ვინ შექმნა პირველი ტრანზისტორი? ეს კითხვა ბევრს აწუხებს. პირველი პატენტი საველე ეფექტის ტრანზისტორის პრინციპისთვის შეიტანა კანადაში ავსტრო-უნგრელმა ფიზიკოსმა იულიუს ედგარ ლილიენფელდმა 1925 წლის 22 ოქტომბერს, მაგრამ ლილიენფელდმა არ გამოაქვეყნა რაიმე სამეცნიერო ნაშრომი თავის მოწყობილობებზე და მისი ნამუშევარი იგნორირებული იყო ინდუსტრიის მიერ. ამრიგად, მსოფლიოში პირველი ტრანზისტორი ჩაიძირა ისტორიაში. 1934 წელს გერმანელმა ფიზიკოსმა დოქტორმა ოსკარ ჰეილმა დააპატენტა კიდევ ერთი FET. არ არსებობს პირდაპირი მტკიცებულება იმისა, რომ ეს მოწყობილობები აშენდა, მაგრამ შემდგომმა მუშაობამ 1990-იან წლებში აჩვენა, რომ ლილიენფელდის ერთ-ერთი დიზაინი მუშაობდა ისე, როგორც აღწერილია და მნიშვნელოვანი შედეგი გამოიღო. ახლა უკვე ცნობილი და საყოველთაოდ მიღებული ფაქტია, რომ უილიამ შოკლიმ და მისმა თანაშემწემ ჯერალდ პირსონმა შექმნეს აპარატის სამუშაო ვერსიები ლილიენფელდის პატენტებიდან, რაც, რა თქმა უნდა, არასოდეს ყოფილა ნახსენები მათ შემდგომ სამეცნიერო ნაშრომებში ან ისტორიულ სტატიებში. პირველი ტრანზისტორიზებული კომპიუტერები, რა თქმა უნდა, გაცილებით გვიან აშენდა.
ბელა ლაბორატორია
Bell Labs მუშაობდა ტრანზისტორზე, რომელიც აშენებულია უკიდურესად სუფთა გერმანიუმის "კრისტალური" მიქსერის დიოდების დასამზადებლად, რომლებიც გამოიყენება რადარის ინსტალაციაში, როგორც სიხშირის მიქსერის ნაწილი. ამ პროექტის პარალელურად, იყო მრავალი სხვა, მათ შორის გერმანიუმის დიოდური ტრანზისტორი. ადრეულ მილზე დაფუძნებულ სქემებს არ გააჩნდათ სწრაფი გადართვის შესაძლებლობა და Bell-ის გუნდმა მის ნაცვლად გამოიყენა მყარი მდგომარეობის დიოდები. პირველი ტრანზისტორი კომპიუტერები მუშაობდნენ მსგავსი პრინციპით.
შოკლის შემდგომი შესწავლა
ომის შემდეგ შოკლიმ გადაწყვიტა სცადა ტრიოდის მსგავსი ნახევარგამტარული მოწყობილობის აგება. მან უზრუნველყო დაფინანსება და ლაბორატორიული სივრცე, შემდეგ კი პრობლემაზე მუშაობდა ბარდინთან და ბრატენთან. ჯონ ბარდინმა საბოლოოდ შექმნა კვანტური მექანიკის ახალი ფილიალი, რომელიც ცნობილია როგორც ზედაპირული ფიზიკა, რათა აეხსნა მისი ადრეული წარუმატებლობა და ამ მეცნიერებმა საბოლოოდ მიაღწიეს სამუშაო მოწყობილობის შექმნას.
ტრანზისტორის განვითარების გასაღები იყო ელექტრონების მობილობის პროცესის შემდგომი გაგება ნახევარგამტარში. დადასტურდა, რომ თუ არსებობდა რაიმე გზა ელექტრონების ნაკადის გასაკონტროლებლად ამ ახლად აღმოჩენილი დიოდის ემიტერიდან კოლექტორამდე (აღმოჩენილი 1874, დაპატენტებული 1906), შეიძლება აშენდეს გამაძლიერებელი. მაგალითად, თუ თქვენ მოათავსებთ კონტაქტებს ერთი ტიპის კრისტალის ორივე მხარეს, მასში დენი არ გაივლის.
სინამდვილეში, ძალიან რთული გასაკეთებელი აღმოჩნდა. Ზომაკრისტალი უფრო საშუალო უნდა იყოს, ხოლო სავარაუდო ელექტრონების (ან ხვრელების) რაოდენობა, რომლებიც საჭირო იყო „ინექციისთვის“იყო ძალიან დიდი, რაც მას გამაძლიერებელზე ნაკლებ გამოსადეგს გახდის, რადგან საჭიროებს დიდი ინექციის დენს. თუმცა, ბროლის დიოდის მთელი იდეა იყო ის, რომ თავად კრისტალს შეეძლო ეჭირა ელექტრონები ძალიან მცირე მანძილზე, მაშინ როცა თითქმის ამოწურვის ზღვარზე იყო. როგორც ჩანს, მთავარი იყო შეყვანის და გამომავალი ქინძისთავების ერთმანეთთან ახლოს ყოფნა ბროლის ზედაპირზე.
ბრატენის ნამუშევრები
ბრატენმა დაიწყო მუშაობა ასეთ მოწყობილობაზე და წარმატების მინიშნებები კვლავ გამოჩნდა, როდესაც გუნდი მუშაობდა პრობლემაზე. გამოგონება მძიმე სამუშაოა. ზოგჯერ სისტემა მუშაობს, მაგრამ შემდეგ სხვა მარცხი ხდება. ზოგჯერ ბრატენის მუშაობის შედეგები წყალში მოულოდნელად იწყებდა მუშაობას, როგორც ჩანს, მისი მაღალი გამტარობის გამო. ბროლის ნებისმიერ ნაწილში ელექტრონები მიგრირებენ ახლომდებარე მუხტების გამო. ემიტერებში ან კოლექტორებში არსებული „ხვრელების“ელექტრონები გროვდება უშუალოდ კრისტალის თავზე, სადაც ისინი იღებენ საპირისპირო მუხტს, „მოცურავს“ჰაერში (ან წყალში). თუმცა, მათი ზედაპირიდან ამოღება შესაძლებელია კრისტალის ნებისმიერი ადგილიდან მცირე რაოდენობის დამუხტვის გამოყენებით. იმის ნაცვლად, რომ მოითხოვოს ინექციური ელექტრონების დიდი მარაგი, ჩიპზე სწორ ადგილას ძალიან მცირე რაოდენობა იგივეს გააკეთებს.
მკვლევარების ახალმა გამოცდილებამ გარკვეულწილად დაეხმარა გადაჭრასმცირე საკონტროლო ზონის ადრე წარმოქმნილი პრობლემა. იმის ნაცვლად, რომ გამოვიყენოთ ორი ცალკეული ნახევარგამტარი, რომლებიც დაკავშირებულია საერთო, მაგრამ პატარა ფართობზე, გამოყენებული იქნება ერთი დიდი ზედაპირი. ემიტერი და კოლექტორი გამომავალი იქნება ზედა, ხოლო საკონტროლო მავთული განთავსდება ბროლის ბაზაზე. როდესაც დენი მიეწოდება „ბაზის“ტერმინალს, ელექტრონები გადაიძვრება ნახევარგამტარული ბლოკის მეშვეობით და გროვდება შორეულ ზედაპირზე. სანამ ემიტერი და კოლექტორი ძალიან ახლოს იყვნენ, ამან უნდა უზრუნველყოს საკმარისი ელექტრონები ან ხვრელები მათ შორის გამტარობის დასაწყებად.
ბრეი შეერთება
ამ ფენომენის ადრეული მოწმე იყო რალფ ბრეი, ახალგაზრდა კურსდამთავრებული. იგი შეუერთდა გერმანიუმის ტრანზისტორის შემუშავებას პერდუის უნივერსიტეტში 1943 წლის ნოემბერში და დაევალა რთული დავალება გაზომოს ლითონის ნახევარგამტარული კონტაქტის გაჟონვის წინააღმდეგობა. ბრეიმ აღმოაჩინა მრავალი ანომალია, როგორიცაა შიდა მაღალი წინააღმდეგობის ბარიერები გერმანიუმის ზოგიერთ ნიმუშში. ყველაზე საინტერესო ფენომენი იყო უკიდურესად დაბალი წინააღმდეგობა, რომელიც დაფიქსირდა ძაბვის იმპულსების გამოყენებისას. პირველი საბჭოთა ტრანზისტორები შეიქმნა ამ ამერიკული განვითარების საფუძველზე.
გარღვევა
1947 წლის 16 დეკემბერი, ორპუნქტიანი კონტაქტის გამოყენებით, შედგა კონტაქტი გერმანიუმის ზედაპირზე ანოდირებული ოთხმოცდაათი ვოლტამდე, ელექტროლიტი გარეცხეს H2O-ში და შემდეგ ლაქებზე ცოტა ოქრო დაეცა. ოქროს კონტაქტები დაჭერილი იყო შიშველ ზედაპირებზე. დაყოფა შორისწერტილები იყო დაახლოებით 4 × 10-3 სმ. ერთი წერტილი გამოიყენებოდა როგორც ბადე, ხოლო მეორე წერტილი, როგორც ფირფიტა. გადახრა (DC) ქსელში უნდა ყოფილიყო დადებითი, რომ მიგვეღო ძაბვის სიმძლავრის მომატება ფირფიტაზე დაახლოებით თხუთმეტ ვოლტზე.
პირველი ტრანზისტორის გამოგონება
ამ სასწაული მექანიზმის ისტორიასთან დაკავშირებული ბევრი კითხვაა. ზოგიერთი მათგანი მკითხველისთვის ნაცნობია. მაგალითად: რატომ იყო სსრკ PNP ტიპის პირველი ტრანზისტორები? ამ კითხვაზე პასუხი მთელი ამ ამბის გაგრძელებაშია. ბრატენმა და ჰ.რ. მურმა აჩვენეს რამდენიმე კოლეგას და მენეჯერს Bell Labs-ში 1947 წლის 23 დეკემბერს ნაშუადღევს მიღწეული შედეგი, რის გამოც ამ დღეს ხშირად მოიხსენიებენ, როგორც ტრანზისტორის დაბადების თარიღს. PNP-კონტაქტური გერმანიუმის ტრანზისტორი მუშაობდა როგორც მეტყველების გამაძლიერებელი სიმძლავრის 18. ეს არის პასუხი კითხვაზე, თუ რატომ იყო სსრკ-ს პირველი ტრანზისტორები PNP ტიპის, რადგან ისინი შეძენილი იყო ამერიკელებისგან. 1956 წელს ჯონ ბარდინს, უოლტერ ჰაუსერ ბრატენს და უილიამ ბრედფორდ შოკლის მიენიჭათ ნობელის პრემია ფიზიკაში ნახევარგამტარების კვლევისა და ტრანზისტორის ეფექტის აღმოჩენისთვის..
თორმეტ ადამიანს მიაწერენ მონაწილეობას Bell Labs-ში ტრანზისტორის გამოგონებაში.
პირველი ტრანზისტორები ევროპაში
ამავდროულად, ზოგიერთი ევროპელი მეცნიერი აღფრთოვანებული იყო მყარი მდგომარეობის გამაძლიერებლების იდეით. 1948 წლის აგვისტოში გერმანელი ფიზიკოსები ჰერბერტ ფ. მატარე და ჰაინრიხ უელკერი, რომლებიც მუშაობდნენ Compagnie des Freins et Signaux Westinghouse-ში ოლნე-სოუსში.ბოისმა, საფრანგეთმა, მიმართა პატენტს გამაძლიერებლის უმცირესობაზე დაყრდნობით, რასაც მათ "ტრანზისტორი" უწოდეს. იმის გამო, რომ Bell Labs-მა არ გამოაქვეყნა ტრანზისტორი 1948 წლის ივნისამდე, ტრანზისტორი ითვლებოდა დამოუკიდებლად განვითარებულად. მატარემ პირველად დააკვირდა ტრანსგამტარობის ეფექტს გერმანული სარადარო აღჭურვილობისთვის სილიკონის დიოდების წარმოებაში მეორე მსოფლიო ომის დროს. ტრანზისტორები კომერციულად მზადდებოდა ფრანგული სატელეფონო კომპანიისა და სამხედროებისთვის, ხოლო 1953 წელს დიუსელდორფის რადიოსადგურზე აჩვენეს ოთხი ტრანზისტორი მყარი სახელმწიფო რადიო..
Bell Telephone Laboratories-ს სჭირდებოდა სახელი ახალი გამოგონებისთვის: ნახევარგამტარული ტრიოდი, საცდელი შტატების ტრიოდი, კრისტალური ტრიოდი, მყარი ტრიოდი და იოტატრონი ყველა განიხილებოდა, მაგრამ ჯონ რ. პირსის მიერ შექმნილი "ტრანზისტორი" აშკარა გამარჯვებული იყო. შიდა ხმის მიცემა (ნაწილობრივ "-ისტორიული" სუფიქსისთვის შემუშავებული Bell-ის ინჟინრების სიახლოვის წყალობით).
მსოფლიოში პირველი კომერციული ტრანზისტორი წარმოების ხაზი იყო Western Electric-ის ქარხანაში Union Boulevard-ში ალენთაუნში, პენსილვანია. წარმოება დაიწყო 1951 წლის 1 ოქტომბერს წერტილოვანი გერმანიუმის ტრანზისტორით.
შემდეგი განაცხადი
1950-იანი წლების დასაწყისამდე ეს ტრანზისტორი გამოიყენებოდა ყველა სახის წარმოებაში, მაგრამ ჯერ კიდევ არსებობდა მნიშვნელოვანი პრობლემები, რომლებიც ხელს უშლიდა მის ფართო გამოყენებას, როგორიცაა ტენიანობისადმი მგრძნობელობა და გერმანიუმის კრისტალებზე მიმაგრებული მავთულის სისუსტე.
შოკლის ხშირად ადანაშაულებდნენპლაგიატი იმის გამო, რომ მისი ნამუშევარი ძალიან ახლოს იყო დიდი, მაგრამ არაღიარებული უნგრელი ინჟინრის მუშაობასთან. მაგრამ Bell Labs-ის ადვოკატებმა სწრაფად მოაგვარეს ეს საკითხი.
მიუხედავად ამისა, შოკლი აღშფოთებული იყო კრიტიკოსების თავდასხმებით და გადაწყვიტა ეჩვენებინა, თუ ვინ იყო ტრანზისტორის გამოგონების მთელი დიდი ეპოსის ნამდვილი ტვინი. სულ რამდენიმე თვის შემდეგ მან გამოიგონა სრულიად ახალი ტიპის ტრანზისტორი ძალიან თავისებური „სენდვიჩის სტრუქტურით“. ეს ახალი ფორმა ბევრად უფრო საიმედო იყო, ვიდრე მყიფე წერტილი-კონტაქტის სისტემა და სწორედ ეს ფორმა გამოიყენებოდა 1960-იანი წლების ყველა ტრანზისტორში. ის მალევე ჩამოყალიბდა ბიპოლარული შეერთების აპარატად, რომელიც გახდა პირველი ბიპოლარული ტრანზისტორის საფუძველი.
სტატიკური ინდუქციური მოწყობილობა, მაღალი სიხშირის ტრანზისტორის პირველი კონცეფცია, გამოიგონეს იაპონელმა ინჟინრებმა ჯუნ-იჩი ნიშიზავამ და ი. ვატანაბემ 1950 წელს და საბოლოოდ შეძლეს ექსპერიმენტული პროტოტიპების შექმნა 1975 წელს. ეს იყო ყველაზე სწრაფი ტრანზისტორი 1980-იან წლებში.
შემდეგი განვითარება მოიცავდა გაფართოებულ შეწყვილებულ მოწყობილობებს, ზედაპირული ბარიერის ტრანზისტორი, დიფუზია, ტეტროდი და პენტოდი. დიფუზიური სილიკონის "მეზა ტრანზისტორი" შეიქმნა 1955 წელს Bell-ში და კომერციულად ხელმისაწვდომი იყო Fairchild Semiconductor-ისგან 1958 წელს. Space იყო ტრანზისტორის ტიპი, რომელიც განვითარდა 1950-იან წლებში, როგორც გაუმჯობესება წერტილის საკონტაქტო ტრანზისტორისა და მოგვიანებით შენადნობის ტრანზისტორის მიმართ.
1953 წელს Filco-მ შექმნა მსოფლიოში პირველი მაღალი სიხშირის ზედაპირიბარიერი მოწყობილობა, რომელიც ასევე იყო პირველი ტრანზისტორი, რომელიც შესაფერისი იყო მაღალსიჩქარიანი კომპიუტერებისთვის. მსოფლიოში პირველი ტრანზისტორიზებული მანქანის რადიო, რომელიც წარმოებულია Philco-ს მიერ 1955 წელს, იყენებდა ზედაპირული ბარიერის ტრანზისტორებს თავის წრედში.
პრობლემის გადაჭრა და გადამუშავება
მყიფე პრობლემების გადაწყვეტით, სისუფთავის პრობლემა დარჩა. საჭირო სისუფთავის გერმანიუმის წარმოება იყო მთავარი გამოწვევა და შეზღუდა ტრანზისტორების რაოდენობა, რომლებიც რეალურად მუშაობდნენ მასალის მოცემული პარტიიდან. გერმანიუმის ტემპერატურულმა მგრძნობელობამ ასევე შეზღუდა მისი სარგებლობა.
მეცნიერებმა ვარაუდობდნენ, რომ სილიკონის წარმოება უფრო ადვილი იქნებოდა, მაგრამ ცოტამ თუ გამოთქვა ამის შესაძლებლობა. მორის ტანენბაუმმა Bell Laboratories-ში იყო პირველი, ვინც შექმნა მოქმედი სილიკონის ტრანზისტორი 1954 წლის 26 იანვარს. რამდენიმე თვის შემდეგ გორდონ ტეალმა, რომელიც დამოუკიდებლად მუშაობდა Texas Instruments-ში, შეიმუშავა მსგავსი მოწყობილობა. ორივე ეს მოწყობილობა დამზადდა ერთი სილიციუმის კრისტალების დოპინგის კონტროლით, რადგან ისინი გაიზარდა გამდნარი სილიკონისგან. უმაღლესი მეთოდი შეიმუშავეს მორის ტანენბაუმმა და კალვინ ს. ფულერმა Bell Laboratories-ში 1955 წლის დასაწყისში დონორი და მიმღები მინარევების აირისებრი დიფუზიით ერთკრისტალურ სილიციუმის კრისტალებში.
ველი ეფექტის ტრანზისტორები
FET პირველად დააპატენტა ჯულის ედგარ ლილიენფელდმა 1926 წელს და ოსკარ ჰეილმა 1934 წელს, მაგრამ შეიქმნა პრაქტიკული ნახევარგამტარული მოწყობილობები (გარდამავალი ველის ეფექტის ტრანზისტორები [JFET]).მოგვიანებით, მას შემდეგ, რაც ტრანზისტორის ეფექტი დააკვირდა და ახსნა უილიამ შოკლის გუნდმა Bell Labs-ში 1947 წელს, ზუსტად მას შემდეგ, რაც ოცწლიანი პატენტის ვადა ამოიწურა.
JFET-ის პირველი ტიპი იყო სტატიკური ინდუქციური ტრანზისტორი (SIT), რომელიც გამოიგონეს იაპონელმა ინჟინრებმა Jun-ichi Nishizawa-მ და Y. Watanabe-მ 1950 წელს. SIT არის JFET-ის ტიპი მოკლე არხის სიგრძით. მეტალ-ოქსიდ-ნახევრგამტარული ნახევარგამტარული საველე ეფექტის ტრანზისტორი (MOSFET), რომელმაც დიდწილად ჩაანაცვლა JFET და დიდი გავლენა მოახდინა ელექტრონული ელექტრონიკის განვითარებაზე, გამოიგონეს Dawn Kahng-მა და Martin Atalla-მ 1959 წელს.
FET შეიძლება იყოს უმრავლესობის დამუხტვის მოწყობილობები, რომლებშიც დენი მიეწოდება უპირატესად უმრავლესობის მატარებლებს, ან ნაკლები დამუხტვის მატარებელი მოწყობილობები, რომლებშიც დენი ამოძრავებს ძირითადად უმცირესობის მატარებლის ნაკადს. მოწყობილობა შედგება აქტიური არხისგან, რომლის მეშვეობითაც მუხტის მატარებლები, ელექტრონები ან ხვრელები მიედინება წყაროდან კანალიზაციაში. წყარო და გადინების ტერმინალები უკავშირდება ნახევარგამტარს ომური კონტაქტების საშუალებით. არხის გამტარობა არის პოტენციალის ფუნქცია, რომელიც გამოიყენება კარიბჭესა და წყაროს ტერმინალებში. მოქმედების ამ პრინციპმა წარმოშვა პირველი სრულტალღოვანი ტრანზისტორები.
ყველა FET-ს აქვს წყაროს, გადინების და კარიბჭის ტერმინალები, რომლებიც დაახლოებით შეესაბამება BJT-ის ემიტერს, კოლექტორს და ბაზას. FET-ების უმეტესობას აქვს მეოთხე ტერმინალი, რომელსაც ეწოდება სხეული, ბაზა, მიწა ან სუბსტრატი. ეს მეოთხე ტერმინალი ემსახურება ტრანზისტორის მუშაობას.სქემებში პაკეტის ტერმინალების არატრივიალური გამოყენება იშვიათია, მაგრამ მისი არსებობა მნიშვნელოვანია ინტეგრირებული მიკროსქემის ფიზიკური განლაგების დაყენებისას. კარიბჭის ზომა, დიაგრამაში L სიგრძე, არის მანძილი წყაროსა და გადინებას შორის. სიგანე არის ტრანზისტორის გაფართოება დიაგრამაში მოცემული ჯვრის მონაკვეთის პერპენდიკულარული მიმართულებით (ე. ჩვეულებრივ, სიგანე გაცილებით დიდია, ვიდრე კარიბჭის სიგრძე. კარიბჭის სიგრძე 1 μm ზღუდავს ზედა სიხშირეს დაახლოებით 5 გჰც-მდე, 0,2-დან 30 გჰც-მდე.
