特斯拉夢想的那種取之不竭的能源，也可以靠太陽能電池來實現。太陽能電池大多數用的材料是『矽』，因此，我們再返回到半導體特性的發現過程。
不同於半導體的姍姍來遲，人類使用金屬的歷史，可一直追溯到幾千年前的青銅時代。雖然金屬的最早用途，是作為工具和武器，但早在17世紀，歐洲科學家已經開始對金屬的導電性能有所研究和認識，他們把電流能流過的物體稱為導體，不允許電流通過的物體叫做絕緣體。
當然，在現代人眼中，導體和絕緣體的差別更清楚、更量化了。科學家們用一個數字：電阻率，來區分它們。電阻率表明了物體阻擋電流的程度。數字越小，說明越不阻擋，即電流越容易通過。比如，一般將電阻率小於十萬分之一（10^(-5)Ω·m）的材料稱為導體，如金屬材料等。而將電阻率大於一億（10^8Ω·m）的材料稱為絕緣體，如陶瓷、橡膠、塑料等。
看了上面所說的導體和絕緣體的電阻率的大小範圍，疑問自然就來了：導體的電阻率小於十萬分之一，絕緣體電阻率大於一億，中間還有這麼一大段，是怎麼回事呢？顯而易見，物理學家們將那一段範圍的電阻率，留給了他們所鍾愛的半導體。
用電阻率來區分導體、半導體、絕緣體，使得它們的界限清楚，但同時卻又使得它們的界限模糊。這是因為，某種物質的電阻率並非一成不變的，它們會隨著溫度、光照、種種外界條件的變化而變化。剛才將導體、半導體、絕緣體等物質進行粗略分類的電阻率，指的是常溫下的數字。如果條件變化了，各種材料的電阻率會變化。也就是說，一定條件下，原來我們稱之為半導體和絕緣體的東西，也有可能表現出導電的性能；原來導電的，也有可能變成不導電。
半導體之所以很晚才被人類所認識，原因之一是因為半導體的另外一個性質：摻雜性。
什麼意思呢？就是說，只要半導體材料中加進了微量的雜質，就會使材料的性能有很大改變。而天然的沙子和石頭中，雖然包含了大量的矽，但卻是非常不純凈的材料，只不過是一塊堅硬的石頭。矽小姐並不單純，入污泥而盡染！已經完全沒有了原來的秉性。後來，科學家們發展了先進的提純技術，材料的半導體特性，諸如前面所敘述的：熱敏性、光敏性、整流性等等，才得以表現出來。
有趣的是，太純凈的矽，有時在應用上也不是最理想的。「水至清則無魚，人至察則無徒」。如果在純凈的矽晶體中，人為地摻和一些雜質，會得到某些特別的性質，這就是我們下面要提到的PN結。
儘管很早就有了礦石收音機，但在上世紀40年代之前，無線電設備大多數使用真空管。因為當時的半導體（礦石）用起來，是如此的不穩定和神秘莫測，那根『貓鬍子』，需要在礦石上移來移去，仔細探索磨蹭老半天，才好不容易使收音機響起來。遠不如真空管元件，使用起來既簡單又可靠。特別是在1907年，美國發明家德福雷斯特（De Forest Lee），在真空二極體的燈絲和板極之間巧妙地加了一個柵板，從而發明了第一隻真空三極體之後，這個三腳貓的功夫了得！它的放大作用和開關功能，是當時的半導體完全做不到的。
羅素（Russell Ohl）是美國新澤西州貝爾實驗室的一位研究人員。他一直研究矽晶體，注意到矽材料對純度的敏感性。特別是有一次，1940年2月23日那天，當他用貓鬍子探測器的一個舊晶體做實驗的時候，發現一個奇怪的現象。
那塊舊矽片黑乎乎的，看不太清楚，總也調不出電流來。於是，羅素用手電筒照到矽片上，研究是怎麼一回事？他注意到在矽片中間有條細小的裂縫，便用電筒的強光照過去。咦！奇怪的事情發生了：線路中接著的電流表使勁地跳動了一下。他連續地用光照射裂縫，電流表便連續指示出一個比羅素所期望的值大得多的數字！羅素又將線路中電源的極性反過來接，那樣一來，電路就不通、電流表不動作了。
也就是說，這片矽晶體在光照下表現了整流性，而且，誘發的電流比純凈的矽晶體誘發的電流要大得多。實際上羅素髮現，在光照時，裂縫的兩邊形成了一個0.5V左右的電壓差，這是什麼原因呢？
圖5.1：a）羅素和Jack Scaff；b）PN結的形成；c）電晶體的發現者
當時，電晶體發明者之一的沃爾特•布拉頓解釋了這個羅素認為古怪的現象。
沃爾特·布拉頓於1902年出生在中國南方美麗的城市廈門，因為他的父親那時正在中國任教。布拉頓獲得物理博士學位後，便在貝爾試驗室研究真空管。他被梅文·凱利叫來看羅素的實驗結果時，也感到很吃驚，不過，腦中立刻就想到了解釋。
原因一定是在於矽片上的那道裂紋！裂紋使得晶體兩側的純度不同，雜質也有所不同。因而造成了一側有更多的自由電子，而另一側則有更多的空穴。見圖5.1b。由於電子空穴的異性相吸作用，它們的移動使得在中央裂紋處形成一個薄薄的電壓差，這樣，電子便只能在一個方向跨越電壓差而流動。
後來，專家們把有過多電子載流子的半導體叫做N型半導體，有過多空穴載流子的半導體叫做P型半導體。當這兩種形態的半導體接觸在一起時，就形成了一個PN結。
在羅素的實驗中，由於光照，電子從N型半導體中被踢出來，在一個方向（從n到p）形成電子流，這其實就是矽材料的光電效應，羅素所用的矽晶體，就是現代太陽能電池的始祖。
也就是從羅素髮現PN結的那一天開始，貝爾實驗室改變了對矽晶體的想法，誰知道呢，沒準兒這小玩意兒還真能替代又大又重的真空管啊。
第二次世界大戰更是突出了對半導體新材料研究的緊迫性，1945年夏天，貝爾實驗室正式制定了一個龐大的研究計劃，決定以固體物理為主要研究方向。這個計劃直接導致了電晶體的發現。1948年，貝爾實驗室的三個年輕人：威廉•肖克萊、約翰•巴丁、和沃特•布拉頓，成功地製成了世界上第一個半導體三極體。這個被稱為「三條腿的魔術師」的東西，使他們獲得了1956年度的諾貝爾物理學獎，也使人類邁向了一個嶄新的固體電子技術時代。
再後來，肖克萊到加州創建矽谷，招聘人才，將神秘的矽火在矽谷點燃。
上世紀50年代開始，特別是當初號稱『八大金剛』的肖克萊的追隨者們，創建了仙童半導體公司，發明了第一個實用的集成電路之後，半導體技術的發展如日中天。
集成電路的最早構想，是1952年由英國雷達研究所的電子工程師杜默（GeoffreyW. A. Dummer）提出來的。1958年，德州儀器公司的基爾比用一個矽片，成功地製造出了一個振蕩電路，他用半導體作電阻，一個PN結作電容。因為這個簡單線路的5個元件集在一個晶片上，所以成為了世界上的第一個集成電路。後來，仙童半導體公司的諾伊斯（RobertNoyce），利用蝕刻等方式，解決了集成電路中導線連接的方法，使集成電路真正走向實用。
從發現、提純、摻雜，到PN結，到電晶體，到集成電路，到目前包含幾十億個元件的超大規模集成電路，半導體材料走過了一段漫長的歷史，這是一個真正點石成金的過程。如今，睡美人眼中閃爍的矽晶之火，已在全世界掀起燎原之勢，蔓延成熊熊烈焰，為人類開闢了一個計算機、通信、電子時代的新紀元。