下的结论：

在原子核内部结构里，只有质子的内部拥有高能正电子与缪核负电子构成的一对等离子体。

等离子体，具有同样的质量、电量与自旋方向，只是二者的南北极取向是相反相成的。

以上这部分内容，是鲜为人知的，但对于等离子态物理学而言，也是不可或缺的。

5. 原子内部的高温等离子体

此类等离子体，比较简单。我们似乎相信，原子呈中性，其内部的正负电荷是相等的。即：

核外电子电数(ne?)≡核电荷数(nZe?)

这样，似乎可以说：原子内部的等离子体，就是成对的核外电子与核电荷。

5.1 解释核外电子与核电荷是对等关系

问题是，1个核外电子与1个质子是对等的等离子体，而质子质量是电子质量的1836倍，它俩怎么是对等关系呢？

这需要2.2节提出的 电荷的边际效应 来解释：核电荷(Ze)的有效电荷是具有边际效应的高能正电子(e?)，与核电荷的其它部分无关。

这就好比，两个原子之间化学反应，只取决于各自外层的价电子有关，而与其它电子无关。

对于多核原子而言，根据最近与最小作用量原理，笔者认为，质子分布在原子核的边际带，而不是被中子裹挟在中心区域。

这样我们可以说，原子内部的等离子体，就是成对的核外电子与高能正电子。

5.2 计算原子内部的光子温度

可以利用电子激发光子的光电效应原理，先求出光子波长，然后在根据热力学第一定律，求出光子温度。

设核外电子的平均速度v=αc=2.2×10?m/s，由于电子速度平方对频率极其敏感，可以将光电效应方程

?m?△v?=h△f...(7)

近似处理为

?m?v?=hf=hc/λ...(8)

λ=2hc/m?v?...(9)

=9.0×10?[m]=90nm（远紫外线光子）

则可以计算原子内的场介质温度

T=m?v?/3k...(10)

=9.1×10×4.84×10?÷(3×1.38×10)

=1.06×10?≈1万开。

这与电焊激发8000度的近紫外线是协调的。

6. 中子释放的高温等离子体

前文已交代，中子就是一个缩聚的氕原子。中子的核心是质子，被一个具有边际效应的高能负电子包裹着。这里的难点是求中子的半径。

6.1 计算中子的半径

根据中子质量方程与场效应质增方程，

n(1840m?)=p(1836m?)+e(m?)+m'...(11)

m'=m?(r?/r)?=3m?...(12)

(r?/r)?=n，r=r?/?√n...(13)

根据中子衰变释放β线粒子的速度几乎为光速，可假设高能负电子的震荡速度就是光速，它的动能由它与质子之间的电磁力提供。

?m?c?=ke?/r

r=2ke?/m?c?

=2×9×10?×1.6?×10÷(9.1×10×9×10?)

=5.63×10=5.63fm

r=λ/2π=2hc/2πm?c?

进而可求中子的半径

r?=r·?√n=5.63fm×?√3

=5.63fm×1.44

=8.1fm（大约是质子0.84fm的10倍）

6.2 中子衰变激发的初始光子温度

T=?m?c?/1.5k

=9.1×10×9×10?÷(3×1.38×10)

=1.98×10?[K]≈20亿开

此值， 就是中子内场的温度， 是原子核衰变刚释放（场氛围尚未膨胀）的等离子体温度。

中子衰变释放等离子体后，场体积急遽膨胀，能密大大降低，温度也要大大降低。

6.3 可见，如果把所有中子凝聚在一起叫中子态，显然是违背物理逻辑的 。

中子态，可以看成一个氕原子的缩聚产物，但中子的边际电子(e?)之间具有巨大的抗简并压与泡利不相容，理当有较大的场空间。

这个机制，可作为预测太阳核心层物态分布及其温度场梯度的基本依据。

如果相信核心温度为有1500万度，则可按库仑力估算中子边际电子之间的平均间距r?：

1.5kT=(1/4πε?)e?/r?...(14)

r?=(1/4πε?)e?/1.5kT...(15)

=9×10?×(1.6×10)?

÷(1.5×1.38×10×1.5×10?)

=7.42×10[m]=7.42fm

即：在太阳中心巨大引力约束条件下，中子被压缩到间距只有一个中子半径的空隙。

由此，该温度对应的广义中子态密度，考虑面心体堆积空隙为24%，可按下式预算：

ρ=m?/(76%(4π/3)(r?+r?)?...(16)

=1.674×10÷(0.76×4.2×15.2?×10)

=1.46×10?kg/m?=1.46×10?t/m?

这个密度，可以代表太阳核心层的密度，因为在所有热核反应中，只有中子边际的高能负电子才是参与核裂变与核聚变的关键角色。

可见，太阳核心层占据0.25倍太阳半径或者说密度为160t/m?，显然是不可靠的。因为与相应的1500万度温度不一致。现在，我们可以调整这个核心层的半径。

● 吸积盘理论的太阳本体模型是 ：

太阳本体=对流层+辐射层+核心层

致命瑕疵：密度160t/m?无法对应1500万超高温度。况且，辐射层本来就含对流粒子。

● 笔者的内嵌中子星本体模型是

太阳本体=等离子对流层+内嵌中子星

假设内嵌中子星的半径为R?，等离子对流层的质量占比1%。有

4.2×R×1.46×10?=1.98×10?

R?=?√(1.98×10?÷4.2÷1.46÷10?)

=?√(3.23×10?)

=1.48×10?m=148千米

故， 等离子对流层 的平均密度与电荷间距

ρ?=2×10?÷(4.2×6.958?×10?)

=14.1kg/m?

质子个数密度（=电子个数）：

n=14÷(1.67×10)=8.38×10?/m?

等离子体的间距

2n/V=16.76×10?÷10?nm?

=16.76个/nm?→0.06nm?/个=60×10?pm?/个

d=10?pm×?√60=3.9×10米。

相当于高温高密度的分子气体态。这样的等离子体结合态，相当于氢气与氦气。

由于受到正负电荷之间的吸引作用，大大降低了电子运动速度，按v=αc=2.2×10?m/s，计算等离子体对流层的平均温度

T=m?v?/3k

=9.1×10×(2.2×10?)?÷(3×1.38×10)

=1.06×10?K≈10万开

等离子对流层的密度，大约是地球附近空气密度的11倍。这部分等离子体的特点是：速度都是准光速(0.1~0.99c)、浓度高，

根据中子态的温度与密度的对应关系简称 温密关系 ，我们似乎完全有理由，把太阳核心层看成与太阳质量相应的内嵌中子星。

我们可以把太阳作为基准恒星，就好比把日地距作为基本天文单位，把本星系团326万秒差距做为宇观世界的天文单位一样。

中子星的最大密度，不可突破 边际电子抗简并压半径 (r?)，进而，把r?叫内嵌中子态的临界间距，把1500万度作为内嵌中子星的临界温度，把太阳核心层半径作为内嵌中子星的临界半径，即有：

r?≥7.42fm...(17)

T?≤1.5×10?K...(18)

R?≥148km...(19)

显然，由于内嵌中子态的边际电子，可以认为是 完全均质化 的并以光速游离于所有中子态的高密度场空间。

因为，如果不是均质化，就必然破坏边际电子的抗简并压与泡利不相容原理，尤其是会导致质心密度无穷大的荒谬演绎。

而且，更为重要的是，在内嵌中子态的临界带，电磁辐射的是最高频率的伽玛光子：

f?=1.5kT?/h...(20)

=1.5×1.38×10×1.5×10?÷(6.63×10)

=4.68×10?Hz

这个频率，比正负电子湮灭的伽玛光子，约低一个数量级，

f?=?m?c?/h...(21)

=0.5×9.11×10×9×10?÷(6.63×10)

=6.5×10?Hz

笔者认为， 宇宙中的最高频率 ，应该是质子的彻底毁灭而释放出1834倍的伽玛光子频率，

f*=1834·f?...(22)

=1834×6.5×10?=1.19×10?Hz

7. 分析太阳内外等离子体的分布情况

本节重点解释核心层、日冕层与太阳风的等离子体所在的分布密度与对应温度。另外，探讨两个超难问题：

①电子与质子两种等离子体究竟如何产生的，并且它们俩又何以汇聚造就了太阳。可参考吸积盘理论，不在话下。

②为什么日冕层远离太阳本体约 百万千米 ，反而有 数百万超高温 问题。

7.1 目前已有的观测数据有：

▲这张表中所列核心层的参数，显然是不可靠的，应按本文第6.3节调整为临界参数集。

7.2 作为参考，计算氕原子的凝聚态密度

ρ?=1.67×10÷(4.2×5.3?×10)

=2670kg/m?

这显然大大超出太阳的平均密度，这就意味着，太阳从等离子对流层起直到日冕层的密度梯度是比较陡峭的。

7.4 太阳核心层的等离子体分布情况

据6.3节 温度与密度的对应关系 与 边际电子抗简并压 的，回答如下：

其一：由于太阳质量巨大带来的超大约束力，核心层的等离子体均质化分布，处于临界半径为38千米的内嵌中子星状态。

所有的氕原子态被缩聚为中子态，中子间的最小距离7.42费米，也就意味着，内嵌中子星完全是有质子与电子两种等离子体之间的距离统一为7.42费米，全然分别不出中子态。

与此同时，该临界中子态处于热力学动态平衡态，其平衡恒温为1500万度。其临界光子的极限频率为4.68×10?赫兹。

7.5 等离子对流层的分布情况

太阳，由于超大质量，周围有超强引力场，会不断大量吸积附近的等离子体，导致核心层吸积有超临界质量，进而在边际电子的抗简并压作用下，大量释放等离子体，进入辐射层。

其初始速度可以看成原子核裂变时的释放速度。大致为：β线电子为准光速(v≈c)，α线氦核速度为v≈0.1c，质子线为v≈0.3c。

上文第6.3节已经估算了对流层分子气态，密度14.1kg/m?是空气密度1.29kg/m?的11倍。大约在对流层的中部，温度约10万度。

7.6 为什么日冕层的温度高达数百万度？

对流层主要有高密度的气态分子，分子内的约束性等离子体震荡速度大大降低。

但是，还有不少等离子体，由于被内嵌中子星以准光速发射出来，极速穿越对流层，在经历100万千米左右到达日冕层时，速度也会因为大概率发生康普顿散射效应而大大衰减，

假设衰减到v=0.05c=1.5×10?米/秒，则其冲压附近的场介质，激发的光温度为：

T=m?v?/3k

=9.1×10×2.25×10?÷(3×1.38×10)

=4.9×10?K=490万开。

这里的难点是：不知道等离子体也会像核外电子一样冲压附近场介质而激发电磁波。尤其执迷于电子跃迁与势阱的驻波理论。

7.7 太阳风的本质是等离子体气流

地球附近太阳风速度为460千米/秒，其实这主要是自由的电子与质子两种离子的速度。

从太阳核心层释放的速度是0.3c~0.99c，而后渐渐减速到对流层外缘，速度降至0.05c为30000千米/秒，历经近1.5亿千米的长途跋涉，速度不断衰减，最后到达地球。

太阳表层基本为分子结构的分离式结构，由表至内为原子分离式结构。