Първият транзистор: датата и историята на изобретението, принципът на действие, предназначение и приложение

Кой е създал първия транзистор? Този въпрос е от голямо значение за мнозина. Първият патент за полеви транзисторен принцип е направен в Канада от австро-унгарския физик Юлий Едгар Лилиенфелд на 22 октомври 1925 г., но Лилиенфелд не публикува никакви научни статии за своите устройства и работата му е пренебрегвана от индустрията. Така първият транзистор в света е потънал в историята. През 1934 г. немският физик д-р Оскар Хейл патентова още един полеви транзистор. Няма преки доказателства, че тези устройства са построени, но по-късно работата през 90-те години показва, че един от проектите на Лилиенфелд работи както е описано и дава значителен резултат. Добре известният и общоприет факт е, че Уилям Шокли и неговият асистент Джералд Пиърсън са създали работни версии на патентите на Лилиенфелд, които, разбира се, никога не са били споменавани в някоя от по-късните му научни статии или исторически статии. Първите компютри на транзисторите, разбира се, бяха построени много по-късно.


Лаборатория Bella

Лабораторията на Bella работи върху транзистор, конструиран да произвежда изключително чист германиев "кристален" миксер диоди, използвани в радарни инсталации като елемент на честотен миксер. Паралелно с този проект имаше и много други, включително транзистор на германиеви диоди. Ранните вериги не са имали бърза характеристикапревключватели, а вместо това екипът на Bell използва твърди диоди. Първите компютри на транзисторите работят по подобен принцип.

По-нататъшни проучвания на Shockley

След войната Shockley решава да се опита да изгради triodopodobnoe полупроводниково устройство. Той осигури финансиране и лабораторно пространство, след което започна да се занимава с проблема с Бардин и Браттен. Джон Бардин в крайна сметка разработи нов клон на квантовата механика, известен като повърхностна физика, за да обясни първите си неуспехи и тези учени накрая успяха да създадат работно устройство.


Ключът към развитието на транзистора е по-нататъшното разбиране на процеса на мобилност на електроните в полупроводника. Доказано е, че ако има някакъв начин да се контролира потокът от електрони от емитера към колектора на този новооткрит диод (намерен през 1874 г., патентован през 1906 г.), би било възможно да се изгради усилвател. Например, ако поставите контактите от двете страни на един и същи тип кристал, токът няма да премине през него.
Всъщност се оказа много трудно. Размерът на кристала би бил по-усреднен и броят на предвидените електрони (или дупки), които трябва да бъдат "инжектирани", е много голям, което би го направило по-малко полезен от усилвател, защото това би изисквало голям ток на инжектиране. Въпреки това, цялата идея на кристалния диод е, че самият кристал може да държи електроните на много кратко разстояние, докато в същото време практически на ръба на изтощение.Очевидно, ключът беше, че входните и изходните контакти бяха много близо един до друг на повърхността на кристала.

Произведенията на Брат

Братън започна да работи по създаването на такова устройство и всички намеци за успех продължават да се появяват, когато екипът работи по проблема. Изобретението е сложна работа. Понякога системата работи, но след това се появява нова грешка. Понякога резултатите от работата на Братан внезапно започнаха да работят във вода, очевидно заради високата й проводимост. Електроните във всяка част на кристала мигрират чрез затворени заряди. Електроните в излъчвателите или "дупките" в колекторите се натрупват директно отгоре на кристала, където получават противоположен заряд, "плуващ" във въздуха или водата. Обаче, те могат да бъдат изтласкани от повърхността с използването на малко количество заряд от всяко друго място на кристала. Вместо да изискват голямо количество инжектирани електрони, много малко число на правилното място на кристала ще направи същото.
Новият опит на изследователите до известна степен спомогна за решаването на възникналия преди проблем на една малка контролна зона. Вместо да се използват два отделни полупроводника, свързани с обща, но малка площ, ще се използва една голяма повърхност. Изходът на излъчвател и колектор ще бъде разположен отгоре, а управляващият проводник е разположен на основата на кристала. Когато токът беше приложен към "основното" заключение, електроните ще бъдат избутани през полупроводниковия блок и сглобени на далечна повърхност.Докато емитерът и колекторът бяха много близки, той трябваше да осигури достатъчно електрони или дупки между тях, за да стартира стопанството.

Присъединяване към Brea

Ранното свидетелство за това явление е Ralph Bray, млад аспирант. Той се присъедини към развитието на германиевия транзистор в университета Purdue през ноември 1943 г. и получи сложната задача за измерване на съпротивлението на разсейване върху контактния метал-полупроводник. Brey откри много аномалии, като например вътрешните бариери с висока устойчивост в някои проби от Германия. Най-интересният феномен е изключително ниският импеданс, наблюдаван при прилагане на импулси на напрежение. Първите съветски транзистори са разработени въз основа на тези американски разработки.

Пробив

На 16 декември 1947 г., с помощта на контакт от две точки, бе осъществен контакт с повърхността на германия, анодирана до деветдесет волта, електролитът се измива с вода и след това няколко златни петна падаха върху него. Златните контакти бяха притиснати към голите повърхности. Разделението между точките е около 4 x 10 -3 cm. Една точка беше използвана като решетка, а друга точка - като чиния. Evasion (DC) на решетката трябваше да е положителен, за да получи напрежение на табелката от около 15 волта.

Изобретението на първия транзистор

С историята на този чудодействащ механизъм се засягат много въпроси. Някои от тях са познати на читателя. Например: защо първите транзистори на СССР бяха PNP-тип? Отговорът на този въпрос е в продължаването на цялата тази история. Bratten и H. R. Mooreдемонстрираха пред няколко колеги и мениджъри в Bell Labs следобед на 23 декември 1947 г., резултатът, който постигнаха, така че този ден често се нарича дата на раждане на транзистора. PNP-контактният германиев транзистор работи като речеви усилвател с усилване от 18. Това е отговорът на въпроса защо първите транзистори на СССР са PNP-тип, тъй като са закупени от американци. През 1956 г. Джон Бардин, Уолтър Хаузер Браттен и Уилям Брадфорд Шокли бяха наградени с Нобелова награда за физика за изучаване на полупроводници и откриването на транзисторния ефект.

12 души са пряко свързани с изобретението на транзистора в лабораторията на Bell.

Първите транзистори в Европа

В същото време някои европейски учени възпламениха идеята за твърдотелни усилватели. През август 1948 г. германските физици Хърбърт Ф. Матари и Хенри Уелкър, които работеха в Compagnie des Freins et Signaux Westinghouse Institute в Aulnay-sous-Bois, Франция, подадоха патент за усилвател, базиран на малцинство, което те наричат ​​"транзистор". Тъй като Bell Labs не публикува транзистора до юни 1948 г., транзисторът се счита за самостоятелно разработен. За първи път Матар? наблюдава ефектите от стръмността в производството на силициеви диоди за немското радарно оборудване по време на Втората световна война. Транзисторите бяха произведени в търговската мрежа за френската телефонна компания и военните, а през 1953 г. радиостанцията с четири транзистора беше демонстрирана на радиостанцията в Дюселдорф.
Bell Telephone Laboratories се нуждаеше от име за ново изобретение: бяха взети под внимание полупроводниковите триоди, триодите от опитите на държави, кристалните триоди, солидните триоди и йотатроните, но "транзисторът", изобретен от Джон Р. Пиърс, беше ясен победител в вътрешното гласуване (отчасти поради близостта на инженерите на Бел. разработена за суфикса "-stor"). Първата в света търговска транзисторна линия беше в Western Electric на Union Boulevard в Allentown, Пенсилвания. Производството започва на 1 октомври 1951 г. с точковиден германиев транзистор.

Последващо прилагане

До началото на 50-те години този транзистор е бил използван във всички видове производство, но все още съществуват значителни проблеми, които възпрепятстват широкото му използване, като чувствителност към влага и нестабилност на проводниците, прикрепени към кристалите на Германия.
Shockley често е обвиняван за плагиатство, защото неговите творби са били много близки до творбите на голям, но непризнат унгарски инженер. Но адвокатите на Bell Labs бързо решиха този проблем. Въпреки това Shockley беше шокиран от критиките и реши да покаже кой е истинският мозък на цялата велика епопея в изобретението на транзистора. Само за няколко месеца той изобретява напълно нов тип транзистор, който има много особена "сандвич структура". Тази нова форма е много по-надеждна от крехката контактна система и накрая започва да се използва във всички транзистори от 60-те години. Скоро тя се превърна в двуполюсен преходен апарат, който станаоснова за първия биполярен транзистор. Устройството за статична индукция, първата концепция за високочестотен транзистор, е изобретено от японските инженери Jun-ichi Nishizawa и Y. Watanabe през 1950 г. и накрая успява да създаде експериментални прототипи през 1975 г. Това е най-бързият транзистор през 80-те години на ХХ век. Последващите разработки включват устройства с разширена връзка, повърхностен бариерен транзистор, дифузия, тетродинамика и пентод. Дифузионният силициев "mesa-транзистор" е разработен през 1955 г. в Bell и се предлага в търговската мрежа от Fairchild Semiconductor през 1958 г. Пространството е тип транзистор, разработен през 1950 г. като подобрение на транзистора на контактната точка и по-късния транзистор от сплавта. През 1953 г. Philco разработва първото в света високочестотно устройство за повърхностна бариера, което също е първият транзистор, подходящ за високоскоростни компютри. Първото в света транзисторно радио, произведено от Philco през 1955 г., използва транзистори с повърхностна бариера в своята схема.

Разрешаване на проблеми и усъвършенстване

Проблемът за чистотата остава с решаването на проблемите на нестабилността. Създаването на необходимата чистота в Германия се оказа сериозен проблем и ограничи броя на транзисторите, които действително работят върху тази партида материал. Чувствителността на Германия към температурата също ограничава нейната полезност.
Учените предполагат, че силицийът ще бъде по-лесно да се направи, но малцина са проучили тази възможност. Морис Таненбаум от Bell Laboratories е първият, който разработи работещ силиконов транзистор26 януари 1954 г. Няколко месеца по-късно Гордън Тил, който работи самостоятелно в Texas Instruments, разработи подобно устройство. И двете устройства бяха направени чрез контролиране на допирането на един силициев кристал, когато те бяха отгледани от стопен силиций. По-висок метод е разработен от Морис Таненбаум и Калвин С. Фулър от Bell Laboratories в началото на 1955 г. чрез газово дифузия на донорни и акцепторни примеси в монокристални силициеви кристали.

Полеви транзистори

Полевият транзистор е първоначално патентован от Jules Edgar Lilienfeld през 1926 г. и Oscar Hale през 1934 г., но практически полупроводникови устройства (JFET транзистори) са разработени по-късно, след като ефектът от транзистора е наблюдаван и обяснен от екипа на Уилям Шокли в Bell Labs през 1947 г., веднага след двадесетгодишния патент. Първият тип JFET е статичен индукционен транзистор (SIT), изобретен от японските инженери Jun-ichi Nishizawa и Y. Watanabe през 1950 година. SIT е дълъг JFET дължина на канала. Полупроводниковият полеви транзистор (MOSFET) на метал-оксид-полупроводник, който до голяма степен замени JFET и оказа дълбоко въздействие върху развитието на електронните електронни технологии, е изобретен от Down Coughing и Martin Atalloy през 1959 г. Полевите транзистори могат да бъдат устройства с мажоритарен заряд, в които токът се пренася главно от мажоритарни носители или устройства с носители на по-малки заряди, при които токът се дължи главно на потока от не-основни носители. устройствоСъстои се от активен канал, през който електроните или дупките на носителя на заряда идват от източника към канализацията. Окончателните заключения на източника и изтичането са свързани с полупроводника чрез омичните контакти. Проводимостта на канала е функция на потенциала, използван през терминалите на портата и източника. Този принцип на работа доведе до първите транзистори с дължина на вълната. Всички полеви транзистори имат терминали на източника, източник и затвор, които съответстват приблизително на излъчвателя, колектора и базата BJT. Повечето полеви транзистори имат четвърти терминал, наречен черупка, основа, маса или субстрат. Този терминал служи за превключване на транзистора в действие. Това е необичайно да се направи не-тривиално използване на случай терминали в схеми, но присъствието му е важно при конфигуриране на физическото оформление на интегралната схема. Размерът на портата, дължината L на диаграмата, е разстоянието между източника и изтичането. Ширината е разширение на транзистора в посока, перпендикулярна на напречното сечение в диаграмата (т.е. в /от екрана). Обикновено ширината е много по-голяма от дължината на портата. Дължината на затвора от 1 μm ограничава горната честота до приблизително 5 GHz, от 02 до 30 GHz.

Свързани публикации