МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧЕРЕЖДЕНИЕ СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «НОВОЧЕРКАСКИЙ МЕХАНИКО_ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ ИМ.А.Д. ЦЮРУПЫ»

«ИСТОРИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ ТРАНЗИСТОРА»

Введение

1. История изобретения транзистора

2. Первый транзистор

3. Создание биполярного транзистора

4. «Холодная война» и ее влияние на электронику

5. Первые советские транзисторы

6. Полевые транзисторы

7. Область применения транзистора

ВВЕДЕНИЕ

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.

1. ИСТОРИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ ТРАНЗИСТОРА

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.

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.

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 онбыл 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 время 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 радиоприемник 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.

3. СОЗДАНИЕ БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА

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.

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.

4. «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.

5. 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.).

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.

6. ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

Первый полевой транзистор был запатентован в США в 1926/30гг., 1928/32гг. и 1928/33гг. Лилиенфельд – автор этих потентов. Он родился в 1882 году в Польше. С 1910 по 1926 г. был профессором Лейпцигского университета. В 1926 г. иммигрировал в США и подал заявку на патент. Предложенные Лилиенфельдом транзисторы не были внедрены в производство. Наиболее важная особенность изобретения Лилиенфельда заключается в том, что он понимал работу транзистора на принципе модуляции проводимости исходя из электростатики. В описании к патенту формулируется, что проводимость тонкой области полупроводникового канала модулируется входным сигналом, поступающим на затвор через входной трансформатор. В 1935 году в Англии получил патент на полевой транзистор немецкий изобретатель О.Хейл

Схема из патента представлена на Рис. где:

Управляющий электрод (1) выполняет роль затвора, электрод (3) выполняет роль стока, электрод (4) роль истока. Подавая переменный сигнал на затвор, расположенный очень близко к проводнику, получаем изменение сопротивления полупроводника (2) между стоком и истоком. При низкой частоте можно наблюдать колебание стрелки амперметра (7). Данное изобретение является прототипом полевого транзистора с изолированным затвором. Следующий период волны изобретений по транзисторам наступил в 1939 году, когда после трехлетних изысканий по твердотельному усилителю в фирме "BTL" (Bell Telephone Laboratories) Шокли был приглашен включиться в исследование Браттейна по медноокисному выпрямителю. Работа была прервана второй мировой войной, но уже перед отъездом на фронт Шокли предложил два транзистора. Исследования по транзисторам

Биполярные транзисторы полупроводниковые приборы с большим числом слоёв разного типа электропроводности, расположенных в разном сочетании. Рассмотрим биполярный транзистор.

Принцип действия биполярного транзистора заключается в том, что 2 р-п перехода расположены настолько близко друг к другу, что происходит взаимное их влияние, вследствие чего они усиливают электрические сигналы.

Итак, на рис. изображены три слоя: с электронной электропроводностью, причём сильной, что обозначает плюс - эмиттер, дырочной - база, и снова электронной, но более слабо легированной (концентрация электронов самая малая) – коллектор. Толщина базы, т.е. расстояние между двумя р-п переходами, равное Lб, очень мала. Она должна быть меньше диффузионной длины электронов в базе. Это от единиц до десятка мкм. Толщина базы должна быть не более единиц мкм. (Толщина человеческого волоса 20-50 мкм. Отметим также, что это близко к пределу разрешения человеческого глаза, так как мы не можем видеть ничего меньшего, чем длина волны света, т.е. примерно 0,5 мкм). Все остальные размеры транзистора не более примерно 1 мм.

К слоям прикладывают внешнее напряжение так, что эмиттерный р-п переход смещён в прямом направлении, и через него протекает большой ток, а коллекторный р-п переход смещён в противоположную сторону, так что через него не должен протекать ток. Однако вследствие того, что р-п переходы расположены близко, они влияют друг на друга, и картина меняется: ток электронов, прошедший из эмиттерного р-п перехода, протекает дальше, доходит до коллекторного р-п перехода и электрическим полем последнего электроны втягиваются в коллектор. В результате у хороших транзисторов практически весь ток коллектора равен току эмиттера. Потери тока очень незначительны: проценты и даже доли процента.

Как видно, схематическое изображение совсем не похоже на их действительную конструкцию. Но так принято. Кружок символизирует корпус транзистора. Индексом "б" обозначен контакт к базе, "к" обозначает контакт к коллекторной области, а "э" – к эмиттерной области. Направление стрелки у эмиттерного контакта определяет тип транзистора (п-р-п или р-п-р).

Схема с общей базой: Коэффициент усиления a<1

Мы видим, что к эмиттерному р-п переходу приложено прямое смещение: плюс к базовому контакту, а минус к эмиттерному контакту. К коллекторному р-п переходу приложено обратное смещение. В этом случае у хорошего транзистора коллекторный ток лишь незначительно меньше эмиттерного.

Схема с общим эмиттером

В этом случае в базу и в эмиттер подаются напряжения одного знака, но в базу подаётся не больше 0,7 В, а в коллектор – 5...15 В. Коэффициент усиления b>1

7. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ТРАНЗИСТОРА

Первыми транзисторами выпущенными отечественной промышленностью были точечные транзисторы, которые предназначались для усиления и генерирования колебаний частотой до 5 МГц. В процессе производства первых в мире транзисторов были отработаны отдельные технологические процессы и разработаны методы контроля параметров. Накопленный опыт позволил перейти к выпуску более совершенных приборов, которые уже могли работать на частотах до 10 МГц. В дальнейшем на смену точечным транзисторам пришли плоскостные, обладающие более высокими электрическими и эксплуатационными качествами. Первые транзисторы типа П1 и П2 предназначались для усиления и генерирования электрических колебаний с частотой до 100 кГц.

Затем появились более мощные низкочастотные транзисторы П3 и П4 применение которых в 2-х тактных усилителях позволяло получить выходную мощность до нескольких десятков ватт. По мере развития полупроводниковой промышленности происходило освоение новых типов транзисторов, в том числе П5 и П6, которые по сравнению со своими предшественниками обладали улучшенными характеристиками.

Шло время, осваивались новые методы изготовления транзисторов, и транзисторы П1 – П6 уже не удовлетворяли действующим требованиям и были сняты с производства. Вместо них появились транзисторы типа П13 – П16, П201 – П203, которые тоже относились к низкочастотным не превышающим 100 кГц. Столь низкий частотный предел объясняется способом изготовления этих транзисторов, осуществляемым методом сплавления.

Поэтому транзисторы П1 – П6, П13 – П16, П201 – П203 называют сплавными. Транзисторы способные генерировать и усиливать электрические колебания с частотой в десятки и сотни МГц появились значительно позже – это были транзисторы типаП401 – П403, которые положили начало применению нового диффузионного метода изготовления полупроводниковых приборов. Такие транзисторы называют диффузионными. Дальнейшее развитие шло по пути совершенствования как сплавных, так и диффузионных транзисторов, а так же созданию и освоению новых методов их изготовления.

С появлением биполярных полевых транзисторов начали воплощаться идеи разработки малогабаритных ЭВМ. На их основе стали создавать бортовые электронные системы для авиационной и космической техники.

В схеме ОЭ входной сигнал подаётся на базу, а выходной сигнал снимается с коллектора. Схема и выходные характеристики изображены на рис.1Видно, что схема стала очень сложной. Однако главное, что здесь есть – это резистор Rк, который определяет коэффициент усиления по напряжению, и который составляет от единиц кОм до МОм (чем больше этот резистор, тем больше усиление). Все остальные элементы более или менее условны.Прежде всего Rэ необходимо для термостабилизации транзистора. Это осуществляется за счёт обратной связи по постоянному току, которую мы обсудим позже.

Сэ – конденсатор, который шунтирует этот резистор на рабочих частотах, так что при переменном сигнале резистора нет. Этот конденсатор – несколько мкФ. Обычно это электролитический конденсатор.

Ср – разделительные конденсаторы, которые отделяют постоянную составляющую сигнала на входе и выходе схемы от внешних сигналлов. Обычно это несколько мкФ.

Rб2 – практически ненужный резистор, просто он ставится для предохранения транзистора от сгорания. Его значение должно быть большим, так как стоит он параллельно входу и может его закоротить. Обычно это 1 или несколько килоом, так как входное сопротивление транзистора мало.

Rн – сопротивление нагрузки, лучше, если оно большое, так как оно подключено параллельно выходу транзистора, и если оно будет малым, выходной сигнал упадёт.

Uвх – сигнал на входе транзистора. Как видно, на входе много различных деталей – резисторов и конденсаторов. Но на рабочих частотах сопротивления конденсаторов малы, и они хорошо пропускают сигналы. А два параллельных резистора Rб1 и Rб2 достаточно велики по сравнению с входным сопротивлением транзистора. Поэтому учтём только это входное сопротивление.Обычно собственно сопротивления транзистора обозначаются малыми буквами:

rб – сопротивление базовой области транзистора, обычно очень мало – от нескольких Ом до десятков Ом;

rэ – сопротивление эмиттерной области (десятые или сотые доли Ом) и эмиттерного р-п перехода, обычно смещённого в прямом напрявлении. При открытом транзисторе это в пределах 10...100 Ом. На вход подаётся напряжение Uвх. Ток, протекающий через базу транзистора.Через коллектор протекает ток Iк = bIб. Вычислим потенциал на коллекторе. Теперь найдём коэффициент усиления по напряжению Кu=Uвых/Uвх, но так как это затруднительно, будем искать дифференциальный коэффициент усиления:

Начиная с 1947 г. в СССР начались интенсивно вестись работы в области полупроводниковых усилителей - в ЦНИИ-108 (лаб. С. Г. Калашникова) и в НИИ-160 (НИИ «Исток», Фрязино, лаб. А. В. Красилова). 15 ноября 1948 года в журнале «Вестник информации» А.В. Красилов опубликовал статью «Кристаллический триод». Это была первая публикация в СССР о транзисторах.

Таким образом, первый советский транзистор в СССР был создан независимо от работы американских учёных. Напомним, что 16 декабря 1947 года в американской компании Bell Labs был создан первый в мире транзистор, а в июле 1948 года, на 4 месяца раньше советской публикации, информация об этом изобретении появилась в журнале «The Physical Review».

В серийное производство первые советские германиевые триоды С1-С4 (термин «транзистор» в СССР вошёл в обиход в 1960-е годы) были запущены лабораторией Красилова уже в 1949 г. 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.). На тот момент советские транзисторы были ничем не хуже импортных транзисторов.

Естественно, транзисторы появились не на пустом месте – этому предшествовали годы исследований.
В 1926 г. советский физик Я. И. Френкель выдвинул гипотезу о дефектах кристаллической структуры полупроводников, названных "пустыми местами", или, более привычно, "дырками", которые могли перемещаться по кристаллу. В 1930-е годы академик А. Ф. Иоффе начал эксперименты с полупроводниками в Ленинградском институте инженерной физики.
В 1938 г. украинский академик Б. И. Давыдов и его сотрудники предложили диффузионную теорию выпрямления переменного тока посредством кристаллических детекторов, в соответствии с которой оно имеет место на границе между двумя слоями проводников, обладающих p- и n- проводимостью. Далее эта теория была подтверждена и развита в исследованиях В.Е. Лашкарева, проведенных в Киеве в 1939-1941 гг. Он установил, что по обе стороны "запорного слоя", расположенного параллельно границе раздела медь - оксид меди, находятся носители тока противоположных знаков (явление p-n-перехода), а также что введение в полупроводники примесей резко повышает их способность проводить электрический ток. Лашкарев открыл и механизм инжекции (переноса носителей тока) - явления, составляющего основу действия полупроводниковых диодов и транзисторов.
Эти исследования были прерваны войной. Однако война же остро поставила вопрос о необходимости развития советской электронной промышленности. В частности, необходимо было развивать радиолокацию.

К началу войны Ленинградский радиозавод успел выпустить всего 45 комплектов «радиоулавливателя самолетов» РУС-1. Первые два военных года радиолокационные станции в СССР больше не выпускались. 4 июля 1943 года Государственным комитетом Обороны было принято постановление «О радиолокации».

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ОБОРОНЫ
ПОСТАНОВЛЕНИЕ № ГОКО-3683сс
4 июля 1943 года. Москва. Кремль

О радиолокации
Учитывая исключительно важное значение радиолокации для повышения боеспособности Красной Армии и Военно-Морского Флота, Государственный Комитет Обороны постановляет:
1. Создать при Государственном Комитете Обороны Совет по радиолокации
Возложить на Совет по радиолокации при ГОКО следующие задачи:
а) подготовку проектов военно-технических заданий ГОКО для конструкторов по вопросам системы вооружения средствами радиолокации Красной Армии и Военно-Морского Флота;
б) всемерное развитие радиолокационной промышленности и техники, обеспечение создания новых средств радиолокации и усовершенствования существующих типов радиолокаторов, а также обеспечение серийного выпуска промышленностью высококачественных радиолокаторов;
в) привлечение к делу радиолокации наиболее крупных научных, конструкторских и инженерно-технических сил, способных двигать вперед радиолокационную технику;
г) систематизацию и обобщение всех достижений науки и техники в области радиолокации, как в СССР, так и за границей, путем использования научно-технической литературы и всех источников информации;
д) подготовку предложений для ГОКО по вопросам импорта средств радиолокации.
2. Утвердить Совет по радиолокации в следующем составе: тт. Маленков (председатель), Архипов, Берг, Голованов, Горохов, Данилин, Кабанов, Калмыков, Кобзарев, Стогов, Тереньтьев, Угер, Шахурин, Щукин.
3. Поставить перед Советом по радиолокации в качестве ближайших задач:
а) обеспечение улучшения качества и увеличения серийного производства выпускаемых промышленностью следующих радиолокаторов – установки обнаружения, опознавания самолетов и наведения на них истребительной авиации в системе ПВО – "Пегматит – 3" и "Редут" с высотной приставкой; станции орудийной наводки СОН для обеспечения стрельбы зенитных дивизионов в системе ПВО; самолетных радиолокационных установок радионаведения для двухмоторных самолетов "Гнейс – 2"; радиолокационных приборов опознавания самолетов и кораблей "свой – чужой".
б) Обеспечение создания и испытания опытных образцов и подготовки серийного производства следующих радиолокаторов – установки наведения прожекторов для ведения заградительного огня зенитной артиллерией в системе ПВО; станции орудийной наводки СОН – 3 для обеспечения стрельбы зенитным дивизионом в системе ПВО; радиолокационной установки для наведения на цель бомбардировочной авиации дальнего действия; радиолокационной установки наведения для одномоторного истребителя; универсальной морской установки обнаружения для всех типов кораблей, включая подводные лодки и торпедные катера; корабельной и береговой установки для обнаружения и обеспечения стрельбы главным калибром надводных кораблей и береговых батарей в любых условиях видимости.
4. В целях обеспечения новых разработок и серийного производства радиолокаторов современными высококачественными электровакуумными изделиями, создать Электровакуумный институт с опытным заводом. .
Разместить Электровакуумный институт на площади завода № 747 НКЭП
Утвердить начальником Электровакуумного института т. Векшинского С.А.
6. Для решения задач комплексного проектирования радиолокационного оборудования объектов, разработки тактико-технических заданий на радиолокационные приборы и координации работ отделов главных конструкторов заводов радиолокационной промышленности, организовать Проектно-Конструкторское Бюро по радиолокации.
Утвердить начальником Проектно-Конструкторского Бюро по радиолокации т. Попова Н.Л.
7.Организовать в Наркомате электропромышленности Главное управление радиолокационной промышленности в составе:
а) Всесоюзного научно-исследовательского института радиолокации;
б) Электровакуумного института;
в) Проектно-Конструкторского Бюро;
г) заводов Наркомэлектропрома №№ 465, 747, 498, 208 и 830.
7. Утвердить т. Берга А.И. заместителем наркома электропромышленности по вопросам радиолокации.
8. Восстановить в Московском энергетическом институте факультет радиотехники.
9. Обязать Главное управление трудовых резервов при СНК СССР (тт. Москатов и Зеленко) совместно с ЦК ВЛКСМ (т. Михайлов) организовать 15 ремесленных училищ с контингентом учащихся 10 тысяч человек с целью подготовки в этих училищах квалифицированных рабочих кадров для заводов радиолокационной промышленности.
10. Установить для крупных научных, конструкторских и инженерно-технических работников по радиолокации 30 персональных окладов в размере до 5 000 рублей каждый и 70 окладов в размере до 3 000 рублей.
11. Разрешить председателю Совета по радиолокации утвердить штаты аппарата Совета.
12. Обязать Совет по радиолокации совместно с Госпланом при СНК СССР (т. Вознесенский), Наркомэлектропромом (т. Кабанов), Наркомавиапромом (т. Шахурин), Наркомминвооружения (т. Паршин) Наркомсудпромом (т. Носенко), Наркомсредмашем (т. Акопов), Наркомвооружения (т. Устинов) и 15 июля с.г. представить на утверждение Государственного Комитета Обороны предложения о мероприятиях по организации производства радиолокационной аппаратуры.

Председатель Государственного Комитета Обороны И. Сталин

Созданный согласно этому постановлению Всесоюзного научно-исследовательского института радиолокации получил название ЦНИИ-108(ныне «ЦНИРТИ им. академика А.И. Берга»). Его руководителем стал А.И. Берг. Институт занимался созданием радиолокаторов и методов борьбы с ними. Сотрудник этого НИИ, руководитель лаборатории, Сергей Григорьевич Калашников, в дальнейшем создал первый систематический курс физики полупроводников в СССР и читал лекции в университете.

6 августа того же 1943 года было принято постановление о создании в городе Фрязино на базе заводе «Радиолампа»(завод N747) НИИ-160 (в дальнейшем назывался НИИ Электронной техники, НИИ «Исток», НПО «Исток», ГНПП "Исток"). Перед этим НИИ была поставлена задача создания электровакуумных приборов для радиолокационных станций.

Директором НИИ был назначен опытный инженер и изобретатель Сергей Аркадьевич Векшинский, бывший начальник Отраслевой вакуумной лаборатории (ОВЛ), эвакуированной из Ленинграда в Новосибирск, и бывший главный инженер «Светланы», а с 1940 г. начальник Спецбюро по металлографии, эвакуированного во Фрязино, а затем в Новосибирск. Менее года пробыл он директором НИИ-160, но самой ценной его заслугой было привлечение сюда ряд работников своего Спецбюро, а также самых ценных работников ОВЛ во главе с ее начальником С.А. Зусмановским (он был назначен заместителем Векшинского по научной части). Среди них были Ю. А. Юноша, В. И. Егиазаров, Г. А. Шустин, С. А. Зусмановский, К. П. Шахов, А. В. Красилов, В. С. Лукошков, Т.Б. Фогельсон и др. Вместе с сотрудниками «Светланы» эти ленинградцы стали золотым фондом института.

Институты НИИ-160 и ЦНИИ-108 активно сотрудничали, в частности в решении проблемы повышения выходной мощности и рабочих частот транзисторов, и в результате родилась идея нового технологического процесса "сплавления-диффузии", на основе которой появились серийные германиевые транзисторы П401-П403 и П410, П411. Но в 1957 году А.И.Берг создал в Академии наук СССР новый Институт радиоэлектроники, который сам же и возглавил, сотрудники, занимавшиеся полупроводниковыми приборами, перешли туда, и в ЦНИИ-108 это направление было свернуто.

В Советском Союзе первая НИР по транзисторам была поставлена в НИИ-160 (в дальнейшем - НИИ «Исток») в декабре 1948 г. Работа была выполнена Сусанной Мадоян - дипломницей Химико-технологического института им. Д.И. Менделеева под руководством А.В. Красилова.

Александр Викторович Красилов по праву считается патриархом отечественной полупроводниковой электроники. Родился 14 сентября 1910 г. Окончил Киевский политехнический институт. Начал трудовую деятельность в 1932 году на заводе "Светлана" г. Ленинград.

Принимал активное участие в развитии вакуумной электроники. В период Великой Отечественной войны участвовал в создании радиолампового завода в Новосибирске. Был командирован в США с целью заказа оборудования для вакуумной промышленности, где знакомился с работами ведущих электронных фирм того времени: "Дженерал-Электрик", "Вестингауз", "Ар-СИ-Эй", "Хьюлет-Паккард", "Вестон".

Под его руководством в НИИ "Исток" разработаны и внедрены в производство несколько серий микроволновых кремниевых детекторов сантиметрового и миллиметрового диапазонов, обеспечивающих нужды радиолокации, радиоприборостроения и СВЧ измерительной техники. Одновременно был разработан комплекс аппаратуры для измерения всех электрических параметров детекторов, включая измерения на сверхвысоких частотах. За эти работы А. В. Красилову в 1949 г. была присуждена Сталинская премия.

С августа 1953 г. А. В. Красилов - начальник отдела НИИ-35 (НИИ "Пульсар"). За более чем 20-летний срок пребывания на этой должности руководил разработкой, усовершенствованием, исследованием и внедрением в производство на опытном заводе НИИ и на девяти заводах в разных частях страны сотен типов германиевых диодов, транзисторов, туннельных диодов. В процессе этих работ были изучены основные свойства германия, способы его обработки, принципы конструирования приборов, методы их испытаний, пути достижения необходимой герметичности и надежности, в том числе для работы в особых условиях.

А. В. Красилов - автор ряда новых направлений конструирования и изготовления полупроводниковых приборов, таких как методы диффузии легирующих примесей в кристаллы германия и кремния, метод эпитаксиального наращивания, методы пиролитического разложения соединений германия, кремния и металлов, методы травления полупроводниковых приборов и многие другие основополагающие методы технологии.

А.В. Красилов скончался 7 июля 2003 г.

Сусанна Гукасовна Мадоян. 1950 г.

Сусанна Гукасовна Мадоян родилась 24 июня 1925 г. в городе Батуми в Грузии.
В 1944 году с отличием закончила школу и поступила в Московский химико-технологический институт им. Менделеева. Как уже писалось выше, свою дипломную работу «Исследование материалов для кристаллического триода» писала в НИИ-160 под руководством А.В. Красилова.

Создание точечных транзисторов было началом её трудовой деятельности, однако вскоре пришлось переключиться на разработку и изготовление диодов для развивающейся вычислительной техники.

В 1953 году она вместе с А.В. Красиловым перешла на работу в открывшийся НИИ полупроводниковой электроники (НИИ-35, ныне «Пульсар»). В том же году С.Г. Мадоян создала первый в Союзе опытный образец плоскостного (по тогдашней терминологии - слоистого) германиевого транзистора. Эта разработка стала основой серийных приборов типа П1, П2, П3 и их дальнейших модификаций.
В конце 1960 года С.Г. Мадоян защитила диссертацию на степень кандидата технических наук и начала цикл новых работ по созданию СВЧ приборов – туннельных диодов, основанных не только на германии, но и на появившемся к тому времени новых полупроводниковых материалах – арсениде галлия и антимониде галлия. Однако в 1969 г. оставила полупроводниковую промышленность и занялась преподаванием – получила должность доцента кафедры «Полупроводниковые приборы» в Институте стали и сплавов. Там вела курс «Технология полупроводниковых приборов» и написала ряд учебных пособий, по лекционному курсу, по курсовому проектированию и лабораторному практикуму. Руководила работами аспирантов; девять из них защитили кандидатские диссертации.

С.Г. Мадоян и А.В. Красилов

После войны В.Е. Лошкарёв возобновил исследования и в начале 1950-х годов изготовил первые точечные транзисторы в лабораторных условиях. Научные заслуги Лашкарева были оценены: он возглавил новый Институт полупроводников АН Украины, который был открыт в 1960 г.

Советские транзисторы П1А и П3А(с радиатором). 1957 г.

В начале 1950-х в НИИ-160 Ф. А. Щиголь(который также, как и С.Г. Мадоян, был дипломником у А.В. Красилова) и Н. Н. Спиро ежедневно выпускали десятки точечных транзисторов типа С1-С4, а М. М. Самохвалов разрабатывал в НИИ-35 новые решения по групповой технологии, технологии "вплавления - диффузии" для получения тонкой базы ВЧ-транзисторов. В 1953 г. на основе исследований термоэлектрических свойств полупроводников А. Ф. Иоффе создал серию термоэлектрогенераторов, а в НИИ-35 были изготовлены планарные транзисторы П1, П2, П3. Вскоре в лаборатории С. Г. Калашникова был получен германиевый транзистор для частот 1,0 - 1,5 МГц, а Ф. А. Щиголь сконструировал кремниевые сплавные транзисторы типа П501-П503.

Феликс Анатольевич Щиголь стал лауреатом Ленинской премии за развитие полупроводниковой промышленности. Среди его заслуг - создание стандартного для отрасли маломощного универсального кремниевого планарного транзистора 2Т312, который вместе со множеством своих производных производится до сих пор.

Создатель первых кремниевых планарных транзисторов Феликс Анатольевич Щиголь

В 1957 г. советская промышленность выпустила 2,7 млн. транзисторов. Начавшееся создание и развитие ракетной и космической техники, а затем и вычислительных машин, а также потребности приборостроения и других отраслей экономики полностью удовлетворялись транзисторами и другими электронными компонентами отечественного производства.

Вот что С.Г. Мадоян говорит про создание советской полупроводниковой промышленности:

Примерно в 1960-м году началась передача работ на новые заводы. Тогда возникло много полупроводниковых заводов, но каким-то странным образом: в Таллине полупроводниковое производство организовали на бывшей спичечной фабрике, в Брянске – на базе старой макаронной фабрики – новую макаронную построили, а старую отдали под производство полупроводниковых приборов. В Риге под завод полупроводниковых приборов отвели здание физкультурного техникума. Так что, начальные работы везде были тяжёлые, я помню, что в первую командировку в Брянске я искала макаронный завод и попала на новую макаронную фабрику, там мне объяснили, что есть ещё вот старая фабрика, и на старой фабрике я чуть ногу не сломала, оступившись в луже, причём на полу в коридоре, который вёл в кабинет директора.
Тогда началось производство самого массового вида приборов – маломощных германиевых транзисторов и в Новгороде Великом, а потом уже стали строить новые заводы. Сначала места для развёртывания производства выбирались так, чтобы была готовая инфраструктура, в городах, в которых людям хотелось жить, туда можно было набирать работников, а потом полупроводниковые заводы стали строить, ну, например, в Запорожье, потому что мы использовали в основном женский труд на всех сборочных участках, а в Запорожье было много безработных женщин. Ну, вот таким образом мы расширялись и продвигались.

В 1910 году Уильям Икклз обнаружил, что кристаллические детекторы в определённых условиях демонстрируют отрицательное внутреннее сопротивление и потому могут быть использованы для генерации колебаний и усиления сигналов . В 1922 году О. В. Лосев доказал возможность усиления и генерации электромагнитных колебаний на кристаллическом детекторе при подаче на него постоянного напряжения смещения (кристадинный эффект) . Цинкитный детектор («кристадин») Лосева сохранял работоспособность на частотах до 10 МГц . К концу 1920-х годов кристаллические детекторы были вытеснены вакуумными лампами , а развитие этого направления физики полупроводников приостановилось.

Нереализованный «полевой транзистор» Лилиенфельда. Патент США 1 745 175 на «метод и устройство управления электрическими токами» с приоритетом от 8 октября 1926 года (выдан 28 января 1930 года)

В 1922-1927 годах Грёндаль и Гейгер изобрели и внедрили в практику медно-закисный выпрямитель , а в 1930-е годы ему на смену пришёл более совершенный селеновый выпрямитель . Как писал Уолтер Браттейн , аналогия между выпрямителем на закиси меди и вакуумным диодом была очевидна для всех, изучавших полупроводники, - и многие из них задумывались о том, как внедрить в выпрямитель третий, управляющий электрод («сетку »), сделав из выпрямителя - усилитель . В 1925 году немецкий физик Юлиус Лилиенфельд подал первую патентную заявку на твердотельный усилитель, состоящий из слоёв металла и полупроводника . Лилиенфельд не смог довести своё предложение даже до стадии макета: его проект не мог быть реализован в 1920-е годы из-за недостаточного развития фундаментальной науки . В 1935 году другой немецкий физик, Оскар Хайл (англ.) русск. , запатентовал в Великобритании принцип действия полевого транзистора . В 1938 году сотрудники Гёттингенского университета Роберт Пол (англ.) русск. и Рудольф Хилш создали твердотельный «триод», способный усиливать медленно меняющийся входной сигнал . Усилитель Пола был слишком медленным, работал только при высоких температурах и поэтому не имел практического развития, да и сам Пол не желал заниматься прикладными работами, предпочитая фундаментальную науку . Все эти безуспешные эксперименты в той или иной мере воспроизводили устройство вакуумного триода . Так, в «триоде» Пола управляющий электрод представлял собой мелкоячеистую металлическую сетку, управлявшую полем внутри кристалла бромида калия . Лосев в 1939 году упоминал о работе над полупроводниковой «трёхэлектродной системой, аналогичной триоду», но эти неопубликованные работы были утрачены .

Открытие p-n-перехода

Плавка p-n-перехода по патенту Ола 1941 года

В 1936 году директор по исследованиям Bell Labs Мервин Келли поручил Уильяму Шокли изучить возможность создания твердотельных переключателей, способных в перспективе заменить электромеханические реле телефонных станций . Изучив опубликованные работы Пола, Иоффе и Давыдова и результаты экспериментов Браттейна, Шокли пришёл к выводу о невозможности внедрения управляющего электрода в массив полупроводника . Взамен 29 декабря 1939 года Шокли сформулировал принцип работы полевого транзистора : током в канале между двумя электродами должно управлять внешнее поле, создаваемое третьим (управляющим) электродом, размещённым вне канала . Шокли предложил строить полупроводниковый триод на изученной Давыдовым закиси меди , но первые опыты закончились неудачно, а затем персонал Bell Labs был мобилизован на решение военно-прикладных задач. Шокли в 1940 году работал на урановом проекте, а с 1942 года и до конца войны занимался практическими задачами радиолокации .

В октябре 1939 года среди заготовок для детекторов нашёлся странный образец, электрические параметры которого вели себя настолько беспорядочно, что дальнейшие измерения казались бессмысленными . Только 23 февраля 1940 года Ол нашёл время, чтобы лично проверить его . Оказалось, что образец реагировал на свет, а степень наблюдаемого фотоэффекта на порядок превосходила фотоэффект в традиционных фотоэлементах . Проводимость образца зависела не только от освещённости, но и от температуры и влажности . Несмотря на противодействие своего начальника, который был не в ладах с Келли, 6 марта Ол продемонстрировал свою находку Келли и Уолтеру Браттейну . Браттейн догадался, что фотоэффект возникает на некоем невидимом барьере между двумя слоями кремния и что этот же барьер должен выпрямлять переменный ток . Именно поэтому измерение проводимости на переменном токе давало необъяснимые, бессмысленные результаты .

Вскоре Скафф и Ол буквально увидели этот барьер: травление азотной кислотой вскрыло видимую глазу границу между двумя слоями кремния . Скафф и Ол дали этим слоям новые названия: «кремний p-типа» (от англ. positive , положительный) и «кремний n-типа» (negative, отрицательный), в зависимости от направления тока в изготавливаемых из этих слоёв детекторах . Барьерная зона получила название p-n-переход . Постепенно Ол, Скафф и Тойерер пришли к пониманию того, что тип проводимости кремния определяется не его чистотой, а, напротив, присутствием характерных примесей . Более лёгкие элементы подгруппы бора должны были сосредотачиваться в верхнем слое расплава, более тяжёлые элементы подгруппы азота - в центре тигля . Действительно, химический анализ кремния p-типа выявил следы бора и алюминия , а присутствие фосфора в грубо очищенном кремнии n-типа ощущалось и без приборов - при обработке такого кремния выделялся фосфин .

Личным волевым решением Келли засекретил открытие p-n-перехода . Bell Labs охотно делилась образцами кремния с американскими и британскими коллегами, но это был кремний исключительно p-типа . Ол лично отвечал за то, чтобы кремний n-типа и pn-переходы не покидали стен компании . Шокли узнал об открытии Ола только 24 марта 1945 года, а широкая публика - 25 июня 1946 года, когда Ол и Скафф получили патенты на свои изобретения 1940 года .

Независимо от американских физиков, в 1941 году В. Е. Лашкарёв представил теорию «запирающего слоя» и инжекции носителей заряда на границе раздела меди и закиси меди. Лашкарёв предположил, что два типа проводимости, обнаруженные термозондом в медно-закисном элементе, разделены гипотетическим переходным слоем, препятствующим электрическому току. Работы Лашкарёва и К. М. Косогоновой («Исследование запирающих слоёв методом термозонда» и «Влияние примесей на вентильный фотоэффект в закиси меди») были опубликованы в 1941 году .

Точечный транзистор

Транзистор Бардина и Браттейна

Бардин, Шокли и Браттейн в лаборатории Bell

В июне 1945 года Келли вновь сформировал отдел по исследованию твёрдого тела во главе с Шокли и Стэнли Морганом (в 1945 году Шокли по-прежнему был занят на военных проектах и не имел достаточно времени для единоличного управления отделом) . В группу вошли Браттейн, теоретик Джон Бардин , экспериментатор Джеральд Пирсон, физхимик Роберт Джибни и инженер-электрик Хилберт Мур . Образцы полупроводников изготавливали Уильям Пфанн (англ.) русск. , Джон Скафф и Генри Тойерер . Группа опиралась на ресурсы огромной по тем временам научной организации - в конце 1940-х годов в Bell Labs работали 5700 человек, из них около 2000 - дипломированные профессионалы .

Ознакомившись с наработками исследователей университета Пердью , Шокли сузил выбор полупроводников до двух (германия и кремния), а в январе 1946 года решил сосредоточиться на использовании эффекта поля . Однако эксперименты показали, что в реальном полупроводнике эффект поля был на три порядка слабее, чем предсказывала теория . Бардин объяснил экспериментальные данные, предложив гипотезу поверхностных состояний, согласно которой на границе полупроводника и металлического электрода образуется пространственный заряд , нейтрализующий действие внешнего поля .

В течение 1947 года отдел Шокли искал решение проблемы объёмного заряда, с каждым шагом отступая всё дальше и дальше от концепции полевого транзистора. Шокли писал в 1972 году, что благодаря Бардину «мы прекратили „делать транзистор“. Взамен мы вернулись к принципу, который я называю „уважение к научной стороне практической задачи“» . В ноябре 1947 года Джибни предложил подавать на «триод» постоянное напряжение смещения с помощью точечного управляющего электрода, отделённого от массы полупроводника слоем электролита . Работы резко ускорились: в ноябре - декабре Бардин, Джибни и Браттейн испытали не менее пяти разных конструкций «триода»:

Эксперименты Браттейна в ноябре - декабре 1947 года
Дата эксперимента	Полупроводник	Диэлектрик	Усиление			Частотный диапазон	Напряжение смещения		Примечания
			По напряжению	По току	По мощности		На «стоке» («коллекторе»)	На «затворе» («эмиттере»)
21 ноября	Поликристаллический кремний p-типа	Дистиллированная вода	Нет	Да	Да	<10 Гц	Положительное	Положительное	«Электролитический полевой транзистор», патент США 2 524 034
8 декабря	Поликристаллический германий n-типа	Электролит GU	Да	Нет	Да	<10 Гц	Отрицательное	Отрицательное
10 декабря	Поликристаллический германий n-типа с приповерхностным слоем p-типа		Да	Да	Да	<10 Гц	Отрицательное	Отрицательное
15 декабря		Оксидная плёнка	Да	Нет	Нет	10 Гц - 10 кГц	Положительное	Отрицательное
16 декабря		Нет	Да	Да	2 дБ	1 кГц	Положительное	Отрицательное	Изобретение точечного транзистора. Патент США 2 524 035
23 декабря			24 дБ на 1 кГц 20 дБ на 10 МГц	Да	2 дБ	До 15 МГц

Современный макет транзистора Бардина и Браттейна

8 декабря Шокли, Бардин и Браттейн пришли к выводу о необходимости замены однородного полупроводника на двухслойную структуру - пластину германия, на поверхности которой был сформирован p-n-переход с высоким напряжением пробоя . 10 декабря «электролитический триод» Бардина и Браттейна на германии n-типа с инверсным слоем p-типа продемонстрировал усиление по мощности около 6000 . Он был неприемлемо медленным даже для усиления звуковых частот, поэтому 12 декабря Бардин заменил электролит на тонкую плёнку окиси германия . Опыт в этот день окончился неудачно, вероятно, из-за повреждения плёнки при отмывке германиевой пластины . 15 декабря установка с оксидной плёнкой продемонстрировала двукратное усиление по напряжению в частотном диапазоне до 10 кГц . После этого опыта Бардин предложил использовать два контактных электрода - управляющий (эмиттер) и управляемый (коллектор). По расчётам Бардина, схема могла бы усиливать мощность при межэлектродном расстоянии не более пяти микрон (2*10 −4 дюйма) .

15 или 16 декабря 1947 года Браттейн сконструировал контактный узел из пластмассовой треугольной призмы с наклеенной на неё полоской золотой фольги . Аккуратно разрезав фольгу бритвой, Браттейн получил зазор между коллектором и эмиттером шириной около 50 микрон . 16 декабря Браттейн прижал контактный узел зазором к поверхности германиевой пластины , создав первый работоспособный точечный транзистор . 23 декабря 1947 года Браттейн продемонстрировал коллегам транзисторный усилитель звуковых частот с пятнадцатикратным усилением по напряжению . На частоте 10 МГц усиление составило 20 дБ при выходной мощности 25 мВт . 24 декабря Браттейн продемонстрировал первый транзисторный генератор .

Так, из неудачных попыток создать полевой транзистор , началось развитие биполярного транзистора . Руководство Bell Labs, понимая важность события, усилило отдел Шокли специалистами и на время засекретило проект . Публика узнала об изобретении транзистора 30 июня 1948 года на открытой презентации транзистора в Нью-Йорке , приуроченной к выходу статей в Physical Review . За месяц до этого события в Bell Labs состоялось тайное голосование по выбору имени нового прибора. Отбросив слишком длинное «полупроводниковый триод» (semiconductor triode ), фактически неверное «триод на поверхностных состояниях» (surface states triode ) и непонятное «йотатрон» (iotatron ), Bell Labs утвердила «транзистор» (transistor ) - от англ. transconductance (проводимость) или transfer (передача) и varistor (варистор , управляемое сопротивление) .

Транзистрон Матаре и Велкера

Рентгенограмма транзистрона Матаре-Велкера

В 1946 году французские и британские агенты разыскали Велкера и Матаре, допросили их о немецких разработках в радиолокации и предложили работу на французском отделении Westinghouse, где в то время разворачивалось производство германиевых выпрямителей . Оба согласились: заниматься наукой в разгромленной Германии было невозможно . Велкер и Матаре основали лабораторию в Ольне-су-Буа и до конца 1947 года занимались наладкой производства выпрямителей . На рубеже 1947 и 1948 годов Матаре вернулся к теме «дуодиода», а Велкер по просьбе Матаре занялся очисткой германия . В июне 1948 года, до обнародования изобретения Бардина и Браттейна, усовершенствованный «дуодиод», а фактически - точечный транзистор, Матаре продемонстрировал стабильное усиление . В июле 1948 года работами Матаре и Велкера заинтересовался министр связи Франции Эжен Тома (фр.) русск. , он же дал новому прибору имя «транзистрон» (фр. transistron ) . В мае 1949 года Матаре и Велкер объявили о начале мелкосерийного выпуска транзистронов для дальней телефонной связи .

Первые серийные транзисторы

Структура серийного транзистора «тип А». Профили проводимости эмиттерного и коллекторного переходов определяются материалами электродов и режимом электротермотренировки

В 1948-1951 годах специалисты Bell Labs под руководством Пфанна пытались наладить серийный выпуск точечных транзисторов, используя имеющуюся технологию контактных детекторов СВЧ-излучения . Пфанн добился успеха благодаря случайному совпадению: фосфористая бронза коллекторных контактов загрязняла поверхность германия атомами фосфора, создавая островки проводимости n-типа . Значение диффузии атомов меди , создававшей островки p-типа, было прояснено спустя несколько лет работами Кэлвина Фуллера (англ.) русск. . Транзистор Пфанна фактически был четырёхслойной PNPN-структурой , которая в определённых обстоятельствах демонстрировала несвойственное «настоящим» транзисторам отрицательное сопротивление . Серийное производство транзистора «тип А» на Western Electric началось в 1951 году и в апреле 1952 года вышло на уровень 8400 транзисторов в месяц . Производство было трудоёмко, дорого, а воспроизводимость параметров транзисторов - неприемлемо низкой . Поведение транзисторов зависело не только от температуры, но и от влажности воздуха . Пентагон внимательно следил за развитием технологии, но отказывался приобретать аппаратуру на ненадёжных приборах . Несмотря на то, что в 1951 году точечный транзистор уже устарел морально , производство «типа А» продолжалось почти десять лет , так как последовавшие за ним транзисторы на выращенных кристаллах и сплавные транзисторы уступали «типу А» в частотных свойствах. В течение всего десятилетия, по словам Шокли, успех производства зависел от «непостижимого шаманства» (англ. mysterious witchcraft ) .

Матаре и Велкер начали производство «транзистронов» в 1949 году, а в 1950 году продемонстрировали Шокли и Браттейну работу транзисторных усилителей на телефонной линии Франция-Алжир . Американцы насторожились: благодаря более совершенной технологии сборки «транзистроны» считались более надёжными приборами . Однако вскоре французское правительство прекратило поддержку Матаре и Велкера, и те вернулись в Германию . В 1952-1953 годах Матаре при поддержке Якоба Михаэля выпустил там опытную партию «транзистронов» и представил публике радиоприёмник на четырёх транзисторах (первый американский транзисторный приёмник Regency TR-1 был выпущен на год позже) . Американская компания Clevite (будущий владелец ) выкупила компанию у Михаэля, а затем свернула производство в Германии . Матаре переехал в США, Велкер возглавил полупроводниковые исследования на Siemens .

В 1951 году правительство США потребовало, чтобы AT&T предоставило лицензии на свои технологии всем заинтересованным американским компаниям без взимания роялти . К лету 1952 года лицензию (так называемую «книгу за 25 тысяч долларов») приобрели 26 американских и 14 иностранных компаний , но их попытки воспроизвести точечный транзистор не имели успеха. CBS-Hytron сумела запустить точечный транзистор в серию в 1951 году, а через год прекратила его выпуск . Hughes Aircraft безуспешно пыталась делать транзисторы из отдельных зёрен поликристаллического германия и в итоге отказалась от проекта . Philips , благодаря довоенным связям с Bell, получила лицензию раньше конкурентов, но серийное производство точечных транзисторов начала только в 1953 году, одновременно с более совершенными сплавными транзисторами .

Ранние плоскостные транзисторы

Теория Шокли

Главный творческий прорыв состоялся не тогда, когда я пытался изобрести транзистор, а когда я конструировал установку для экспериментов с поверхностными явлениями в точечных транзисторах. Внезапно до меня дошло, что экспериментальная структура и есть транзистор. Именно она и была запатентована как плоскостной транзистор . Я был удручён тем, что, зная всё необходимое для этого изобретения, я целый год не мог соединить части целого - до тех пор, пока не появился раздражитель в лице точечного транзистора. - Уильям Шокли, 1972

Оригинальный текст (англ.)

My most important inventive breakthrough came not while I was trying to invent a transistor but while designing an experiment to diagnose incisively the surface phenomena of point-contact transistors. The structure I devised, I suddenly realised, was itself a transistor. It was patented as a junction transistor. I was disconcerted to realise that for at least a year I had known all the concepts needed for the invention but had not put them together until the point-contact transistor provided the challenging stimulus. .

Уильям Шокли в 1975 году

Точечный транзистор Бардина и Браттейна был загадкой для его создателей. Было ясно только то, что изобретатели создали не гипотетический полевой транзистор , а нечто иное. 27 декабря 1947 года Бардин и Браттейн отправили в Physical Review статью об изобретении, объяснявшую действие транзистора поверхностными эффектами в полупроводнике . В патентной заявке 26 февраля 1948 года они дали другое объяснение, предположив существование в объёме полупроводника барьера, подобного барьеру Шоттки на границе полупроводника и металла . По мнению Бо Лоека, ни то, ни другое объяснение не выдерживало критики. Ни в одной рукописи Бардина и Браттейна не упоминались неосновные носители и инжекция заряда - понятия, без которых невозможно было описать поведение транзистора .

Решение уже было записано в блокнотах Шокли - первые наброски теории p-n-перехода в германии Шокли создал ещё в апреле 1947 года . 8 декабря 1947 года, обсудив с Бардином и Браттейном структуру перспективного «триода», Шокли вернулся к теоретической проработке усилителя на p-n-переходах . В последнюю неделю 1947 года он мысленно перебрал множество конфигураций, однако все они, включая схему биполярного транзистора , не выдержали критического анализа . Только в январе 1948 года Шокли осознал, что использованная им модель не учитывала инжекции неосновных носителей заряда в базу . Учёт механизма инжекции сделал модель полностью работоспособной. Не позднее 23 января 1948 года Шокли составил патентную заявку на биполярный транзистор (будущий патент США 2 569 347) и оформил свои идеи в законченную теорию . В этой работе Шокли, наконец, отбросил попытки создать полевой транзистор и описал ещё не существующий прибор с двумя параллельными p-n-переходами - плоскостной биполярный транзистор . В ней впервые появились такие привычные ныне, но не очевидные в 1948 году утверждения, как необходимость прямого смещения эмиттерного p-n-перехода и обратного смещения коллекторного перехода .

26 июня 1948 года Bell Labs подал патентную заявку на изобретение плоскостного транзистора , но стоявшая за ней теория была оглашена публично только год спустя (16-18 июня 1949 года) - после того, как эксперимент подтвердил теорию . В июле 1949 года Шокли изложил свою теорию в Bell System Technical Journal (англ.) русск. , а в ноябре 1950 года вышел magnum opus Шокли, Electrons and Holes in Semiconductor (в русском переводе 1953 года «Теория электронных полупроводников: Приложения к теории транзисторов» ). По словам Ж. И. Алфёрова , книга Шокли стала «настольной книгой по обе стороны Атлантического океана» . Следует отметить, что Шокли описал именно плоскостной транзистор (транзистор на p-n-переходах, англ. junction transistor ), а теорию точечного транзистора и кристадина Лосева так никто и не создал . Физическая сущность первого транзистора Бардина и Браттейна остаётся предметом споров: возможно, что реальные свойства использованной германиевой пластины существенно отличались от того, что предполагали экспериментаторы . Проверить это невозможно, так как подлинный первый транзистор давно утрачен .

Публикация сделала Шокли безоговорочным авторитетом в физике полупроводников и привела к конфликту с Бардином, который в 1951 году ушёл из Bell Labs, чтобы сосредоточиться на исследованиях сверхпроводимости . Отношения Шокли и Бардина отчасти нормализовались только после присуждения Бардину, Браттейну и Шокли Нобелевской премии по физике за 1956 год . Четвёртый основной соавтор изобретения, Роберт Джибни, ушёл из Bell Labs в начале 1948 года и Нобелевской премии не получил . Впоследствии публичная активность Шокли и внимание прессы способствовали возникновению мнения о том, что Шокли якобы приписывал себе достижения Бардина, Браттейна и других . В действительности Шокли, напротив, всегда уточнял рамки собственного вклада , исключал из списка изобретателей себя самого и включал туда Джибни . Шокли скрупулёзно отстаивал права своих коллег, даже тех, с кем (как с Робертом Нойсом) он разошёлся навсегда .

Транзистор на выращенных переходах

Метод выращивания p-n-переходов из расплава - исторически первая технология производства плоскостных транзисторов

Первый выращенный кремниевый транзистор изготовил на Texas Instruments тот же Тил в апреле 1954 года . Из-за высокой химической активности и более высокой, чем у германия, температуры плавления кремниевые технологии 1950-х годов отставали от германиевых. Тил вспоминал о том, что на конференции в мае 1954 года коллеги один за другим докладывали о непреодолимых трудностях в работе с кремнием - до тех пор, пока сам Тил не продемонстрировал публике работающий кремниевый транзистор . Три последующие года, когда Texas Instruments была единственным поставщиком кремниевых транзисторов в мире, озолотили компанию и сделали её крупнейшим поставщиком полупроводников .

Сплавной транзистор

Сплавной транзистор. Квадратная пластина - база, с одной стороны к ней приварена бусина эмиттера, с другой - бусина коллектора

В 1950 году Холл и Данлоп предложили формировать p-n-переходы сплавлением, а первые практические сплавные транзисторы были выпущены General Electric в 1952 году . В основе типичного сплавного транзистора PNP-типа была тонкая пластина германия n-типа, служившая базой. Эти пластины сплавлялись с индиевыми или мышьяковыми бусинами, а затем отжигались при температуре около 600 °С. При правильном выборе ориентации пластин в них формировались строго параллельные эпитаксиальные слои рекристаллизованного германия n-типа. Толщина базы задавалась временем отжига. Пластина монтировалась на несущую арматуру корпуса в бескислородной среде (азот или аргон), а затем корпус герметично заваривался. Герметизация не могла заменить должной пассивации поверхности p-n-переходов, поэтому параметры сплавных транзисторов были нестабильны во времени . Практически все сплавные транзисторы изготавливались из германия - реализация сплавной технологии в кремнии оказалась слишком сложной и дорогой .

Переходы между зонами p-типа и n-типа в сплавных транзисторах были резкими (ступенчатыми), в отличие от плавных переходов выращенных транзисторов. Благодаря ступенчатой характеристике эмиттерного перехода сплавные транзисторы имели больший коэффициент усиления по току и были более эффективными переключателями в цифровых схемах. Ступенчатая характеристика коллекторного перехода, напротив, порождала нежелательные свойства - высокую миллеровскую ёмкость , узкий частотный диапазон (до 10 МГц), самовозбуждение усилителей . Предельная рабочая частота сплавных транзисторов была выше, чем у транзисторов на выращенных переходах, но по-прежнему уступала точечным транзисторам .

Диффузионные транзисторы

Германиевый меза-транзистор

Диффузионно-сплавной меза-транзистор по Дэйси, Ли и Шокли (1955). Три этапа технологии: диффузия базы (из газовой среды), сплавление эмиттера, пайка к основанию

В 1950 году группа специалистов Bell Labs под руководством Кэлвина Фуллера (англ.) русск. начала исследования диффузии примесей в германии с целью выработать меры против загрязнения кристаллов нежелательными примесями. Работы Фуллера развились во всеобъемлющее исследование диффузии из твёрдой и газовой сред и принесли побочный результат - создание эффективной кремниевой солнечной батареи . В начале 1954 года Шокли предложил использовать диффузию по Фуллеру для формирования p-n-переходов с заданной глубиной и профилем концентрации примесей .

В марте 1955 года Шокли, Джордж Дэйси и Чарльз Ли подали патентную заявку на технологию массового производства диффузионного транзистора . В этом процессе в диффузионную печь единовременно закладывалась масса монокристаллических таблеток из германия p-типа - будущих транзисторов. Затем в течение 15 минут при 800 °С проводилась диффузия мышьяка , формировавшая на поверхности таблетки слой n-типа (базу). На поверхность каждой таблетки по трафарету наносили тонкий слой алюминия - контактную площадку будущего эмиттера. При отжиге атомы алюминия диффундировали в германий, создавая внутри базы тонкий слой p-типа (собственно эмиттер). Электрический контакт с коллектором, скрытым внутри диффузионного слоя базы, создавался при пайке кристалла к корпусу транзистора припоем , содержащим индий . Индий, диффундируя в германий, менял проводимость базового слоя с n-типа обратно на p-тип, мягко «выталкивая» слой базы из зоны пайки . Внешний вид таблетки, припаянной к плоскому основанию, напоминал распространённые на юго-западе США столовые горы (исп. mesa ), оттого транзисторы этого типа стали известны как меза-транзисторы . Технология Дэйси, Ли и Шокли пошла в серию на Western Electric , но не вышла на открытый рынок - все выпущенные транзисторы были распределены между самой Western Electric и узким кругом военных заказчиков .

Открытие мокрого окисления

В начале 1955 года в диффузионной печи Карла Фроша (англ.) русск. , занимавшегося в Bell Labs проблемами диффузии в кремний, произошла случайная вспышка водорода . Часть водорода в печи сгорела с выбросом водяного пара , опытная кремниевая пластина покрылась тонким слоем диоксида кремния . В течение последующих двух лет Фрош и его помощник Линкольн Дерик при участии Молла (англ.) русск. , Фуллера и Холоньяка обстоятельно изучили процесс мокрого термического окисления и довели его до внедрения в промышленное производство . В отличие от непредсказуемого в то время сухого окисления в атмосфере кислорода мокрое окисление водяным паром оказалось легко воспроизводимым процессом, а полученные оксидные слои - равномерными и достаточно прочными . Они надёжно задерживали тяжёлые легирующие атомы (например, сурьмы) и потому могли служить эффективной, термостойкой маской для селективной диффузии примесей .

Фрош ещё в 1955 году предвидел широкое внедрение селективных оксидных масок, но остановился в одном шаге от идеи интеграции . Холоньяк писал в 2003 году, что открытие Фроша «сделало все другие методы диффузии устаревшими» и сняло последний барьер на пути к созданию интегральных схем . Однако Фрош допустил ошибку, решив, что оксид не способен задерживать диффузию фосфора . Тонкие слои оксида, использованные Фрошем, действительно пропускали атомы фосфора, но в начале 1958 года Чи-Тан Са (англ.) русск. установил, что достаточно толстый слой оксида способен задерживать и фосфор . Эта ошибка задержала начало практических работ Жана Эрни по планарной технологии более чем на год .

Работы Фроша оставались внутренним секретом Bell Labs вплоть до первой публикации в Journal of the Electrochemical Society летом 1957 года . Однако Уильям Шокли, уехавший в 1954 году в Калифорнию и формально уволенный из Bell Labs в сентябре 1955 года , безусловно был в курсе работ Фроша. Шокли оставался рецензентом и консультантом Bell Labs, регулярно получал известия о новейших работах корпорации, знакомил с ними своих сотрудников . Две важнейшие и ещё не обнародованные в 1956 году технологии Bell Labs - мокрое окисление и фотолитография - внедрялись в опытное производство Shockley Semiconductor Laboratory . «Вероломная восьмёрка », покинувшая Шокли и основавшая Fairchild Semiconductor , взяла с собой уже практическое знание этих технологий .

Кремниевый меза-транзистор

Меза-транзистор малой мощности 1960-х годов. Меза-структура с характерными концентрическими выводами эмиттера (в центре) и базы припаяна к торцу вывода коллектора

В августе 1958 года Fairchild Semiconductor представила разработанный Гордоном Муром 2N696 - первый кремниевый меза-транзистор и первый меза-транзистор, продававшийся на открытом рынке США . Технология его производства принципиально отличалась от «таблеточных» процессов Bell Labs и Philips тем, что обработка проводилась целыми, неразрезанными пластинами с применением фотолитографии и мокрого окисления по Фрошу . Непосредственно перед резкой пластины на индивидуальные транзисторы проводилась операция глубокого травления (англ. mesaing ) пластины, разделявшая островки-мезы (будущие транзисторы) глубокими канавками .

Технология Fairchild существенно повысила производительность, но была для своего времени весьма рискованной: единственная ошибка на этапах диффузии, металлизации и травления пластин приводила к гибели всей партии . Fairchild выдержала эти испытания, оставаясь почти полтора года единственным поставщиком меза-транзисторов на открытый рынок. 2N696 выгодно отличался от ближайших конкурентов (сплавных транзисторов Texas Instruments) сочетанием бо́льшей допустимой мощности и хорошего быстродействия в цифровых схемах и потому стал на время «универсальным транзистором» американского ВПК . В вычислительной технике 2N696 работал не столь хорошо из-за долгого времени выключения в ключевом режиме . В ноябре 1958 года - январе 1959 года Жан Эрни нашёл решение проблемы - легирование коллекторов золотом . Решение Эрни было совершенно алогичным, невероятным: ранее считалось, что золото «убивает» усиление транзистора . Однако легированные золотом PNP-транзисторы Эрни, запущенные в серию в начале 1959 года, имели стабильно высокий коэффициент усиления, превосходили германиевые транзисторы в скорости и оставались недосягаемыми для конкурентов до середины 1960-х годов . Fairchild, обойдя Texas Instruments, стала абсолютным лидером отрасли и удерживала первенство до июля 1967 года .

Меза-технология дала разработчикам беспрецедентную гибкость в задании характеристик p-n переходов и позволила довести допустимое напряжение на коллекторе до нескольких киловольт , а рабочую частоту до 1 ГГц , но она имела и неустранимые недостатки. Она не позволяла формировать резисторы и потому была непригодна для производства интегральных схем . Толстые коллекторные слои имели высокое омическое сопротивление и, как следствие, далёкие от оптимума импульсные характеристики . Главная же проблема меза-транзисторов была в том, что выход коллекторного p-n-перехода на отвесную «стенку» мезы не был защищён от загрязняющих примесей - как следствие, надёжность меза-транзисторов была хуже, чем у предшествовавших им сплавных транзисторов . Микроскопические частицы, притянутые к кристаллу электрическим полем, шунтировали коллекторный переход, снижали коэффициент усиления и напряжение пробоя. Мур вспоминал, что при подаче на коллектор обратного напряжения эти частицы, разогретые током утечки, буквально светились . Защитить же стенки мезы оксидным слоем было невозможно, так как окисление требовало нагрева до температур, превышающих температуру плавления алюминия контактных площадок.

Планарный транзистор

Отличие планарной технологии Эрни (справа) от меза-технологии (слева). Высоты слоёв показаны схематично

Ещё 1 декабря 1957 года Эрни предложил Роберту Нойсу планарный процесс - перспективную замену меза-технологии. По Эрни, планарная структура должна была формироваться двумя последовательными диффузиями, создающими вначале слой базы, а затем вложенный в него слой эмиттера. Выходы коллекторного и эмиттерного переходов на верхнюю поверхность кристалла изолировались от внешней среды слоем «грязного» оксида, служившим маской при второй (эмиттерной) диффузии . Это предложение Эрни, так же, как и легирование золотом, противоречило общепринятому тогда мнению . Фуллер, Фрош и другие инженеры Bell Labs полагали, что «грязный» оксид в законченном транзисторе недопустим, так как атомы примесей будут неизбежно проникать из оксида в кремний, нарушая заданный профиль p-n-переходов . Эрни доказал, что это мнение ошибочно: предшественники не учли, что при диффузии примесь поступает не только вглубь кристалла, но и распространяется вбок под оксидной маской . Перекрытие маски над реальным (скрытым) p-n-переходом достаточно велико, поэтому диффузией из оксида в кристалл можно пренебречь .

В последующие полгода Эрни и Нойс не возвращались к планарной теме . По мнению Риордана, задержка была связана с несовершенством литографского процесса Fairchild: технология 1957-1958 годов не позволяла провести четыре фотолитографии и две диффузии с приемлемым выходом годных, поэтому в последующие полгода Эрни и Нойс не возвращались к планарной теме . В мае 1958 года им стало известно, что Мартин Аттала из Bell Labs также работает над пассивацией оксидным слоем . Эрни, не желавший уступать инициативу конкурентам, занялся планарным диодом, а с января 1959 года сосредоточился на изготовлении планарного NPN-транзистора - преемника 2N696 . 2 марта 1959 года Эрни создал первый опытный планарный транзистор . К 12 марта 1959 года Эрни убедился, что новый прибор превосходит меза-транзисторы по скорости, имеет в тысячу раз меньшие токи утечки и при этом надёжно защищён от посторонних частиц .

По мнению Арджуна Саксены, задержка имела и фундаментальную причину. Согласно работам Карла Фроша, оксидный слой не мог служить маской при диффузии лёгких атомов фосфора - а именно фосфор требовался Эрни при второй, эмиттерной, диффузии . 2 марта 1959 года (или несколькими днями позже) бывший коллега Эрни по работе у Шокли Чи-Тан Са (англ.) русск. рассказал Эрни и Нойсу о своём опыте диффузии . Оказалось, что достаточно толстый слой оксида способен эффективно задерживать диффузию фосфора . Именно это знание и стимулировало активность Эрни в первой половине марта 1959 года .

Мур и Нойс, фактически управлявшие Fairchild , приняли решение о переходе на планарную технологию, но запуск в серию оказался неожиданно сложным . Fairchild выпустила первые серийные планарные транзисторы 2N1613 лишь в апреле 1960 года . 26 мая 1960 года работавший на Fairchild Джей Ласт создал первую планарную интегральную микросхему по идеям Нойса , а в октябре 1960 года Fairchild анонсировала полный отказ от меза-транзисторов . С тех пор планарный процесс остаётся основным способом производства транзисторов и фактически единственным способом производства интегральных схем .

Высокочастотные и мощные транзисторы

Мощный транзистор с гребёнчатой топологией базы и эмиттера (коллектором служит тело кристалла, припаянное к корпусу)

Совершенствование биполярных транзисторов продолжилось по двум направлениям - повышение рабочей частоты (скорости переключения) и повышение рассеиваемой мощности . Эти две цели требовали от разработчиков взаимоисключающих технических решений: работа на высоких частотах предполагает минимальную площадь переходов и минимальную толщину базы, а работа на больших токах, напротив, требует большой площади переходов . Поэтому в 1960-е годы силовые и высокочастотные приборы развивались независимыми путями . В 1961 году кремниевые транзисторы Fairchild 2N709, спроектированные Эрни по заказу Сеймура Крея , впервые превзошли германиевые транзисторы по скорости переключения . К концу 1960-х годов опытные транзисторы достигли рабочих частот в 10 ГГц, сравнявшись по быстродействию с лучшими СВЧ-радиолампами .

Мощность, рассеиваемая ранними типами транзисторов, не превышала 100 мВт . В 1952 году был создан первый «силовой транзистор» с мощностью рассеивания 10 Вт. Это был обычный германиевый сплавной транзистор, припаянный к медному основанию, которое крепилось к массивному радиатору . В 1954 году был разработан двадцативаттный транзистор с максимальным током коллектора 1 А . Граничная частота усиления этих транзисторов не превышала 100 кГц, а рабочая температура кристалла - 80 °С . Рабочий ток и коэффициент усиления были невелики из-за большого, порядка 30 Ом, сопротивления базы .

В конце 1950-х годов разработчики мощных транзисторов переключились на диффузионные технологии и отказались от германия в пользу кремния, способного работать при температурах до 150 °С . В 1963 году появился первый эпитаксиальный силовой транзистор с сопротивлением базы порядка 1 Ом, что позволило управлять токами в 10 А и более . В 1965 году RCA выпустила первый многоэмиттерный транзистор с мозаичной топологией , в том же году появились силовые меза-транзисторы с допустимым напряжением в 1 кВ . В 1970 году рабочий диапазон частот опытных мощных транзисторов достиг 2 ГГц при рассеиваемой мощности 100 Вт . Тогда же, в конце 1960-х и начале 1970-х годов, начался переход от цельнометаллических корпусов (TO3 (англ.) русск. , ТО36, ТО66) к пластмассовым корпусам (TO220 и аналоги) .

Полевой транзистор

Параллельно с совершенствованием биполярного транзистора продолжалась и работа по полевым транзисторам . В течение десяти лет (1948-1958) она оставалась безрезультатной из-за отсутствия подходящих диэлектриков . Затем события резко ускорились. В 1958 году Станислав Тезнер выпустил на французском отделении General Electric «Технитрон» (Technitron ) - первый серийный, сплавной полевой транзистор . Это был несовершенный германиевый прибор, отличавшийся высокими токами утечки при малой крутизне характеристики . В 1959 году RCA выпустила тонкоплёночный полевой транзистор на сульфиде кадмия . В 1960 году американская Crystalonics выпустила серийный сплавной полевой транзистор на p-n-переходе с уровнем шумов ниже, чем у биполярных транзисторов. В 1962 году Texas Instruments выпустила первый планарный полевой транзистор на p-n-переходе.

Важнейшие события, как и десятью годами ранее, происходили в стенах Bell Labs. В 1959 году Мартин Аттала предложил выращивать затворы полевых транзисторов из двуокиси кремния; приборы такого типа получили название МОП-структур . В том же году Аттала и Дион Канг создали первый работоспособный МОП-транзистор . Изобретение не заинтересовало менеджмент Bell, зато RCA и Fairchild начали активно экспериментировать с МОП-технологией уже в 1960 году, а в 1962 году RCA изготовило первую опытную МОП-микросхему с шестнадцатью транзисторами . В 1963 году Чин-Тан Са (англ.) русск. и Фрэнк Уонлес (англ.) русск. предложили комплементарную МОП-схемотехнику . Первые серийные МОП-транзисторы RCA и Fairchild вышли на рынок в 1964 году, в том же году General Microelectronics выпустила первую МОП-микросхему, в 1970-е годы МОП-микросхемы завоевали рынки микросхем памяти и микропроцессоров , а в начале XXI века доля МОП-микросхем достигла 99% от общего числа выпускаемых

Одним из значительных изобретений XX века по праву считается изобретение транзистора , пришедшего на замену электронным лампам.

Долгое время лампы были единственным активным компонентом всех радиоэлектронных устройств, хотя и имели множество недостатков. Прежде всего, это большая потребляемая мощность, большие габариты, малый срок службы и малая механическая прочность. Эти недостатки все острее ощущались по мере усовершенствования и усложнения электронной аппаратуры.

Революционный переворот в радиотехнике произошел, когда на смену устаревшим лампам пришли полупроводниковые усилительные приборы - транзисторы, лишенные всех упомянутых недостатков.

Первый работоспособный транзистор появился на свет в 1947 году, благодаря стараниям сотрудников американской фирмы Bell Telephone Laboratories. Их имена теперь известны всему миру. Это ученые - физики У. Шокли, Д. Бардин и У. Брайтен. Уже в 1956 году за это изобретение все трое были удостоены нобелевской премии по физике.

Но, как и многие великие изобретения, транзистор был замечен не сразу. Лишь в одной из американских газет было упомянуто, что фирма Bell Telephone Laboratories продемонстрировала созданный ею прибор под названием транзистор. Там же было сказано, что его можно использовать в некоторых областях электротехники вместо электронных ламп.

Показанный транзистор имел форму маленького металлического цилиндрика длиной 13 мм и демонстрировался в приемнике, не имевшем электронных ламп. Ко всему прочему, фирма уверяла, что прибор может использоваться не только для усиления, но и для генерации или преобразования электрического сигнала.

Рис. 1. Первый транзистор

Рис. 2. Джон Бардин, Уильям Шокли и Уолтер Браттейн. За сотрудничество в разработке первого в мире действующего транзистора в 1948 году они разделили Нобелевскую премию 1956 года.

Но возможности транзистора, как, впрочем, и многих других великих открытий, были поняты и оценены не сразу. Чтобы вызвать интерес к новому прибору, фирма Bell усиленно рекламировала его на семинарах и в статьях, и предоставляла всем желающим лицензии на его производство.

Производители электронных ламп не видели в транзисторе серьезного конкурента, ведь нельзя было так сразу, одним махом, сбросить со счетов тридцатилетнюю историю производства ламп нескольких сотен конструкций, и многомиллионные денежные вложения в их развитие и производство. Поэтому транзистор вошел в электронику не так быстро, поскольку эпоха электронных ламп еще продолжалась.

Рис. 3. Транзистор и электронная лампа

Первые шаги к полупроводникам

С давних времен в электротехнике использовались в основном два вида материалов - проводники и диэлектрики (изоляторы). Способностью проводить ток обладают металлы, растворы солей, некоторые газы. Эта способность обусловлена наличием в проводниках свободных носителей заряда - электронов. В проводниках электроны достаточно легко отрываются от атома, но для передачи электрической энергии наиболее пригодны те металлы, которые обладают низким сопротивлением (медь, алюминий, серебро, золото).

К изоляторам относятся вещества с высоким сопротивлением, у них электроны очень крепко связаны с атомом. Это фарфор, стекло, резина, керамика, пластик. Поэтому свободных зарядов в этих веществах нет, а значит нет и электрического тока.

Здесь уместно вспомнить формулировку из учебников физики, что электрический ток это есть направленное движение электрически заряженных частиц под действием электрического поля. В изоляторах двигаться под действием электрического поля просто нечему.

Однако, в процессе исследования электрических явлений в различных материалах некоторым исследователям удавалось «нащупать» полупроводниковые эффекты. Например, первый кристаллический детектор (диод) создал в 1874 году немецкий физик Карл Фердинанд Браун на основе контакта свинца и пирита. (Пирит - железный колчедан, при ударе о кресало высекается искра, отчего и получил название от греческого «пир» - огонь). Позднее этот детектор с успехом заменил когерер в первых приемниках, что значительно повысило их чувствительность.

В 1907 году Беддекер, исследуя проводимость йодистой меди обнаружил, что ее проводимость возрастает в 24 раза при наличии примеси йода, хотя сам йод проводником не является. Но все это были случайные открытия, которым не могли дать научного обоснования. Систематическое изучение полупроводников началось лишь в 1920 - 1930 годы.

На заре производства транзисторов основным полупроводником являлся германий (Ge). В плане энергозатрат он весьма экономичен, напряжение отпирания его pn - перехода составляет всего 0,1…0,3В, но вот многие параметры нестабильны, поэтому на замену ему пришел кремний (Si).

Температура, при которой работоспособны германиевые транзисторы не более 60 градусов, в то время, как кремниевые транзисторы могут продолжать работать при 150. Кремний, как полупроводник, превосходит германий и по другим свойствам, прежде всего по частотным.

Кроме того, запасы кремния (обычный песок на пляже) в природе безграничны, а технология его очистки и обработки проще и дешевле, нежели редкого в природе элемента германия. Первый кремниевый транзистор появился вскоре после первого германиевого - в 1954 году. Это событие даже повлекло за собой новое название «кремниевый век», не надо путать с каменным!

Рис. 4. Эволюция транзисторов

Микропроцессоры и полупроводники. Закат «кремниевого века»

Вы никогда не задумывались над тем, почему в последнее время практически все компьютеры стали многоядерными? Термины двухъядерный или четырехъядерный у всех на слуху. Дело в том, что увеличение производительности микропроцессоров методом повышения тактовой частоты, и увеличения количества транзисторов в одном корпусе, для кремниевых структур практически приблизилось к пределу.

Увеличение количества полупроводников в одном корпусе достигается за счет уменьшения их физических размеров. В 2011 году фирма INTEL уже разработала 32 нм техпроцесс, при котором длина канала транзистора всего 20 нм. Однако, такое уменьшение не приносит ощутимого прироста тактовой частоты, как это было вплоть до 90 нм технологий. Совершенно очевидно, что пора переходить на что-то принципиально новое.

Рис. 5. История транзисторов

Графен - полупроводник будущего

В 2004 году учеными-физиками был открыт новый полупроводниковый материал . Этот основной претендент на замену кремнию также является материалом углеродной группы. На его основе создается транзистор, работающий в трех разных режимах.

Рис. 6. Графен

Рис. 7. Изображение полевого графенового транзистора, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа

По сравнению с существующими технологиями это позволит ровно в три раза сократить количество транзисторов в одном корпусе. Кроме того, по мнению ученых рабочие частоты нового полупроводникового материала могут достигать до 1000 ГГц. Параметры, конечно, очень заманчивые, но пока новый полупроводник находится на стадии разработки и изучения, а кремний до сих пор остается рабочей лошадкой. Его век еще не закончился.

1

Первые патенты на принцип работы полевых транзисторов были зарегистрированы в Германии 1928 (в Канаде, в 1925 году в октябре 22) на имя австро-венгерского физика Юлия Эдгара Лилиенфельда. В 1934 году немецкий физик Оскар Хейл запатентовал полевой транзистор. Полевые транзисторы (в частности, МОП-транзисторы) основаны на простом электростатическом эффекте поля, по физике они существенно проще биполярных транзисторов, и поэтому они придуманы и запатентованы задолго до биполярных транзисторов. Тем не менее, первый МОП-транзистор, составляющий основу современной компьютерной индустрии, был изготовлен позже биполярного транзистора в 1960 году. Только в 90-х годах 20 века МОП-технология стала доминировать над биполярной.

В 1947 году Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Браттейн в лабораториях Bell Labs впервые создали действующий биполярный транзистор, продемонстрированный 16 декабря. 23 декабря состоялось официальное представление изобретения и именно эта дата считается днём изобретения...

0 0

2

Транзистор изготавливается на основе полупроводников. Долгое время их не признавали, используя для создания различных устройств только проводники и диэлектрики. Подобные устройства имели множество недостатков: низкий КПД, высокое энергопотребление и недолговечность. Изучение свойств полупроводников стало переломным моментом в истории электроники.

Электронная проводимость различных веществ

Все вещества по своей способности проводить электрический ток делятся на три большие группы: металлы, диэлектрики и полупроводники. Диэлектрики названы так потому, что практически не способны проводить ток. Металлы обладают лучшей проводимостью благодаря наличию в них свободных электронов, которые хаотически движутся среди атомов. При приложении внешнего электрического поля эти электроны начнут двигаться в сторону положительного потенциала. По металлу пройдет ток.

Полупроводники способны проводить ток хуже металлов, но лучше диэлектриков. В таких веществах существуют основные...

0 0

3

Предисловие

Изобретение транзистора около 60 лет назад стало важнейшим фактором, стимулировавшим внедрение многих инноваций и развитие новых технологий. Именно транзистор – крошечное устройство, элемент микросхемы, действующий подобно миниатюрному выключателю, и тем самым позволяющий реализовывать алгоритмы обработки информации обеспечил феноменальный триумф компьютеров.

Если бы не он, ваш компьютер был бы грудой металлолома размером с трехэтажный дом, а ноутбуки можно было бы увидеть только в фантастических сериалах. Телевизоры все еще работали бы на электронных лампах, а мобильные телефоны еще носились бы за спиной как полевые рации. Без лишней скромности можно сказать, что это изобретение изменило мир. С чего же все начиналось?

Изобретение транзистора

Официальной датой появления на свет первого транзистора считается 23 декабря (по Другим данным – 16 декабря) 1947 года. Авторами этого замечательного изобретения стали сотрудники...

0 0

4

Материалы по теме:

Изобретение в конце 40-х годов XX века транзистора стало одной из крупнейших вех в истории электроники. Электронные лампы, которые до этого в течение долгого времени были непременным и главнейшим элементом всех радио- и электронных устройств, имели много недостатков. По мере усложнения радиоаппаратуры и повышения общих требований к ней, эти недостатки ощущались все острее. К ним нужно отнести прежде всего механическую непрочность ламп, малый срок их службы, большие габариты, невысокий КПД из-за больших тепловых потерь на аноде. Поэтому, когда на смену вакуумным лампам во второй половине XX века пришли полупроводниковые элементы, не обладавшие ни одним из перечисленных изъянов, в радиотехнике и электронике произошел настоящий переворот. Надо сказать, что полупроводники далеко не сразу открыли перед человеком свои замечательные свойства. Долгое время в электротехнике использовались исключительно проводники и диэлектрики. Большая группа материалов, занимавших...

0 0

5

Your browser doesn"t support objects

Транзисторная история. Изобретение транзисторов и развитие полупроводниковой электроники

Изобретение транзистора, ставшее важнейшим достижением ХХ века, связано с именами многих замечательных ученых. О тех, кто создавал и развивал полупроводниковую электронику, и пойдет речь в этой статье.

Ровно 50 лет назад американцам Джону Бардину, Уолтеру Браттейну и Уильяму Шокли (рис. 1) была присуждена Нобелевская премия по физике «За исследования в области полупроводников и открытие транзистора». Тем не менее, анализ истории науки однозначно свидетельствует, что открытие транзистора - это не только заслуженный успех Бардина, Браттейна и Шокли.

Рис. 1. Лауреаты Нобелевской премии по физике за 1956 год

Первые опыты

Рождение твердотельной электроники можно отнести к 1833 году. Именно тогда Майкл Фарадей (рис. 2), экспериментируя с сульфидом серебра, обнаружил, что проводимость данного вещества...

0 0

6

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧЕРЕЖДЕНИЕ СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «НОВОЧЕРКАСКИЙ МЕХАНИКО_ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ ИМ.А.Д. ЦЮРУПЫ»

«ИСТОРИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ ТРАНЗИСТОРА»

Введение

1. История изобретения транзистора

2. Первый транзистор

3. Создание биполярного транзистора

4. «Холодная война» и ее влияние на электронику

5. Первые советские транзисторы

6. Полевые транзисторы

7. Область применения транзистора

ВВЕДЕНИЕ

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...

0 0

7

Номер сообщения:#1 Сообщение morozov » Пн окт 04, 2010 3:00

Это на другом (дурном) форуме... туда я забрел случайно и немного побазарил

+++++++++++++++++++++++
quest (адрес e-mail) - 03.10.2010 14:53
Re: Специалист говорите?
? ? ? в ответ на: Специалист говорите? ? морозов
: : Посбросте пыл. Электроника более дело экспериментальное чем теоретическое, это я Вам как специалист могу заявить. И даже светодиоды появились на свет раньше, чем соответствующая мысль в голове Алферова.
:
: Вы не знаете историю.

Вот кое что из истории: "Первые три патента на принципы работы транзистора были зарегистрированы в Германии ещё в 1928 году. Однако их изобретатель, Юлий Эдгар Лилиенфельд, не опубликовал серьёзных теоретических исследований и его работа осталась незамеченной". Так кто изобрел транзистор, теоретик?

Вот еще: "В 1947 году Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Браттейн в лабораториях Bell Labs впервые создали действующий биполярный...

0 0

8

УВЕРЕННАЯ ПОСТУПЬ ТРАНЗИСТОРА

30 июня 1941 года ученые Уильям Шокли, Уолтер Браттейн и Джон Бардин объявили о создании транзистора, а 23 декабря 1947 года изобретение было официальное представлено публике. Именно эту дату принято считать днем изобретения транзистора. Но великий поход в «страну Полупроводников» начался еще в 1833, когда Майкл Фарадей обнаружил, что электропроводность сульфида серебра увеличивается при нагревании. И только через 125 лет в Америке на основе другого полупроводника, германия, была создана микросхема.

Новое изобретение

О первой демонстрации транзистора газета «New York Times» сообщила 1 июля 1948 года на предпоследней странице: «Вчера Bell Telephone Laboratories впервые продемонстрировала изобретенный ею прибор под названием «транзистор», его в некоторых случаях можно использовать в области радиотехники вместо электронных ламп. Было также показано его использование в телефонной системе и телевизионном устройстве. В каждом из...

0 0

Транзисторы и его путь изобретения

Мы все знаем, что «транзистор» является неотъемлемой частью любого электронного цепь/устройства. Это очень редко можно увидеть любые схемы, построенные без по крайней мере один транзистор. Это полупроводниковый прибор используется для переключения целей или для целей усиления в электронных устройствах. Они упакованы отдельно или нашли 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. Мы разработали эту статью в поисках вдохновения от хороших ответов, которые мы получили за наши статьи по Истории за изобретение соединения PN. Так позволяет начать наше путешествие на машине времени!

Родители транзисторов

Запускалась с изобретения история транзисторов позволяют нам иметь...

0 0

10

О вкладе советских и российских ученых в разработку полупроводниковых транзисторов

Открывая осенний форум Intel для разработчиков (IDF) в Сан-Франциско (www.pcweek.ru/themes/detail.php?ID=102444), старший вице-президент и генеральный менеджер подразделения Digital Enterprise Group корпорации Патрик Гелсингер отметил, что 2007-й стал юбилейным не только для Intel (отметившей десятилетие IDF), но и для всей полупроводниковой отрасли: как признано международным сообществом, 60 лет назад американцы У. Шокли, В. Браттейн и Дж. Бардин изобрели первый транзистор. А между тем в этой сфере есть чем гордиться и российским ученым и инженерам.

Когда и где именно начался “путь к транзистору”, сказать не просто. Его конкретному созданию предшествовал длительный и весьма насыщенный период исследований в области электроники, научных экспериментов и разработок во многих странах. Разумеется, СССР не был исключением. Началом отечественных разработок в этом направлении можно считать...

0 0

11

Одним из значительных изобретений XX века по праву считается изобретение транзистора, пришедшего на замену электронным лампам.

Долгое время лампы были единственным активным компонентом всех радиоэлектронных устройств, хотя и имели множество недостатков. Прежде всего, это большая потребляемая мощность, большие габариты, малый срок службы и малая механическая прочность. Эти недостатки все острее ощущались по мере усовершенствования и усложнения электронной аппаратуры.

Революционный переворот в радиотехнике произошел, когда на смену устаревшим лампам пришли полупроводниковые усилительные приборы – транзисторы, лишенные всех упомянутых недостатков.

Первый работоспособный транзистор появился на свет в 1947 году, благодаря стараниям сотрудников американской фирмы Bell Telephone Laboratories. Их имена теперь известны всему миру. Это ученые – физики У. Шокли, Д. Бардин и У. Брайтен. Уже в 1956 году за это изобретение все трое были удостоены нобелевской премии по...

0 0

13

Великое
изобретение ХХ века - транзистор. Часть 2

Для описанного выше великого
изобретения ХХ века, принципиальной схемы триггера, возможны различные
физические реализации. Для производства триггеров с точки зрения перспектив
развития вычислительной техники великим изобретением ХХ века можно так же считать изобретение
полупроводников, в частности транзистора.

">">

Изобретение

полупроводников произвело буквально переворот
в области средств производства, передачи и хранения информации. Полупроводниковые транзисторы
вытеснили
собой низко-скоростные и габаритные электромагнитные реле и электронные лампы.

">">

К изобретению биполярного транзистора, как пионеру
транзисторов, причастен не один исследователь, хотя имеется официально
признанный его изобретатель Джон Бардин.

">

Но известно также, что до американского физика усилительные
свойства полупроводникового кристалла были открыты в 1922 году...

0 0

14

60 лет отечественному транзистору

Чуть более года назад вся прогрессивная общественностьтм поднимала кружки с пивом за первый транзистор, изобретенный Шокли, Бардином и Браттейном.
Прошло совсем немного времени и - пора отметить появление транзистора в СССР.

История полупроводникового производства в СССР начинается в 1947 году, когда в Томилино была смонтирована линия по производству германиевых детекторов для радиолокации, вывезенная из Германии. Разработками диодов для нее занималась исследовательская группа в НИИ-160 (ныне НПП "Исток) под руководством А. В. Красилова.
В декабре 1948 года в институте была поставлена первая НИР по транзисторам. Работа была выполнена Сусанной Гукасовной Мадоян - дипломницей Московского химико-технологического института - и в феврале 1949 года был создан первый в нашей стране макет точечного германиевого транзистора. Именно этот макет и стал первым советским транзистором. С этого момента прошло уже шестьдесят...

0 0

15

Этот любопытный гибрид электровакуумной лампы и MOSFET однажды заменит традиционный кремний

В сентябре 1976 года, в самый разгар Холодной войны, Виктор Иванович Беленко, советский пилот, недовольный условиями своей жизни, выполняя на МиГ-25 тренировочный полет над Сибирью, ушел с курса, на малой высоте с большой скоростью пересек Японское море и посадил самолет в гражданском аэропорту Хоккайдо с остатком топлива на 30 секунд. Его драматическое дезертирство стало подарком для американских военных аналитиков, впервые получивших возможность вблизи изучить этот высокоскоростной истребитель, который, как они думали, был одним из самых совершенных самолетов в мире. Увиденное поразило их.

С одной стороны, корпус был изготовлен намного более грубо, чем у современных самолетов США, и сделан не из титана, а, в основном, из стали. Но еще большее удивление вызвало то, что секции авионики самолета оказались заполнены оборудованием, основанном не на транзисторах, а на...

0 0

16

Первый Транзистор - Кто придумал? | Изобретения и открытия

Транзистор - предпосылка всей современной микроэлектроники. Если бы в обычном мобильном телефоне вместо транзисторов использовались катодно-лучевые трубки, устройство приобрело бы размеры Кёльнского собора.

Transfer resistor

Накануне Сочельника 1947 г. сотрудники компании «Белл Телефон Лабораториз» Уильям Шокли, Уолтер Браттейн и Джон Бардин продемонстрировали коллективу своей фирмы первый транзистор на основе полупроводникового материала германия. Примерно в это же время немецкие ученые Герберт Франц Матаре и Генрих Велькер разработали так называемый «французский транзистор» и в 1848 г. получили на него патент. В том же году Роберт Денк сконструировал первый транзисторный радиоприемник на основе электрода с оксидным покрытием. Денк не стал патентовать свое изобретение и даже уничтожил единственный экземпляр приемника, чтобы избежать злоупотреблений.

Победу обеспечил кремний

0 0

17

Эволюция ламповой радиоэлектроники в транзисторную

После второй мировой войны электронные приборы получили массовое распространение, их номенклатура расширилась от усилительных и генераторных радиоламп разных типов и характеристик до электроннолучевых трубок разных размеров и очень чувствительных фотоэлектронных приборов. К этому времени ламповая техника достигла своего совершенства, если судить по появлению сверхминиатюрных и сверхэкономичных радиоламп. В частности, на свехминиатюрных радиолампах в США фирмой Emerson в 1953 году под маркой Emerson 747 удалось создать карманный приемник. Не смотря на небольшие размеры это был полностью ламповый приемник, выполненный по супергетеродинной схеме на 4 лампах, которые требовали анодной батареи в 45В и накальной батареи 1,5В. Однако этот приемник, имеющий отличные характеристики по чувствительности и избирательности долго не просуществовал и ему на смену вскоре пришел Emerson 838. Появление первых транзисторов позволило...

0 0