Транзистор автор и дата: 60 лет транзистору

60 лет транзистору

Б. М. Малашевич

Трудно найти такую отрасль науки и техники, которая так же стремительно развивалась и оказала такое–же огромное влияние на все стороны жизнедеятельности человека, каждого отдельного и общества в целом, как электроника.

Как самостоятельное направление науки и техники электроника сформировалась благодаря электронной лампе. Сначала появились радиосвязь, радиовещание, радиолокация, телевидение, затем электронные системы управления, вычислительная техника и т.п. Но электронная лампа имеет неустранимые недостатки: большие габариты, высокое энергопотребление, большое время вхождения в рабочий режим, низкую надежность. В результате через 2-3 десятка лет существования ламповая электроника во многих применениях подошла к пределу своих возможностей. Электронной лампе требовалась более компактная, экономичная и надежная замена. И она нашлась в виде полупроводникового транзистора. Его создание справедливо считают одним из величайших достижений научно-технической мысли двадцатого столетия, коренным образом изменившим мир. Оно было отмечено Нобелевской премией по физике, присужденной в 1956 г. американцам Джону Бардину, Уолтеру Браттейну и Уильяму Шокли. Но у нобелевской тройки в разных странах были предшественники .

И это понятно. Появление транзисторов – результат многолетней работы многих выдающихся ученых и специалистов, которые в течении предшествующих десятилетий развивали науку о полупроводниках. Советские ученые внесли в это общее дело огромный вклад. Очень много было сделано школой физики полупроводников академика А.Ф. Иоффе – пионера мировых исследований по физике полупроводников. Еще в 1931 году он опубликовал статью с пророческим названием: «Полупроводники – новые материалы электроники». Немалую заслугу в исследование полупроводников внесли Б.В. Курчатов и В.П. Жузе. В своей работе – «К вопросу об электропроводности закиси меди» в 1932 году они показали, что величина и тип электрической проводимости определяется концентрацией и природой примеси. Советский физик Я.Н. Френкель создал теорию возбуждения в полупроводниках парных носителей заряда: электронов и дырок. В 1931 г. англичанину Уилсону удалось создать т еоретическую модель полупроводника, сформулировав при этом основы «зонной теории полупроводников». В 1938 г. Мотт в Англии, Б.Давыдов в СССР, Вальтер Шоттки в Германии независимо друг от друга предложили теорию выпрямляющего действия контакта металл-полупроводник. В 1939 году Б.Давыдов опубликовал работу «Диффузионная теория выпрямления в полупроводниках». В 1941 г. В. Е. Лашкарев опубликовал статью «Исследование запирающих слоев методом термозонда» и в соавторстве с К. М. Косоноговой – статью «Влияние примесей на вентильный фотоэффект в закиси меди». Он описал физику «запорного слоя» на границе раздела «медь – закись меди», впоследствии названного «p-n» переходом. В 1946 г. В. Лошкарев открыл биполярную диффузию неравновесных носителей тока в полупроводниках. Им же был раскрыт механизм инжекции – важнейшего явления, на основе которого действуют полупроводниковые диоды и транзисторы. Большой вклад в исследование свойств полупроводников внесли И. В.Курчатов, Ю.М.Кушнир, Л.Д.Ландау, В.М.Тучкевича, Ж.И.Алферов и др. Таким образом, к концу сороковых годов двадцатого века основы теоретической базы для создания транзисторов были проработаны достаточно глубоко, чтобы приступать к практическим работам.

Рис. Транзитрон Г.Матаре и Г.Велкера

Первой известной попыткой создания кристаллического усилителя в США предпринял немецкий физик Юлиус Лилиенфельд, запатентовавший в 1930, 1932 и 1933 гг. три варианта усилителя на основе сульфида меди. В 1935 г. немецкий у ченый Оскар Хейл получил британский патент на усилитель на основе пятиокиси ванадия. В 1938 г. немецкий физик Поль создал действующий образец кристаллического усилителя на нагретом кристалле бромида калия. В довоенные годы в Германии и Англии было выдано еще несколько аналогичных патентов. Эти усилители можно считать прообразом современных полевых транзисторов. Однако построить устойчиво работающие приборы не удавалось, т.к. в то время еще не было достаточно чистых материалов и технологий их обработки. В первой половине тридцатых годов точечные триоды изготовили двое радиолюбителей – канадец Ларри Кайзер и тринадцатилетний новозеландский школьник Роберт Адамс. В июне 1948 г. (до обнародования транзистора) изготовили свой вариант точечного германиевого триода, названный ими транзитроном, жившие тогда во Франции немецкие физики Роберт Поль и Рудольф Хилш. В начале 1949 г. было организовано производство транзитронов, применялись они в телефонном оборудовании, причем работали лучше и дольше американских транзисторов. В России в 20-х годах в Нижнем Новгороде О.В.Лосев наблюдал транзисторный эффект в системе из трех – четырех контактов на поверхности кремния и корборунда. В середине 1939 г. он писал: «…с полупроводниками может быть построена трехэлектродная система, аналогичная триоду», но увлекся открытым им светодиодным эффектом и не реализовал эту идею. К транзистору вело множество дорог.

Первый транзистор

Слава направо: Уильям Шокли,
Джон Бардин (сидит), Уолтер Бреттейн.
Фото из http://gete.ru/page_140.html

Выше описанные примеры проектов и образцов транзисторов были результатами локальных всплесков мысли талантливых или удачливых людей, не подкрепленные достаточной экономической и организационной поддержкой и не сыгравшие серьезной роли в развитии электроники. Дж. Бардин, У. Браттейн и У. Шокли оказались в лучших условиях. Они работали по единственной в мире целенаправленной долговременной (более 5 лет) программе с достаточным финансовым и материальным обеспечением в фирме Bell Telephone Laboratories, тогда одной из самых мощных и наукоемких в США. Их работы были начаты еще во второй половине тридцатых годов, работу возглавил Джозеф Бекер, который привлек к ней высококлассного теоретика У. Шокли и блестящего экспериментатора У. Браттейна. В 1939 г. Шокли выдвинул идею изменять проводимость тонкой пластины полупроводника (оксида меди), воздействуя на нее внешним электрическим полем. Это было нечто, напоминающее и патент Ю. Лилиенфельда, и позже сделанный и ставший массовым полевой транзистор. В 1940 г. Шокли и Браттейн приняли удачное решение ограничить исследования только простыми элементами – германием и кремнием. Однако все попытки построить твердотельный усилитель ни к чему не привели, и после Пирл-Харбора (практическое начало Второй мировой войны для США) были положены в долгий ящик. Шоккли и Браттейн были направлены в исследовательский центр, работавший над созданием радаров. В 1945 г. оба возвратились в Bell Labs. Там под руководством Шокли была создана сильная команда из физиков, химиков и инженеров для работы над твердотельными приборами. В нее вошли У. Браттейн и физик-теоретик Дж. Бардин. Шокли сориентировал группу на реализацию своей довоенной идеи. Но устройство упорно отказывалось работать, и Шокли, поручив Бардину и Браттейну довести его до ума, сам практически устранился от этой темы.

Два года упорного труда принесли лишь отрицательные результаты. Бардин предположил, что избыточные электроны прочно оседали в приповерхностных областях и экранировали внешнее поле. Эта гипотеза подсказала дальнейшие действия. Плоский управляющий электрод заменили острием, пытаясь локально воздействовать на тонкий приповерхностный слой полупроводника.

Первый транзистор У. Браттейна и Дж. Бардина

Однажды Браттейн нечаянно почти вплотную сблизил два игольчатых электрода на поверхности германия, да еще перепутал полярность напряжений питания, и вдруг заметил влияние тока одного электрода на ток другого. Бардин мгновенно оценил ошибку. А 16 декабря 1947 г. у них заработал твердотельный усилитель, который и считают первым в мире транзистором. Устроен он был очень просто – на металлической подложке-электроде лежала пластинка германия, в которую упирались два близко расположенных (10-15 мкм) контакта. Оригинально были сделаны эти контакты. Треугольный пластмассовый нож, обернутый золотой фольгой, разрезанной надвое бритвой по вершине треугольника. Треугольник прижимался к германиевой пластинке специальной пружиной, изготовленной из изогнутой канцелярской скрепки. Через неделю, 23 декабря 1947 г. прибор был продемонстрирован руководству фирмы, этот день и считается датой рождения транзистора. Все были рады результатом, кроме Шокли: получилось, что он, раньше всех задумавший полупроводниковый усилитель, руководивший группой специалистов, читавший им лекции по квантовой теории полупроводников – не участвовал в его создании. Да и транзистор получился не такой, как Шокли задумывал: биполярный, а не полевой. Следовательно на соавторство в «звездном» патенте он претендовать не мог.

Прибор работал, но широкой публике эту внешне несуразную конструкцию показывать было нельзя. Изготовили несколько транзисторов в виде металлических цилиндриков диаметром около 13 мм. и собрали на них «безламповый» радиоприемник. 30 июня 1948 г. в Нью-Йорке состоялась официальная презентация нового прибора – транзистора (от англ. Transver Resistor – трансформатор сопротивлений). Но специалисты не сразу оценили его возможности. Эксперты из Пентагона «приговорили» транзистор к использованию лишь в слуховых аппаратах для старичков. Так близорукость военных спасла транзистор от засекречивания. Презентация осталась почти незамеченной, лишь пара абзацев о транзисторе появилась в «Нью-Йорк Тайме» на 46 странице в разделе «Новости радио». Таким было явление миру одного из величайших открытий XX века. Даже изготовители электронных ламп, вложившие многие миллионы в свои заводы, в появлении транзистора угрозы не увидели.

Позже, в июле 1948 года, информация об этом изобретении появилась в журнале «The Physical Review». Но т олько через некоторое в ремя специалисты поняли, что произошло грандиозное событие, определившее дальнейшее развитие прогресса в мире.

Bell Labs сразу оформила патент на это революционное изобретение, но с технологией было масса проблем. Первые транзисторы, поступившие в продажу в 1948 году, не внушали оптимизма – стоило их потрясти, и коэффициент усиления менялся в несколько раз, а при нагревании они и вовсе переставали работать. Но зато им не было равных в миниатюрности. Аппараты для людей с пониженным слухом можно было поместить в оправе очков! Поняв, что вряд ли она сама сможет справиться со всеми технологическими проблемами, Bell Labs решилась на необычный шаг. В начале 1952 года она объявила, что полностью передаст права на изготовление транзистора всем компаниям, готовым выложить довольно скромную сумму в 25 000 долларов вместо регулярных выплат за пользование патентом, и предложила обучающие курсы по транзисторной технологии, помогая распространению технологии по всему миру. Постепенно росла очевидность важности этого миниатюрного устройства. Транзистор оказался привлекательным по следующим причинам: был дешев, миниатюрен, прочен, потреблял мало мощности и мгновенно включался (лампы долго нагревались). В 1953 г. на рынке появилось первое коммерческое транзисторное изделие – слуховой аппарат (пионером в этом деле выступил Джон Килби из ф. Centralab , который через несколько лет сделает первую в мире полупроводниковую микросхему), а в октябре 1954 г. – первый транзисторный радиоприе мник Regency TR1, в нем использовалось всего четыре германиевых транзистора. Немедленно принялась осваивать новые приборы и индустрия вычислительной техники, первой была фирма IBM . Доступность технологии дала свои плоды – мир начал стремительно меняться.

Польза конструктивного честолюбия

У честолюбивого У.Шокли случившееся вызвало вулканический всплеск его творческой энергии. Хотя Дж. Бардин и У.Браттейн нечаянно получили не полевой транзистор, как планировал Шокли, а биполярный, он быстро разобрался в сделанном. Позднее Шокли вспоминал о своей «страстной неделе», в течение которой он создал теорию инжекции, а в новогоднюю ночь изобрел плоскостной биполярный транзистор без экзотических иголочек.

Что бы создать что-то новое, Шокли по-новому взглянул на давно известное – на точечный и плоскостный полупроводниковые диоды, на физику работы плоскостного «p — n» перехода, легко поддающуюся теоретическому анализу. Поскольку точечный транзистор представляет собой два очень сближенные диода, Шокли провел теоретическое исследования пары аналогично сближенных плоскостных диодов и создал основы теории плоскостного биполярного транзистора в кристалле полупроводника, со держащего два «p — n» перехода. Плоскостные транзисторы обладают рядом преимуществ перед точечными: они более доступны теоретическому анализу, обладают более низким уровнем шумов, обеспечивают большую мощность и, главное, более высокие повторяемость параметров и надежность. Но, пожалуй, главным их преимуществом была легко автоматизируемая технология, исключающая сложные операции изготовления, установки и позиционирования подпружиненных иголочек, а также обеспечивавшая дальнейшую миниатюризацию приборов.

30 июня 1948 г. в нью-йоркском офисе Bell Labs изобретение было впервые продемонстрировано руководству компании. Но оказалось, что создать серийноспособный плоскостной транзистор гораздо труднее, чем точечный. Транзистор Браттейна и Бардина – чрезвычайно простое устройство. Его единственным полупроводниковым компонентом был кусочек относительно чистого и вполне тогда доступного германия. А вот техника легирования полупроводников в конце сороковых годов, необходимая для изготовления плоскостного транзистора, еще находилась в младенчестве, поэтому изготовление серийноспособного транзистора «по Шокли» удалось только в 1951 г. В 1954 году Bell Labs разработала процессы окисления, фотолитографии, диффузии, которые на многие годы стали основой производства полупроводниковых приборов.

Первый кремниевый транзистор, 1950 г.

Точечный транзистор Бардина и Браттейна – безусловно огромный прогресс по сравнению с электронными лампами. Но не он стал основой микроэлектроники, век его оказался короток, около 10 лет. Шокли быстро понял сделанное коллегами и создал плоскостной вариант биполярного транзистора, который жив и сегодня и будет жить, пока существует микроэлектроника. Патент на него он получил в 1951 г. А в 1952 г. У. Шокли создал и поле вой транзистор, так же им запатентованный. Так что свое участие в Нобелевской премии он заработал честно.

Число производителей транзисторов росло как снежный ком. Bell Labs, Shockley Semiconductor, Fairchild Semiconductor, Western Electric, GSI (с декабря 1951 г. Texas Instruments), Motorola, Tokyo Cousin (С 1958 г. Sony), NEC и многие другие.

В 1950 г. фирма GSI разработала первый кремниевый транзистор, а с 1954 г., преобразившись в Texas Instruments , начала его серийное производство.

«Холодная война» и ее влияние на электронику

После окончания Второй мировой войны мир раскололся на два враждебных лагеря. В 1950-1953 гг. эта конфронтация вылилась в прямое военное столкновение – Корейскую войну. Фактически это была опосредованная война между США и СССР. В это же время США готовились к прямой войне с СССР. В 1949 г. в США был разработан опубликованный ныне план «Последний выстрел» (Operation Dropshot), фактически план Третье мировой войны, войны термоядерной. План предусматривал прямое нападение на СССР 1 января 1957 г . В течение месяца предполагалось сбросить на наши головы 300 50-килотонных атомных и 200 000 обычных бомб. Для этого план предусматривал разработку специальных баллистических ракет, подводных атомных лодок, авианосцев и многого другого. Так началась развязанная США беспрецедентная гонка вооружений, продолжавшаяся всю вторую половину прошлого века, продолжающаяся, не столь демонстративно, и сейчас.

В этих условиях перед нашей страной, выдержавшей беспрецедентную в моральном и экономическом отношении четырехлетнюю войну и добившейся победы ценой огромных усилий и жертв, возникли новые гигантские проблемы по обеспечению собственной и союзников безопасности. Пришлось срочно, отрывая ресурсы от измученного войной и голодного народа, создавать новейшие виды оружия, содержать в постоянной боеготовности огромную армию. Так были созданы атомные и водородные бомбы, межконтинентальные ракеты, система противоракетной обороны и многое другое. Наши успехи в области обеспечения обороноспособности страны и реальная возможность получения сокрушительного ответного удара вынудили США отказаться от реализации плана «Dropshot» и других ему подобных.

Одним из последствий «холодной войны» была почти полная экономическая и информационная изоляция противостоящих сторон. Экономические и научные связи были весьма слабы, а в области стратегически важных отраслей и новых технологий практически отсутствовали. Важные открытия, изобретения, новые разработки в любой области знаний, которые могли быть использованы в военной технике или способствовать экономическому развитию, засекречивались. Поставки прогрессивных технологий, оборудования, продукции запрещались. В результате советская полупроводниковая наука и промышленность, развивались в условиях почти полной изоляции, фактической блокады от всего того, что делалось в этой области в США, Западной Европе, а затем и Японии.

Следует также отметить, что советская наука и промышленность во многих направлениях тогда занимала лидирующее в мире положение. Наши истребители в корейской войне были лучше американских, наши ракеты были мощнее всех, в космосе в те годы мы были впереди планеты всей, первый в мире компьютер с производительностью выше 1 млн. оп/с был наш, водородную бомбу мы сделали раньше США, баллистическую ракету первой сбила наша система ПРО и т.п. Отстать в электронике означало потянуть назад все остальные отрасли науки и техники.

Значение полупроводниковой техники в СССР понимали прекрасно, но пути и методы ее развития были иными, чем в США. Руководство страны сознавало, что противостояние в холодной войне можно обеспечить путем развития оборонных систем, управляемых надежной, малогабаритной электроникой. В 1959 году были основаны такие заводы полупроводниковых приборов, как Александровский, Брянский, Воронежский, Рижский и др. В январе 1961 г. было принято Постановление ЦК КПСС и СМ СССР «О развитии полупроводниковой промышленности», в котором предусматривалось строительство заводов и НИИ в Киеве, Минске, Ереване, Нальчике и других городах. Причем базой для создания первых предприятий полупроводниковой промышленности стали совершенно не приспособленные для этих целей помещения (здания коммерческого техникума в Риге, Совпартшколы в Новгороде, макаронная фабрика в Брянске, швейная фабрика в Воронеже, ателье в Запорожье и т.д.). Но вернемся к истокам.

Первые советские транзисторы

В годы, предшествующие изобретению транзистора, в СССР были достигнуты значительные успехи в создании германиевых и кремниевых детекторов. В этих работах использовалась оригинальная методика исследования приконтактной области путем введения в нее дополнительной иглы, вследствие чего создавалась конфигурация, в точности повторяющая точечный транзистор. Иногда при измерениях выявлялись и транзисторные характеристики (влияние одного «p — n» перехода на другой близко расположенный), но их отбрасывали как случайные и неинтересные аномалии. Мало в чем наши исследователи уступали американским специалистам, не было у них лишь одного — нацеленности на транзистор, и великое открытие выскользнуло из рук. Начиная с 1947 г. интенсивные работы в области полупроводниковых усилителей велись в ЦНИИ-108 (лаб. С. Г. Калашникова) и в НИИ-160 (НИИ «Исток», Фрязино, лаб. А. В. Красилова). В 1948 г., группа А. В. Красилова, разрабатывавшая германиевые диоды для радиолокационный станций, также получила транзисторный эффект и попыталась объяснить его. Об этом в журнале «Вестник информации» в декабре 1948 ими была опубликована статья «Кристаллический триод» — первая публикация в СССР о транзисторах. Напомним, что первая публикация о транзисторе в США в журнале «The Physical Review» состоялась в июле 1948 г., т.е. результаты работ группы Красилова были независимы и почти одновременны. Таким образом научная и экспериментальная база в СССР была подготовлена к созданию полупроводникового триода (термин «транзистор» был введен в русский язык в середине 60-х годов) и уже в 1949 г. лабораторией А. В. Красилова были разработаны и переданы в серийное производство первые советские точечные германиевые триоды С1 — С4. В 1950 г. образцы германиевых триодов были разработаны в ФИАНе (Б.М. Вул, А. В. Ржанов, В. С. Вавилов и др.), в ЛФТИ (В.М. Тучкевич, Д. Н. Наследов) и в ИРЭ АН СССР (С.Г. Калашников, Н. А. Пенин и др.).

Первый советские промышленные транзистор:
точечный С1Г (слева) и плоскостный П1А (справа)

В мае 1953 г. был образован специализированный НИИ (НИИ-35, позже – НИИ «Пульсар»), учрежден Межведомственный Совет по полупроводникам. В 1955 г. началось промышленное производство транзисторов на заводе «Светлана» в Ленинграде, а при заводе создано ОКБ по разработке полупроводниковых приборов. В 1956 г. московский НИИ-311 с опытным заводом переименован в НИИ «Сапфир» с заводом «Оптрон» и переориентирован на разработку полупроводниковых диодов и тиристоров.

На протяжении 50-х годов в стране были разработаны ряд новых технологий изготовления плоскостных транзисторов: сплавная, сплавно-диффузионная, меза-диффузионная.

Полупроводниковая промышленность СССР развивалась достаточно быстро: в 1955 г. было выпущено 96 тысяч, в 1957 г. – 2,7 млн, а в 1966 г. – более 11 млн. транзисторов. И это было только начало.

Статья помещена в музей 6.01.2008

История изобретения транзистора




Мы все знаем, что «транзистор» является неотъемлемой частью любой электронной цепи или устройства. Очень редко можно увидеть схемы, построенные по крайней мере без одного транзистора. Это полупроводниковый прибор используется для целей переключения или для целей усиления в электронных устройствах. Они бывают в отдельном корпусе или в сочетании с интегральными микросхемами.  Транзисторы бывают двух типов PNP и NPN. Наиболее часто используются транзисторы NPN.

В этой статье позволяет искать глубоко в интересную историю изобретения транзистора. Также имеется статья по Истории изобретения соединения PN.






Родители транзисторов

22 октября 1925 Австрийск-Венгерский физик, Юлиуса Эдгара Лилиенфельда записал первый патент для транзисторов в Канаде. Но, как он не сделал каких-либо научных публикаций относительно изобретения транзистора, отрасли игнорировать его работу. Тем не менее он имел большую роль в изобретении полевой транзистор. После работ Джулиус, в 1934, немецкий физик, Оскар Хайль отмечен другой патент на полевой транзистор. Хотя не выводы были сделаны в то время, позже исследования показывают, что Юлий Лилиенфельд транзистор дал отличный результат и получить. Джон Бардин, Уильям Брэдфорд Шокли и Уолтер Браттейн сделал параллельных исследований с Германий.

Какова была необходимость?

Вы можете догадаться, что сделали эти люди работают так религиозно на транзисторы? Есть роль, которую играет кристаллах германий позади экрана! Конечная цель исследований было производить чистый Германий кристалл диода смеситель, который был использован в РЛС. Эти радары служил цели смеситель частоты.

Достижение с Германий

Университет Пердью доказал успех в производстве чистого и Германий стандарт качества полупроводниковых кристаллов. Как трубка на основе технологии не достаточно быстро, они пытались с полупроводниковые диоды. Узнать больше о этот диод, они пытались, оформляя триод; Однако они нашли этот процесс будет очень утомительным.

Достижений с триода

Джон Бардин развитые поверхности физика, которая является результатом исследований и странное поведение предыдущего исследования. Бардин и Браттейн удалось сделать работы устройства и затем Шокли попытался разработать устройство полупроводникового триода на основе.

Что является базой для изобретения?

Принцип изобретения транзистора лежит на понимание подвижность электронов. Если поток электронов от эмиттера к коллектору может контролироваться одним так или иначе, усилитель может быть построен диода! Это казалось очень сложно, но Браттейн сделал шаг. Когда команда работает на создание такого устройства, было много недостатков в исследованиях. Во времена работала система, и иногда он неожиданно перестал работать.

И какие могут быть решения?

Если есть проблема, должно быть решение. Когда не работает настройка был помещен на воде, к счастью, он начал работать! Из-за чистой обвинения будет двигаться электроны в любой одной части кристаллов. Как противоположными зарядами, более вероятно, чтобы привлечь, электроны в излучателей и отверстия в коллекторы, как правило, двигаться в направлении поверхности кристалла. Противоположный заряд был получен из воздуха или воды. Эти чистые расходы могут быть легко оттеснили от применения очень мало количество заряда от часть кристалла. Максимальная инъекции электронов, что было необходимо промыть обвинения тогда был заменен с минимальным запасом электронов. Таким образом понимание исследователи проложили путь для решения проблемы. Нет никакой необходимости двух отдельных или отдельных полупроводники; Вместо этого немного больше одной поверхности может использоваться в качестве замены.

Новая система

В новом изобретении эмиттер и коллектор были расположены в верхней части которой были близко друг к другу и свинца управления был сделан на базе кристалл. На применении текущего, электронов или дырок от эмиттеров и коллекторов были очищены, по всему полу дирижер и они были собраны в дальнем конце поверхности кристалла.

Первый когда-либо транзистор

Хотя есть множество эволюций транзистора, первый транзистор был сделан после многих неудач. BELL laboratories телефон пытался на этот процесс и сталкиваются с нет успех. Изобретение транзистора точки контакт-это еще одна интересная история. Было установлено, что, когда контакты были более тесно, системы или Настройка стала еще более хрупким. Золото катушки был вставлен в конце пластиковый клин. Затем он был сокращен с помощью бритвы на кончике. В результате два близко расположенных червонцев. Было установлено, что тока начали поступать когда напряжения был применен на другой стороне кристалла, после того, как пластик был толкаемых вниз поверхность этого кристалла. Таким образом был изобретен транзистор контактной точки.

Это было 16 декабря 1947 года, было сделано двойной точкой контакта транзистор, создавая контакт с поверхностью Германий. Этот Германий был ранее анодированного до 90 вольт и несколько золотых пятен были испарялась. При нажатии золотые пятна на голой поверхности, на золото был установлен связаться поверхности идеально. Вопросы были разделены на расстоянии около 4 X 10-3 см. Среди две точки одна была использована как сетки и другой был использован как плита. Браттейн и Мур показал набор до несколько их коллег и изобретение транзистора было объявлено на 23РД декабря 1947 года.

Уильям Брэдфорд Шокли, Джон Бардин и Уолтер Хаузер Браттейн были награждены Нобелевской премией в 1956 году для этого преобразования жизни исследования на полупроводниках и их открытия (вместо изобретения) транзистора.

Помимо Уильям Брэдфорд Шокли, Джон Бардин и Браттейн, Уолтер Хаузер двенадцать больше людей сказали принимать непосредственное участие в изобретении транзисторов.

Transistron

В 1948 году Герберт Matare и Генрих Уэлкер применяется для патента на прочной основе транзисторов, которые назывались transistrons. Поскольку там не было каких-либо объявление от Белл, было объявлено, что transistrons были разработаны независимо друг от друга. Эти transistrons были коммерчески изготовлено и был использован в французской телефонной компании.






Очерк истории транзистора

Воссоздание
Первый транзистор

./10by10bkgrd1.gif» bordercolor=»#006600″>

Чет
Huntley, Reporting
Фильм QuickTime на этой странице

ПОМОЩЬ
Что это
КОРОБКА
на этой странице?

«Просто
для смеха»

Джин Андерсон

Джон Бардин

Александр Белл

Уолтер Браттейн

Роберт Браттейн

Уолтер Браун

Ли Де Форест

Фил Фой

Роберт Гибни

Лилиан Ходдесон

Ник Холоньяк

Тед Хофф

Карл Ларк-Горовиц

Масару Ибука

Джордж Индиг

Мервин Келли

Джек Килби

Гордон Мур

Акио Морита

Боб Нойс

Рассел Ол

Джон Пирс

Майкл Риордан

Ян Росс

Фред Зейтц

Гарри Селло

Билл Шокли

Шокли,
Браттейн
и Бардин

Джоэл Шуркин

Бетти Спаркс

Морган Спаркс

Чарльз Стюарт

Артур Торсильери

Гордон Тил

Фред Терман

Предательская восьмерка

Теодор Вейл

АТ&Т

Белл
Лаборатории

Фэирчайлд Полупроводник

Интел

Шокли
Полупроводник

Кремний
Долина

Сони

Инструменты Техаса

 

«Транзистор был, наверное, самым
важное изобретение 20-го века и история изобретения
это одно из столкновений эго и сверхсекретных исследований. ..»

Take_a

Быстрый тур

Это
краткое введение описывает вовлеченных лиц и организации
в истории транзистора. Для более богатой картины, пожалуйста, следуйте
ссылки на этом веб-сайте.

Белл
Лаборатории, одна из крупнейших в мире промышленных лабораторий,
был исследовательским подразделением гигантской телефонной компании American Telephone.
и Телеграф (AT&T). В 1945, Белл Лабс
начал искать решение давней проблемы.

1907
— Проблема

AT&T привезла своего бывшего президента Теодора Вейла,
выхода на пенсию, чтобы помочь ему бороться с конкуренцией, возникающей из-за
истечение срока полномочий Александра Грэма Белла
телефонные патенты. Решение Vail: трансконтинентальная телефонная связь.

В 1906 году эксцентричный американский изобретатель
Ли Де Форест разработал триод в вакуумной лампе. Это было устройство, которое могло усиливать сигналы,
включая, как надеялись, сигналы по телефонным линиям, когда они передавались
по стране от одной распределительной коробки к другой. AT&T купила De
Патент Фореста и значительно улучшил трубку. Это позволило подать сигнал
регулярно усиливаться по линии, что означает, что телефонный разговор
может проходить на любом расстоянии, пока есть усилители вдоль
путь.

Но электронные лампы, которые сделали это усиление возможным
были крайне ненадежны, потребляли слишком много энергии и производили слишком много
нагревать. В 1930-х годах директор по исследованиям Bell Lab Мервин Келли понял, что необходимо более совершенное устройство.
чтобы телефонный бизнес продолжал расти. Он чувствовал, что ответ
может лежать в странном классе материалов, называемых полупроводниками.

1945
— Решение

После окончания Второй мировой войны Келли собрал команду
ученых для разработки твердотельного полупроводникового переключателя, который заменит
проблемная вакуумная трубка.
Команда использовала некоторые достижения в области исследований полупроводников во время
война, которая сделала радары возможными. Молодой, блестящий теоретик,
Билл Шокли был выбран в команду
лидер. (См. Шокли, Браттейн и Бардин?
команда и товарищи по команде)

Шокли выбрал Уолтера Браттейна из Bell Lab, физика-экспериментатора.
который мог построить или починить что угодно, и нанял физика-теоретика
Джон Бардин
из Университета Миннесоты. Шокли пополнил свою команду
эклектичная смесь физиков, химиков и инженеров. Группа была
разнообразны, но сплочены. Уолтер Браун,
физик, присоединившийся к группе в 1951 году, вспоминает, что слышал об
вечеринки и хорошие обеды. Бетти Спаркс,
Секретарь Шокли вспомнила приподнятое настроение группы на ее свадьбе.
к Моргану Спарксу. Они позвонили в свою лабораторию.
«Адский
Лаборатория колоколов».

Весной 1945 года Шокли спроектировал то, на что надеялся.
будет первым полупроводниковым усилителем, основанным на так называемом
«эффект поля». Его устройство
представлял собой небольшой цилиндр, тонко покрытый кремнием, установленный близко к
небольшая металлическая пластина. Это было, как инженер-электрик Университета Иллинойса
Ник Холоньяк сказал, сумасшедшая идея. Верно,
устройство не сработало, и Шокли поручил Бардину и Браттейну
узнать почему. По словам автора Джоэла Шуркина,
двое в основном работали без присмотра; Шокли проводил большую часть своего времени
работает одна дома.

Находится в помещениях Bell Labs в Мюррей Хилл, Бардин.
и Браттейн начали отличное партнерство. Бардин, теоретик, предложил
эксперименты и интерпретировал результаты, в то время как Браттейн строил и запускал
эксперименты. Техник Фил Фой вспоминает
что время шло без особого успеха, внутри него начала нарастать напряженность.
лабораторная группа.

Осенью 1947 года автор Лилиан
Ходдесон говорит, что Браттейн решил попробовать замочить весь аппарат.
в ванну с водой. Удивительно, но это сработало… немного.

Браттейн начал экспериментировать с золотом на германии, устраняя
жидкий слой на теории, что он замедляет работу устройства.
Это не сработало, но команда продолжала экспериментировать с этим дизайном.
отправная точка.

Незадолго до Рождества к Бардину пришло историческое озарение.
Все думали, что знают, как ведут себя электроны в кристаллах, но Бардин
обнаружил, что ошиблись. Электроны образовали барьер на поверхности.
Его прорыв был тем, что им было нужно. Не сказав Шокли о
изменения, которые они вносили в расследование, Бардин и Браттейн
работал над. 16 декабря 1947, они построили транзистор с точечным контактом,
из полосок золотой фольги на пластиковом треугольнике, вставленном в
контакт с пластиной германия.

Когда Бардин и Браттейн позвонили Шокли, чтобы сообщить ему
изобретения, Шокли был доволен результатами группы и
в ярости, что он не принимал непосредственного участия. Он решил, что для сохранения
его положение, он должен был бы сделать Бардина и Браттейна лучше.

Его устройство, многослойный транзистор, было
развивается в порыве творчества и гнева, в основном в гостиничном номере
в Чикаго. Всего ему потребовалось четыре недели работы пером на бумаге,
хотя потребовалось еще два года, прежде чем он смог построить его.
Его устройство было более прочным и практичным, чем устройство Бардина и Браттейна.
транзистор с точечным контактом, и гораздо проще
для производства. Он стал центральным артефактом электронной
возраст. Автор Майкл Риордан говорит, что Бардина и Браттейна «оттеснили».
Это оскорбление разрушило команду, превратив когда-то совместную атмосферу
в тот, который был высококонкурентным. Проблемы, чьи имена должны
быть на патенте на устройство, и кто должен быть представлен в рекламе
фотографии, еще больше усилили напряжение.

Лаборатории Белла решили представить изобретение 30 июня.
1948. С помощью инженера Джона Пирса
который в свободное время писал научную фантастику, Bell Labs остановились на
название «транзистор» — объединяющее идеи
«транс-сопротивление» с названиями других устройств, таких как термисторы.

Изобретение в то время не привлекло особого внимания, либо
в популярной прессе или в промышленности. Но Шокли увидел его потенциал.
Он покинул Bell Labs, чтобы основать Shockley Semiconductor в Пало-Альто, Калифорния.
Он нанял превосходных инженеров и физиков, но, по
химик Гарри Селло, личность Шокли
изгнал восемь из его лучших и умнейших. Эти «предательские
восемь» основал новую компанию под названием Fairchild
Полупроводник. Боб Нойс и Гордон Мур, двое
из восьми, сформировал корпорацию Intel. Они
(и другие в Техасе
Instruments) изобрели интегральную схему. Сегодня,
Intel ежедневно производит миллиарды транзисторов на своих интегральных схемах,
тем не менее Бардин, Браттейн и Шокли зарабатывали очень мало денег на своих
исследовать. Тем не менее, компания Шокли положила начало Silicon.
Долина.

Бардин ушел из Bell Labs в Университет Иллинойса,
где он получил вторую Нобелевскую премию. Браттейн оставался там несколько лет,
а потом ушел преподавать. Шокли потерял компанию и преподавал в Стэнфорде.
какое-то время, а затем был вовлечен в пресловутый спор о расе,
генетика и интеллект, которые разрушили его репутацию.

В 1950-х и 1960-х годах большинство компаний США решили сосредоточиться
их внимание на военный рынок в производстве транзисторной продукции.
Это оставило дверь широко открытой для японских инженеров, таких как Масару.
Ибука и Акио
Морита, основавший новую компанию Sony Electronics.
которая массово производила крошечные транзисторные радиоприемники. Президент Bell Labs
Почетный Ян Росс
сказали, что часть их успеха заключалась в развитии способности
для быстрого массового производства транзисторов.

Транзисторное радио изменило мир, открыв
век информации. Информация могла быстро разлететься по концам
Земли до такой степени, что историк Чарльз Стюарт услышал о
убийство Мартина Лютера Кинга-младшего бедуинскими племенами в
Сахара вскоре после того, как это произошло.

Первоначальная тройка встречалась несколько раз после расставания:
однажды в Стокгольме, Швеция, чтобы получить 1956 Нобелевская премия
за их вклад в физику, и еще раз в Bell Labs
в 1972 году в ознаменование 25 -й годовщины их изобретения.
Они праздновали то, чего не могли знать, когда впервые
начали работать над транзистором — что они собирались изменить
Мир.

Наверх

__________________
Для дополнительного чтения
, см. Майкл Риордан и Лилиан
Кристалл Ходдесона
Огонь: изобретение транзистора и рождение информационного века,
Нью-Йорк, В. В. Нортон (1998)

Ресурсы: Новостной видеоролик на этой странице
произведено Bell Labs, авторские права принадлежат AT&T Bell Labs.


-PBS Online- -Сайт
Кредиты- -Фото Кредиты- -Отзывы-

Авторское право
1999 г. , ScienCentral, Inc. и Американский институт физики.
Нет
часть этого веб-сайта может быть воспроизведена без письменного разрешения.
NavKnob является товарным знаком ScienCentral, Inc. Все права защищены.

Кто изобрел транзистор? — CHM

Читая мой недавний блог @CHM «Кто изобрел диод?» Старший куратор CHM Даг Спайсер указал мне на увлекательный научный трактат «Одиночные и множественные в научных открытиях: глава в социологии науки», в котором описывается, как множественные независимые открытия научных явлений являются скорее нормой, чем исключением. Автор, Роберт К. Мертон, прослеживает это понимание до елизаветинского философа, государственного деятеля и ученого сэра Фрэнсиса Бэкона.

Мертон также перефразирует замечание Бэкона о том, что «если следовать правильному пути, из растущего запаса знаний будет происходить бесконечное количество открытий». Эта закономерность была очевидна в истории диода. И, как описано в этом блоге, это повторилось при разработке следующего большого скачка в полупроводниковых устройствах — транзистора.

В начале прошлого века ученые знали, как сделать диод с двумя выводами, поместив острый металлический зонд в контакт с полупроводниковым кристаллом. Эти точечные диоды могли преобразовывать колебательный сигнал в устойчивый сигнал и нашли широкое применение в качестве детекторов в кварцевых радиоприемниках. К 19Изобретатели 20-х годов начали исследовать использование полупроводников для усиления и коммутации сигналов.

Ранние полупроводниковые усилители

Олег В. Лосев (1903 – 1942)

Некоторые из первых работ по полупроводниковым усилителям появились в Восточной Европе. В 1922-23 годах русский инженер Олег Лосев из Нижегородской радиолаборатории в Ленинграде обнаружил, что особый режим работы точечного диода на кристалле цинкита (ZnO) обеспечивает усиление сигнала до 5 МГц. Хотя Лосев много лет экспериментировал с этим материалом в радиосхемах, он умер в 1942 блокады Ленинграда и не смог отстоять свое место в истории. Его работы малоизвестны.

Австро-венгерский физик Юлиус Э. Лилиенфельд переехал в США и в 1926 году подал патент на «Метод и устройство для управления электрическими токами», в котором он описал трехэлектродное усилительное устройство, использующее медно-сульфидный полупроводниковый материал. Лилиенфельду приписывают изобретение электролитического конденсатора, но нет никаких доказательств того, что он построил работающий усилитель. Его патент, однако, имел достаточное сходство с более поздним полевой транзистор , чтобы отклонить будущие патентные заявки на эту структуру.

Юлиус Э. Лилиенфельд (1882–1963), предоставлено AIP Emilio Segre Visual Archives

Немецкие ученые также внесли свой вклад в это раннее исследование. Во время работы в Кембриджском университете в Англии в 1934 году немецкий инженер-электрик и изобретатель Оскар Хейл подал патент на управление протеканием тока в полупроводнике посредством емкостной связи на электроде — по сути, полевого транзистора. А в 1938 Роберт Поль и Рудольф Хилш экспериментировали с кристаллами бромида калия с тремя электродами в Геттингенском университете. Они сообщили об усилении низкочастотных (около 1 Гц) сигналов. Ни одно из этих исследований не привело к каким-либо приложениям, но сегодня в кругах аудиофилов Хейла помнят за его преобразователь движения воздуха, используемый в динамиках высокой точности воспроизведения.

Первые транзисторы

Из-за их низкой надежности и большого энергопотребления к концу 1930-х годов инженеры American Telephone and Telegraph знали, что схемы на электронных лампах не удовлетворят быстрорастущий спрос компании на увеличение пропускной способности телефонных звонков. Директор по исследованиям Bell Laboratories Мервин Дж. Келли поручил Уильяму Шокли изучить возможность использования полупроводниковой технологии для замены ламп.

Используя усовершенствованные полупроводниковые материалы, разработанные для радарных детекторов во время войны, в начале 1945 года Шокли экспериментировал с полевым усилителем, схожим по своей концепции с теми, что были запатентованы Хейлом и Лилиенфельдом, но он не работал так, как он предполагал. Физик Джон Бардин предположил, что электроны на поверхности полупроводника могут блокировать проникновение электрических полей в материал. Под руководством Шокли вместе с физиком Уолтером Браттейном Бардин начал исследовать поведение этих «поверхностных состояний».

Джон Бардин, Уильям Шокли и Уолтер Браттейн в 1948 году, предоставлено Bell Telephone Laboratories

16 декабря 1947 года их исследования завершились созданием успешного полупроводникового усилителя. Бардин и Браттейн нанесли два близко расположенных золотых контакта, удерживаемых пластиковым клином, на поверхность небольшой пластинки из высокочистого германия. 23 декабря они продемонстрировали свое устройство сотрудникам лаборатории, а в июне 1948 года Bell Labs публично объявила о революционном твердотельном устройстве, которое они назвали «транзистор».

В начале того же года, исследуя явление, которое он назвал «интерференцией», немецкий физик Герберт Матаре и его коллега Генрих Велкер независимо друг от друга изготовили усилитель на основе германия с двумя точечными контактами, касающимися его поверхности, в лаборатории Westinghouse в Париже, Франция. Узнав об объявлении Bell Labs, Матаре и Велкер подали заявку на патент на собственное устройство, которое они назвали «транзистроном».

Улучшение транзистора

Понимая, что конструкция с точечным контактом имеет серьезные ограничения, и подстрекаемый профессиональной ревностью, поскольку он возмущался тем, что не участвовал в ее открытии, Шокли работал в одиночку над созданием более надежного и воспроизводимого устройства. Представлен в 1952, транзистор с биполярным переходом Шокли, сделанный из цельного куска полупроводникового материала без точечных контактов, доминировал в отрасли в течение следующих 30 лет. Все трое ученых из Bell Labs получили Нобелевскую премию по физике 1956 года за свой вклад.

В течение следующего десятилетия было разработано множество различных методов производства для производства более быстрых, дешевых и еще более надежных транзисторов. Важным достижением в 1954 году стал кремниевый транзистор , сначала созданный Моррисом Таненбаумом из Bell Labs, а вскоре после этого группой под руководством химика Уиллиса Адкока из выскочки Texas Instruments. К концу 1950-х годов кремний стал предпочтительным материалом в отрасли, а TI — доминирующим поставщиком полупроводников.

Команда разработчиков кремниевых транзисторов Texas Instruments 1954 года: У. Адкок, М. Джонс, Э. Джексон и Дж. Торнхилл, предоставлено Texas Instruments, Inc.

Основатели Fairchild Semiconductor, стартапа в Калифорнии Силиконовая долина основала свою компанию с целью сделать кремниевый транзистор еще лучше. Их повседневные задачи по разработке новой технологии подробно описаны в нескольких патентных блокнотах Fairchild из коллекции музея, в частности, в тех, которые написаны Гордоном Муром и Шелдоном Робертсом. Совпав с началом «космической гонки», их 1958 введение кремниевого меза-транзистора с двойной диффузией имело большой коммерческий успех. Проблемы надежности, которые угрожали будущему компании, были решены с помощью революционного планарного процесса, разработанного швейцарским физиком Жаном Хорни. Планарная техника Хорни не только превратила производство транзисторов из полуручного производства в крупносерийное автоматизированное производство. Это также позволило разработать современную интегральную схему (ИС).

МОП-транзистор

Мартин М. Аталла (1924 – 2009), Courtesy of the Atalla Family

Идеи Лилиенфельда и Хейла и неудачных ранних экспериментов Шокли наконец принесли свои плоды в 1959 году, когда он работал на египетского инженера Мартина М. (Джона) Аталла над исследованием поверхностей полупроводников в Bell Labs. корейский инженер-электрик Давон Кан построил первый успешный полевой транзистор (FET), состоящий из слоев металла (M — затвор), оксида (O — изоляция) и кремния (S — полупроводник). МОП-транзистор, обычно сокращенный до МОП, обещал значительно меньший, более дешевый и менее мощный транзистор.

Давон Канг (1931–1992), предоставлено NEC Corporation

Fairchild и RCA представили коммерческие МОП-транзисторы в 1964 году. Но за десятилетие, которое потребовалось для решения ранних производственных проблем с МОП-процессом, отдельные транзисторы в значительной степени были заменены ИС.

Leave a Comment