Историја транзистора

Разматра се један од значајних изума КСКС века проналазак транзисторакоји су дошли да замене електронске лампе.

Дуго времена су лампе биле једина активна компонента свих електронских уређаја, мада су имале много недостатака. Пре свега, то је велика потрошња електричне енергије, велике димензије, кратак век и мала механичка чврстоћа. Ови се недостаци све оштрије осећају побољшањем и софистицираности електронске опреме.

Револуционарна револуција у радиотехници догодила се када су застареле сијалице замењене полуводичким појачавачима - транзисторима, лишен свих наведених недостатака.

Први оперативни транзистор рођен је 1947, захваљујући напорима запослених у америчкој компанији Белл Телепхоне Лабораториес. Њихова имена су сада позната широм света. То су научници - физичари В. Схоцклеи, Д. Бардин и В. Бригхтен. Већ 1956. године, сва тројица су добила Нобелову награду за физику за овај проналазак.

Али, као и многи велики изуми, транзистор није примећен одмах. Само у једном од америчких новина поменуто је да је Белл Телепхоне Лабораториес демонстрирао свој уређај назван транзистор. Такође је речено да се може користити у неким областима електротехнике уместо електронских цеви.

Приказани транзистор био је у облику малог металног цилиндра дугачког 13 мм и демонстриран је на пријемнику који није имао електронске цеви. Све остало, компанија је тврдила да се уређај може користити не само за појачавање, већ и за производњу или конверзију електричног сигнала.

Сл. 1. Први транзистор

Сл. 2. Јохн Бардин, Виллиам Схоцклеи и Валтер Браттаин. За сарадњу у развоју првог оперативног транзистора на свету 1948. године, поделили су Нобелову награду 1956. године.

Али могућности транзистора, као и многа друга велика открића, нису одмах схваћене и уважене. Како би побудио интересовање за нови уређај, Белл га је одлучно рекламирао на семинарима и чланцима и свима дао дозволу за његову израду.

Произвођачи електронских сијалица нису видели озбиљног конкурента у транзистору, јер је било немогуће одједном да одвоје тридесетогодишњу историју производње светиљки од неколико стотина дизајна и вишемилионска улагања у њихов развој и производњу. Стога је транзистор ушао у електронику не тако брзо, јер је ера електронских цеви још увек трајала.

Сл. 3. Транзистор и електронска лампа

Први кораци до полуводича

Од давнина су се у електротехници углавном користиле две врсте материјала - проводници и диелектричари (изолатори). Метали, раствори соли и неки гасови имају могућност провођења струје. Ова способност је последица постојања у проводницима слободних носача наелектрисања - електрона. У проводницима се електрони лако одвајају од атома, али они метали који имају мали отпор (бакар, алуминијум, сребро, злато) су најприкладнији за пренос електричне енергије.

Изолатори укључују супстанце са великим отпором, њихови електрони су веома чврсто везани за атом. То су порцулан, стакло, гума, керамика, пластика. Због тога у тим супстанцама нема бесплатних набоја, а самим тим и нема електричне струје.

Прикладно је подсјетити се на изразе из уџбеника физике да је електрична струја усмерено кретање електрично наелектрисаних честица под утицајем електричног поља. У изолаторима се једноставно не може померати под утицајем електричног поља.

Међутим, током проучавања електричних појава у разним материјалима, неки истраживачи су били у стању да „осете“ полупроводничке ефекте.На пример, први кристални детектор (диода) створио је 1874. године немачки физичар Карл Фердинанд Бровн на основу контакта олова и пирит. (Пирит је гвоздени пирит; кад удари у столицу, исклесана је искра, због чега је и добила име по грчкој „гозби“ - ватра). Касније је овај детектор успешно заменио кофер у првим пријемницима, што је значајно повећало њихову осетљивост.

Године 1907, Беддецкер је, проучавајући проводљивост јодног бакра, установио да се његова проводљивост повећава 24 пута у присуству нечистоће јода, мада јод сам по себи није проводник. Али све су то била случајна открића којима се није могло дати научно оправдање. Систематско проучавање полуводича почело је тек 1920. године - 1930 година.

Велики допринос у проучавању полуводича дао је совјетски научник у чувеној радио-лабораторији Нижњи Новгород О.В. Лосев. Ушао је у историју превасходно као изумитељ кристадина (осцилатор и појачало на основу диоде) и ЛЕД. Више о овоме погледајте овде: Историја ЛЕД-ова. Глов оф Лосев.

У зору производње транзистора, главни полуводич је био германијум (Ге). У погледу потрошње енергије је врло економичан, напон за откључавање његовог пн споја је само 0,1 ... 0,3В, али многи су параметри нестабилни, па је силицијум (Си) дошао да га замени.

Температура на којој германијумски транзистори делују није већа од 60 степени, док силицијумски транзистори могу наставити да делују на 150. Силицијум као полуводич надмашује немачки у другим својствима, пре свега по фреквенцији.

Поред тога, резерве силицијума (обичног песка на плажи) у природи су неограничене, а технологија чишћења и прераде је једноставнија и јефтинија од ретког елемента германијума у ​​природи. Први силиконски транзистор појавио се убрзо после првог германијум транзистора - 1954. Овај догађај је чак укључивао ново име „силиконско доба“, а не да се мешати са каменом!

Сл. 4. Еволуција транзистора

Микропроцесори и полуводичи. Силиконско доба залазак сунца

Да ли сте се икад запитали зашто су скоро сви рачунари постали вишејезгарни? Изрази дуал-цоре или куад-цоре заједнички су свима. Чињеница је да је пораст перформанси микропроцесора повећањем такт фреквенције и повећањем броја транзистора у једном пакету, за силицијумске структуре готово близу границе.

Повећање броја полуводича у једном кућишту постиже се смањењем њихових физичких димензија. У 2011. години ИНТЕЛ је већ развио технологију процеса од 32 нм у којој дужина канала транзистора износи само 20 нм. Међутим, такав пад не доноси приметно повећање такт фреквенције, јер је то била технологија до 90 нм. Очигледно је да је време да се пређе на нешто фундаментално ново.

Сл. 5. Историја транзистора

Графен - полуводич будућности

2004. године физичари су открили нови материјал за полуводиче. графен. Овај главни кандидат за замену силицијума је такође материјал угљене групе. На његовој основи се ствара транзистор који ради у три различита начина.

Сл. 6. Грапхене

Сл. 7. Слика пољског графенског транзистора добијеног помоћу скенирајућег електронског микроскопа

У поређењу с постојећим технологијама, то ће омогућити смањење броја транзистора у једном случају за тачно три пута. Поред тога, према научницима, радне фреквенције новог полуводичког материјала могу достићи и до 1000 ГХз. Параметри су, наравно, врло примамљиви, али за сада је нови полуводич у фази развоја и проучавања, а силицијум је још увек радни коњ. Његова година још није завршила.

Борис Аладисхкин