발명왕으로 알려진 토머스 에디슨(Thomas Alva Edison, 1847~1931)이 1883년 백열 전구를 개발하던 중 진공상태에서 금속을 가열하면 전류가 흐르는 현상을 발견했다. 이를 에디슨 효과(Edison effect)라고 하는데, 에디슨은 전구 발명에만 집중하느라, 에디슨 효과의 과학적 의미를 깨닫지 못했다.
에디슨 효과에 대한 과학적 연구는 영국의 물리학자 오언 리처드슨(Owen Willans Richardson)에 의해 체계화되었다. 리처드슨은 진공상태에서 금속 필라멘트를 가열하면 전자가 튀어나온다는 것을 물리학적으로 설명하고, 1928년 노벨 물리학상을 받았다.
에디슨 효과에서 출발해 현대 전자공학의 출발점은 영국의 엔지니어 존 플레밍(John Ambrose Fleming, 1849~1945)이었다.
1904년 11월 16일 플레밍은 사상 처음으로 진공관(vacuum tube)을 발명했다. 플레밍이 만든 진공관은 이극관(diode)이었다. 진공 유리관에 음극과 양극의 두 전극을 설치하고, 두 극 사이에 전기를 넣으면 전류가 흐르도록 하는 장치다.
플레밍은 전류와 자기장, 도선 사이의 자기력 방향과 유도 전류의 방향을 결정하는 플레밍의 법칙을 발견하기도 했다.
2년후인 1906년 미국의 엔지니어 리 디포리스트(Lee De Forest)가 진공관의 음극과 양극 사이에 그리드를 추가해 극이 3개인 3극진공관(triode)을 발명했다. 이어 4극 진공관, 5극 진공관이 발명되었다. 1914년에 장거리 전화선에서 증폭기로 진공관이 사용되었다
진공관은 많은 문제점을 안고 있었다. 깨지 쉬웠고, 열이 많이 나기 때문에 냉각 장치로 식혀주어야 했다. 또 부피가 컸다.
진공관을 이용한 라디오가 인기를 끌 무렵, 1925년 캐나다 물리학자 줄리어스 릴리엔필드 (Julius Edgar Lilienfeld)가 전기장 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor)와 유사한 특허를 출원했다. 하지만 그는 특허와 연구 논문을 단 한 건도 공개하거나 출판하지 않았다.
그러던 중 1947년 미국 전화회사 AT&T의 벨 연구소(Bell Labs) 소속 윌리엄 쇼클리(William Shockley), 존 바딘(John Bardeen), 월터 브래튼(Walter Brattain) 등 세명이 물리학자들이 금으로 만든 두 개의 전극을 게르마늄 결정에 접촉시킬 때 입력된 신호보다 출력된 신호가 커지는 현상을 토대로 세계 최초의 트랜지스터(Transistor)를 발명했다. 세 명은 1956년 노벨물리학상을 받았다.
트랜지스터가 발명되자 1960년대 들어 진공관은 점차 트랜지스터로 교체되었다. 진공관으로는 원리상 단극성인 것밖에 만들 수 없지만 트랜지스터로는 양극성 소자를 만들 수 있다는 점, 진공관보다 제조가 용이하며, 제조원가가 저렴하다는 점 등으로 진공관을 사용한 TV 수상기나 라디오 수신기는 생산이 중지되기에 이른다.
1950 들어 벨 연구소 출신 과학자들과 미국 실리콘밸리의 트랜지스터보다 성능이 우수한 집적회로(IC) 개발에 나섰고, 이들의 연구와 개발의 덕분에 본격적인 반도체 시대가 열렸다.
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