在之前的文章《到底什么是電子管（真空管）？》中，小編說過，電子管雖然可以實(shí)現(xiàn)探測和放大，但存在體積大、故障率高、易破損（玻璃管）、發(fā)熱量大、發(fā)熱高等諸多問題。提到有缺點(diǎn)。請(qǐng)等待能源消耗等。由于這些缺點(diǎn)，專家們一直在考慮是否有一種性能更好、缺點(diǎn)更少的電子管替代元件，可以支持電子行業(yè)的長期發(fā)展。想了想，他們把目光投向了礦石探測器。 礦石探測器——是世界上最古老的半導(dǎo)體器件，比電子管的歷史還要悠久。它利用了一些天然礦石（金屬硫化物）的單向?qū)щ娞匦裕ㄔ斠娚弦黄�文章）。這個(gè)功能實(shí)際上并不新鮮。該屬性是多年前發(fā)現(xiàn)的。 1782年，意大利著名物理學(xué)家亞歷山德羅·沃爾塔通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)固體物質(zhì)大致可分為三類。第一類是金、銀、銅、鐵等容易導(dǎo)電的金屬，稱為導(dǎo)體。第二種是導(dǎo)電性不好的材料，如木材、玻璃、陶瓷或云母，稱為絕緣體。第三種是導(dǎo)體與絕緣體之間的緩慢放電。第三種材料的奇怪特性被博爾特命名為“Semiconducting Nature”，意思是“半導(dǎo)體特性”。 “半導(dǎo)體”一詞在人類歷史上首次出現(xiàn)。在亞歷山德羅·沃爾塔之后，許多科學(xué)家有意無意地陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了幾種半導(dǎo)體特性。示例：1833年，邁克爾·法拉第發(fā)現(xiàn)硫化銀的電阻隨著溫度升高而降低（半導(dǎo)體的熱敏特性）。 1839 年，法國科學(xué)家Alexandre-Edmond Becquerel 發(fā)現(xiàn)照明可以在某些材料之間產(chǎn)生電勢(shì)差（半導(dǎo)體中的光伏效應(yīng)）。 1873年，威洛比·史密斯發(fā)現(xiàn)硒材料的電導(dǎo)率在暴露于光時(shí)會(huì)增加（半導(dǎo)體中的光電導(dǎo)效應(yīng)）。 ……當(dāng)時(shí)沒有人能夠解釋這些現(xiàn)象，因此沒有引起太多關(guān)注。 1874年，德國科學(xué)家Karl Ferdinand Braun發(fā)現(xiàn)了上述天然礦石（金屬硫化物）的單向?qū)щ娞匦�。這是一個(gè)重要的里程碑。對(duì)于卡爾·布勞恩來說不幸的是，布勞恩沒有關(guān)注這一發(fā)現(xiàn)，而是轉(zhuǎn)向了陰極射線管（也稱為CRT，現(xiàn)代顯示技術(shù)的基礎(chǔ)）的研究。后來，海因里�！�魯?shù)婪颉ず掌澇晒ψC明了無線電電磁波的存在，布朗又回到了無線電研究領(lǐng)域。他與馬可尼合作極大地改進(jìn)了早期的無線電通信系統(tǒng)。兩人共同獲得1909年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 1906年，美國工程師Greenleaf Whittier Pickard發(fā)明了著名的基于黃銅礦晶體的晶體探測器，又稱“貓須探測器”（因其具有可見探頭而得名）。礦石探測器礦石探測器是人類最古老的半導(dǎo)體裝置。它的出現(xiàn)是半導(dǎo)體材料的“新時(shí)刻”。盡管它有其缺點(diǎn)（質(zhì)量控制不嚴(yán)，礦石純度低導(dǎo)致運(yùn)行不穩(wěn)定），但它有力地推動(dòng)了無線通信的發(fā)展。眾多基于礦物地震檢波器的無線產(chǎn)品開始流行，極大地增強(qiáng)了人類的信息傳輸。人們正在使用礦石探測器，但他們?nèi)匀徊幻靼姿�是如何工作的�?

30年來，人們不斷好奇——為何采用半導(dǎo)體材料。為什么半導(dǎo)體材料可以單向?qū)щ�？早期，很多人都想知道半�?dǎo)體材料是否真的存在。著名物理學(xué)家泡利曾說過：“人們不應(yīng)該研究半導(dǎo)體。那是一團(tuán)骯臟的爛攤子。沒有人知道半導(dǎo)體是否存在�！� 量子力學(xué)—— 半導(dǎo)體理論世界上第一支電子管（真空管）的誕生1904年標(biāo)志著人類進(jìn)入電子管時(shí)代。電子管的興起削弱了公眾對(duì)礦物探測器和半導(dǎo)體技術(shù)的熱情。隨后，隨著量子力學(xué)的誕生和發(fā)展，半導(dǎo)體理論研究終于取得突破性進(jìn)展。 1928年，德國物理學(xué)家、量子力學(xué)創(chuàng)始人之一馬克斯·卡爾·恩斯特·路德維�！て绽士嗽趯⒘孔恿�學(xué)應(yīng)用于金屬傳導(dǎo)問題的研究時(shí)，首先提出了固體能帶理論。量子理論之父普朗克提出，在外電場作用下，半導(dǎo)體中的傳導(dǎo)可分為涉及空穴的傳導(dǎo)（即P型傳導(dǎo)）和涉及電子的傳導(dǎo)（即N型傳導(dǎo)）。我想過這個(gè)問題。半導(dǎo)體的許多奇怪特性都是由空穴和電子決定的。隨著能帶理論的出現(xiàn)，第一次從科學(xué)的角度解釋了為什么固體可以分為絕緣體、導(dǎo)體和半導(dǎo)體。 1931年，英國物理學(xué)家查爾斯·湯姆森·里斯·威爾遜提出了基于能帶理論的半導(dǎo)體物理模型，奠定了半導(dǎo)體領(lǐng)域的理論基礎(chǔ)。 1939年，蘇聯(lián)物理學(xué)家..達(dá)維多夫（..）、英國物理學(xué)家內(nèi)維爾·弗朗西斯·莫特和德國物理學(xué)家沃爾特·赫爾曼·肖特基對(duì)半導(dǎo)體的基礎(chǔ)理論做出了貢獻(xiàn)。大衛(wèi)杜夫最先認(rèn)識(shí)到少數(shù)載流子在半導(dǎo)體中的作用，肖特基和莫特提出了著名的“擴(kuò)散理論”�；�于這些巨人的貢獻(xiàn)，半導(dǎo)體的基礎(chǔ)理論建設(shè)逐漸建立起來。 貝爾實(shí)驗(yàn)室——?jiǎng)?chuàng)造奇跡并加速半導(dǎo)體開發(fā)和應(yīng)用。僅有理論是不夠的，技術(shù)還需要跟上。礦石檢測儀誕生后，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)這種檢測儀的性能與礦石的純度密切相關(guān)。礦石的純度越高，探測器的性能就越好。因此，許多科學(xué)家對(duì)礦石原料（硫化鉛、硫化銅、氧化銅等）的精煉進(jìn)行了研究，精煉工藝不斷得到改進(jìn)。這里我們要說的是——貝爾實(shí)驗(yàn)室，人類歷史上最大的實(shí)驗(yàn)室之一。為了建設(shè)長途電話網(wǎng)絡(luò)，美國ATT公司獲得了DeForest的三極管專利。后來，意識(shí)到電子管等基礎(chǔ)研究的價(jià)值，ATT于1925年收購了西方電氣公司的研究部門，并在此基礎(chǔ)上專門成立了“貝爾實(shí)驗(yàn)室”。貝爾實(shí)驗(yàn)室大樓（1925） 20世紀(jì)30年代，貝爾實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家Russell Shoemaker Orr提出用純化晶體材料制成的探測器完全取代電子二極管。 （如你所知，當(dāng)時(shí)真空管具有絕對(duì)的市場優(yōu)勢(shì)。） 現(xiàn)代太陽能電池之父拉塞爾·奧爾（Russell Orr）一一測試了100多種材料，發(fā)現(xiàn)硅晶體是最理想的材料。制作探測器。為了驗(yàn)證他的結(jié)論，他在同事杰克·斯卡夫的幫助下提取了高純度硅晶體融合體。貝爾實(shí)驗(yàn)室沒有能力切割硅晶體，因此奧爾將熔體送到一家珠寶店，讓其切割成各種尺寸的晶體樣品。

出乎意料的是，照射后樣品的一端表現(xiàn)出正極性，另一端表現(xiàn)出負(fù)極性，因此奧爾將它們分別命名為P區(qū)和N區(qū)。就這樣，奧爾發(fā)明了世界上第一個(gè)半導(dǎo)體PN結(jié)（p-n結(jié)）。奧爾的發(fā)現(xiàn)震驚了貝爾實(shí)驗(yàn)室主任馬文·J·凱利。馬文·凱利馬文·凱利是半導(dǎo)體發(fā)展史上的重要人物。 1917年加入ATT，從事電子管研究。 20世紀(jì)30年代末，電子管的研究逐漸遇到瓶頸。馬文·凱利發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體晶體材料是未來發(fā)展的方向。奧爾并不是對(duì)馬文·凱利有唯一影響的人。 1939年9月，第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)。英國全面加強(qiáng)與美國的技術(shù)合作，以對(duì)抗德國。其中，英國帶來的一個(gè)重要合作主題是英國于1935年發(fā)明的雷達(dá)技術(shù)。盡管早期英國雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)發(fā)揮了主要作用，但雷達(dá)技術(shù)實(shí)際上是無線電技術(shù)的延伸。雷達(dá)性能與電子設(shè)備密切相關(guān)。當(dāng)時(shí)，電子管是主流，但存在信噪比差、工作不穩(wěn)定、容易破損等缺點(diǎn)，不被軍方所喜歡。第二次世界大戰(zhàn)期間，ATT旗下的西部電氣公司以提純的半導(dǎo)體晶體為基礎(chǔ)制造了一系列硅晶體二極管。這些二極管的小尺寸和低故障率顯著提高了聯(lián)合雷達(dá)系統(tǒng)的性能和可靠性。奧爾發(fā)明的PN結(jié)和硅晶體二極管的優(yōu)越性能，堅(jiān)定了馬文·凱利發(fā)展晶體管技術(shù)的決心。他暗暗決定領(lǐng)導(dǎo)貝爾實(shí)驗(yàn)室進(jìn)軍半導(dǎo)體領(lǐng)域。 1945年7月，第二次世界大戰(zhàn)即將結(jié)束。為了適應(yīng)戰(zhàn)后研究方向的調(diào)整，貝爾實(shí)驗(yàn)室重組了各個(gè)研究部門。當(dāng)時(shí)，馬文·凱利已經(jīng)是貝爾實(shí)驗(yàn)室的執(zhí)行副總裁。在他的推動(dòng)下，貝爾實(shí)驗(yàn)室成立了三個(gè)研究小組。其中之一是固體物理研究小組。按照馬文·凱利的設(shè)想，成立固體物理研究組的目的是“在固體物理理論的指導(dǎo)下，找到控制構(gòu)成固體的原子和電子的排列和行為的物理和化學(xué)方法”。并創(chuàng)造新的東西。”有用的屬性。”簡而言之，其實(shí)就是晶體管的發(fā)展。凝聚態(tài)物理研究組分為半導(dǎo)體和冶金兩個(gè)組。該半導(dǎo)體團(tuán)隊(duì)由麻省理工學(xué)院博士William Shockley 領(lǐng)導(dǎo)。威廉·肖克利肖克利是一位傳奇人物。 1910年2月13日出生于英國倫敦。隨后，他進(jìn)入美國麻省理工學(xué)院學(xué)**量子物理。 1936年獲得博士學(xué)位后，肖克利受馬文·凱利特邀前往貝爾實(shí)驗(yàn)室從事固體物理研究。 1939年，肖克利根據(jù)莫特-肖特基整流理論和他自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出了非常重要的“場效應(yīng)”理論。 1942 年，肖克利短暫離開貝爾實(shí)驗(yàn)室，加入陸軍研究實(shí)驗(yàn)室，從事深水炸彈和雷達(dá)炸彈瞄準(zhǔn)器的研究。特別值得一提的是，二戰(zhàn)末期，肖克利受美國政府邀請(qǐng)，為日本本土襲擊準(zhǔn)備傷亡評(píng)估報(bào)告。這份報(bào)告對(duì)后來美國的對(duì)日戰(zhàn)略產(chǎn)生了重大影響，并間接影響了美國投下原子彈的決定。第二次世界大戰(zhàn)后，為表彰肖克利的貢獻(xiàn)，美國政府授予他國家功績勛章，這是美國平民可以獲得的最高榮譽(yù)勛章。隨后肖克利滿懷榮幸地回到了貝爾實(shí)驗(yàn)室。

除了肖克利之外，貝爾實(shí)驗(yàn)室的固體物理研究小組還包括半導(dǎo)體專家G.L. Pearson、物理化學(xué)家R.B. Gibney、電子電路專家H.R. Moore以及理論物理學(xué)家約翰·巴�。↗. Bardeen）、實(shí)驗(yàn)學(xué)家等眾多專家。物理學(xué)家沃爾特·H·布拉滕（Walter H. Bratten）。順便說一下，這位沃爾特·布拉頓1902年出生于中國廈門（父母都是美國人），1903年回到美國。研究硅和鍺晶體提純工藝的沃爾特·布拉頓(Walter Bratton)以及半導(dǎo)體專家拉塞爾·奧爾(Russell Orr)(上文提到)和戈登·基德·泰爾(Gordon Kidd Thiel)也支持固體物理研究組的相關(guān)研究。團(tuán)隊(duì)早期的工作并不順利。在其成立后的一年里，人們根據(jù)肖克利的理論假設(shè)進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)，但收效甚微。 1946年，約翰·巴丁在肖克利場效應(yīng)理論的基礎(chǔ)上提出了“表面態(tài)”理論，解決了長期困擾大家的問題。約翰·巴�。↗ohn Bardeen） 然后約翰·巴丁（John Bardeen）和沃爾特·布拉頓（Walter Bratton）摸索著前進(jìn)（過程非�？部篮颓�折）。最終，1947年12月23日，他們生產(chǎn)出了世界上第一臺(tái)半導(dǎo)體三極管放大器。這是一件看起來非常奇怪和粗陋的東西：世界上第一個(gè)晶體管（基于鍺半導(dǎo)體） 在他的實(shí)驗(yàn)室筆記本上，布拉頓抑制住內(nèi)心的興奮，小心翼翼地寫道：“電壓增益100，功率增益40，電流損耗1/2.5。 ……”皮爾遜、摩爾、肖克利等人現(xiàn)場觀察了實(shí)驗(yàn)，并在布拉頓的備忘錄上簽名，表示認(rèn)可和認(rèn)證。在命名時(shí)，巴丁和布拉滕認(rèn)為該設(shè)備放大信號(hào)的能力是由于其電阻轉(zhuǎn)換特性，這意味著信號(hào)從“低電阻輸入”變?yōu)椤案唠娮栎敵觥�。因此，我們將其命名為變壓器電阻（轉(zhuǎn)換電阻）。后來簡稱為晶體管。中國著名科學(xué)家錢學(xué)森將中文翻譯命名為晶體管。綜上所述，半導(dǎo)體的特性就是其特殊的導(dǎo)電能力（在外界因素的影響下）。具有半導(dǎo)體特性的物質(zhì)稱為半導(dǎo)體材料。硅和鍺是具有代表性和重要的半導(dǎo)體材料。從微觀上看，按一定規(guī)則有序排列的物質(zhì)稱為晶體。硅晶體包括單晶、多晶和非晶態(tài)晶體。晶體形態(tài)決定了能帶結(jié)構(gòu)，進(jìn)而決定了電性能。因此，硅（鍺）晶體作為半導(dǎo)體材料具有很大的應(yīng)用價(jià)值。二極管、晶體管和四極管根據(jù)其功能命名。電子管（真空管）和晶體管（硅晶體管、鍺晶體管）都是根據(jù)其原理來命名的。后來，基于晶體管的電路變得越來越小，開始集成（無需布線）在硅等半導(dǎo)體材料上，逐漸被稱為集成電路。集成電路越來越小，電路的規(guī)模越來越大（大規(guī)模集成電路），現(xiàn)在是路上人人都知道的芯片。半導(dǎo)體材料是現(xiàn)代電子工業(yè)的支柱肖克利的反擊巴丁和布拉頓發(fā)明晶體管后，有人心里百感交集。此人令人震驚。肖克利是該團(tuán)體的領(lǐng)導(dǎo)者和重要的理論創(chuàng)始人。但他基本上沒有參加巴丁和布拉頓后期重要階段的研究活動(dòng)。事實(shí)上，他曾經(jīng)相信，如果沒有他的幫助，巴丁和布拉滕就不會(huì)成功。肖克利先生被打臉后發(fā)現(xiàn)自己陷入了相當(dāng)尷尬的境地，他認(rèn)為自己是晶體管的發(fā)明者之一，有權(quán)在專利上簽字。

大多數(shù)其他人認(rèn)為肖克利與這項(xiàng)發(fā)明沒有什么直接聯(lián)系，因此不應(yīng)該簽署。在隨后提交專利申請(qǐng)時(shí)，團(tuán)隊(duì)向律師提出了“必須將肖克利排除在外”的特別要求。為什么會(huì)如此不愉快呢？這里小編必須要解釋一下肖克利的獨(dú)特個(gè)性。肖克利肖克利是一位科學(xué)天才。他絕對(duì)擁有技術(shù)領(lǐng)域的知識(shí)和能力。然而，他在與人相處和管理團(tuán)隊(duì)的方式上存在重大缺陷。用現(xiàn)在的術(shù)語來說，就是“智商高，情商低”。他以自己的才華為榮，性格古怪，對(duì)同事和下屬性格非�？瘫　＿@也是很多人回避他的原因。很少有人能和他保持良好的關(guān)系。肖克利簽署專利的請(qǐng)求自然沒有得到所有人的支持，因?yàn)樗�的人際關(guān)系很差，不參與團(tuán)隊(duì)合作。貝爾實(shí)驗(yàn)室的高管也對(duì)肖克利先生發(fā)出了警告，肖克利先生受到了重大打擊。肖克利很生氣，決定：“他們不讓我玩，所以我一個(gè)人玩�！卑投『筒祭�滕發(fā)明的晶體管實(shí)際上應(yīng)該稱為點(diǎn)接觸晶體管。從下面的照片可以看出，這樣的設(shè)計(jì)實(shí)在是太簡陋了。雖然它提供放大功能，但結(jié)構(gòu)脆弱且容易受到外部振動(dòng)的影響，因此難以制造且無法商業(yè)使用。肖克利發(fā)現(xiàn)了這個(gè)缺陷，并開始獨(dú)立研究新的晶體管設(shè)計(jì)。 1948年1月23日，經(jīng)過一個(gè)多月的緊張研究，肖克利提出了一種新的三層晶體管模型，他將其命名為結(jié)型晶體管。今年6月26日，肖克利先生的愿望實(shí)現(xiàn)了，他獲得了一項(xiàng)僅使用他的名字的專利（專利號(hào)：US2569347A）。肖克利的專利最初受到廣泛質(zhì)疑，許多人認(rèn)為該模型不可行。后來，到了1950年，肖克利的同事兼好友摩根·斯帕克斯和戈登·泰爾合作，經(jīng)過一系列嘗試，成功地利用直拉法制作了物理NPN晶體管，并被認(rèn)為是肖克利的成功。肖克利拿著晶體管今年11月，肖克利出版了一本關(guān)于半導(dǎo)體器件原理的書，《半導(dǎo)體中的電子和空穴》，其中對(duì)結(jié)型晶體管的原理進(jìn)行了詳細(xì)的理論解釋。 1951年初，結(jié)型晶體管的各項(xiàng)指標(biāo)超過了點(diǎn)接觸型晶體管。肖克利對(duì)晶體管發(fā)明的貢獻(xiàn)最終得到了貝爾實(shí)驗(yàn)室的一致認(rèn)可（至少在技術(shù)層面上）。 半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)爆發(fā)，研究團(tuán)隊(duì)解散晶體管的誕生對(duì)于人類科技的發(fā)展極其重要。它具有電子管的功能，同時(shí)克服了電子管的缺點(diǎn)。從它誕生的那一刻起，就決定徹底取代電子管。 20世紀(jì)50年代，晶體管發(fā)展進(jìn)入爆發(fā)期。晶體提煉技術(shù)和光刻技術(shù)正在全面爆發(fā)式發(fā)展，可以說是進(jìn)步神速。在工業(yè)實(shí)現(xiàn)方面，ATT的制造部門西部電氣公司很快就實(shí)現(xiàn)了晶體管的量產(chǎn)。廣泛應(yīng)用于電話路由設(shè)備、電路振蕩器、助聽器、電視信號(hào)接收器等。生產(chǎn)晶體管的工人1953 年，第一臺(tái)電池供電的晶體管收音機(jī)問世。一經(jīng)推出，就受到了很多人的熱烈歡迎，銷量也十分強(qiáng)勁。 1954年，世界上第一臺(tái)晶體管計(jì)算機(jī)TRADIC被美國空軍使用。運(yùn)行時(shí)功耗不超過100W，體積不超過1立方米，與今年的ENIAC有很大不同。 1954年至1956年間，美國共售出1700萬個(gè)鍺晶體管和1100萬個(gè)硅晶體管，被稱為超級(jí)計(jì)算機(jī)TRADIC，價(jià)值約5500萬美元。

值得一提的是，最初貝爾實(shí)驗(yàn)室是晶體管技術(shù)的專利持有者，也是該技術(shù)的主要掌握者。隨后，由于美國反壟斷法的限制，貝爾實(shí)驗(yàn)室積極將其半導(dǎo)體專利授權(quán)給其他廠商。這將進(jìn)一步促進(jìn)半導(dǎo)體技術(shù)的普及。 1956年，肖克利、巴丁和布拉滕因發(fā)明晶體管而獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。三位偉人，他們的名字將載入史冊(cè)。事實(shí)上，此時(shí)，貝爾實(shí)驗(yàn)室晶體管的創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)已經(jīng)解散了。研制成功晶體管后，沃爾特·布拉頓不滿肖克利的打壓，于是申請(qǐng)調(diào)職，轉(zhuǎn)到另一個(gè)研究組。 1951年，約翰·巴丁從貝爾實(shí)驗(yàn)室辭職，前往伊利諾伊大學(xué)擔(dān)任教授。后來他因在超導(dǎo)領(lǐng)域的貢獻(xiàn)再次獲得諾貝爾獎(jiǎng)。 1952年，Gordon Thiel離職加入德州儀器，幫助該公司成為未來的半導(dǎo)體巨頭。 1954年，肖克利無法再留在貝爾實(shí)驗(yàn)室，轉(zhuǎn)而到加州理工學(xué)院任教。后來，1956年，他搬到美國西部加利福尼亞州山景城，開始了自己的新事業(yè)，在帕洛阿爾托小城（后來的硅谷）建立了肖克利半導(dǎo)體研究所。誰也沒想到，幾年后，肖克利又故態(tài)復(fù)萌，趕走了八名弟子，再次孑然一身。他的八個(gè)弟子也被稱為“八奸”。 “八叛徒”離開后成立的仙童半導(dǎo)體不僅創(chuàng)造了世界半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，也改變了人類歷史的進(jìn)程。芯片行業(yè)的八位大師：“八個(gè)叛徒” 嗯，這就是晶體管誕生的故事。內(nèi)容比較長，不過感謝您的耐心閱讀。 —— 全文—— 參考文獻(xiàn)：1.《半導(dǎo)體簡史》，機(jī)械工業(yè)出版社，王琪，范淑琴；2.《電子技術(shù)發(fā)展的里程碑——晶體管的發(fā)明》，科學(xué)24小時(shí)；3.《芯片破壁者：從電子管到晶體管“奇跡”尋蹤》，腦體；4.《晶體管發(fā)明往事：誤打誤撞，反目成仇，共享諾貝爾獎(jiǎng)》，James；量子位；5.《第一塊晶體管背后的故事》，胡步貴，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)；6. 百度百科、維基百科相關(guān)條目。

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來源：鮮棗課堂編輯：李友友昌