20世紀(jì)初期和中葉，電子技術(shù)的發(fā)展上了3級臺階，產(chǎn)生3次飛躍，這就是從電子管的問世，到晶體管的產(chǎn)生直到集成電路(大規(guī)模)的廣泛使用。由于電子技術(shù)的發(fā)展，極大地提高了人類的物資文明，現(xiàn)代人類社會幾乎各種工業(yè)領(lǐng)域都享受到了這一發(fā)展所帶來的碩果。
電子管的發(fā)明，始于人們對愛迪生效應(yīng)的研究。早在1883年，愛迪生把一個和電路中陽極相連的金屬板封在電燈泡里，當(dāng)和陰極相連的燈絲通電發(fā)亮的時候，發(fā)現(xiàn)在互不接觸的燈絲和金屬板之間有電流通過。這個現(xiàn)象叫做愛迪生效應(yīng)。愛迪生是美國著名發(fā)明家，是技術(shù)歷史中顯著的天才之一。他本人并沒有重視這一現(xiàn)象，后來成為電子管和電子工業(yè)的基礎(chǔ)，
1897年，英國物理學(xué)家湯姆遜在皇家學(xué)會的演講中，詳細(xì)論證陰極射線就是由具有質(zhì)量的帶電粒子組成的，這種粒子的電荷等于基本電荷，這種粒子就是電子。隨著電子的發(fā)現(xiàn)，人們認(rèn)識到愛迪生效應(yīng)是電子從燈絲出發(fā)在電場力的作用下，到達正極所致，也就是燈絲發(fā)射電子。愛迪生效應(yīng)是由于燈絲被電流加熱才發(fā)射電子，叫做熱電子發(fā)射；它和克魯克斯管發(fā)射陰極射線的現(xiàn)象有不同的地方，克魯克斯管是在陰極和陰極之間的高電壓作用下，管里殘存的氣體電離，在陽離子撞擊下，陰極發(fā)射電子，這叫做二次發(fā)射。
1904年，英國工程師弗萊明(1848—1945)應(yīng)用愛迪生效應(yīng)，發(fā)明了二極管。他在真空的燈泡里用圓筒形的金屬片(板極)把燈絲包圍起來。板極和燈絲之間加上一個交變電壓，同時給燈絲通電加熱。板極帶正電時，燈絲和板極之間有電流通過；板極帶負(fù)電的時候，就沒有電流通過。這種裝有板極的燈泡只允許電流向一個方向流動，也就是可以把交變電流轉(zhuǎn)變成直流電，起到整流作用。因為這種燈泡里只有燈絲(陰極)和板極兩個電極，所以叫做二極電子管或二極真空管，簡稱二極管。
二極管可以用來整流和檢波。經(jīng)過檢波的電信號有足夠功率的時候，就可以使耳機或喇叭發(fā)出聲音。為了放大電信號，發(fā)明了三極管。
1906年，美國發(fā)明家福雷斯特(1873—1961)在改進二極管檢波器輸出信號微弱的工作中發(fā)現(xiàn)，若在二極管正、負(fù)極之間加一個金屬絲作為柵極，檢波效果更好。這樣，制成了世界上第一只三極管。柵極帶正電的時候，就能夠吸引燈絲發(fā)射的電子，使之加速飛向板極。柵極上的電壓只要有微弱變動，就可以使極板電流發(fā)生很大的變化。三極管可以起到放大信號的作用，是無線電通信中的主要元件。
繼三極管之后，更多種類的電子管被開發(fā)出來，廣泛應(yīng)用，有力地促進了電訊和廣播事業(yè)的發(fā)展。1921年，世界上第一個廣播電臺在美國匹茲堡開始廣播。其后，各地廣播電臺相繼建立，收音機開始普及，電子管生產(chǎn)迅速發(fā)展。
本世紀(jì)40年代，隨著電子管品種、質(zhì)量和性能的改進，不但無線電話、電報、廣播得到迅速發(fā)展，而且無線電導(dǎo)航、測距也發(fā)展起來，在這個時期，利用光電效應(yīng)，發(fā)明了能夠把物體形象轉(zhuǎn)變成電信號的攝像管。利用陰極射線可以使熒光物質(zhì)發(fā)光的現(xiàn)象，研究成功把電信號顯示成圖像的多種陰極射線管。在此基礎(chǔ)上，雷達、電視問世了。
但是，電子管有一個致命的弱點，就是體積較大，無法適應(yīng)電子器件越來越小型化的要求。1928年，科學(xué)家們提議用半導(dǎo)體材料制作和電子管功能差不多的晶體管。晶體管和電子管盡管功能相當(dāng)，但是原理和所用材料卻有很大不同。晶體管問世之前，呼喚著半導(dǎo)體材料的研究和創(chuàng)生。
半導(dǎo)體材料是導(dǎo)電性介于金屬和絕緣體之間的材料，一般是固體，比如鍺和硅等。半導(dǎo)體中雜質(zhì)的含量和外界條件(溫度和光照)的改變會引起導(dǎo)電性能的變化。半導(dǎo)體材料之間，或者半導(dǎo)體和某些金屬材料之間相接觸的地方，具有單向?qū)щ姷男阅?，和二極電子管的性能相似。
第一個固體傳導(dǎo)性的相關(guān)理論(包括絕緣體、半導(dǎo)體和導(dǎo)體的特性),是美籍瑞士物理學(xué)家布洛赫(1905—)創(chuàng)立的。他在1928年博士論文中提出了固定量子論，迄今為止，這一理論仍是理解電傳導(dǎo)的基礎(chǔ)。布洛赫的半導(dǎo)體理論創(chuàng)立以后，一方面由于當(dāng)時還缺少研究半導(dǎo)體電子特性的知識，另一方面由于按溫度、壓力、化學(xué)組成等宏觀概念產(chǎn)生的半導(dǎo)體材料，在微觀結(jié)構(gòu)上是混亂的，沒有規(guī)律的，其電子性能具有很大的偶然性，因此晶體管沒有研制成功。隨著研究分子、原子和電子狀態(tài)的固體物理學(xué)的發(fā)展，隨著晶體生長理論和生長技術(shù)的發(fā)展，高純度的晶體鍺生產(chǎn)出來了。有了在微觀上達到純粹并且有規(guī)律的半導(dǎo)體材料，為晶體管的研究創(chuàng)造了條件。
美國貝爾電話實驗室的巴丁(1908—)、肖克萊和布拉坦等人合作，于1956年共同發(fā)明了晶體管。
巴丁于1938—1941年在明尼蘇達大學(xué)任職，第二次世界大戰(zhàn)期間任美國海軍軍械實驗室首席物理學(xué)家。戰(zhàn)后到貝爾電話實驗室工作，研究半導(dǎo)體理論，1947年提出關(guān)于結(jié)晶表面的理論。布拉坦是實驗物理學(xué)家，他對半導(dǎo)體表面進行的實驗研究，發(fā)展了半導(dǎo)體單晶的精制、成長等有關(guān)技術(shù)。1948年，巴丁和布拉坦合作研制成功第一個點接觸型晶體管。肖克萊從1945年起在貝爾電話實驗室從事半導(dǎo)體理論研究，1949年提出P—N結(jié)論(關(guān)于晶體中由于摻入雜質(zhì)的不同所形成的P型和N型兩種導(dǎo)電類型區(qū)域的理論)。不久，貝爾電話實驗室研制成功第一個結(jié)型晶體三極管。
由于晶體管比電子管有種種無可比擬的優(yōu)點，在50年代末和60年代初，晶體管逐漸取代了電子管。
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，晶體管電路不斷微型化的產(chǎn)物，使集成電路應(yīng)運而生。
集成電路不是幾個人在一天里突然發(fā)明的產(chǎn)物。傳統(tǒng)電路是利用機械加工和焊接的辦法，把具有宏觀尺寸和重量的材料加工成元件，然后再組合成電路。在50年代末期，產(chǎn)生了利用金屬氧化物的真空鍍膜技術(shù)和蝕刻技術(shù)，因此可以制作薄膜電阻和電容。隨著晶體生長技術(shù)的發(fā)展，隨著固體物理學(xué)關(guān)于晶體中缺陷、位錯、雜質(zhì)等研究的發(fā)展，不但能夠制出高純度晶體，而且能夠達到按分子集團來組配的精確程度。利用真空擴散和表面處理等辦法，能夠把只有幾百個分子厚的薄膜分子層一層一層地重疊起來，制成平面型晶體管。60年代初制成的平面型晶體管壽命達到1千萬小時，同時性能也大大提高了。把很薄的一片片薄膜電阻、薄膜電容、平面型晶體管組裝在一起，就成了微型組合電路。1959年開始工業(yè)化生產(chǎn)。
微型組合電路進一步發(fā)展，就是把各種元件都制作在一個單晶硅片上，在一個硅片上包含許多電路，這就是集成電路。
60年代中期，發(fā)展了離子注入技術(shù)，把需要的雜質(zhì)原子注入到冷晶格里具有幾何精度的位置上。這樣，在一個單晶硅片上，經(jīng)過真空擴散鍍膜、光蝕刻、離子注入、表面氧化等過程，就可以制出集成大量元件的集成電路。1959年，一個硅片上只有一個元件，1964年增加到10個，1967年達到60個，1972年達到1500個，1976年可在一個只有5mm²的硅片上集成27000個元件。一塊晶片上包含超過1000個晶體管集成的電路的，叫大規(guī)模集成電路。
在從晶體管到集成電路的發(fā)展過程中，除了需要固體物理學(xué)知識外，材料、技術(shù)和工藝占有重要地位。材料是固體物理學(xué)研究的對象，是集成電路的物質(zhì)基礎(chǔ)。有了高純度鍺晶體，才研制成晶體管。隨著單晶硅的發(fā)展，硅晶體管代替了鍺晶體管；隨著單晶硅材料純度的提高，集成電路取代了晶體管。
集成電路包含著成千上萬的元件，設(shè)計和計算十分復(fù)雜，產(chǎn)品質(zhì)量要求特別高，不允許其中哪個元件在加工中不合格。因此，從設(shè)計到生產(chǎn)控制和產(chǎn)品檢驗都要靠電子計算機輔助。集成電路的發(fā)展是電子計算機的發(fā)展相互促進的碩果。