Анхны транзисторыг хэн бүтээсэн бэ? Энэ асуулт олон хүний санааг зовоож байна. Талбайн эффектийн транзисторын зарчмын анхны патентыг 1925 оны 10-р сарын 22-нд Австри-Унгарын физикч Юлиус Эдгар Лилиенфельд Канад улсад мэдүүлсэн боловч Лилиенфельд өөрийн төхөөрөмж дээр ямар ч эрдэм шинжилгээний өгүүлэл нийтлээгүй бөгөөд түүний ажлыг салбарынхан үл тоомсорлосон. Ийнхүү дэлхийн анхны транзистор түүхэнд үлджээ. 1934 онд Германы физикч доктор Оскар Хейл өөр нэг FET-ийн патентыг авсан. Эдгээр төхөөрөмжийг бүтээсэн гэсэн шууд нотолгоо байхгүй ч 1990-ээд онд хийсэн ажил нь Лилиенфельдийн нэг загвар нь тайлбарласны дагуу ажиллаж, ихээхэн үр дүнд хүрсэн болохыг харуулсан. Уильям Шокли болон түүний туслах Жералд Пирсон нар Лилиенфельдийн патентын дагуу төхөөрөмжийн ажлын хувилбаруудыг бүтээсэн нь одоо мэдэгдэж байгаа бөгөөд нийтээр хүлээн зөвшөөрөгдсөн баримт бөгөөд энэ нь мэдээжийн хэрэг тэдний хожмын шинжлэх ухааны нийтлэл, түүхэн нийтлэлүүддээ хэзээ ч дурдагдаж байгаагүй. Анхны транзисторжуулсан компьютерууд мэдээж хожим нь бүтээгдсэн.
Белла лаборатори
Bell Labs нь давтамж холигчийн нэг хэсэг болгон радарын суурилуулалтад ашигладаг маш цэвэр германий "болор" холигч диодуудыг үйлдвэрлэх транзистор дээр ажилласан. Энэ төсөлтэй зэрэгцээд германий диодын транзистор зэрэг бусад олон зүйл байсан. Эрт хоолойд суурилсан хэлхээ нь хурдан солих чадваргүй байсан бөгөөд Bell баг оронд нь хатуу төлөвт диод ашигласан. Эхний транзистор компьютерууд ижил төстэй зарчмаар ажилладаг байсан.
Шоклигийн цаашдын хайгуул
Дайны дараа Шокли триод шиг хагас дамжуулагч төхөөрөмж бүтээхээр шийджээ. Тэрээр санхүүжилт, лабораторийн орон зайг баталгаажуулж, дараа нь Бардин, Браттен нартай асуудал дээр ажилласан. Жон Бардин эцэст нь түүний анхны бүтэлгүйтлүүдийг тайлбарлахын тулд гадаргуугийн физик гэгддэг квант механикийн шинэ салбарыг хөгжүүлсэн бөгөөд эдгээр эрдэмтэд эцэст нь ажиллах төхөөрөмж бүтээж чадсан.
Транзисторын хөгжлийн гол түлхүүр нь хагас дамжуулагч дахь электронуудын хөдөлгөөнт үйл явцын цаашдын ойлголт юм. Хэрэв шинээр нээсэн диодын ялгаруулагчаас коллектор хүртэлх электронуудын урсгалыг хянах ямар нэгэн арга байгаа бол (1874 онд нээсэн, 1906 онд патентлагдсан) өсгөгч барьж болох нь батлагдсан. Жишээлбэл, хэрэв та нэг төрлийн болорын хоёр талд контактуудыг байрлуулбал түүгээр гүйдэл урсахгүй.
Үнэндээ хийхэд маш хэцүү байсан. Хэмжээболор нь илүү дундаж байх ёстой бөгөөд "тарих" шаардлагатай электронуудын (эсвэл нүхний) тоо маш их байсан бөгөөд энэ нь их хэмжээний тарилгын гүйдэл шаардагдах тул өсгөгчөөс бага ашиг тустай байх болно. Гэсэн хэдий ч болор диодын бүх санаа нь болор өөрөө электроныг маш богино зайд барьж, бараг шавхагдахын ирмэг дээр байх явдал байв. Гол нь болорын гадаргуу дээр оролт гаралтын зүүг бие биентэйгээ маш ойрхон байлгах нь чухал байсан бололтой.
Браттений бүтээл
Браттен ийм төхөөрөмж дээр ажиллаж эхэлсэн бөгөөд багийнхан уг асуудал дээр ажиллаж байх үед амжилтын тухай мэдээллүүд гарсаар байв. Шинэ бүтээл бол хэцүү ажил юм. Заримдаа систем ажилладаг боловч дараа нь өөр алдаа гардаг. Заримдаа Браттений ажлын үр дүн усан дотор санаанд оромгүй үйлчилж эхэлсэн нь өндөр цахилгаан дамжуулах чадвартай байсан бололтой. Кристалын аль ч хэсэгт байрлах электронууд ойролцоох цэнэгийн улмаас шилжинэ. Ялгаруулагч дахь электронууд эсвэл коллекторын "нүх" нь талст дээр шууд хуримтлагдаж, агаарт (эсвэл усанд) "хөвөгч" эсрэг цэнэгийг хүлээн авдаг. Гэсэн хэдий ч тэд болор дээр өөр хаана ч байсан бага хэмжээний цэнэгийг хэрэглэснээр гадаргуугаас түлхэгдэж болно. Тарилгын электронуудын их нөөцийг шаардахын оронд чип дээр зөв байрлалд байгаа маш бага тоо нь ижил зүйлийг хийх болно.
Судлаачдын шинэ туршлага шийдвэрлэхэд тодорхой хэмжээгээр тусалсанжижиг хяналтын талбайн өмнө тулгарч байсан асуудал. Нийтлэг боловч жижиг талбайгаар холбогдсон хоёр тусдаа хагас дамжуулагчийг ашиглахын оронд нэг том гадаргууг ашиглах болно. Эмиттер ба коллекторын гаралт дээд талд байх ба хяналтын утсыг болорын ёроолд байрлуулна. "Суурь" терминал дээр гүйдэл хэрэглэх үед электронууд хагас дамжуулагч блокоор шахагдаж, алслагдсан гадаргуу дээр хуримтлагдана. Ялгаруулагч ба коллектор маш ойрхон байгаа тохиолдолд дамжуулж эхлэхийн тулд тэдгээрийн хооронд хангалттай электрон эсвэл нүх байх ёстой.
Брай нэгдэх
Энэ үзэгдлийн анхны гэрч нь залуу төгсөх ангийн оюутан Ральф Брей байв. Тэрээр 1943 оны 11-р сард Пурдюгийн их сургуульд германий транзистор бүтээх ажилд оролцож, металл-хагас дамжуулагч контактын нэвчилтийн эсэргүүцлийг хэмжих хэцүү даалгавар авсан. Брэй зарим германий дээжээс дотоод өндөр эсэргүүцэлтэй саад тотгор зэрэг олон гажиг илрүүлсэн. Хамгийн сонин үзэгдэл бол хүчдэлийн импульс хэрэглэх үед ажиглагдсан онцгой бага эсэргүүцэл байв. Зөвлөлтийн анхны транзисторуудыг Америкийн эдгээр бүтээн байгуулалтад үндэслэн бүтээсэн.
Үйлдэл
1947 оны 12-р сарын 16-нд хоёр цэгийн контакт ашиглан ерэн вольт хүртэл аноджуулсан германий гадаргуутай холбоо тогтоож, электролитийг H2O болгон угааж, дараа нь түүн дээр зарим алт унасан. Алт контактуудыг нүцгэн гадаргуу дээр дарсан. хооронд хуваахцэгүүд нь 4 × 10-3 см орчим байв. Нэг цэгийг тор болгон, нөгөө цэгийг хавтан болгон ашигласан. Арван тав орчим вольтын хавтангийн хэвийлт дээр хүчдэлийн хүчийг нэмэгдүүлэхийн тулд сүлжээн дэх хазайлт (Тогтмол гүйдэл) эерэг байх ёстой.
Анхны транзисторын бүтээл
Энэ гайхамшигт механизмын түүхтэй холбоотой олон асуулт бий. Тэдний зарим нь уншигчдад танил юм. Жишээлбэл: ЗХУ-ын анхны транзисторууд яагаад PNP төрлийн байсан бэ? Энэ асуултын хариулт нь энэ бүх түүхийн үргэлжлэлд оршдог. Браттен, Х. Р. Мур нар 1947 оны 12-р сарын 23-ны үдээс хойш Bell Labs-ийн хэд хэдэн хамт олон, менежерүүддээ хүрсэн үр дүнг харуулсан тул энэ өдрийг транзисторын төрсөн өдөр гэж нэрлэдэг. PNP-холбоотой германий транзистор нь ярианы өсгөгчөөр ажиллаж байсан бөгөөд 18-ын чадалтай байв. Энэ бол ЗХУ-ын анхны транзисторыг америкчуудаас худалдаж авсан тул яагаад PNP төрлийн байсан вэ гэсэн асуултын хариулт юм. 1956 онд Жон Бардин, Уолтер Хауср Браттен, Уильям Брэдфорд Шокли нар хагас дамжуулагчийн судалгаа болон транзисторын эффектийг нээснийхээ төлөө физикийн салбарт Нобелийн шагнал хүртжээ.
Bell Labs-д транзисторыг зохион бүтээхэд 12 хүн шууд оролцсон гэж тооцогддог.
Европ дахь хамгийн анхны транзисторууд
Үүний зэрэгцээ Европын зарим эрдэмтэд хатуу төлөвт өсгөгчийн санааг өдөөсөн. 1948 оны 8-р сард Германы физикч Герберт Ф. Матаре, Генрих Уэлкер нар Аулен-сус дахь Compagnie des Freins et Signaux Westinghouse-д ажиллаж байсан. Францын Бойс "транзистор" гэж нэрлэсэн цөөнхөд суурилсан өсгөгчийн патент авах хүсэлт гаргасан. Bell Labs транзисторыг 1948 оны 6-р сар хүртэл нийтлээгүй тул транзисторыг бие даан боловсруулсан гэж үздэг. Матаре анх Дэлхийн 2-р дайны үед Германы радарын төхөөрөмжид зориулсан цахиур диод үйлдвэрлэхэд дамжуулагчийн нөлөөг ажигласан. Транзисторуудыг Францын телефон утасны компани болон цэргийнхэнд зориулж арилжааны зорилгоор үйлдвэрлэсэн бөгөөд 1953 онд Дюссельдорф дахь радио станцад дөрвөн транзистор бүхий хатуу төлөвт радиог үзүүлжээ.
Хонхны телефон утасны лабораторид шинэ бүтээлд нэр хэрэгтэй байсан: Хагас дамжуулагч триод, Туршилтын триод, Кристал триод, Хатуу триод, Иотатроныг бүгдийг нь авч үзсэн боловч Жон Р. Пирсийн зохиосон "транзистор" нь шинэ бүтээлийн ялагч болсон юм. дотоод санал хураалт ("-түүхэн" дагаварт зориулж Беллийн инженерүүд боловсруулсан ойрын байдлын ачаар хэсэгчлэн).
Дэлхийн анхны арилжааны транзисторын үйлдвэрлэлийн шугам нь Пенсильвани мужийн Аллентаун дахь Юнион бульвар дахь Western Electric үйлдвэрт байсан. 1951 оны 10-р сарын 1-нд германий транзисторыг цэгэн контактаар үйлдвэрлэж эхэлсэн.
Цаашдын өргөдөл
1950-иад оны эхэн үе хүртэл энэ транзисторыг бүх төрлийн үйлдвэрлэлд ашиглаж байсан ч чийгэнд мэдрэмтгий байх, германий талсттай холбогдсон утаснуудын эмзэг байдал зэрэг өргөн хэрэглээнд саад учруулдаг томоохон асуудлууд байсаар байв.
Шокли ихэвчлэн буруутгагдаж байсанТүүний бүтээл агуу, гэхдээ танигдаагүй Унгар инженерийн бүтээлтэй маш ойрхон байсантай холбоотой хулгай. Гэвч Bell Labs-ын өмгөөлөгчид асуудлыг хурдан шийдвэрлэсэн.
Гэсэн хэдий ч Шокли шүүмжлэгчдийн дайралтанд эгдүүцэж, транзисторыг зохион бүтээсэн бүхэл бүтэн туульсын жинхэнэ тархи нь хэн болохыг харуулахаар шийджээ. Хэдхэн сарын дараа тэрээр маш өвөрмөц "сэндвич бүтэц" бүхий цоо шинэ төрлийн транзисторыг зохион бүтээжээ. Энэхүү шинэ хэлбэр нь эмзэг цэгийн холбоо барих системээс хамаагүй найдвартай байсан бөгөөд энэ хэлбэр нь 1960-аад оны бүх транзисторуудад ашиглагдаж эхэлсэн. Энэ нь удалгүй хоёр туйлт холболтын аппарат болж хөгжсөн нь анхны хоёр туйлт транзисторын үндэс болсон.
Өндөр давтамжийн транзисторын анхны ойлголт болох статик индукцийн төхөөрөмжийг 1950 онд Японы инженер Жун-ичи Нишизава, Ю. Ватанабэ нар зохион бүтээсэн бөгөөд эцэст нь 1975 онд туршилтын загваруудыг бүтээж чадсан юм. Энэ нь 1980-аад оны хамгийн хурдан транзистор байсан.
Цаашдын хөгжүүлэлтүүдэд өргөтгөсөн хосолсон төхөөрөмжүүд, гадаргуугийн саадтай транзистор, диффуз, тетрод, пентод багтсан. Диффузын цахиурын "меза транзистор"-ыг 1955 онд Белл хотод бүтээсэн бөгөөд 1958 онд Fairchild Semiconductor-аас худалдаанд гаргасан. Сансар огторгуй нь 1950-иад онд цэгэн контакт транзистор болон хожмын хайлштай транзисторыг сайжруулах зорилгоор бүтээгдсэн нэг төрлийн транзистор байв.
1953 онд Филко дэлхийн анхны өндөр давтамжийн гадаргууг бүтээжээ.хаалт төхөөрөмж нь өндөр хурдны компьютерт тохирсон анхны транзистор байв. 1955 онд Philco үйлдвэрлэсэн дэлхийн анхны транзисторжуулсан автомашины радио нь хэлхээндээ гадаргуугийн саадтай транзисторыг ашигласан.
Асуудлыг шийдвэрлэх, дахин боловсруулах
Хэврэг байдлын асуудлыг шийдсэнээр цэвэр байдлын асуудал хэвээр үлджээ. Шаардлагатай цэвэршилттэй германийг үйлдвэрлэх нь томоохон сорилт болж, тухайн материалын багцаас бодитоор ажиллах транзисторуудын тоог хязгаарласан. Германы температурт мэдрэмтгий чанар нь түүний ашиг тусыг хязгаарласан.
Эрдэмтэд цахиурыг үйлдвэрлэхэд илүү хялбар байх болно гэж таамаглаж байсан ч цөөхөн хүн энэ боломжийг судалсан байна. Bell Laboratories-ийн Моррис Таненбаум 1954 оны 1-р сарын 26-нд ажиллаж байгаа цахиурын транзисторыг анх зохион бүтээжээ. Хэдэн сарын дараа Гордон Тиал Техас Инструментс компанид бие даан ажиллаж байгаад ижил төстэй төхөөрөмжийг бүтээжээ. Эдгээр хоёр төхөөрөмжийг хайлсан цахиураас ургуулсан нэг цахиурын талстуудын допинг хянах замаар хийсэн. Илүү өндөр аргыг Моррис Таненбаум, Калвин С. Фуллер нар 1955 оны эхээр Белл лабораторид донор болон хүлээн авагч хольцыг нэг талст цахиурын талст болгон хийн хэлбэрээр тараах замаар боловсруулсан.
Хээрийн эффектийн транзистор
FET-ийг анх 1926 онд Жулис Эдгар Лилиенфельд, 1934 онд Оскар Хейл нар патентжуулсан боловч практик хагас дамжуулагч төхөөрөмжийг (шилжилтийн талбайн эффектийн транзистор [JFET]) бүтээжээ. Хожим нь 1947 онд Белл лабораторид Уильям Шоклигийн баг транзисторын эффектийг ажиглаж, тайлбарласны дараа буюу хорин жилийн патентын хугацаа дууссаны дараа.
JFET-ийн анхны төрөл нь 1950 онд Японы инженер Жун-ичи Нишизава, Ю. Ватанабэ нарын зохион бүтээсэн статик индукцийн транзистор (SIT) юм. SIT нь богино сувгийн урттай JFET-ийн төрөл юм. JFET-ийг голчлон орлож, электроникийн хөгжилд гүн нөлөө үзүүлсэн металл-оксид-хагас дамжуулагч хагас дамжуулагч талбар нөлөөллийн транзисторыг 1959 онд Dawn Kahng, Martin Atalla нар зохион бүтээжээ.
FET нь гүйдлийг голчлон дийлэнх зөөвөрлөгчөөр дамжуулдаг дийлэнх цэнэгийн төхөөрөмж эсвэл цөөн тооны дамжуулагчийн урсгалаар гүйдэл удирддаг бага цэнэглэгч төхөөрөмж байж болно. Төхөөрөмж нь цэнэгийн тээвэрлэгч, электрон эсвэл нүхийг эх үүсвэрээс бохирын шугам руу урсдаг идэвхтэй сувгаас бүрдэнэ. Эх үүсвэр ба ус зайлуулах терминалууд нь хагас дамжуулагчтай ohmic контактуудаар холбогддог. Сувгийн дамжуулалт нь хаалганы болон эх үүсвэрийн терминалуудад ашиглагдах потенциалын функц юм. Энэхүү үйл ажиллагааны зарчим нь анхны бүх долгионы транзисторыг бий болгосон.
Бүх FET-үүд нь BJT-ийн ялгаруулагч, коллектор, суурьтай ойролцоогоор тохирох эх үүсвэр, ус зайлуулах хоолой, хаалганы терминалуудтай. Ихэнх FET нь бие, суурь, газар, субстрат гэж нэрлэгддэг дөрөв дэх терминалтай байдаг. Энэхүү дөрөв дэх терминал нь транзисторыг үйлчилгээнд оруулахад чиглэгддэг. Хэлхээнд багц терминалуудыг энгийн бусаар ашиглах нь ховор боловч нэгдсэн хэлхээний физик схемийг тохируулахад түүний оршихуй чухал байдаг. Хаалганы хэмжээ, диаграммд L урт нь эх үүсвэр ба ус зайлуулах хоолойн хоорондох зай юм. Өргөн гэдэг нь диаграмм дахь хөндлөн огтлолтой перпендикуляр чиглэлд транзисторын тэлэлт юм (өөрөөр хэлбэл дэлгэцийн дотогшоо / гадагш). Ихэвчлэн өргөн нь хаалганы уртаас хамаагүй том байдаг. Хаалганы урт 1 μм нь дээд давтамжийг ойролцоогоор 5 GHz буюу 0.2-оос 30 GHz хүртэл хязгаарладаг.
