Биринчи транзисторду ким жараткан? Бул суроо көп адамдарды тынчсыздандырат. Талаа эффектисинин транзистор принцибине биринчи патент 1925-жылдын 22-октябрында австриялык-венгриялык физик Юлиус Эдгар Лилиенфельд тарабынан Канадада берилген, бирок Лилиенфельд өзүнүн аппараттары боюнча эч кандай илимий макалаларды жарыялаган эмес жана анын эмгектери өнөр жай тарабынан этибарга алынган эмес. Ошентип, дүйнөдөгү биринчи транзистор тарыхка кирди. 1934-жылы немис физиги доктор Оскар Хейл дагы бир FETти патенттеген. Бул аппараттардын курулганына түздөн-түз далил жок, бирок кийинчерээк 1990-жылдары жасалган иштер Лилиенфельддин долбоорлорунун бири сүрөттөлгөндөй иштеп, олуттуу натыйжа бергенин көрсөттү. Уильям Шокли жана анын жардамчысы Джералд Пирсон Лилиенфельддин патенттеринен аппараттын жумушчу версияларын түзүшкөнү азыр жалпыга белгилүү жана жалпы кабыл алынган факт, алар, албетте, алардын кийинки илимий макалаларында же тарыхый макалаларында эч качан айтылган эмес. Биринчи транзистордук компьютерлер, албетте, кийинчерээк курулган.
Bella Lab
Bell Labs жыштык аралаштыргычтын бир бөлүгү катары радар орнотмолорунда колдонулган өтө таза германий "кристалл" аралаштыргыч диоддорду өндүрүү үчүн курулган транзистордун үстүндө иштеген. Бул долбоорго параллелдүү, башка көптөгөн нерселер, анын ичинде германий диод транзистору бар болчу. Түтүккө негизделген алгачкы схемалар тез алмаштыруу мүмкүнчүлүгүнө ээ болгон эмес жана Bell командасы анын ордуна катуу абалдагы диоддорду колдонушкан. Биринчи транзистордук компьютерлер ушундай принципте иштешкен.
Шоклинин андан аркы изилдөөсү
Согуштан кийин Шокли триод сымал жарым өткөргүч түзүлүштү курууну чечкен. Ал каржылоону жана лабораториялык мейкиндикти камсыздап, андан кийин Бардин жана Браттен менен маселенин үстүндө иштеген. Акыры Жон Бардин өзүнүн алгачкы каталарын түшүндүрүү үчүн беттик физика деп аталган кванттык механиканын жаңы бөлүмүн иштеп чыкты жана бул илимпоздор акыры иштеген аппаратты түзө алышты.
Транзистордун өнүгүшүнүн ачкычы жарым өткөргүчтөгү электрондордун кыймылдуулугунун процессин андан ары түшүнүү болду. Бул жаңы ачылган диоддун (1874-жылы ачылган, 1906-жылы патенттелген) эмиттерден коллекторго чейинки электрондордун агымын башкаруунун кандайдыр бир жолу бар болсо, күчөткүч курууга болору далилденген. Мисалы, контакттарды кристаллдын бир түрүнүн эки тарабына жайгаштырсаңыз, ал аркылуу ток өтпөйт.
Чындыгында муну жасоо абдан кыйын болуп чыкты. Өлчөмкристалл орточораак болушу керек болчу жана "инъекцияга" муктаж болжолдонгон электрондордун (же тешиктердин) саны абдан чоң, бул аны күчөткүчкө караганда пайдалуураак кылат, анткени ал чоң инъекциялык токту талап кылат. Бирок, кристаллдык диоддун бүт идеясы кристалл өзү дээрлик түгөнүп баратканда, өтө кыска аралыкта электрондорду кармай алат эле. Кыязы, ачкыч кристаллдын бетинде киргизүү жана чыгаруу төөнөгүчтөрүн бири-бирине абдан жакын кармоодо болгон.
Браттендин чыгармалары
Браттен мындай түзмөктүн үстүндө иштей баштады жана команда көйгөйдүн үстүндө иштеп жатканда ийгиликтин кыйытмалары чыга берди. Ойлоп табуу кыйын иш. Кээде система иштейт, бирок андан кийин дагы бир ката пайда болот. Кээде Браттендин ишинин натыйжалары сууда күтүүсүз иштей баштаган, сыягы, анын жогорку өткөргүчтүгүнө байланыштуу. Кристаллдын каалаган бөлүгүндөгү электрондор жакын жердеги заряддардан улам көчүп кетет. Эмиттердеги электрондор же коллекторлордогу "тешиктер" түздөн-түз кристаллдын үстүнө чогулуп, алар абада (же сууда) карама-каршы зарядды алышат. Бирок, алар кристаллдын башка жеринен бир аз өлчөмдөгү зарядды колдонуу менен бетинен түртүп кетиши мүмкүн. Инъекцияланган электрондордун көп болушун талап кылуунун ордуна, чиптин туура жерине өтө аз сандагы сан дагы ушундай кылат.
Изилдөөчүлөрдүн жаңы тажрыйбасы кандайдыр бир деңгээлде чечүүгө жардам бердикичинекей башкаруу аймагынын мурда туш болгон көйгөй. Жалпы, бирок кичинекей аймак менен байланышкан эки өзүнчө жарым өткөргүчтү колдонуунун ордуна, бир чоң бет колдонулат. Эмитенттин жана коллектордун чыгышы жогоруда, ал эми башкаруу зымы кристалдын түбүнө жайгаштырылат. Ток "базалык" терминалга колдонулганда, электрондор жарым өткөргүч блок аркылуу түртүлүп, алыскы бетинде чогултулмак. Эмитент менен коллектор абдан жакын турганда, өткөрө баштоо үчүн алардын ортосунда жетиштүү электрон же тешиктер болушу керек.
Брейге кошулуу
Бул көрүнүштүн алгачкы күбөсү Ральф Брей, жаш аспирант болгон. Ал 1943-жылы ноябрда Пурдю университетинде германий транзисторун иштеп чыгууга кошулган жана ага металл-жарым өткөргүч контактынын агып чыгуу каршылыгын өлчөө кыйын тапшырма берилген. Брэй кээ бир германий үлгүлөрүндө, мисалы, ички жогорку каршылык тоскоолдуктар сыяктуу көптөгөн аномалияларды, табылган. Эң кызык көрүнүш чыңалуу импульстары колдонулганда байкалган өзгөчө төмөн каршылык болду. Биринчи советтик транзисторлор ушул америкалык иштеп чыгуулардын негизинде иштелип чыккан.
Болду
1947-жылдын 16-декабрында эки чекиттүү контакт аркылуу контакт токсон вольтко чейин аноддолгон германий бети менен жүргүзүлүп, электролит H2O менен жуулат, андан кийин бир аз алтын тактардын үстүнө түштү. Алтын контакттары жылаңач беттерге басылган. ортосундагы бөлүүчекиттер болжол менен 4 × 10-3 см болгон. Бир чекит тор, экинчи чекит табак катары колдонулган. Он беш вольтка жакын пластинкадагы чыңалуу кубаты жогорулашы үчүн тордогу четтөө (DC) оң болушу керек болчу.
Биринчи транзистордун ойлоп табуусу
Бул керемет механизмдин тарыхына байланыштуу көптөгөн суроолор бар. Алардын айрымдары окурманга тааныш. Мисалы: эмне үчүн СССРдин PNP тибиндеги биринчи транзисторлору болгон? Бул суроонун жообу бул окуянын уландысында жатат. Браттен жана Х. Р. Мур 1947-жылдын 23-декабрында түштөн кийин Bell Labs компаниясынын бир нече кесиптештерине жана менеджерлерине алар жетишкен натыйжаны көрсөтүшкөн, ошондуктан бул күн көбүнчө транзистордун туулган күнү деп аталат. PNP-контакттуу германий транзистору 18 кубаттуулугу менен сүйлөө күчөткүч болуп иштеген. Бул эмне үчүн СССРдин биринчи транзисторлору PNP тибинде болгон деген суроого жооп, анткени алар америкалыктардан сатылып алынган. 1956-жылы Джон Бардин, Уолтер Хаусер Браттен жана Уильям Брэдфорд Шокли жарым өткөргүчтөрдү изилдөө жана транзистордук эффектти ачкандыгы үчүн физика боюнча Нобель сыйлыгына татыктуу болушкан.
Белл лабораториясында транзисторду ойлоп табууга түздөн-түз он эки адам катышкан деп эсептелинет.
Европадагы эң биринчи транзисторлор
Ошол эле учурда кээ бир европалык илимпоздор катуу абалдагы күчөткүчтөрдүн идеясына кызыгышты. 1948-жылдын августунда немец физиктери Герберт Ф. Матаре жана Генрих Уэлкер, Аулнай-сууста Compagnie des Freins et Signaux Westinghouse-да иштеген. Буа, Франция, алар "транзистор" деп атаган азчылыктын негизинде күчөткүч үчүн патент сурады. Bell Labs транзисторду 1948-жылдын июнь айына чейин чыгарбагандыктан, транзистор өз алдынча иштелип чыккан деп эсептелген. Матаре биринчи жолу Экинчи дүйнөлүк согуш учурунда немис радар жабдуулары үчүн кремний диоддорду өндүрүүдө өткөргүчтүктүн таасирин байкаган. Транзисторлор коммерциялык максатта француз телефон компаниясы жана аскерлер үчүн жасалган жана 1953-жылы Дюссельдорфтогу радиостанцияда төрт транзисторлуу катуу радиостанция көрсөтүлгөн.
Bell телефон лабораторияларына жаңы ойлоп табууга ат керек болчу: жарым өткөргүч триод, сыналуучу штаттар триоду, кристалл триоду, катуу триод жана иотатрон каралып, бирок Джон Р. Пирс ойлоп тапкан "транзистор" айкын жеңүүчү болгон. ички добуш берүү (жарым-жартылай Bell инженерлери "-тарыхый" суффикс үчүн иштелип чыккан жакындыктын аркасында).
Дүйнөдөгү биринчи коммерциялык транзистордук линия Пенсильвания штатындагы Аллентаун шаарындагы Юнион бульварындагы Western Electric заводунда болгон. Өндүрүш 1951-жылдын 1-октябрында чекиттүү контакт германий транзистору менен башталган.
Кийинки колдонмо
1950-жылдардын башына чейин бул транзистор өндүрүштүн бардык түрлөрүндө колдонулган, бирок нымдуулукка сезгичтиги жана германий кристаллдарына туташтырылган зымдардын морттугу сыяктуу аны кеңири колдонууга тоскоол болгон олуттуу көйгөйлөр дагы эле бар болчу.
Шокли көп учурда айыпталгананын эмгеги улуу, бирок таанылбаган венгер инженеринин эмгегине абдан жакын болгондугуна байланыштуу плагиат. Бирок Bell Labs юристтери маселени тез арада чечишти.
Ошентсе да, Шокли сынчылардын чабуулдарына ачууланып, транзисторду ойлоп табуунун бүтүндөй улуу эпосунун чыныгы мээси ким экенин көрсөтүүнү чечти. Бир нече ай өткөндөн кийин, ал абдан өзгөчө "сэндвич структурасы" менен транзистордун таптакыр жаңы түрүн ойлоп тапкан. Бул жаңы форма назик чекит-контакт системасына караганда алда канча ишенимдүү болгон жана дал ушул форма 1960-жылдардагы бардык транзисторлордо колдонулуп бүткөн. Көп өтпөй ал биринчи биполярдык транзистордун негизи болгон биполярдык туташуу аппаратына айланды.
Жогорку жыштыктагы транзистордун биринчи концепциясы болгон статикалык индукциялык түзүлүш 1950-жылы япониялык инженерлер Джун-ичи Нишизава жана Ю. Ватанабе тарабынан ойлоп табылган жана акыры 1975-жылы эксперименталдык прототиптерди түзө алган. Бул 1980-жылдардагы эң ылдам транзистор болгон.
Кийинки иштеп чыгуулар кеңейтилген туташтырылган түзүлүштөрдү, беттик тосмо транзисторлорун, диффузияны, тетродду жана пентодду камтыйт. Диффузиялык кремний "меза транзистору" 1955-жылы Беллде иштелип чыккан жана 1958-жылы Fairchild Semiconductor компаниясынан коммерциялык түрдө жеткиликтүү. Космос транзистордун 1950-жылдары чекиттик контакт транзисторуна жана кийинчерээк эритме транзисторуна караганда жакшыртылган түрү болгон.
1953-жылы Filco дүйнөдөгү биринчи жогорку жыштыктык бетти иштеп чыккантосмо түзүлүш, ошондой эле жогорку ылдамдыктагы компьютерлер үчүн ылайыктуу биринчи транзистор болгон. 1955-жылы Philco тарабынан чыгарылган дүйнөдөгү биринчи транзисторлуу унаа радиосу өзүнүн схемасында үстүнкү тосмо транзисторлорун колдонгон.
Маселени чечүү жана кайра иштетүү
Мырттык көйгөйлөрүн чечүү менен тазалык маселеси кала берди. Керектүү тазалыктагы германийди өндүрүү чоң көйгөй болуп чыкты жана материалдын берилген партиясынан иш жүзүндө иштей турган транзисторлордун санын чектеди. Германийдин температурага сезгичтиги да анын пайдалуулугун чектеген.
Окумуштуулар кремнийди өндүрүү оңой болот деп болжошкон, бирок мунун мүмкүнчүлүгүн изилдеген адамдар аз. Белл лабораторияларында иштеген Моррис Таненбаум 1954-жылдын 26-январында иштеген кремний транзисторун биринчилерден болуп иштеп чыккан. Бир нече айдан кийин, Техас Инструментсте өз алдынча иштеген Гордон Тил ушундай эле аппаратты иштеп чыккан. Бул эки аппарат тең кремний кристаллдарынын эритилген кремнийден өстүрүлгөн допингди көзөмөлдөө жолу менен жасалган. Моррис Таненбаум жана Калвин С. Фуллер тарабынан 1955-жылдын башында Белл лабораторияларында донордук жана акцептордук аралашмалардын монокристалл кремний кристаллдарына газ түрүндөгү диффузиясы аркылуу жогорку ыкма иштелип чыккан.
Талаа эффекти транзисторлору
FET биринчи жолу 1926-жылы Жулис Эдгар Лилиенфельд жана 1934-жылы Оскар Хейл тарабынан патенттелген, бирок практикалык жарым өткөргүч түзүлүштөр (өткөөл талаа эффекти транзисторлору [JFET]) иштелип чыкканкийинчерээк, транзистордук эффект 1947-жылы Белл лабораториясында Уильям Шоклинин командасы тарабынан байкалып, түшүндүрүлгөндөн кийин, патенттин жыйырма жылдык мөөнөтү аяктагандан кийин эле.
JFETтин биринчи түрү 1950-жылы жапон инженерлери Джун-ичи Нишизава жана Ю. Ватанабе тарабынан ойлоп табылган статикалык индукциялык транзистор (SIT) болгон. SIT кыска канал узундугу менен JFET түрү болуп саналат. Металл-оксид-жарым өткөргүч жарым өткөргүч талаа эффективдүү транзисторду (MOSFET) негизинен JFETти алмаштырып, электрондук электрониканын өнүгүшүнө терең таасирин тийгизген, 1959-жылы Dawn Kahng жана Мартин Аталла тарабынан ойлоп табылган.
FETs көпчүлүк заряддоочу түзүлүштөр болушу мүмкүн, мында ток басымдуу көпчүлүк алып жүрүүчүлөр тарабынан жүргүзүлөт же азыраак заряд алып жүрүүчү түзмөктөр, мында ток негизинен азчылык ташуучу агымы менен башкарылат. Аппарат булактан канализацияга заряд ташуучулар, электрондор же тешиктер агып өтүүчү активдүү каналдан турат. Булак жана дренаждык терминалдар жарым өткөргүчкө омикалык контакттар аркылуу туташтырылган. Каналдын өткөргүчтүгү бул дарбаза жана булак терминалдарында колдонулган потенциалдын функциясы. Бул иштөө принциби биринчи толук толкундуу транзисторлорду пайда кылган.
Бардык FETтерде булак, дренаж жана дарбаза терминалдары бар, алар болжол менен BJTдин эмитентине, коллекторуна жана базасына туура келет. Көпчүлүк FETтин төртүнчү терминалы дене, база, жер же субстрат деп аталат. Бул төртүнчү терминал транзисторду кызматка буруу үчүн кызмат кылат. Схемаларда пакеттик терминалдарды тривиалдуу эмес колдонуу сейрек кездешет, бирок интегралдык микросхемалардын физикалык схемасын орнотууда анын болушу маанилүү. Дарбазанын өлчөмү, диаграммада L узундугу булак менен дренаждын ортосундагы аралык болуп саналат. Туурасы - транзистордун диаграммадагы кесилишине перпендикуляр багытта кеңейиши (б.а. экрандын ичине/чыгышына). Адатта, туурасы дарбазанын узундугунан бир топ чоң. Дарбаза узундугу 1 мкм жогорку жыштыкты болжол менен 5 ГГц менен, 0,2ден 30 ГГцге чейин чектейт.
