1941, oamenii de știință William Shockley, Walter Brattain și John Bardeen au anunțat crearea tranzistor, iar în 1947 invenția a fost prezentată oficial publicului. Această dată este considerată a fi ziua invenției tranzistor. Dar marea călătorie în „țara semiconductoarelor” a început în 1833, când Michael Faraday a descoperit că conductivitatea electrică a sulfurei de argint crește atunci când este încălzită. Și doar 125 de ani mai târziu, în America, a fost creat un microcircuit bazat pe un alt semiconductor, germaniul.

Invenție nouă

Despre prima demonstrație tranzistor The New York Times a raportat pe penultima pagină din 1948: „Ieri Bell Telephone Laboratories a demonstrat pentru prima dată un instrument pe care l-a inventat numit "tranzistor", în unele cazuri poate fi folosit în domeniul ingineriei radio în locul tuburilor vidate. De asemenea, s-a demonstrat că este utilizat într-un sistem telefonic și un dispozitiv de televiziune. În fiecare dintre aceste cazuri tranzistor a funcționat ca amplificator, deși compania susține că poate fi folosit și ca generator capabil să creeze și să transmită unde radio.”

Știrea, potrivit editorului, nu semăna cu o senzație. Publicul nu și-a arătat inițial interes pentru noul dispozitiv, iar Bell a încercat să promoveze noul produs prin distribuirea de licențe de utilizare. tranzistor tuturor celor care o doresc. Între timp, investitorii au făcut investiții de milioane de dolari în tuburi radio, care, după treizeci de ani de dezvoltare, se confruntau cu un boom - o nouă invenție avea să-i pună capăt.

Lampă presată

Până la mijlocul secolului al XX-lea, părea că tubul cu vid și-a luat locul în radio-electronica pentru totdeauna. A lucrat peste tot: la radiouri și televizoare, casetofone și radare. Tubul electronic a deplasat foarte mult detectorul de cristal al lui Brown, lăsându-i un loc doar în receptoarele detectoarelor. De asemenea, a reușit să concureze cu Christadin Losev - era un prototip al viitorului semiconductor tranzistoare.

Dar lampa avea un mare dezavantaj - o durată de viață limitată. Nevoia de a crea un nou element cu un timp de funcționare nelimitat a devenit din ce în ce mai acută în electronica radio. Dar, în mod paradoxal, dezvoltarea dispozitivelor semiconductoare a fost îngreunată, pe lângă motive obiective, de cele subiective - inerția gândirii înșiși a oamenilor de știință. Este suficient să spunem că laboratorul companiei americane Bell Telefon, unde s-au efectuat cercetări cu germaniu ultra-pur, a fost numit în mod disprețuitor de colegi „o colibă cu materiale inutile”.

Concurenți de lungă durată

Experții, când au văzut pentru prima dată o placă de germaniu cu conductori atașați la ea, au spus: „Un astfel de primitiv nu va putea niciodată să înlocuiască o lampă”. Și totuși, în ciuda tuturor obstacolelor, în 1948, compania Bell Telefon a demonstrat pentru prima dată public un amplificator cu stare solidă - un punct tranzistor. A fost dezvoltat cu un an mai devreme de angajații John Bardeen și Walter Brattain sub conducerea lui William Shockley.

Întrebat de un jurnalist: „Cum ai reușit asta?”, William Shockley a răspuns: „ tranzistor creat ca rezultat al combinarii eforturilor umane, nevoilor si circumstantelor.”

Nume "tranzistor" provine din cuvântul englez TRANsferreSISTance, iar sfârșitul cuvântului - „OR” corespunde elementelor radio timpurii care au apărut - „termistor și varistor” și a fost dat de John Pierce. Denumirea se bazează pe faptul că dispozitivul poate fi controlat prin schimbarea rezistenței sale.

Bardin Shockley și Brattain la Bell Labs, 1948

În 1956, trei oameni de știință americani au primit Premiul Nobel pentru Fizică pentru această descoperire. Interesant este că atunci când John Bardeen a întârziat la conferința de presă despre acordarea acestui premiu, la intrarea în sală, a spus în apărarea sa: „Vă rog să mă scuzați, dar nu e vina mea, pentru că nu am putut intra în garaj: am refuzat tranzistorîntr-o încuietoare electronică”.

Tranzistori în muzică

William Shockley nu sa oprit aici și a dezvoltat mai multe tipuri noi tranzistoare. Experții companiei au arătat scepticism față de aceste lucrări ale angajatului lor. Specialiștii companiei japoneze SONY s-au dovedit a fi mai lungi de vedere, aceasta a obținut o licență pentru acestea tranzistoare.

Înlocuiți complet tubul radio tranzistor nu a reusit inca. Probabil că se poate argumenta că dispozitivele semiconductoare și tuburile de vid vor coexista mult timp, nu se înlocuiesc, ci se completează și ocupă locul în electronica radio unde dau cel mai mare efect.

Industria muzicală nu face excepție, ca și sunetul tranzistoare iar lămpile sunt foarte diferite unele de altele. Este evident că opțiunile de utilizare a tehnologiei construite pe astfel de componente diferite trebuie să fie diferite. Aparent, în unele cazuri este de preferat o lampă, iar în altele - tranzistor.

Odată cu dezvoltarea modernă a electronicii, este posibil ca sunetul unui dispozitiv cu tranzistor să fie cald, iar un dispozitiv cu tub - fiabil. O astfel de tehnologie există, dar este foarte scumpă.

Totuși, există speranță că în viitor lampa și tranzistor vor începe să trăiască împreună, completându-se reciproc și încântând consumatorii. Recenziile despre echipamentele combinate de astăzi sunt foarte încurajatoare.

Tranzistor actualizat: 12 aprilie 2019 de: Elena

Tranzistorul este condiția prealabilă pentru toate microelectronicele moderne. Dacă un telefon mobil obișnuit ar folosi tuburi catodice în loc de tranzistori, dispozitivul ar fi de dimensiunea Catedralei din Köln.

Rezistor de transfer

În ajunul Crăciunului din 1947, angajații Bell Telephone Laboratories William Shockley, Walter Brattain și John Bardeen au demonstrat companiei lor primul tranzistor bazat pe materialul semiconductor germaniu. Cam în același timp, oamenii de știință germani Herbert Franz Mathare și Heinrich Welker au dezvoltat așa-numitul „tranzistor francez” și au primit un brevet pentru acesta în 1848. În același an, Robert Denk a proiectat primul radio cu tranzistori folosind un electrod acoperit cu oxid. Denk nu și-a brevetat invenția și chiar a distrus singura copie a receptorului pentru a evita abuzul.

Silicon a asigurat victoria

Cu toate acestea, oamenii de știință au fost încă nevoiți să muncească din greu pentru a selecta materialul până când părțile semiconductoare vor putea îndeplini cerințele tehnice. Din 1955, a început producția de masă de tranzistori de siliciu, înlocuind rapid tuburile cu vid dintr-o mare varietate de dispozitive. Avantajul tranzistorilor este că sunt mult mai mici și nu se încălzesc atât de mult. Acum a devenit posibil să se construiască computere care nu ocupă o cameră întreagă. A apărut în anii 1960. circuitele integrate au necesitat dezvoltarea unor tranzistoare din ce în ce mai miniaturale, astfel încât în timp s-au micșorat de o mie de ori și au devenit mai subțiri decât un fir de păr.

1925: Julius Edgar Lilienfeld a creat baza teoretică pentru tranzistori, dar nu a reușit să le transforme în realitate.
1934: Oscar Hale a inventat tranzistorul cu efect de câmp.
1953: Primii tranzistori în aparatele auditive.
1971: Primul microprocesor - Intel 4004.

Este considerată pe bună dreptate una dintre invențiile semnificative ale secolului al XX-lea. invenția tranzistorului, care a înlocuit tuburile cu vid.

Multă vreme, lămpile au fost singura componentă activă a tuturor dispozitivelor radio-electronice, deși prezentau multe dezavantaje. În primul rând, acestea sunt un consum mare de energie, dimensiuni mari, durată scurtă de viață și rezistență mecanică scăzută. Aceste neajunsuri au fost resimțite din ce în ce mai acut pe măsură ce echipamentele electronice s-au îmbunătățit și au devenit mai complexe.

O revoluție revoluționară în ingineria radio a avut loc atunci când lămpile învechite au fost înlocuite cu dispozitive de amplificare cu semiconductori - tranzistoare, lipsite de toate dezavantajele menționate.

Primul tranzistor funcțional a luat naștere în 1947, datorită eforturilor angajaților companiei americane Bell Telephone Laboratories. Numele lor sunt acum cunoscute în întreaga lume. Aceștia sunt oameni de știință - fizicienii W. Shockley, D. Bardeen și W. Brighten. Deja în 1956, toți trei au primit Premiul Nobel pentru Fizică pentru această invenție.

Dar, ca multe mari invenții, tranzistorul nu a fost observat imediat. Doar unul dintre ziarele americane a menționat că Bell Telephone Laboratories a demonstrat un dispozitiv pe care l-a creat, numit tranzistor. S-a mai spus acolo că poate fi folosit în unele domenii ale ingineriei electrice în locul tuburilor vidate.

Tranzistorul prezentat era sub forma unui mic cilindru metalic lung de 13 mm și a fost demonstrat într-un receptor care nu avea tuburi vidate. În plus, compania a asigurat că dispozitivul poate fi folosit nu numai pentru amplificare, ci și pentru generarea sau convertirea unui semnal electric.

Orez. 1. Primul tranzistor

Orez. 2. John Bardeen, William Shockley și Walter Brattain. Ei au împărtășit Premiul Nobel din 1956 pentru colaborarea lor la dezvoltarea primului tranzistor operațional din lume în 1948.

Dar capacitățile tranzistorului, ca multe alte mari descoperiri, nu au fost imediat înțelese și apreciate. Pentru a genera interes pentru noul dispozitiv, Bell l-a promovat intens la seminarii și în articole și a oferit tuturor licențe pentru producerea acestuia.

Producătorii de tuburi electronice nu au văzut tranzistorul ca pe un concurent serios, deoarece era imposibil să scadă imediat, dintr-o singură lovitură, istoria de treizeci de ani a producției de tuburi de câteva sute de modele și investiții de mai multe milioane de dolari în dezvoltarea lor și producție. Prin urmare, tranzistorul nu a intrat atât de repede în electronică, deoarece era tuburilor cu vid era încă în desfășurare.

Orez. 3. Tranzistor și tub de vid

Primii pași către semiconductori

Din cele mai vechi timpuri, ingineria electrică a folosit în principal două tipuri de materiale - conductori și dielectrici (izolatori). Metalele, soluțiile de sare și unele gaze au capacitatea de a conduce curentul. Această capacitate se datorează prezenței purtătorilor de sarcină liberi - electroni - în conductori. În conductoare, electronii sunt destul de ușor separați de atom, dar acele metale care au rezistență scăzută (cuprul, aluminiul, argintul, aurul) sunt cele mai potrivite pentru transmiterea energiei electrice.

Izolatorii sunt substanțe cu rezistență ridicată; electronii lor sunt legați foarte strâns de atom. Acestea sunt porțelan, sticlă, cauciuc, ceramică, plastic. Prin urmare, nu există taxe gratuite în aceste substanțe, ceea ce înseamnă că nu există curent electric.

Aici este potrivit să reamintim formularea din manualele de fizică că curentul electric este mișcarea direcționată a particulelor încărcate electric sub influența unui câmp electric. În izolatoare pur și simplu nu există nimic de mișcat sub influența unui câmp electric.

Cu toate acestea, în procesul de studiu a fenomenelor electrice din diverse materiale, unii cercetători au reușit să „simți” efectele semiconductoare. De exemplu, primul detector de cristal (diodă) a fost creat în 1874 de către fizicianul german Karl Ferdinand Braun pe baza contactului dintre plumb și pirita. (Pirita este pirita de fier; atunci când lovește scaunul, se lovește o scânteie, motiv pentru care și-a primit numele de la grecescul „pir” - foc). Ulterior, acest detector a înlocuit cu succes cohererul din primele receptoare, ceea ce le-a crescut semnificativ sensibilitatea.

În 1907, Boeddeker, în timp ce studia conductivitatea iodurii de cupru, a descoperit că conductivitatea acesteia crește de 24 de ori în prezența iodului, deși iodul în sine nu este un conductor. Dar toate acestea au fost descoperiri aleatorii care nu au putut fi fundamentate științific. Studiul sistematic al semiconductorilor a început abia în 1920 - 1930.

În primele zile ale producției de tranzistori, principalul semiconductor era germaniul (Ge). În ceea ce privește consumul de energie, este foarte economic, tensiunea de deblocare a joncțiunii sale pn este de doar 0,1 ... 0,3 V, dar mulți parametri sunt instabili, așa că siliciul (Si) a venit să-l înlocuiască.

Temperatura la care funcționează tranzistoarele cu germaniu nu este mai mare de 60 de grade, în timp ce tranzistoarele cu siliciu pot continua să funcționeze la 150. Siliciul, ca semiconductor, este superior germaniului în alte proprietăți, în primul rând ca frecvență.

În plus, rezervele de siliciu (nisip obișnuit de pe plajă) în natură sunt nelimitate, iar tehnologia de purificare și prelucrare a acestuia este mai simplă și mai ieftină decât elementul germaniu, care este rar în natură. Primul tranzistor de siliciu a apărut la scurt timp după primul tranzistor cu germaniu - în 1954. Acest eveniment a dat naștere chiar și noului nume „epoca siliciului”, care nu trebuie confundat cu epoca de piatră!

Orez. 4. Evolutia tranzistoarelor

Microprocesoare și semiconductori. Declinul „Epocii Siliciului”

Te-ai întrebat vreodată de ce recent aproape toate computerele au devenit multi-core? Termenii dual-core sau quad-core sunt pe buzele tuturor. Faptul este că creșterea performanței microprocesoarelor prin creșterea frecvenței de ceas și creșterea numărului de tranzistori dintr-un pachet aproape a atins limita pentru structurile de siliciu.

O creștere a numărului de semiconductori dintr-un pachet se realizează prin reducerea dimensiunilor lor fizice. În 2011, INTEL a dezvoltat deja o tehnologie de proces de 32 nm, în care lungimea canalului tranzistorului este de numai 20 nm. Cu toate acestea, o astfel de reducere nu aduce o creștere vizibilă a frecvenței ceasului, așa cum a fost cazul tehnologiilor de până la 90 nm. Este absolut clar că este timpul să trecem la ceva fundamental nou.

B. M. Malaşevici

Este greu de găsit o ramură a științei și tehnologiei care s-a dezvoltat la fel de rapid și a avut un impact atât de mare asupra tuturor aspectelor vieții umane, fiecărui individ și societate în ansamblu, precum electronica.

Ca ramură independentă a științei și tehnologiei, electronica s-a format datorită tubului electronic. În primul rând au apărut comunicațiile radio, radiodifuziunea, radarul, televiziunea, apoi sistemele electronice de control, tehnologia informatică etc. Dar tubul de electroni are dezavantaje fatale: dimensiuni mari, consum mare de energie, timp lung pentru a intra în modul de funcționare și fiabilitate scăzută. Drept urmare, după 2-3 decenii de existență, electronicele tubulare în multe aplicații au atins limita capacităților lor. Tubul de vid a necesitat o înlocuire mai compactă, mai economică și mai fiabilă. Și a fost găsit sub forma unui tranzistor semiconductor. Crearea sa este considerată pe bună dreptate una dintre cele mai mari realizări ale gândirii științifice și tehnice ale secolului XX, care a schimbat radical lumea. A fost distins cu Premiul Nobel pentru Fizică, acordat în 1956 americanilor John Bardeen, Walter Brattain și William Shockley. Dar trioul Nobel a avut predecesori în diferite țări.

Și acest lucru este de înțeles. Apariția tranzistorilor este rezultatul multor ani de muncă a multor oameni de știință și specialiști remarcabili care, în deceniile precedente, au dezvoltat știința semiconductorilor. Oamenii de știință sovietici au adus o contribuție uriașă la această cauză comună. S-a făcut multe de către școala de fizică a semiconductorilor a academicianului A.F. Ioffe - un pionier al cercetării mondiale în fizica semiconductorilor. În 1931, a publicat un articol cu titlul profetic: „Semiconductori - noi materiale pentru electronică”. Contribuții considerabile la cercetarea semiconductorilor au avut B.V. Kurchatov și V.P. Zhuze. În lucrarea lor „Cu privire la problema conductivității electrice a oxidului cupros” din 1932, ei au arătat că mărimea și tipul conductibilității electrice sunt determinate de concentrația și natura impurității. Fizicianul sovietic Ya.N. Frenkel a creat teoria excitației purtătorilor de sarcină perechi în semiconductori: electroni și găuri. În 1931, englezul Wilson a reușit să creeze un model teoretic al unui semiconductor, formulând în același timp bazele „teoriei benzilor a semiconductorilor”. În 1938, Mott în Anglia, B. Davydov în URSS și Walter Schottky în Germania au propus în mod independent teoria acțiunii de redresare a unui contact metal-semiconductor. În 1939, B. Davydov a publicat lucrarea „Diffusion Theory of Rectification in Semiconductors”. În 1941, V. E. Lashkarev a publicat articolul „Studiul straturilor de barieră folosind metoda sondei termice” și, în colaborare cu K. M. Kosonogova, articolul „Influența impurităților asupra efectului fotoelectric al supapei în oxidul cupros”. El a descris fizica unui „strat de barieră” la interfața cupru-oxid cupros, numit mai târziu p-n" tranziție. În 1946, V. Loshkarev a descoperit difuzia bipolară a purtătorilor de curent neechilibrați în semiconductori. De asemenea, a descoperit mecanismul de injecție - cel mai important fenomen pe baza căruia funcționează diodele și tranzistoarele semiconductoare. O mare contribuție la studiul proprietăților semiconductorilor a fost adusă de I.V. Kurchatov, Yu.M. Kushnir, L.D. Landau, V.M. Tuchkevich, Zh.I. Alferov și alții. Astfel, până la sfârșitul anilor patruzeci ai secolului XX, fundamentele teoretice ale bazelor pentru crearea tranzistorilor au fost elaborate suficient de profund pentru a începe munca practică.

Orez. Transitron de G. Mathare și G. Welker

Prima încercare cunoscută de a crea un amplificator cu cristal în Statele Unite a fost făcută de fizicianul german Julius Lilienfeld, care l-a brevetat în 1930, 1932 și 1933. trei opțiuni de amplificare bazate pe sulfură de cupru. În 1935, omul de știință german Oskar Heil a primit un brevet britanic pentru un amplificator pe bază de pentoxid de vanadiu. În 1938, fizicianul german Pohl a creat un exemplu de lucru al unui amplificator cu cristale bazat pe un cristal de bromură de potasiu încălzit. În anii de dinainte de război, mai multe brevete similare au fost emise în Germania și Anglia. Aceste amplificatoare pot fi considerate prototipul tranzistoarelor moderne cu efect de câmp. Cu toate acestea, nu a fost posibil să se construiască dispozitive de operare stabile, deoarece la acea vreme nu existau suficiente materiale pure și tehnologii pentru prelucrarea lor. În prima jumătate a anilor treizeci, triodele punctuale au fost realizate de doi radioamatori - canadianul Larry Kaiser și școlarul din Noua Zeelandă, în vârstă de treisprezece ani, Robert Adams. În iunie 1948 (înainte de dezvăluirea tranzistorului), fizicienii germani Robert Pohl și Rudolf Hilsch, care locuiau atunci în Franța, și-au creat propria versiune a unei triode de germaniu de tip punct, pe care au numit-o un transitron. La începutul anului 1949 s-a organizat producția de tranzistori, care au fost utilizați în echipamentele telefonice și au funcționat mai bine și mai mult decât tranzistoarele americane. În Rusia, în anii 20, la Nijni Novgorod, O.V. Losev a observat un efect de tranzistor într-un sistem de trei până la patru contacte pe suprafața de siliciu și corborundum. La mijlocul anului 1939 a scris: „ ...cu semiconductori se poate construi un sistem cu trei electrozi asemănător cu o triodă„, dar s-a lăsat dus de efectul LED pe care l-a descoperit și nu a implementat această idee. Multe drumuri duceau la tranzistor.

Primul tranzistor

Glorie la dreapta: William Shockley
John Bardeen (șezând), Walter Brattain.
Fotografie de pe http://gete.ru/page_140.html

Exemplele de proiecte și mostre de tranzistori descrise mai sus au fost rezultatele unor explozii locale de gândire ale unor oameni talentați sau norocoși, care nu au fost susținute de suficient sprijin economic și organizațional și nu au jucat un rol serios în dezvoltarea electronicii. J. Bardeen, W. Brattain și W. Shockley s-au găsit în condiții mai bune. Ei au lucrat la singurul program intenționat pe termen lung (mai mult de 5 ani) din lume, cu suficient sprijin financiar și material, la Bell Telephone Laboratories, pe atunci unul dintre cele mai puternice și mai bogate în cunoștințe din SUA. Munca lor a început în a doua jumătate a anilor treizeci, lucrarea a fost condusă de Joseph Becker, care i-a atras pe teoreticianul înalt calificat W. Shockley și pe genialul experimentator W. Brattain. În 1939, Shockley a prezentat ideea de a schimba conductivitatea unei plăci subțiri de semiconductor (oxid de cupru) prin aplicarea unui câmp electric extern. A fost ceva care amintea atât de brevetul lui Yu. Lilienfeld, cât și de tranzistorul cu efect de câmp care a fost realizat ulterior și a devenit larg răspândit. În 1940, Shockley și Brattain au luat decizia fericită de a-și limita cercetările la elementele simple germaniu și siliciu. Cu toate acestea, toate încercările de a construi un amplificator cu stare solidă au fost în zadar, iar după Pearl Harbor (începutul practic al celui de-al Doilea Război Mondial pentru Statele Unite) au fost abandonate. Shockley și Brattain au fost trimiși la un centru de cercetare care lucra la radar. În 1945, ambii s-au întors la Bell Labs. Acolo, sub conducerea lui Shockley, a fost creată o echipă puternică de fizicieni, chimiști și ingineri pentru a lucra la dispozitive cu stare solidă. Acesta a inclus W. Brattain și fizicianul teoretician J. Bardeen. Shockley a orientat grupul spre implementarea ideii lor de dinainte de război. Dar dispozitivul a refuzat cu încăpățânare să funcționeze, iar Shockley, după ce i-a instruit pe Bardeen și Brattain să-l ducă la bun sfârșit, practic a evitat el însuși subiectul.

Doi ani de muncă asiduă au adus doar rezultate negative. Bardeen a sugerat că electronii în exces au fost depuși ferm în regiunile apropiate de suprafață și au ecranat câmpul extern. Această ipoteză a determinat acțiuni suplimentare. Electrodul de control plat a fost înlocuit cu un vârf, încercând să influențeze local stratul subțire de suprafață al semiconductorului.

Dispozitivul a funcționat, dar acest design aparent ciudat nu a putut fi arătat publicului larg. Am realizat mai multe tranzistoare sub formă de cilindri metalici cu un diametru de aproximativ 13 mm. și a asamblat pe ele un receptor radio „fără tuburi”. La 30 iunie 1948 a avut loc la New York prezentarea oficială a unui nou dispozitiv, tranzistorul. Tran sver Re sora– transformator de rezistență). Dar experții nu i-au apreciat imediat capacitățile. Experții de la Pentagon au „condamnat” tranzistorul să fie folosit numai în aparatele auditive pentru bătrâni. Deci miopia armatei a salvat tranzistorul de a fi clasificat. Prezentarea a trecut aproape neobservată; doar câteva paragrafe despre tranzistor au apărut în New York Times la pagina 46 în secțiunea „Știri radio”. Aceasta a fost apariția uneia dintre cele mai mari descoperiri ale secolului al XX-lea în lume. Nici măcar producătorii de tuburi vidate, care investiseră multe milioane în fabricile lor, nu au văzut o amenințare în apariția tranzistorului.

Mai târziu, în iulie 1948, informații despre această invenție au apărut în The Physical Review. Dar abia după ceva timp experții și-au dat seama că a avut loc un eveniment grandios care a determinat dezvoltarea în continuare a progresului în lume.

Bell Labs a depus imediat un brevet pentru această invenție revoluționară, dar au existat o mulțime de probleme cu tehnologia. Primele tranzistoare, care au fost puse în vânzare în 1948, nu au inspirat optimism - de îndată ce i-ai scuturat, câștigul s-a schimbat de mai multe ori, iar când s-au încălzit, au încetat să mai funcționeze. Dar nu aveau dimensiuni egale în miniatură. Dispozitivele pentru persoanele cu auz redus ar putea fi plasate în ramele ochelarilor! Dându-și seama că este puțin probabil să poată face față singur tuturor problemelor tehnologice, Bell Labs a decis să facă un pas neobișnuit. La începutul anului 1952, a anunțat că va transfera complet drepturile de fabricare a tranzistorului oricărei companii dornice să plătească suma modestă de 25.000 USD în locul taxelor obișnuite de brevet și a oferit cursuri de formare în tehnologia tranzistorului, ajutând la răspândirea tehnologiei în întreaga lume. lumea. Importanța acestui dispozitiv în miniatură a devenit treptat mai clară. Tranzistorul s-a dovedit a fi atractiv din următoarele motive: era ieftin, miniatural, durabil, consuma puțină energie și se aprindea instantaneu (lămpile au durat mult să se încălzească). În 1953, a apărut pe piață primul produs comercial cu tranzistori, un aparat auditiv (un pionier în această afacere a fost John Kilby de la Centralab, care câțiva ani mai târziu avea să realizeze primul cip semiconductor din lume), iar în octombrie 1954, primul receptor radio cu tranzistori Regency TR1, a folosit doar patru tranzistoare cu germaniu. Industria tehnologiei informatice a început imediat să stăpânească noi dispozitive, primul fiind IBM. Disponibilitatea tehnologiei a dat roade - lumea a început să se schimbe rapid.

Beneficiile ambiției constructive

Pentru ambițiosul W. Shockley, ceea ce s-a întâmplat a provocat o creștere vulcanică a energiei sale creatoare. Deși J. Bardeen și W. Brattain au primit accidental nu un tranzistor cu efect de câmp, așa cum plănuise Shockley, ci unul bipolar, el și-a dat seama rapid ce făcuse. Shockley și-a amintit mai târziu „ saptamana Sfanta„, în timpul căreia a creat teoria injecției, iar în noaptea de Revelion a inventat un tranzistor bipolar plan fără ace exotice.

Pentru a crea ceva nou, Shockley a aruncat o privire nouă asupra a ceea ce se știa de multă vreme - la punctul și diodele semiconductoare plane, la fizica funcționării diodelor plane. p-n» tranziție, ușor susceptibilă de analiză teoretică. Deoarece un tranzistor punct-punct constă din două diode foarte apropiate, Shockley a efectuat un studiu teoretic al unei perechi de diode plane similare apropiate și a creat baza pentru teoria unui tranzistor bipolar plan într-un cristal semiconductor care conține două " p-n" tranziție. Tranzistoarele plane au o serie de avantaje față de tranzistoarele punctiforme: sunt mai accesibile analizei teoretice, au un nivel de zgomot mai scăzut, oferă o putere mai mare și, cel mai important, o repetabilitate mai mare a parametrilor și fiabilitate. Dar, probabil, principalul lor avantaj a fost tehnologia ușor automatizată, care a eliminat operațiunile complexe de fabricare, instalare și poziționare a acelor cu arc și a asigurat, de asemenea, miniaturizarea ulterioară a dispozitivelor.

La 30 iunie 1948, la biroul din New York al Bell Labs, invenția a fost demonstrată pentru prima dată conducerii companiei. Dar s-a dovedit că crearea unui tranzistor planar produs în masă este mult mai dificilă decât unul punctual. Tranzistorul Brattain and Bardeen este un dispozitiv extrem de simplu. Singura sa componentă semiconductoare a fost o bucată de germaniu relativ pur și apoi destul de accesibil. Dar tehnica de dopare a semiconductorilor de la sfârșitul anilor patruzeci, necesară pentru fabricarea unui tranzistor plan, era încă la început, astfel încât producția unui tranzistor Shockley produs în masă a fost posibilă abia în 1951. În 1954, Bell Labs a dezvoltat procesele de oxidare, fotolitografie, difuzie, care au devenit de mulți ani baza producției de dispozitive semiconductoare.

Tranzistorul punctual al lui Bardeen și Brattain este cu siguranță un progres uriaș în comparație cu tuburile cu vid. Dar nu a devenit baza microelectronicii; viața sa a fost scurtă, aproximativ 10 ani. Shockley a înțeles rapid ce au făcut colegii săi și a creat o versiune plană a tranzistorului bipolar, care este încă în viață astăzi și va trăi atâta timp cât va exista microelectronica. A primit un brevet pentru acesta în 1951. Și în 1952, W. Shockley a creat un tranzistor cu efect de câmp, pe care l-a brevetat și el. Așa că și-a câștigat sincer participarea la Premiul Nobel.

Numărul producătorilor de tranzistori a crescut ca un bulgăre de zăpadă. Bell Labs, Shockley Semiconductor, Fairchild Semiconductor, Western Electric, GSI (din decembrie 1951 Texas Instruments), Motorola, Tokyo Cousin (din 1958 Sony), NEC și multe altele.

În 1950, GSI a dezvoltat primul tranzistor de siliciu, iar în 1954, transformându-se în Texas Instruments, a început producția de masă.

Războiul Rece și impactul său asupra electronicii

După sfârșitul celui de-al Doilea Război Mondial, lumea s-a împărțit în două tabere ostile. În 1950-1953 această confruntare a dus la un conflict militar direct – războiul din Coreea. De fapt, a fost un război proxy între SUA și URSS. În același timp, Statele Unite se pregăteau pentru un război direct cu URSS. În 1949, Statele Unite au dezvoltat planul „Ultimul lovitură” publicat acum ( Operațiunea Dropshot), de fapt, un plan pentru al treilea război mondial, un război termonuclear. Planul prevedea un atac direct asupra URSS la 1 ianuarie 1957. În decurs de o lună, era planificat să aruncăm peste capul nostru 300 de bombe atomice de 50 de kilotone și 200.000 de bombe convenționale. Pentru a realiza acest lucru, planul a inclus dezvoltarea de rachete balistice speciale, submarine nucleare, portavioane și multe altele. Astfel a început o cursă a înarmărilor fără precedent dezlănțuită de Statele Unite, care a continuat de-a lungul a doua jumătate a secolului trecut și continuă, nu atât de demonstrat, chiar și acum.

În aceste condiții, țara noastră, care a îndurat un război de patru ani fără precedent din punct de vedere moral și economic și a obținut victoria cu prețul unor eforturi și sacrificii enorme, s-a confruntat cu noi probleme gigantice în asigurarea securității proprii și a aliaților. A fost necesar să se creeze urgent, prin separarea resurselor de oamenii obosiți de război și înfometați, să se creeze cele mai noi tipuri de arme și să se mențină o armată uriașă în pregătire constantă pentru luptă. Așa au fost create bombe atomice și cu hidrogen, rachete intercontinentale, un sistem de apărare antirachetă și multe altele. Succesele noastre în asigurarea capacității de apărare a țării și posibilitatea reală de a primi o lovitură de răzbunare zdrobitoare au forțat Statele Unite să renunțe la implementarea planului Dropshot și a altora similare.

Una dintre consecințele Războiului Rece a fost izolarea economică și informațională aproape completă a părților opuse. Legăturile economice și științifice erau foarte slabe, iar în zona industriilor importante din punct de vedere strategic și a noilor tehnologii erau practic absente. Au fost clasificate descoperiri importante, invenții și noi dezvoltări în orice domeniu de cunoaștere care ar putea fi utilizate în tehnologia militară sau pot contribui la dezvoltarea economică. Furnizarea de tehnologii avansate, echipamente și produse a fost interzisă. Drept urmare, știința și industria semiconductoarelor sovietice s-au dezvoltat în condiții de izolare aproape completă, o blocare virtuală față de tot ceea ce se făcea în acest domeniu în SUA, Europa de Vest și apoi Japonia.

De asemenea, trebuie menționat că știința și industria sovietică în multe domenii ocupau atunci o poziție de lider în lume. Luptătorii noștri din războiul din Coreea au fost mai buni decât cei americani, rachetele noastre au fost cele mai puternice, în spațiu în acei ani eram înaintea restului, primul computer din lume cu o performanță de peste 1 milion de operațiuni a fost al nostru, am făcut o bombă cu hidrogen înaintea Statelor Unite, o balistică Sistemul nostru de apărare antirachetă a fost primul care a doborât racheta etc. A rămâne în urmă în electronică însemna să retragi toate celelalte ramuri ale științei și tehnologiei.

Importanța tehnologiei semiconductoarelor în URSS a fost bine înțeleasă, dar căile și metodele de dezvoltare a acesteia au fost diferite de cele din SUA. Conducerea țării și-a dat seama că confruntarea din Războiul Rece ar putea fi realizată prin dezvoltarea unor sisteme de apărare controlate de electronice fiabile, de dimensiuni mici. În 1959, au fost înființate fabrici de dispozitive semiconductoare precum Aleksandrovsky, Bryansk, Voronezh, Rizhsky etc.. În ianuarie 1961, Rezoluția Comitetului Central al PCUS și a Consiliului de Miniștri al URSS „Cu privire la dezvoltarea semiconductorului a fost adoptată industria”, care prevedea construirea de fabrici și institute de cercetare în Kiev, Minsk, Erevan, Nalcik și alte orașe. Mai mult, baza pentru crearea primelor întreprinderi din industria semiconductoarelor au fost spații care erau complet nepotrivite pentru aceste scopuri (clădirile unei școli tehnice comerciale din Riga, Școlii de Partid Sovietic din Novgorod, o fabrică de paste în Bryansk, o fabrică de îmbrăcăminte din Voronezh, un atelier din Zaporojie etc.). Dar să revenim la elemente de bază.

În anii care au precedat inventarea tranzistorului, s-au făcut progrese semnificative în crearea detectorilor de germaniu și siliciu în URSS. În aceste lucrări, a fost folosită o tehnică originală pentru a studia regiunea aproape de contact prin introducerea unui ac suplimentar în ea, în urma căreia a fost creată o configurație care a replicat exact un tranzistor punct-punct. Uneori, în timpul măsurătorilor, au fost dezvăluite și caracteristicile tranzistorului (influența unui „ p n» trecerea la alta din apropiere), dar au fost aruncate ca anomalii aleatoare și neinteresante. În puține privințe, cercetătorii noștri au fost inferiori specialiștilor americani; singurul lucru care le-a lipsit era concentrarea lor asupra tranzistorului, iar marea descoperire le-a scăpat din mâini. Din 1947, s-au desfășurat lucrări intense în domeniul amplificatoarelor cu semiconductori la Institutul Central de Cercetare-108 (laboratorul S. G. Kalashnikov) și la Institutul de Cercetare-160 (Institutul de Cercetare „Istok”, Fryazino, laboratorul A. V. Krasilov). În 1948, grupul lui A.V. Krasilov, care a dezvoltat diode cu germaniu pentru stațiile radar, a obținut și efectul de tranzistor și a încercat să-l explice. Despre aceasta, în jurnalul „Buletinul de informații” din decembrie 1948, au publicat articolul „Triodă cristalină” - prima publicație din URSS despre tranzistori. Să ne amintim că prima publicație despre tranzistor în SUA în revista „The Physical Review” a avut loc în iulie 1948, i.e. rezultatele muncii grupului lui Krasilov au fost independente și aproape simultane. Astfel, baza științifică și experimentală din URSS a fost pregătită pentru crearea unei triode semiconductoare (termenul „tranzistor” a fost introdus în limba rusă la mijlocul anilor ’60) și deja în 1949 a fost dezvoltat laboratorul lui A. V. Krasilov și a transferat la producția de masă primele triode sovietice de germaniu C1 C4. În 1950, mostre de triode de germaniu au fost dezvoltate la Institutul de Fizică Lebedev (B.M. Vul, A.V. Rzhanov, V.S. Vavilov etc.), la Institutul de Fizică din Leningrad (V.M. Tuchkevich, D.N. Nasledov) și în IRE AS URSS (S.G. Kalash, N.A. Kalash). Penin etc.).

Primul tranzistor industrial sovietic:
punctul S1G (stânga) și planar P1A (dreapta)

În mai 1953 s-a înființat un institut de cercetare specializat (NII-35, ulterior Institutul de Cercetare Pulsar), și a fost înființat Consiliul Interdepartamental al Semiconductoarelor. În 1955, producția industrială de tranzistori a început la uzina Svetlana din Leningrad, iar la uzină a fost creat un OKB pentru dezvoltarea dispozitivelor semiconductoare. În 1956, Moscova NII-311 cu o plantă pilot a fost redenumită Institutul de Cercetare Științifică Sapphire cu uzina Optron și s-a reorientat asupra dezvoltării diodelor și tiristoarelor semiconductoare.

În anii 50, în țară au fost dezvoltate o serie de noi tehnologii de fabricare a tranzistoarelor plane: aliaj, aliaj-difuzie, mesa-difuzie.

Industria semiconductoarelor din URSS s-a dezvoltat destul de repede: 96 de mii au fost produse în 1955, 2,7 milioane în 1957 și peste 11 milioane de tranzistori în 1966. Și acesta a fost doar începutul.

Prima încercare cunoscută de a crea un amplificator cu cristal în Statele Unite a fost făcută de fizicianul german Julius Lilienfeld, care l-a brevetat în 1930, 1932 și 1933. trei opțiuni de amplificare bazate pe sulfură de cupru. În 1935, omul de știință german Oskar Heil a primit un brevet britanic pentru un amplificator pe bază de pentoxid de vanadiu. În 1938, fizicianul german Pohl a creat un exemplu de lucru al unui amplificator cu cristale bazat pe un cristal de bromură de potasiu încălzit. În anii de dinainte de război, mai multe brevete similare au fost emise în Germania și Anglia. Aceste amplificatoare pot fi considerate prototipul tranzistoarelor moderne cu efect de câmp. Cu toate acestea, nu a fost posibil să se construiască dispozitive de operare stabile, deoarece la acea vreme nu existau suficiente materiale pure și tehnologii pentru prelucrarea lor. În prima jumătate a anilor treizeci, triodele punctuale au fost realizate de doi radioamatori - canadianul Larry Kaiser și școlarul din Noua Zeelandă, în vârstă de treisprezece ani, Robert Adams. În iunie 1948 (înainte de dezvăluirea tranzistorului), fizicienii germani Robert Pohl și Rudolf Hilsch, care locuiau atunci în Franța, și-au creat propria versiune a unei triode de germaniu de tip punct, pe care au numit-o un transitron. La începutul anului 1949 s-a organizat producția de tranzistori, care au fost utilizați în echipamentele telefonice și au funcționat mai bine și mai mult decât tranzistoarele americane. În Rusia, în anii 20, la Nijni Novgorod, O.V. Losev a observat un efect de tranzistor într-un sistem de trei până la patru contacte pe suprafața de siliciu și corborundum. La mijlocul anului 1939, el a scris: „...cu semiconductori se poate construi un sistem cu trei electrozi asemănător cu o triodă”, dar a fost dus de efectul LED pe care l-a descoperit și nu a implementat această idee. Multe drumuri duceau la tranzistor.

PRIMUL TRANZISTOR

Într-o zi, Brattain a adus din greșeală doi electrozi în formă de ac pe suprafața germaniului aproape strâns unul de celălalt și, de asemenea, a amestecat polaritatea tensiunilor de alimentare și a observat brusc influența curentului unui electrod asupra curentului celuilalt. Bardin a apreciat imediat greșeala. Și pe 16 decembrie 1947, au lansat un amplificator cu stare solidă, care este considerat primul tranzistor din lume. A fost proiectat foarte simplu - o placă de germaniu stătea pe un substrat metalic-electrod, de care se sprijineau două contacte strâns distanțate (10-15 microni). Aceste contacte au fost inițial făcute. Un cuțit de plastic triunghiular învelit în folie de aur, tăiat în jumătate cu un brici la vârful triunghiului. Triunghiul a fost presat pe placa de germaniu cu un arc special realizat dintr-o agrafă curbată. O săptămână mai târziu, pe 23 decembrie 1947, dispozitivul a fost demonstrat conducerii companiei, această zi fiind considerată data nașterii tranzistorului. Toți au fost mulțumiți de rezultat, cu excepția lui Shockley: s-a dovedit că el, care a fost primul care a conceput un amplificator cu semiconductor, a condus un grup de specialiști și le-a ținut prelegeri despre teoria cuantică a semiconductorilor, nu a participat la crearea acestuia. Iar tranzistorul nu a ieșit așa cum a vrut Shockley: bipolar, nu cu efect de câmp. Prin urmare, el nu a putut pretinde co-autor în brevetul „stea”. Dispozitivul a funcționat, dar acest design aparent ciudat nu a putut fi arătat publicului larg. Am realizat mai multe tranzistoare sub formă de cilindri metalici cu un diametru de aproximativ 13 mm. și a asamblat pe ele un receptor radio „fără tuburi”. La 30 iunie 1948, la New York a avut loc prezentarea oficială a unui nou dispozitiv - un tranzistor (din engleza Transver Resistor - transformator de rezistență). Dar experții nu i-au apreciat imediat capacitățile. Experții de la Pentagon au „condamnat” tranzistorul să fie folosit numai în aparatele auditive pentru bătrâni. Deci miopia armatei a salvat tranzistorul de a fi clasificat. Prezentarea a trecut aproape neobservată; doar câteva paragrafe despre tranzistor au apărut în New York Times la pagina 46 în secțiunea „Știri radio”. Aceasta a fost apariția uneia dintre cele mai mari descoperiri ale secolului al XX-lea în lume. Nici măcar producătorii de tuburi vidate, care investiseră multe milioane în fabricile lor, nu au văzut o amenințare în apariția tranzistorului. Mai târziu, în iulie 1948, informații despre această invenție au apărut în The Physical Review. Dar abia după ceva timp experții și-au dat seama că a avut loc un eveniment grandios care a determinat dezvoltarea în continuare a progresului în lume. Bell Labs a depus imediat un brevet pentru această invenție revoluționară, dar au existat o mulțime de probleme cu tehnologia. Primele tranzistoare, care au fost puse în vânzare în 1948, nu au inspirat optimism - de îndată ce i-ai scuturat, câștigul s-a schimbat de mai multe ori, iar când s-au încălzit, au încetat să mai funcționeze. Dar nu aveau dimensiuni egale în miniatură. Dispozitivele pentru persoanele cu auz redus ar putea fi plasate în ramele ochelarilor! Dându-și seama că este puțin probabil să poată face față singur tuturor problemelor tehnologice, Bell Labs a decis să facă un pas neobișnuit. La începutul anului 1952, a anunțat că va transfera complet drepturile de fabricare a tranzistorului oricărei companii dornice să plătească suma modestă de 25.000 USD în locul taxelor obișnuite de brevet și a oferit cursuri de formare în tehnologia tranzistorului, ajutând la răspândirea tehnologiei în întreaga lume. lumea. Importanța acestui dispozitiv în miniatură a devenit treptat mai clară. Tranzistorul s-a dovedit a fi atractiv din următoarele motive: era ieftin, miniatural, durabil, consuma puțină energie și se aprindea instantaneu (lămpile au durat mult să se încălzească). În 1953, a apărut pe piață primul produs comercial cu tranzistori - un aparat auditiv (un pionier în această afacere a fost John Kilby de la Centralab, care câțiva ani mai târziu avea să realizeze primul cip semiconductor din lume), iar în octombrie 1954, primul tranzistor. radio, Regency TR1, folosea doar patru tranzistoare cu germaniu. Industria tehnologiei informatice a început imediat să stăpânească noi dispozitive, primul fiind IBM. Disponibilitatea tehnologiei a dat roade - lumea a început să se schimbe rapid.