Транзистор кто изобрел и когда: Изобретение транзистора. Как был изобретен транзистор

Содержание

Изобретение транзистора. Как был изобретен транзистор

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.

   Электронные лампы

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.

   Первый транзистор

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.

   Изобретение транзистора, 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.

Как это было, 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.

Большой вклад в изучение полупроводников внес советский ученый сотрудник знаменитой Нижегородской радио-лаборатории О.В. Лосев. Он вошел в историю в первую очередь как изобретатель кристадина (генератор колебаний и усилитель на основе диода) и светодиода. 

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).

   Изобретение транзистора

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».

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.

Графен – полупроводник будущего

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

   Изобретение транзистора на основе графена

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.

Видео

 

Будем рады, если подпишетесь на наш Блог!

[wysija_form id=»1″]

пробираясь на ощупь в темноте / Хабр

<< До этого: Электронная революция

Дорога к твердотельным переключателям была долгой и сложной. Она началась с открытия, что определённые материалы странно ведут себя в присутствии электричества – не так, как предсказывали существовавшие тогда теории. За этим последовала история о том, как в XX веке технология становилась всё более научной и институциональной дисциплиной. Дилетанты, новички и профессиональные изобретатели практически без всякого научного образования делали серьёзные вклады в становление телеграфа, телефонии и радио.

Но, как мы увидим, почти все продвижения в истории твердотельной электроники случились благодаря учёным, учившимся в университетах (и обычно имеющим степень доктора наук по физике), и работавшим при университетах или корпоративных исследовательских лабораториях.

Любой человек с доступом к мастерской и с базовыми навыками работы с материалами может собрать реле из проводов, металла и дерева. Для создания электронных ламп требуются более специализированные инструменты, способные создать стеклянную колбу и откачать из неё воздух. Твердотельные же устройства исчезли в кроличьей норе, из которой цифровой переключатель так и не вернулся, и погружались всё глубже в миры, понятные только абстрактной математике и доступные только при помощи безумно дорогого оборудования.


Все статьи цикла:
  • История реле
  • История электронных компьютеров
  • История транзистора
  • История интернета
  • Эра фрагментации

Галенит


В 1874 году Фердинанд Браун, 24-летний физик из Школы св. Фомы в Лейпциге, опубликовал первую из множества важных научных работ в своей долгой карьере. Работу «О прохождении электрических токов через сульфиды металлов» приняли в журнале Pogendorff’s Annalen, престижном журнале, посвящённом физическим наукам. Несмотря на скучный заголовок, работа Брауна описывала несколько удивительных и загадочных экспериментальных результатов.


Фердинанд Браун

Брауна заинтриговали сульфиды – минеральные кристаллы, состоящие из соединений серы с металлами – благодаря работам Иоганна Вильгельма Гитторфа. Ещё в 1833 году Майкл Фарадей отметил, что проводимость сульфида серебра увеличивается с температурой, что полностью противоположно поведению металлических проводников. Гитторф составил тщательный количественный отчёт об измерениях данного эффекта в 1850-х, для сульфидов как серебра, так и меди. Теперь Браун, используя хитроумную экспериментальную установку, прижимавшую металлический провод к кристаллу сульфида пружиной, чтобы обеспечить хороший контакт, обнаружил нечто ещё более странное.

Проводимость кристаллов зависела от направления – к примеру, ток мог хорошо течь в одном направлении, но при обращении полярности аккумулятора ток мог внезапно резко упасть. Кристаллы в одном направлении работали больше похоже на проводники (как нормальные металлы), а в другом – больше как изоляторы (как стекло или резина). Это свойство стало известно, как выпрямление, из-за способности выпрямлять «извилистый» переменный ток, превращая его в «плоский» постоянный.

Примерно в то же время исследователи обнаружили и другие странные свойства таких материалов, как, например, селен, который можно было выплавить из некоторых сульфидных руд металлов. Под воздействием света селен увеличивал проводимость и даже начинал генерировать электричество, а также его можно было использовать для выпрямления. Была ли тут какая-то связь с кристаллами сульфидов? Без теоретических моделей, способных объяснить происходящее, в этой области царило замешательство.

Однако отсутствие теории не останавливало попытки практического применения результатов. В конце 1890-х Браун стал профессором Страсбургского университета – недавно аннексированного у Франции в ходе Франко-Прусской войны и переименованного в Университет кайзера Вильгельма. Там его засосал захватывающий новый мир радиотелеграфии. Он ответил согласием на предложение группы предпринимателей о совместном создании беспроводной системы связи, основанной на передаче радиоволн сквозь воду. Однако они с подельниками вскоре отказались от первоначальной идеи в пользу воздушной передачи сигналов, которую использовал Маркони и другие.

Среди аспектов радио, которые группа Брауна стремилась улучшить, был стандартный в то время приёмник, когерер. Он основывался на том факте, что радиоволны заставляли металлические опилки собираться в комочек, что позволяло току от батареи проходить к сигнальному устройству. Это сработало, но система отзывалась только на относительно сильные сигналы, а для разбивания комочка опилок требовалось постоянно ударять по устройству. Браун вспомнил свои старые эксперименты с кристаллами сульфида, и в 1899 году воссоздал свою старую экспериментальную установку с новой целью – служить детектором беспроводных сигналов. Эффект выпрямления он использовал для преобразования крохотного колеблющегося тока, порождаемого проходящими радиоволнами, в постоянный ток, который мог питать небольшой динамик, выдававший слышимые щелчки для каждой точки или тире. Это устройство позже стало известно под именем «детектор кошачий ус» из-за внешнего вида проводочка, который легко прикасался к верхней части кристалла. В Британской Индии (где сегодня находится Бангладеш) учёный и изобретатель Джагадиш Бозе построил сходное устройство, возможно даже в 1894 году. Остальные вскоре начали делать подобные детекторы на основе кремния и карборунда (карбида кремния).

Однако именно галенит, сульфид свинца, который плавили для получения свинца с древних времён, стал предпочтительным материалом для кристаллических детекторов. Они получались простыми в изготовлении и дешёвыми, и в результате стали безумно популярны среди раннего поколения радиолюбителей. Более того, в отличие от двоичного когерера (с опилками, которые либо сбивались в комочек, либо нет), кристаллический выпрямитель мог воспроизводить непрерывный сигнал. Поэтому он мог выдавать слышимые ухом передачи голоса и музыки, а не только азбуку Морзе с её точками и тире.


Детектор «кошачий ус» на основе галенита. Небольшой отрезок провода слева – это ус, а кусок серебристого материала снизу — кристалл галенита.

Однако, как вскоре установили раздосадованные радиолюбители, на поиск волшебной точки на поверхности кристалла, которая давала бы хорошее выпрямление, могли уйти минуты или даже часы. А сигналы без усиления были слабыми и имели металлический призвук. К 1920-м годам приёмники на электронных лампах с триодными усилителями практически вывели кристаллические детекторы из употребления почти везде. Их привлекательной чертой оставалось только дешевизна.

Это краткое появление на арене радиоприёмников, казалось, было пределом практического применения странных электрических свойств материала, открытых Брауном и другими.

Оксид меди


Затем в 1920-х другой физик по имени Ларс Грондал открыл нечто странное при помощи своей экспериментальной установки. Грондал, первый из цепочки умных и неугомонных мужей из истории американского Запада, был сыном инженера-строителя. Его отец, эмигрировавший из Норвегии в 1880-м несколько десятилетий работал на железных дорогах в Калифорнии, Орегоне и Вашингтоне. Сначала Грондал, казалось, решил оставить позади инженерный мир отца, и отправился в институт Джонса Хопкинса за получением докторской по физике, чтобы пойти по академическому пути. Но затем и он вовлёкся в железнодорожный бизнес и устроился на позицию директора по исследованиям компании Union Switch and Signal, подразделения промышленного гиганта Westinghouse, поставлявшего оборудование для ж/д индустрии.

В различных источниках указываются противоречивые причины, мотивировавшие Грондаля на его исследования, но как бы там ни было, он начал экспериментировать с медными дисками, разогретыми с одной стороны для создания окисленного слоя. Работая с ними, он обратил внимание на асимметричность тока – сопротивление в одну сторону было в три раза больше, чем в другую. Диск из меди и оксида меди выпрямлял ток, прямо как кристалл сульфида.


Схема выпрямителя из оксида меди

Следующие шесть лет Грондал разрабатывал на основе этого явления готовый к использованию коммерческий выпрямитель, заручившись помощью другого исследователя из США, Поля Гейгера, а потом отправил заявку на патент и объявил о своём открытии в Американском физическом обществе в 1926. Прибор сразу стал коммерческим хитом. Благодаря отсутствию хрупких нитей он был гораздо надёжнее выпрямителя на электронных лампах, основанного на клапанном принципе Флеминга, и был дёшев в производстве. В отличии от брауновских кристаллов-выпрямителей, он работал с первой попытки, а благодаря большей площади контакта металла и оксида, он работал с большим диапазоном токов и напряжений. Он мог заряжать аккумуляторы, обнаруживать сигналы в различных электрических системах, работать шунтом безопасности в мощных генераторах. При использовании в качестве фотоэлемента диски могли работать как измерители количества света, и были особенно полезны в фотографии. Другие исследователи примерно в то же время разработали выпрямители из селена, нашедшие сходные варианты применения.


Пачка выпрямителей на основе оксида меди. Сборка из нескольких дисков увеличивала обратное сопротивление, что позволяло использовать их с высоким напряжением.

Через несколько лет два физика из Лабораторий Белла, Джозеф Беккер и Уолтер Браттейн, решили изучить принцип работы медного выпрямителя – им было интересно узнать, как он работает, и как его можно использовать в компании Bell System.


Браттейн в пожилом возрасте – ок. 1950

Браттейн был родом из тех же мест, что и Грондал, с Тихоокеанского северо-запада, где он рос на ферме, расположенной в нескольких километрах от канадской границы. В старших классах его стала интересовать физика, он проявлял способности в этой области, и в итоге получил докторскую степень в Миннесотском университете в конце 1920-х, и устроился на работу в Лаборатории Белла в 1929. Среди прочего, в университете он изучал новейшую теоретическую физику, набиравшую в Европе популярность, и известную, как квантовая механика (его куратором был Джон Хазбрук Ван Флек, также наставлявший и Джона Атанасова).

Квантовая революция


Новая теоретическая платформа медленно развивалась в последние три десятилетия, и в своё время она сможет объяснить все странные явления, много лет наблюдавшиеся в таких материалах, как галенит, селен и оксид меди. Целая когорта преимущественно молодых физиков, в основном из Германии и соседних стран, вызвала квантовый переворот в физике. Везде, где ни посмотри, они обнаруживали не плавный и непрерывный мир, которому их учили, а странные дискретные комочки.

Всё началось в 1890-х. Макс Планк, известнейший профессор Берлинского университета, решил поработать с известной нерешённой задачей: каким образом «абсолютно чёрное тело» (идеальная субстанция, поглощающая всю энергию и не отражающая её) испускает излучение в электромагнитном спектре? Были испробованы различные модели, ни одна из которых не совпадала с экспериментальными результатами – они не справлялись либо в одном, либо в другом конце спектра. Планк обнаружил, что если предположить, что энергия испускается телом небольшими «пакетами» дискретной величины, то можно записать простой закон взаимоотношения частоты и энергии, идеально совпадающий с эмпирическими результатами.

Вскоре после этого Эйнштейн обнаружил, что то же выполняется и с поглощением света (первый намёк на фотоны), а Дж. Дж. Томсон показал, что электричество также переносится не непрерывной жидкостью или волной, а дискретными частицами – электронами. Затем Нильс Бор создал модель, объяснявшую, как возбуждённые атомы испускают излучение, назначив электронам отдельные орбиты в атоме, каждая из которых обладает своей энергией. Однако это название вводит в заблуждение, поскольку они ведут себя нисколько не похоже на орбиты планет – в модели Бора электроны мгновенно переходили с одной орбиты, или энергетического уровня, на другой, не проходя через промежуточное состояние. И, наконец, в 1920-х, Эрвин Шрёдингер, Вернер Гейзенберг, Макс Борн и другие создали обобщённую математическую платформу, известную, как квантовая механика, включившую в себя все особые квантовые модели, создававшиеся за предыдущие двадцать лет.

К этому времени физики уже были уверены в том, что такие материалы, как селен и галенит, демонстрирующие фотогальванические и выпрямляющие свойства, принадлежат к отдельному классу материалов, который они назвали полупроводниками. Классификация заняла столько времени по нескольким причинам. Во-первых, сами категории «проводники» и «изоляторы» были достаточно обширными. Т.н. «проводники» чрезвычайно сильно отличались по проводимости, то же (в меньшей степени) было свойственно и изоляторам, и не было очевидно, каким образом какой-то определённый проводник можно отнести к какому-либо из этих классов. Более того, до середины XX века было невозможно получить или создать очень чистые вещества, и любые странности в проводимости природных материалов всегда можно было отнести к загрязнению.

Теперь у физиков появились как математические инструменты квантовой механики, так и новый класс материалов, к которому можно было их применять. Британский теоретик Алан Уилсон первым собрал всё это вместе и построил общую модель полупроводников и принципа их работы в 1931.

Сначала Уилсон утверждал, что проводящие материалы отличаются от диэлектриков состоянием энергетических зон. Квантовая механика утверждает, что электроны могут существовать на ограниченном количестве энергетических уровней, присущих оболочкам, или орбиталям отдельных атомов. Если сжать эти атомы вместе в структуре какого-либо материала, то правильнее будет представлять себе непрерывные энергетические зоны, проходящие его насквозь. В проводниках в высоких энергетических зонах есть свободные места, и электрическое поле свободно может перемещать туда электроны. В изоляторах зоны заполнены, а до более высокой, проводящей зоны, по которой электричеству идти легче, карабкаться довольно далеко.

Это привело его к заключению, что примеси – чужие атомы в структуре материала – должны вносить вклад в его полупроводниковые свойства. Они могут либо поставлять лишние электроны, которые легко выходят в зону проводимости, или же дырки – отсутствие электронов по сравнению с остальным материалом – что создаёт пустые энергетические места, куда могут двигаться свободные электроны. Первый вариант позднее назвали полупроводниками n-типа (или электронными) – за излишний отрицательный заряд, а вторые – p-типа, или дырочными – за излишний положительный заряд.

Наконец, Уилсон предположил, что выпрямление тока полупроводниками можно объяснить в терминах квантового туннельного эффекта, внезапного прыжка электронов через тонкий электрический барьер в материале. Теория выглядела правдоподобной, однако предсказывала, что в выпрямителе ток должен течь от оксида к меди, хотя в реальности всё было наоборот.

Вот так, несмотря на все прорывы Уилсона, полупроводники оставались сложными для объяснения. Как постепенно становилось понятно, микроскопические изменения кристаллической структуры и концентрации примесей несоразмерно сильно влияли на их макроскопическое электрическое поведение. Не обращая внимания на отсутствие понимания – поскольку никто так и не мог объяснить экспериментальные наблюдения, сделанные Брауном за 60 лет до этого – Браттейн и Беккер разработали эффективный производственный процесс медно-оксидных выпрямителей для своего работодателя. Bell System быстро стала заменять выпрямители на электронных лампах по всей системе на новое устройство, которое их инженеры назвали варистором, поскольку его сопротивление менялось в зависимости от направления.

Золотая медаль


Мервин Келли, физик и бывший глава департамента электронных ламп Лабораторий Белла, очень заинтересовался этим достижением. За пару десятков лет электронные лампы сослужили Беллу бесценную службу, и могли выполнять функции, недоступные предыдущему поколению механических и электромеханических компонентов. Но они сильно грелись, регулярно перегревались, потребляли много энергии и были сложны в обслуживании. Келли собирался перестроить систему Белла заново на основе более надёжных и выносливых твердотельных электронных компонентов, таких, как варистор, которым не требовались ни герметичные корпуса, заполненные газом или пустые, ни раскалённые нити. В 1936 он стал главой исследовательского отдела Лабораторий Белла, и начал перенаправлять организацию на новый путь.

Получив твердотельный выпрямитель, следующим очевидным шагом было создать твердотельный усилитель. Естественно, что, как и ламповый усилитель, такое устройство могло бы работать и как цифровой переключатель. Это особенно интересовало фирму Белла, поскольку в телефонных коммутаторах до сих пор работало огромное количество электромеханических цифровых переключателей. Компания искала более надёжную, компактную, энергоэффективную и холодную замену электронной лампе в телефонных системах, радиоприёмниках, радарах и другом аналоговом оборудовании, где они использовались для усиления слабых сигналов до уровня, доступного человеческому уху.

В 1936 Лаборатории Белла, наконец, отменили запрет на найм персонала, введённый во время Великой Депрессии. Келли сразу же начал нанимать экспертов по квантовой механике, чтобы те помогли запустить его программу исследований в области твердотельных устройств, среди которых был и Уильям Шокли, ещё один выходец с Западного побережья, из Пало-Альто (Калифорния). Тема его недавно оформленной в MIT диссертации как нельзя лучше подходила к нуждам Келли: «Электронные зоны в хлориде натрия».

Браттейн и Беккер в это время продолжали свои исследования выпрямителя на оксиде меди, стремясь получить улучшенный твердотельный усилитель. Самым очевидным способом его изготовить было идти по аналогии с электронной лампой. Точно так же, как Ли де Форест взял ламповый усилитель и поместил электрическую сетку между катодом и анодом, так и Браттейн с Беккером представили, как можно вставить сетку в место соприкосновения меди и оксида меди, где, как предполагалось, происходит выпрямление. Однако из-за малой толщины слоя они посчитали невозможным это сделать, и не преуспели в этом.

Тем временем другие разработки показали, что Лаборатории Белла были не единственной компанией, интересующейся твердотельной электроникой. В 1938 Рудольф Хилш и Роберт Пол опубликовали результаты экспериментов, проводимых в Гёттингенском университете над работающим твердотельным усилителем, созданным через внедрение сетки в кристалл бромида калия. Практической ценности это лабораторное устройство не представляло – в основном, поскольку работало на частоте не более 1 Гц. И всё же это достижение не могло не обрадовать всех интересующихся твердотельной электроникой. В том же году Келли определил Шокли в новую независимую группу исследований твердотельных устройств и выдал ему с коллегами – Фостером Никсом и Дином Вулриджем – карт-бланш на изучение их возможностей.

По меньшей мере, ещё двое изобретателей сумели создать твердотельные усилители до Второй мировой. В 1922 году советский физик и изобретатель Олег Владимирович Лосев опубликовал результаты успешных опытов с цинкитовыми полупроводниками, но его работы остались незамеченными западным сообществом; в 1926 году американский изобретатель Джулиус Лиленфилд подал заявку на патент на твердотельный усилитель, однако нет никаких свидетельств работоспособности его изобретения.

Первое главное озарение у Шокли на новой должности случилось во время чтения работы британского физика Невилла Мотта «Теория кристаллических выпрямителей» от 1938 года, где, наконец, объяснялся принцип работы выпрямителя Грондала на оксиде меди. Мотт использовал математику квантовой механики для описания формирования электрического поля на стыке проводящего металла и полупроводящего оксида, и того, как электроны «перепрыгивают» через этот электрический барьер, вместо того, чтобы туннелировать, как предлагал Уилсон. Ток течёт легче от металла к полупроводнику, чем наоборот, поскольку у металла имеется гораздо больше свободных электронов.

Это привело Шокли точно к такой же идее, какую рассмотрели и отвергли Браттейн и Беккер за много лет до этого – изготовить твердотельный усилитель, вставив сетку из оксида меди в промежуток между медью и оксидом меди. Он надеялся, что текущий по сетке ток увеличит барьер, ограничивающий ток, идущий от меди к оксиду, создав инвертированную, усиленную версию сигнала на сетке. Его первая грубая попытка полностью провалилась, поэтому он обратился к человеку, имевшему более отточенные лабораторные навыки, и хорошо знакомому с выпрямителями – Уолтеру Браттейну. И, хотя сомнений по поводу исхода у него не было, Браттейн согласился удовлетворить любопытство Шокли, и создал более сложную версию «сеточного» усилителя. Она также отказалась работать.

Затем вмешалась война, оставив новую исследовательскую программу Келли в беспорядке. Келли встал во главе рабочей группы по радарам в Лабораториях Белла, работавшей при поддержке главного радарного исследовательского центра США в MIT. Браттейн недолго поработал у него, а затем перешёл к исследованиям магнитного обнаружения подводных лодок по заказу военного флота. Вулридж работал над системами управления огнём, Никс – над диффузией газов для Манхэттенского проекта, а Шокли ушёл в операционные исследования, и сначала занимался борьбой с подлодками в Атлантике, а потом стратегическими бомбардировками в Тихом океане.

Но, несмотря на это вмешательство, война не остановила развитие твердотельной электроники. Наоборот, она организовала массивное вливание ресурсов в эту область, и привела к концентрации исследований на двух материалах: германии и кремнии.

Что ещё почитать:


  • Ernest Bruan and Stuart MacDonald, Revolution in Miniature (1978)
  • Friedrich Kurylo and Charles Susskind, Ferdinand Braun (1981)
  • G. L. Pearson and W. H. Brattain, “History of Semiconductor Research,” Proceedings of the IRE (December 1955).
  • Michael Riordan and Lillian Hoddeson, Crystal Fire (1997)

<< До этого: Из горнила войны

из горнила войны / Хабр

<< До этого: Пробираясь на ощупь в темноте

Горнило войны подготовило почву для появления транзистора. С 1939 по 1945 года технические знания из области полупроводников невероятно сильно разрослись. И тому была одна простая причина: радар. Самая важная технология войны, среди примеров применения которой: обнаружение воздушного налёта, поиск подводных лодок, направление ночных авиарейдов на цели, наведение средств ПВО и морских орудий. Инженеры даже научились впихивать крохотные радары в артиллерийские снаряды, чтобы те взрывались при пролёте рядом с целью – радиовзрыватели. Однако источником этой новой мощной военной технологии была более мирная область: изучение верхних слоёв атмосферы в научных целях.

Все статьи цикла:
  • История реле
  • История электронных компьютеров
  • История транзистора
  • История интернета
  • Эра фрагментации

Радар


В 1901 году компания «Беспроводной телеграф Маркони» успешно передала беспроводное сообщение через Атлантику, из Корнуолла в Ньюфаундленд. Этот факт привёл современную науку в замешательство. Если радиопередачи перемещаются по прямой (как и должно происходить), подобная передача должна быть невозможной. Между Англией и Канадой нет прямой линии видимости, не пересекающей Землю, поэтому сообщение Маркони должно было улететь в космос. Американский инженер Артур Кеннели и британский физик Оливер Хевисайд одновременно и независимо предположили, что объяснение этого феномена должно быть связано со слоем ионизированного газа, находящегося в верхних слоях атмосферы, способного отражать радиоволны обратно к Земле (сам Маркони считал, что радиоволны следуют кривизне поверхности Земли, однако физики его не поддержали).

К 1920-м учёные разработали новое оборудование, позволявшее сначала доказать существование ионосферы, а затем изучить её структуру. Они использовали электронные лампы для генерации коротковолновых радиоимпульсов, направленные антенны для отправки их вверх в атмосферу и регистрации эхо, и электронно-лучевые приборы для демонстрации результатов. Чем больше задержка возврата эхо, тем дальше должна быть ионосфера. Эту технологию назвали атмосферным зондированием, и она обеспечила базовую техническую инфраструктуру для создания радара (сам термин «радар», от RAdio Detection And Ranging, появился только в 1940-х в военно-морском флоте США).

То, что люди, обладающие нужными знаниями, ресурсами и мотивацией, поняли потенциал наземного применения такого оборудования, было лишь вопросом времени (таким образом, история радара противоположна истории телескопа, который сначала предназначался для наземного использования). И вероятность такого озарения повышалась по мере того, как радио всё больше распространялось по планете, и всё больше людей замечали помехи, исходящие от находящихся неподалёку судов, самолётов и других крупных объектов. Знания из области технологий зондирования верхних слоёв атмосферы распространились во время второго Международного полярного года (1932-1933), когда с разных арктических станций учёные составляли карту ионосферы. Вскоре после этого команды в Британии, США, Германии, Италии, СССР и других странах разработали свои простейшие радарные системы.


Роберт Уотсон-Уотт со своим радаром 1935 года

Затем случилась война, и важность радаров для стран – и ресурсов для их разработки – резко возросла. В США эти ресурсы собрались вокруг новой организации, основанной в 1940 в MIT, известной, как Rad Lab (её назвали так специально, чтобы ввести иностранных шпионов в заблуждение, и создать впечатление, что в лаборатории исследуют радиоактивность – тогда ещё мало кто верил в атомные бомбы). Проект Rad Lab, не прославившийся так сильно, как Манхэттенский проект, всё же заполучил в свои ряды столь же выдающихся и талантливых физиков со всех США. Пятеро из первых сотрудников лаборатории (включая Луиса Альвареса и Исидора Айзека Раби) впоследствии получили Нобелевские премии. К концу войны в лаборатории трудилось около 500 докторов наук, учёных и инженеров, а всего работало 4000 человек. Полмиллиона долларов – что сравнимо с полным бюджетом создания ENIAC – было потрачено только на издание Radiation Laboratory Series, двадцати семи томов, где было описано всё знание, полученное в лаборатории во время войны (при этом траты правительства США на радарные технологии не ограничивались бюджетом Rad Lab; в течение войны правительство закупило радаров на три миллиарда долларов).


20-й корпус MIT, где располагалась Rad Lab

Одной из основных областей исследований Rad Lab был высокочастотный радар. Ранние радары использовали волны с длинами, измерявшимися метрами. Но лучи более высокой частоты, длины волн которых измерялись сантиметрами – микроволны – позволяли использовать более компактные антенны и меньше рассеивались на больших расстояниях, что обещало большие преимущества в дальности и точности работы. Микроволновые радары могли бы уместиться в носу самолёта и обнаруживать объекты размером с перископ подводной лодки.

Первыми эту задачу удалось решить команде британских физиков из Бирмингемского университета. В 1940-м они разработали «резонансный магнетрон», который работал как электромагнитный «свисток», превращая беспорядочный импульс электричества в мощный и точно настроенный луч микроволн. Этот микроволновый передатчик был в тысячу раз более мощным по сравнению с ближайшим конкурентом; он открыл путь к созданию практических высокочастотных радарных передатчиков. Однако ему требовался компаньон, приёмник, способный регистрировать высокие частоты. И на этом месте мы возвращаемся в историю полупроводников.


Магнетрон в разрезе

Второе пришествие кошачьего уса


Оказалось, что электронные лампы совсем не были приспособлены для принятия микроволновых сигналов радаров. Разрыв между горячим катодом и холодным анодом создаёт ёмкость, из-за чего контур отказывается работать на высоких частотах. Наилучшей технологией для высокочастотных радаров из доступных был старомодный «кошачий ус» – небольшой отрезок провода, прижатый к полупроводниковому кристаллу. Это независимо друг от друга обнаружили несколько людей, однако к нашей истории ближе всего то, что происходило в Нью-Джерси.

В 1938 лаборатории Белла заключили с военным флотом контракт на разработку управляющего огнём радара в диапазоне 40 см – это было гораздо короче, и, следовательно, больше по частоте, чем у существовавших тогда радаров в эпоху до резонансных магнетронов. Основную исследовательскую работу получили подразделению лабораторий в Холмделе к югу от Стейтен-Айленда. У исследователей не ушло много времени на то, чтобы понять, что им потребуется для высокочастотного приёмника, и вскоре инженер Джордж Саутворт прочёсывал магазины радиотоваров на Манхэттене в поисках старых детекторов «кошачий ус». Как и предполагалось, он работал гораздо лучше детектора на лампах, но делал это нестабильно. Поэтому Саутворт разыскал электрохимика по имени Рассел Ол, и попросил его попробовать улучшить однородность отклика кристаллического детектора с одной точкой контакта.

Ол был довольно своеобразным человеком, считавшим развитие технологии своей судьбой, и рассказывавшем о периодических озарениях с видениями будущего. К примеру, он заявлял, что ещё в 1939 году знал о будущем изобретении кремниевого усилителя, но что судьбой было предначертано изобрести его другому человеку. Изучив десятки вариантов, он остановился на кремнии, как лучшем веществе для приёмников Саутворта. Проблема была в возможности контролировать содержимое материала, чтобы управлять его электрическими свойствами. Тогда были широко распространены промышленные болванки из кремния, их использовали на сталелитейных заводах, но на таком производстве никого не беспокоило, допустим, содержание 1% фосфора в кремнии. Заручившись помощью парочки металлургов, Ол задался целью получить гораздо более чистые болванки, чем удавалось ранее.

В процессе работы они обнаружили, что некоторые из их кристаллов выпрямляли ток в одном направлении, а другие – в другом. Они назвали их «n-тип» и «p-тип». Дальнейший анализ показал, что за эти типы отвечали разные виды примесей. Кремний находится в четвёртом столбце периодической таблицы Менделеева, то есть у него есть четыре электрона на внешней оболочке. В болванке из чистейшего кремния каждый из этих электронов объединился бы с соседом. Примеси из третьего столбца, допустим, бор, у которого на один электрон меньше, создавали «дырку», дополнительное пространство для движения тока в кристалле. В итоге получался полупроводник p-типа (с избытком положительных зарядов). Элементы из пятого столбца, например, фосфор, давали дополнительные свободные электроны для переноски тока, и получался полупроводник n-типа.


Кристаллическая структура кремния

Все эти исследования были очень интересными, однако к 1940 году Саутворт с Олом не приблизились к созданию рабочего прототипа высокочастотного радара. Британское правительство при этом требовало немедленных практических результатов из-за нависавшей угрозы со стороны Люфтваффе, где уже создали готовые к производству микроволновые детекторы, работающие в паре с магнетронными передатчиками.

Однако вскоре баланс технических достижений склонится на западную сторону Атлантики. Черчилль решил раскрыть все технические секреты Британии американцам ещё до того, как по-настоящему вступил в войну (поскольку, как он предполагал, это всё равно должно было произойти). Он считал, что стоит рискнуть утечкой информации, поскольку тогда все промышленные возможности США будут брошены на решение таких задач, как атомное оружие и радары. Британская научно-техническая миссия (более известная, как миссия Тизарда) прибыла в Вашингтон в сентябре 1940 и привезла в багаже подарок в виде технических чудес.

Раскрытие невероятной мощности резонансного магнетрона и эффективность британских кристаллических детекторов в получении его сигнала оживила исследования американцев в области полупроводников как основы высокочастотных радаров. Предстояло проделать много работы, особенно в области материаловедения. Чтобы удовлетворить запросы, полупроводниковые кристаллы «требовалось производить миллионами, куда как больше, чем было возможно ранее. Необходимо было улучшать выпрямление, уменьшать чувствительность к ударам и вероятность выгорания, и минимизировать разницу между различными партиями кристаллов».


Кремниевый выпрямитель с точечным контактом

В Rad Lab открыли новые исследовательские отделы для изучения свойств полупроводниковых кристаллов и того, как их можно изменить для максимизации ценных свойств в качестве приёмника. Наиболее многообещающими материалами были кремний и германий, поэтому в Rad Lab решили подстраховаться и запустили параллельные программы для изучения обоих: кремний в Пенсильванском университете, а германий – в Пердью. Такие промышленные гиганты, как Bell, Westinghouse, Du Pont и Sylvania начали собственные программы исследования полупроводников, и начали разработку новых производственных мощностей для кристаллических детекторов.

Общими усилиями чистоту кристаллов кремния и германия удалось поднять с 99% в начале до 99,999% — то есть, до одной частицы примеси на 100 000 атомов. В процессе этого кадровый состав учёных и инженеров близко познакомился с абстрактными свойствами германия и кремния и прикладными технологиями по контролю за ними: плавление, выращивание кристаллов, добавление нужных примесей (типа бора, увеличивавшего проводимость).

А потом война закончилась. Спрос на радары исчез, но знания и навыки, полученные во время войны, никуда не делись, и мечта о твердотельном усилителе не была забыта. Теперь гонка заключалась в создании такого усилителя. И, по меньшей мере, три команды находились в удачном положении для получения этого приза.

Уэст-Лафайетт


Первой была группа из университета Пердью под руководством физика австрийского происхождения по имени Карл Ларк-Хоровиц. Он при помощи таланта и влияния в одиночку вывел физический департамент университета из забвения и повлиял на решение Rad Lab поручить его лаборатории исследования германия.


Карл Ларк-Хоровиц в 1947 году, в центре, с трубкой

К началу 1940-х кремний считался наилучшим материалом для радарных выпрямителей, однако расположенный прямо под ним в периодической таблице материал также выглядел достойным дальнейшего изучения. У германия было практическое преимущество благодаря облегчавшей работу с ним более низкой точке плавления: порядка 940 градусов, по сравнению с 1400 градусами у кремния (практически как у стали). Из-за высокой температуры плавления было чрезвычайно сложно сделать болванку, которая бы не вытекала в расплавленный кремний, загрязняя её.

Поэтому Ларк-Хоровиц с коллегами провели всю войну за изучением химических, электрических и физических свойств германия. Самым главным препятствием было «обратное напряжение»: германиевые выпрямители при очень малом напряжении переставали выпрямлять ток и позволяли ему течь в обратную сторону. Импульс обратного тока сжигал остальные компоненты радара. Один из аспирантов Ларк-Хоровица, Сеймур Бензер, больше года изучал эту проблему, и наконец разработал добавку на основе олова, которая останавливала обратные импульсы при напряжениях вплоть до сотни вольт. Вскоре после этого Western Electric, производственное подразделение лаборатории Белла, начало выдавать выпрямители, работающие по схеме Бензера, для военных нужд.

Изучение германия в Пердью продолжалось и после войны. В июне 1947 Бензер, будучи уже профессором, сообщил о необычной аномалии: в некоторых экспериментах в кристаллах германия появлялись высокочастотные колебания. А его коллега Ральф Брэй продолжал изучение «объёмного сопротивления» по проекту, начатому во время войны. Объёмное сопротивление описывало то, как электричество течёт в кристалле германия в контактной точке выпрямителя. Брэй обнаружил, что импульсы высокого напряжения значительно уменьшали сопротивление германия n-типа к этим потокам. Не зная того, он стал свидетелем т.н. «неосновных» носителей заряда. В полупроводниках n-типа избыточный отрицательный заряд служит основным носителем заряда, но положительные «дырки» тоже могут переносить ток, и в данном случае высоковольтные импульсы создавали дырки в германиевой структуре, из-за чего появлялись неосновные носители заряда.

Брэй и Бензер соблазнительно близко подошли к германиевому усилителю, не поняв этого. Бензер отловил Уолтера Браттейна, учёного из лабораторий Белла, на конференции в январе 1948, чтобы обсудить с ним объёмное сопротивление. Он предложил Браттейну расположить ещё один точечный контакт рядом с первым, который мог бы проводить ток, и тогда они, возможно, смогли бы понять, что происходит под поверхностью. Браттейн тихо согласился с этим предложением, и ушёл. Как мы увидим, он слишком хорошо знал, что может раскрыть подобный эксперимент.

Оне-су-Буа


У группы из Пердью были как технологии, так и теоретические основы для того, чтобы совершить скачок в направлении транзистора. Но наткнуться на него они могли только случайно. Они интересовались физическими свойствами материала, а не поисками устройства нового типа. Совершенно другая ситуация царила в Оне-су-Буа (Франция), где два бывших исследователя радаров из Германии, Генрих Велкер и Герберт Матаре, руководили командой, чьей целью было создание промышленных полупроводниковых устройств.

Велкер сначала изучал, а затем преподавал физику в Мюнхенском университете, управляемом знаменитым теоретиком Арнольдом Зоммерфельдом. С 1940 года он покинул чисто теоретическую стезю и начал работать над радаром для Люфтваффе. Матаре (бельгийского происхождения) рос в Аахене, где изучал физику. Он присоединился к исследовательскому департаменту немецкого радиогиганта Telefunkenв 1939-м. Во время войны он перенёс свою работу из Берлина на восток в аббатство в Силесии, чтобы избежать налётов авиации Антигитлеровской коалиции, а потом обратно на запад, чтобы избежать наступающей Красной армии, и в итоге попал в руки американской армии.

Как и их соперники из Антигитлеровской коалиции, немцы к началу 1940-х знали, что кристаллические детекторы были идеальными приёмниками для радаров, и что кремний и германий были наиболее многообещающими материалами для их создания. Матаре и Велкер во время войны пытались улучшать эффективное использование этих материалов в выпрямителях. После войны оба подвергались периодическим допросам касательно их военной работы, и в итоге получили приглашение от французского разведчика в Париж в 1946.

Compagnie des Freins & Signaux («компания тормозов и сигналов»), французское подразделение Westinghouse, получила контракт от французского телефонного управления на создание твердотельных выпрямителей и искала немецких учёных себе в помощь. Такой союз недавних врагов может показаться странным, однако эта договорённость оказалась довольно благоприятной для обеих сторон. Французы, потерпевшие поражение в 1940, не имели возможности набрать знаний в области полупроводников, и им отчаянно требовались навыки немцев. Немцы не могли вести разработку в любых высокотехнологичных областях в оккупированной и разрушенной войной стране, поэтому ухватились за возможность продолжения работы.

Велкер и Матаре оборудовали штаб в двухэтажном доме в пригороде Парижа, Оне-су-Буа, и с помощью команды техников наладили успешный выпуск германиевых выпрямителей к концу 1947. Затем они обратились к более серьёзным призам: Велкер вернулся к интересовавшим его сверхпроводникам, а Матаре к усилителям.


Герберт Матаре в 1950

Во время войны Матаре экспериментировал с выпрямителями с двумя точечными контактами – «дуодиодами» – в попытке уменьшить шум в контуре. Он возобновил опыты и вскоре обнаружил, что второй «кошачий ус», расположенный в 100 миллионных долей метра от первого [0,1 мм], иногда мог модулировать ток, идущий через первый ус. Он создал твердотельный усилитель, хотя и довольно бесполезный. Чтобы достичь более надёжной работы, он обратился к Велкеру, наработавшему большой опыт работы с кристаллами германия во время войны. Команда Велкера выращивала более крупные и чистые образцы германиевых кристаллов, и вместе с улучшением качества материала к июню 1948 года усилители с точечным контактом Матаре стали надёжными.


Рентгеновский снимок «транзистрона» на основе схемы Матаре, который имеет две точки контакта с германием

У Матаре даже была теоретическая модель происходящего: он считал, что второй контакт проделывает в германии дырки, ускоряя прохождение тока через первый контакт, поставляя неосновных носителей заряда. Велкер не был с ним согласен, и считал, что происходящее зависит от некоего полевого эффекта. Однако до того, как они могли бы проработать устройство или теорию, они узнали, что группа американцев разработала ровно такую же концепцию – германиевый усилитель с двумя точечными контактами – на шесть месяцев раньше.

Мюррей-Хилл


В конце войны Мервин Келли реформировал исследовательскую группу лабораторий Белла, занимавшуюся полупроводниками с Биллом Шокли во главе. Проект разросся, получил больше финансирования, и переехал из первоначального здания лабораторий на Манхэттене в расширяющийся кампус в Мюррей-Хилл (Нью-Джерси).


Кампус в Мюррей-Хилл, ок. 1960

Чтобы вновь познакомиться с передовыми полупроводниками (после того, как на войне он занимался исследованиями операций), весной 1945 Шокли посетил лабораторию Рассела Ола в Холмделе. Ол провёл годы войны, работая над кремнием, и не терял времени зря. Он показал Шокли грубый усилитель собственной постройки, названный им «дезистер». Он взял кремниевый выпрямитель точечного контакта и пустил по нему ток с аккумулятора. Судя по всему, тепло аккумулятора уменьшило сопротивление через точку контакта, и превратило выпрямитель в усилитель, способный передавать входящие радиосигналы в контур, достаточно мощный для того, чтобы питать динамик

Эффект был грубым и ненадёжным, непригодным для коммерциализации. Однако его хватило для подтверждения мнения Шокли о возможности создания полупроводникового усилителя, и о том, что это нужно сделать приоритетным направлением исследований в области твердотельной электроники. Также эта встреча с командой Ола убедила Шокли, что кремний и германий необходимо изучать в первую очередь. Они демонстрировали привлекательные электрические свойства, а кроме того, коллеги Ола, металлурги Джек Скафф и Генри Терер достигли потрясающих успехов в выращивании, очистке и добавлению примесей в эти кристаллы во время войны, превзойдя все технологии, имевшиеся для других полупроводниковых материалов. Группа Шокли больше не собиралась тратить время на довоенные усилители из оксида меди.

С помощью Келли, Шокли начал собирать новую команду. Среди ключевых игроков оказался Уолтер Бреттейн, помогавший Шокли с его первой попыткой создания полупроводникового усилителя (в 1940) и Джон Бардин, молодой физик и новый сотрудник лабораторий Белла. У Бардина, наверное, был самые обширные знания по физике твёрдых тел из всех членов команды – его диссертация описывала энергетические уровни электронов в структуре металлического натрия. Также он был ещё одним протеже Джона Хазбрука Ван Флека, как Атанасов и Бреттейн.

И как у Атанасова, диссертации Бардина и Шокли требовали сложнейших вычислений. Им приходилось использовать квантово-механическую теорию полупроводников, определённую Аланам Уилсоном, чтобы рассчитывать энергетическую структуру материалов при помощи настольного калькулятора Монро. Помогая создавать транзистор, они, по сути, внесли вклад в избавление будущих аспирантов от подобного труда.

Первый подход Шокли к твердотельному усилителю полагался на то, что позднее назвали «эффектом поля». Он подвешивал металлическую пластину над полупроводником n-типа (с избытком отрицательных зарядов). Приложение положительного заряда к пластине вытягивало избыток электронов на поверхность кристалла, создавая реку отрицательных зарядов, по которой мог легко течь электрический ток. Усиливаемый сигнал (представленный уровнем заряда на пластине) таким способом мог модулировать основной контур (проходящий по поверхности полупроводника). Работоспособность данной схемы ему подсказали его теоретические познания в физике. Но, несмотря на множество опытов и экспериментов, схема так и не заработала.

К марту 1946 года Бардин создал неплохо проработанную теорию, объяснявшую причину этого: поверхность полупроводника на квантовом уровне ведёт себя не так, как его внутренности. Отрицательные заряды, вытягиваемые на поверхность, попадают в ловушку «поверхностных состояний» и блокируют проникновение электрического поля с пластины в материал. Остальные члены команды сочли этот анализ убедительным, и запустили новую исследовательскую программу по трём путям:

  1. Доказать существование поверхностных состояний.
  2. Изучить их свойства.
  3. Придумать, как победить их и сделать рабочий полевой транзистор.

После полутора лет исследований и экспериментов, 17 ноября 1947 года Бреттейн совершил прорыв. Он обнаружил, что если разместить заполненную ионами жидкость, к примеру, воду, между пластиной и полупроводником, электрическое поле с пластины будет толкать ионы к полупроводнику, где они будут нейтрализовывать заряды, пойманные в поверхностных состояниях. Теперь он мог управлять электрическим поведением куска кремния, меняя заряд на пластине. Этот успех подал Бардину идею для нового подхода к созданию усилителя: окружить точку контакта выпрямителя электролитной водой, а потом использовать второй провод в воде для управления поверхностными состояниями, и таким способом контролировать уровень проводимости основного контакта. Так Бардин и Бреттейн вышли на финишную прямую.

Идея Бардина сработала, однако усиление было слабым и работало на очень малых частотах, недоступных человеческому уху – поэтому было бесполезно в роли телефонного или радиоусилителя. Бардин предложил переключиться к стойкому к обратному напряжению германию, полученному в Пердью, считая, что на его поверхности будет собираться меньше зарядов. Внезапно они получили мощнейшее усиление, однако в противоположном от ожидаемого направлении. Они открыли эффект неосновных носителей – вместо ожидаемых электронов, ток, идущий через германий, усиливали дырки, приходящие из электролита. Ток на проводе в электролите создал слой p-типа (область избыточных положительных зарядов) на поверхности германия n-типа.

Последующие эксперименты показали, что электролит вообще не был нужен: просто разместив две точки контакта близко на поверхности германия, можно было модулировать током с одного из них ток на другом. Чтобы свести их как можно ближе, Бреттейн обмотал кусочком золотой фольги треугольный кусок пластика, а потом осторожно разрезал фольгу на конце. Потом при помощи пружины он прижимал треугольник к германию, в результате чего два края разреза прикасались к его поверхности на расстоянии в 0,05 мм. Это придало прототипу транзистора от лабораторий Белла его характерный вид:


Прототип транзистора Бреттейна и Бардина

Как и устройство Матаре и Велкера, это был, в принципе, классический «кошачий ус», просто с двумя точками контакта вместо одной. 16 декабря он выдал значительное усиление мощности и напряжения, и частоту 1000 Гц в диапазоне слышимости. Через неделю, после небольших улучшений, Бардин и Бреттейн получили усиление напряжения в 100 раз и мощности в 40 раз, и продемонстрировали директорам Белла, что их устройство может воспроизводить слышимую речь. Джон Пирс, ещё один член команды разработки твердотельных устройств, придумал термин «транзистор» по мотивам названия белловского выпрямителя на оксиде меди, варистора.

Следующие шесть месяцев лаборатория держала новое творение в секрете. Руководство хотело убедиться, что у них будет фора в реализации коммерческих возможностей транзистора до того, как его заполучит кто-то ещё. Пресс-конференцию назначили на 30 июня 1948 года, как раз вовремя, чтобы разбить все мечты Велкера и Матаре о бессмертии. Тем временем, группа полупроводниковых исследований по-тихому развалилась. Услышав о достижениях Бардина и Бреттейна, их босс, Билл Шокли, начал работать над тем, чтобы присвоить себе всю славу. И хотя он играл лишь наблюдательную роль, в публичной презентации Шокли получил равную, если не большую рекламу – что видно из этого опубликованного снимка, где он находится в гуще событий, и прямо у лабораторного стола:


Рекламная фотография 1948 года – Бардин, Шокли и Бреттейн

Однако Шокли было недостаточно равной славы. И ещё до того, как кто-либо вне лабораторий Белла узнал о транзисторе, он занялся его повторным изобретением, чтобы присвоить его себе. И это было лишь первым из множества подобных повторных изобретений.

Что ещё почитать


  • Robert Buderi, The Invention That Changed the World (1996)
  • Michael Riordan, “How Europe Missed the Transistor,” IEEE Spectrum (Nov. 1, 2005)
  • Michael Riordan and Lillian Hoddeson, Crystal Fire (1997)
  • Armand Van Dormael, “The ‘French’ Transistor,” www.cdvandt.org/VanDormael.pdf (1994)

Далее: Многократное переизобретение >>

дата и история изобретения, принцип работы, назначение и применение

Кто создал первый транзистор? Этот вопрос волнует очень многих. Первый патент для полевого транзисторного принципа был оформлен в Канаде австро-венгерским физиком Юлием Эдгаром Лилиенфельдом 22 октября 1925 года, но Лилиенфельд не опубликовал никаких научных статей о своих устройствах, и его работа была проигнорирована промышленностью. Таким образом первый в мире транзистор канул в историю. В 1934 году немецкий физик доктор Оскар Хайль запатентовал другой полевой транзистор. Нет прямых доказательств того, что эти устройства были построены, но позже работа в 1990-х годах показала, что один из проектов Лилиенфельда работал так, как описано, и давал существенный результат. Ныне известным и общепринятым фактом считается то, что Уильям Шокли и его помощник Джеральд Пирсон создали рабочие версии аппаратов из патентов Лилиенфельда, о чем, разумеется, никогда не упоминали ни в одной из своих более поздних научных работ или исторических статей. Первые компьютеры на транзисторах, разумеется, были построены значительно позже.

Лаборатория Белла

Лаборатория Белла работала на транзисторе, построенном для производства чрезвычайно чистых германиевых «кристальных» миксеров-диодов, используемых в радиолокационных установках в качестве элемента частотного микшера. Параллельно этому проекту существовало множество других, в их числе — транзистор на германиевых диодах. Ранние схемы на основе трубки не обладали функцией быстрого переключения, и вместо них команда Bell использовала твердотельные диоды. Первые компьютеры на транзисторах работали по похожему принципу.

Дальнейшие изыскания Шокли

После войны Шокли решил попытаться построить триодоподобное полупроводниковое устройство. Он обеспечил финансирование и лабораторное пространство, и затем стал разбираться с возникшей проблемой совместно с Бардином и Браттеном. Джон Бардин в конечном итоге разработал новую ветвь квантовой механики, известную как физика поверхности, чтобы объяснить свои первые неудачи, и этим ученым в конечном итоге удалось создать рабочее устройство.

Ключом к развитию транзистора стало дальнейшее понимание процесса подвижности электронов в полупроводнике. Было доказано, что если бы был какой-то способ контролировать поток электронов от эмиттера до коллектора этого вновь обнаруженного диода (обнаруженный 1874 г., запатентованный 1906 г.), можно было бы построить усилитель. Например, если поместить контакты по обе стороны от одного типа кристалла, ток не пройдет через него.

На самом деле делать это оказалось очень сложно. Размер кристалла должен был бы быть более усредненным, а число предполагаемых электронов (или отверстий), которые необходимо было «впрыскивать», было очень большим, что сделало бы его менее полезным, чем усилитель, потому что для этого потребовался бы большой ток впрыска. Тем не менее вся идея кристаллического диода заключалась в том, что сам кристалл мог удерживать электроны на очень небольшом расстоянии, находясь при этом практически на грани истощения. По-видимому, ключ заключался в том, чтобы контакты ввода и вывода были очень близки друг к другу на поверхности кристалла.

Труды Браттена

Браттен начал работать над созданием такого устройства, и намеки на успех все также продолжали появляться, когда команда работала над проблемой. Изобретательство — сложная работа. Иногда система работает, но затем происходит очередной сбой. Порой результаты работы Браттена начинали неожиданно работать в воде, по-видимому, из-за ее высокой проводимости. Электроны в любой части кристалла мигрируют из-за близких зарядов. Электроны в эмиттерах или «дыры» в коллекторах аккумулировались непосредственно сверху кристалла, где и получают противоположный заряд, «плавающий» в воздухе (или воде). Однако их можно было оттолкнуть с поверхности с применением небольшого количества заряда из любого другого места на кристалле. Вместо того, чтобы потребовать большой запас инжектированных электронов, очень небольшое число в нужном месте на кристалле выполнит одно и то же.

Новый опыт исследователей в какой-то степени помог решить ранее возникшую проблему небольшой контрольной области. Вместо необходимости использования двух отдельных полупроводников, соединенных общей, но крошечной областью, будет использоваться одна большая поверхность. Выходы эмиттера и коллектора были бы расположены сверху, а контрольный провод размещен на основании кристалла. Когда ток был применен к «базовому» выводу, электроны выталкивались бы через блок полупроводника и собирались на дальней поверхности. Пока излучатель и коллектор были очень близко расположены, это должно было бы обеспечивать достаточное количество электронов или дырок между ними, чтобы начать проведение.

Присоединение Брея

Ранним свидетелем этого явления был Ральф Брей, молодой аспирант. Он присоединился к разработке германиевого транзистора в Университете Пердью в ноябре 1943 года и получил сложную задачу измерения сопротивления рассеяния на контакте металл-полупроводник. Брей обнаружил множество аномалий, таких как внутренние барьеры высокого сопротивления в некоторых образцах германия. Наиболее любопытным явлением было исключительно низкое сопротивление, наблюдаемое при применении импульсов напряжения. Первые советские транзисторы разрабатывались на основе этих американских наработок.

Прорыв

16 декабря 1947 года, используя двухточечный контакт, был сделан контакт с поверхностью германия, анодированной до девяносто вольт, электролит смылся в H2O, а затем на нем выпало несколько золотых пятен. Золотые контакты были прижаты к голым поверхностям. Разделение между точками было около 4 × 10-3 см. Одна точка использовалась как сетка, а другая точка — как пластинка. Уклонение (DC) на сетке должно было быть положительным, чтобы получить усиление мощности напряжения на смещении пластины около пятнадцати вольт.

Изобретение первого транзистора

С историей сего чудомеханизма связано множество вопросов. Часть из них знакома читателю. К примеру: почему первые транзисторы СССР были PNP-типа? Ответ на этот вопрос кроется в продолжении всей этой истории. Браттен и Х. Р. Мур продемонстрировали нескольким коллегам и менеджерам в Bell Labs во второй половине дня 23 декабря 1947 года результат, которых они добились, потому этот день часто упоминается в качестве даты рождения транзистора. PNP-контактный германиевый транзистор работал в качестве речевого усилителя с коэффициентом усиления мощности 18. Это ответ на вопрос, почему первые транзисторы СССР были PNP-типа, ведь их закупили именно у американцев. В 1956 году Джон Бардин, Уолтер Хаузер Браттен и Уильям Брэдфорд Шокли были удостоены Нобелевской премии по физике за исследования полупроводников и открытие эффекта транзистора.

Двенадцать человек упоминаются как непосредственное участие в изобретении транзистора в лаборатории Bell.

Самые первые транзисторы в Европе

В то же время некоторые европейские ученые загорелись идеей твердотельных усилителей. В августе 1948 года немецкие физики Герберт Ф. Матаре и Генрих Велькер, работавшие в институте Compagnie des Freins et Signaux Westinghouse в Ольне-су-Буа, Франция, подали заявку на патент на усилитель, основанный на меньшинстве которые они назвали «транзистором». Поскольку Bell Labs не публиковал транзистор до июня 1948 года, транзистор считался независимо разработанным. Впервые Mataré наблюдала эффекты крутизны при производстве кремниевых диодов для немецкого радиолокационного оборудования во время Второй мировой войны. Транзисторы были коммерчески изготовлены для французской телефонной компании и военных, а в 1953 году на радиостанции в Дюссельдорфе была продемонстрирована твердотельная радиоприемник с четырьмя транзисторами.

Bell Telephone Laboratories нуждалось в названии для нового изобретения: Semiconductor Triode, Tried States Triode, Crystal Triode, Solid Triode и Iotatron были рассмотрены, но «транзистор», придуманный Джоном Р. Пирсом, был явным победителем внутреннего голосования (частично благодаря близости, которую инженеры Белла разработали для суффикса «-истор»).

Первая коммерческая линия по производству транзисторов в мире была на заводе Western Electric на Union Boulevard в Аллентауне, штат Пенсильвания. Производство началось 1 октября 1951 г. с точечного контактного германиевого транзистора.

Дальнейшее применение

Вплоть до начала 1950-х этот транзистор использовался во всех видах производства, но все еще существовали значительные проблемы, препятствующие его более широкому применению такие, как чувствительность к влаге и хрупкость проводов, прикрепленных к кристаллам германия.

Шокли часто обвиняли в плагиате из-за того, что его работы были очень приближены к трудам великого, но непризнанного венгерского инженера. Но адвокаты Bell Labs быстро уладили эту проблему.

Тем не менее Шокли был возмущен нападками со стороны критиков и решил продемонстрировать, кто был настоящим мозгом всей великой эпопеи по изобретению транзистора. Всего несколько месяцев спустя он изобрел совершенно новый тип транзистора, обладающего очень своеобразной «бутербродной структурой». Эта новая форма была значительно более надежной, чем хрупкая система точечного контакта, и в итоге именно она начала использоваться во всех транзисторах 60-х годов ХХ столетия. Вскоре она развилась в аппарат биполярного перехода, ставший основой для первого биполярного транзистора.

Статический индукционный прибор, первая концепция высокочастотного транзистора, был изобретен японскими инженерами Jun-ichi Nishizawa и Y. Watanabe в 1950 году и, наконец, смог создать экспериментальные прототипы в 1975 году. Это был самый быстрый транзистор в 80-е годы ХХ столетия.

Дальнейшие разработки включали в себя приборы с расширенным соединением, поверхностно-барьерный транзистор, диффузионный, тетродный и пентодный. Диффузионный кремниевый «меза-транзистор» был разработан в 1955 году в Bell и коммерчески доступен Fairchild Semiconductor в 1958 году. Пространство было типом транзистора, разработанного в 1950-х годах как улучшение по сравнению с точечным контактным транзистором и более поздним транзистором из сплава.

В 1953 году Филко разработал первый в мире высокочастотный поверхностно-барьерный прибор, который также был первым транзистором, подходящим для высокоскоростных компьютеров. Первое в мире транзисторное автомобильное радио, изготовленное Philco в 1955 году, использовало поверхностно-барьерные транзисторы в своей схеме.

Решение проблем и доработка

С решением проблем хрупкости осталась проблема чистоты. Создание германия требуемой чистоты оказалось серьезной проблемой и ограничило количество транзисторов, которые фактически работали из данной партии материала. Чувствительность германия к температуре также ограничивала его полезность.

Ученые предположили, что кремний будет легче изготовить, но мало кто изучил эту возможность. Morris Tanenbaum в Bell Laboratories были первыми, кто разработал рабочий кремниевый транзистор 26 января 1954 г. Несколько месяцев спустя, Гордон Тил, работающий самостоятельно в Texas Instruments, разработал аналогичное устройство. Оба эти устройства были сделаны путем контроля легирования кристаллов одного кремния, когда они выращивались из расплавленного кремния. Более высокий метод был разработан Моррисом Таненбаумом и Кальвином С. Фуллером в Bell Laboratories в начале 1955 года путем газовой диффузии донорных и акцепторных примесей в монокристаллические кремниевые кристаллы.

Полевые транзисторы

Полевой транзистор был впервые запатентован Юлисом Эдгаром Лилиенфельдом в 1926 году и Оскаром Хейлом в 1934 году, но практические полупроводниковые устройства (транзисторы с полевым эффектом перехода [JFET]) были разработаны позднее, после того как эффект транзистора наблюдался и объяснялся командой Уильяма Шокли в Bell Labs в 1947 году, сразу же после истечения двадцатилетнего патентного периода.

Первым типом JFET был статический индукционный транзистор (SIT), изобретенный японскими инженерами Jun-ichi Nishizawa и Y. Watanabe в 1950 году. SIT — это тип JFET с короткой длиной канала. Полупроводниковый полевой транзистор (МОП-транзистор) из металла-оксида-полупроводника, который в значительной степени вытеснил JFET и оказал глубокое влияние на развитие электронной электронной техники, был изобретен Дауном Кахнгом и Мартином Аталлой в 1959 году.

Полевые транзисторы могут быть устройствами с мажоритарным зарядом, в которых ток переносится преимущественно мажоритарными носителями или устройствами с носителями меньших зарядов, в которых ток в основном обусловлен потоком неосновных носителей. Прибор состоит из активного канала, через который носители заряда, электроны или отверстия поступают из источника в канализацию. Концевые выводы источника и стока подключаются к полупроводнику через омические контакты. Проводимость канала является функцией потенциала, применяемого через клеммы затвора и источника. Этот принцип работы дал начало первым всеволновым транзисторам.

Все полевые транзисторы имеют клеммы источника, стока и затвора, которые примерно соответствуют эмиттеру, коллектору и базе BJT. Большинство полевых транзисторов имеют четвертый терминал, называемый корпусом, базой, массой или субстратом. Этот четвертый терминал служит для смещения транзистора в эксплуатацию. Редко приходится делать нетривиальное использование терминалов корпуса в схемах, но его присутствие важно при настройке физической компоновки интегральной схемы. Размер ворот, длина L на диаграмме, — это расстояние между источником и стоком. Ширина — это расширение транзистора в направлении, перпендикулярном поперечному сечению на диаграмме (т. е. в/из экрана). Обычно ширина намного больше, чем длина ворот. Длина затвора 1 мкм ограничивает верхнюю частоту примерно до 5 ГГц, от 0,2 до 30 ГГц.

Транзисторная история. Изобретение транзисторов и развитие полупроводниковой электроники — Компоненты и технологии

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 (а это был, как мы теперь называем, полупроводник) растет с повышением температуры, в противоположность проводимости металлов, которая в данном случае уменьшается. Почему так происходит? С чем это связано? На эти вопросы Фарадей ответить не смог.

Рис. 2. Майкл Фарадей и его лаборатория

Следующей вехой в развитии твердотельной электроники стал 1874 год. Немецкий физик Фердинанд Браун (рис. 3), будущий нобелевский лауреат (в 1909 году он получит премию «За выдающийся вклад в создание беспроволочной телеграфии») публикует статью в журнале Analen der Physik und Chemie, в которой на примере «естественных и искусственных серных металлов» описывает важнейшее свойство полупроводников — проводить электрический ток только в одном направлении. Выпрямляющее свойство контакта полупроводника с металлом противоречило закону Ома. Браун (рис. 4) пытается объяснить наблюдаемое явление и проводит дальнейшие исследования, но безрезультатно. Явление есть, объяснения нет. По этой причине современники Брауна не заинтересовались его открытием, и только пять десятилетий спустя выпрямляющие свойства полупроводников были использованы в детекторных приемниках.

Рис. 3. Фердинанд Браун

Рис. 4. Фердинанд Браун в своей лаборатории

Год 1906. Американский инженер Гринлиф Виттер Пикард (рис. 5) получает патент на кристаллический детектор (рис. 6). В своей заявке на получение патента он пишет: «Контакт между тонким металлическим проводником и поверхностью некоторых кристаллических материалов (кремний, галенит, пирит и др.) выпрямляет и демодулирует высокочастотный переменный ток, возникающий в антенне при приеме радиоволн».

Рис. 5. Гринлиф Пикард

Рис. 6. Принципиальная схема кристаллического детектора Пикарда

Тонкий металлический проводник, с помощью которого осуществлялся контакт с поверхностью кристалла, внешне очень напоминал кошачий ус.

Кристаллический детектор Пикарда так и стали называть — «кошачий ус» (cat’s whisker).

Чтобы «вдохнуть жизнь» в детектор Пикарда и заставить его устойчиво работать, требовалось найти наиболее чувствительную точку на поверхности кристалла. Сделать это было непросто. На свет появляется множество хитроумных конструкций «кошачего уса» (рис. 7), облегчающих поиск заветной точки, но стремительный выход на авансцену радиотехники электронных ламп надолго отправляет детектор Пикарда за кулисы.

Рис. 7. Вариант конструкции «кошачий ус»

И все же «кошачий ус» намного проще и меньше вакуумных диодов, к тому же намного эффективнее на высоких частотах. А что если заменить вакуумный триод, на котором была основана вся радиоэлектроника того времени, (рис. 8) на полупроводник? Возможно ли это? В начале ХХ века подобный вопрос не давал покоя многим ученым.

Рис. 8. Вакуумный триод

Лосев

Советская Россия. 1918 год. По личному распоряжению Ленина в Нижнем Новгороде создается радиотехническая лаборатория (рис. 9). Новая власть остро нуждается в «беспроволочной телеграфной» связи. К работе в лаборатории привлекаются лучшие радиоинженеры того времени — М. А. Бонч-Бруевич, В. П. Вологдин, В. К. Лебединский, В. В. Татаринов и многие другие.

Рис. 9. Нижегородская радиолаборатория

Приезжает в Нижний Новгород и Олег Лосев (рис. 10).

Рис. 10. Олег Владимирович Лосев

После окончания Тверского реального училища в 1920 году и неудачного поступления в Московский институт связи Лосев согласен на любую работу, только бы приняли в лабораторию. Его берут посыльным. Общежития посыльным не полагается.

17-летний Лосев готов жить в помещении лаборатории, на лестничной площадке перед чердаком, только бы заниматься любимым делом.

С раннего возраста он страстно увлекался радиосвязью. В годы Первой мировой войны в Твери была построена радиоприемная станция. В ее задачи входило принимать сообщения от союзников России по Антанте и далее по телеграфу передавать их в Петроград. Лосев часто бывал на радиостанции, знал многих сотрудников, помогал им и не мыслил свою дальнейшую жизнь без радиотехники. В Нижнем Новгороде у него не было ни семьи, ни нормального быта, но было главное — возможность общаться со специалистами в области радиосвязи, перенимать их опыт и знания. После выполнения необходимых работ в лаборатории ему разрешали заниматься самостоятельным экспериментированием.

В то время интерес к кристаллическим детекторам практически отсутствовал. В лаборатории никто особо не занимался этой темой. Приоритет в исследованиях был отдан радиолампам. Лосеву очень хотелось работать самостоятельно. Перспектива получить ограниченный участок работы «по лампам» его никак не вдохновляет. Может быть, именно по этой причине он выбирает для своих исследований кристаллический детектор. Его цель — усовершенствовать детектор, сделать его более чувствительным и стабильным в работе. Приступая к экспериментам, Лосев ошибочно предполагал, что «в связи с тем, что некоторые контакты между металлом и кристаллом не подчиняются закону Ома, то вполне вероятно, что в колебательном контуре, подключенном к такому контакту, могут возникнуть незатухающие колебания». В то время уже было известно, что для самовозбуждения одной лишь нелинейности вольтамперной характеристики недостаточно, должен обязательно присутствовать падающий участок. Любой грамотный специалист не стал бы ожидать усиления от детектора. Но вчерашний школьник ничего этого не знает. Он меняет кристаллы, материал иглы, аккуратно фиксирует получаемые результаты и в один прекрасный день обнаруживает искомые активные точки у кристаллов, которые обеспечивают генерацию высокочастотных сигналов.

«Все с детства знают, что то-то и то-то невозможно, но всегда находится невежда, который этого не знает, он-то и делает открытие», — шутил Эйнштейн.

Свои первые исследования генераторных кристаллов Лосев производил на простейшей схеме, представленной на рис. 11.

Рис. 11. Схема первых опытов Лосева

Испытав большое количество кристаллических детекторов, Лосев выяснил, что лучше всего генерируют колебания кристаллы цинкита, подвергнутые специальной обработке. Для получения качественных материалов он разрабатывает технологию приготовления цинкита методом сплавливания в электрической дуге естественных кристаллов. При паре цинкит — угольное острие, при подаче напряжения в10 В получался радиосигнал с длиной волны 68 м. При снижении генерации реализуется усилительный режим детектора.

Заметим, что «генерирующий» детектор был впервые продемонстрирован еще в 1910 году английским физиком Уильямом Икклзом (рис. 12).

Рис 12. Уильям Генри Икклз

Новое физическое явление не привлекает внимания специалистов, и о нем на какое-то время забывают. Икклз тоже ошибочно объяснял механизм «отрицательного» сопротивления исходя из того, что сопротивление полупроводника падает с увеличением температуры вследствие тепловых эффектов, возникающих на границе «металл–полупроводник».

В 1922 году на страницах научного журнала «Телеграфия и телефония без проводов» появляется первая статья Лосева, посвященная усиливающему и генерирующему детектору. В ней он очень подробно описывает результаты своих экспериментов, причем особое внимание уделяет обязательному присутствию падающего участка вольтамперной характеристики контакта.

В те годы Лосев активно занимается самообразованием. Его непосредственный руководитель профессор В. К. Лебединский помогает ему в изучении радиофизики. Лебединский понимает, что его молодой сотрудник сделал настоящее открытие и тоже пытается дать объяснение наблюдаемому эффекту, но тщетно. Фундаментальная наука того времени еще не знает квантовой механики. Лосев, в свою очередь, выдвигает гипотезу, что при большом токе в зоне контакта возникает некий электрический разряд наподобие вольтовой дуги, но только без разогрева. Этот разряд закорачивает высокое сопротивление контакта, обеспечивая генерацию.

Лишь через тридцать лет сумели понять, что собственно было открыто. Сегодня мы бы сказали, что прибор Лосева — это двухполюсник с N-образной вольтамперной характеристикой, или туннельный диод, за который в 1973 году японский физик Лео Исаки (рис. 13) получил Нобелевскую премию.

Рис. 13. Лео Исаки

Руководство нижегородской лаборатории понимало, что серийно воспроизвести эффект не удастся. Немного поработав, детекторы практически теряли свойства усиления и генерации. Об отказе от ламп не могло быть и речи. Тем не менее практическая значимость открытия Лосева была огромной.

В 1920-е годы во всем мире, в том числе и в Советском Союзе, радиолюбительство принимает характер эпидемии. Советские радиолюбители пользуются простейшими детекторными приемниками, собранными по схеме Шапошникова (рис. 14).

Рис. 14. Детекторный приемник Шапошникова

Для повышения громкости и дальности приема применяются высокие антенны. В городах применять такие антенны было затруднительно из-за промышленных помех. На открытой местности, где практически нет помех, хороший прием радиосигналов не всегда удавался из-за низкого качества детекторов. Введение в антенный контур приемника отрицательного сопротивления детектора с цинкитом, поставленного в режим, близкий к самовозбуждению, значительно усиливало принимаемые сигналы. Радиолюбителям удавалось услышать самые отдаленные станции. Заметно повышалась избирательность приема. И это без использования электронных ламп!

Лампы были не дешевы, причем к ним требовался специальный источник питания, а детектор Лосева мог работать от обычных батареек для карманного фонарика.

В итоге оказалось, что простые приемники конструкции Шапошникова с генерирующими кристаллами предоставляют возможность осуществлять гетеродинный прием, являвшийся в то время последним словом радиоприемной техники. В последующих статьях Лосев описывает методику быстрого поиска активных точек на поверхности цинкита и заменяет угольное острие металлическим. Он дает рекомендации, как следует обрабатывать кристаллы и приводит несколько практических схем для самостоятельной сборки радиоприемников (рис. 15).

Рис. 15. Принципиальная схема кристадина О. В. Лосева

Устройство Лосева позволяет не только принимать сигналы на больших расстояниях, но и передавать их. Радиолюбители в массовом порядке, на основе детекторов-генераторов, изготавливают радиопередатчики, поддерживающие связь в радиусе нескольких километров. Вскоре издается брошюра Лосева (рис. 16). Она расходится миллионными тиражами. Восторженные радиолюбители писали в различные научно-популярные журналы, что «при помощи цинкитного детектора в Томске, например, можно услышать Москву, Нижний и даже заграничные станции».

Рис. 16. Брошюра Лосева, издание 1924 года

На все свои технические решения Лосев получает патенты, начиная с «Детекторного приемника-гетеродина», заявленного в декабре 1923 года.

Статьи Лосева печатаются в таких журналах, как «ЖЭТФ», «Доклады АН СССР», Radio Revue, Philosophical Magazine, Physikalische Zeitschrift.

Лосев становится знаменитостью, а ведь ему еще не исполнилось и двадцати лет!

Например, в редакторском предисловии к статье Лосева «Осциллирующие кристаллы» в американском журнале The Wireless World and Radio Review за октябрь 1924 года говорится: «Автор этой статьи, господин Олег Лосев из России, за сравнительно короткий промежуток времени приобрел мировую известность в связи с его открытием осциллирующих свойств у некоторых кристаллов».

Другой американский журнал — Radio News — примерно в то же время публикует статью под заголовком «Сенсационное изобретение», в которой отмечается: «Нет необходимости доказывать, что это — революционное радиоизобретение. В скором времени мы будем говорить о схеме с тремя или шестью кристаллами, как мы говорим сейчас о схеме с тремя или шестью усилительными лампами. Потребуется несколько лет, чтобы генерирующий кристалл усовершенствовался настолько, чтобы стать лучше вакуумной лампы, но мы предсказываем, что такое время наступит».

Автор этой статьи Хьюго Гернсбек называет твердотельный приемник Лосева — кристадином (кристалл + гетеродин). Причем не только называет, но и предусмотрительно регистрирует название, как торговую марку (рис. 17). Спрос на кристадины огромен.

Рис. 17. Кристаллический детектор Лосева. Изготовлен в Radio News Laboratories. США, 1924 год

Интересно, что когда в нижегородскую лабораторию приезжают немецкие радиотехники, чтобы лично познакомиться с Лосевым, они не верят своим глазам. Они поражаются таланту и юному возрасту изобретателя. В письмах из-за границы Лосева величали не иначе как профессором. Никто и представить не мог, что профессор еще только постигает азы науки. Впрочем, очень скоро Лосев станет блестящим физиком-экспериментатором и еще раз заставит мир заговорить о себе.

В лаборатории с должности рассыльного его переводят в лаборанты, предоставляют жилье. В Нижнем Новгороде Лосев женится (правда, неудачно, как оказалось впоследствии), обустраивает свой быт и продолжает заниматься кристаллами.

В 1928 году, по решению правительства, тематика нижегородской радиолаборатории вместе с сотрудниками передается в Центральную радиолабораторию в Ленинграде, которая, в свою очередь, тоже постоянно реорганизуется. На новом месте Лосев продолжает заниматься полупроводниками, но вскоре Центральную радиолабораторию преобразовывают в Институт радиовещательного приема и акустик. В новом институте своя программа исследований, тематика работ сужается. Лаборанту Лосеву удается устроиться по совместительству в Ленинградский физико-технический институт (ЛФТИ), где у него появляется возможность продолжить исследования новых физических эффектов в полупроводниках. В конце 1920-х годов у Лосева появилась идея создать твердотельный аналог трехэлектродной вакуумной радиолампы.

В 1929–1933 гг., по предложению А. Ф. Иоффе, Лосев проводит исследования полупроводникового устройства, полностью повторяющего конструкцию точечного транзистора. Как известно, принцип действия этого прибора заключается в управлении током, текущим между двумя электродами, с помощью дополнительного электрода. Лосев действительно наблюдал данный эффект, но, к сожалению, общий коэффициент такого управления не позволял получить усиление сигнала. Для этой цели Лосев использовал только кристалл карборунда (SiC), а не кристалл цинкита (ZnO), имевшего значительно лучшие характеристики в кристаллическом усилителе (Что странно! Ему ли не знать о свойствах этого кристалла.) До недавнего времени считалось, что после вынужденного ухода из ЛФТИ Лосев не возвращался к идее полупроводниковых усилителей. Однако существует довольно любопытный документ, написанный самим Лосевым. Он датирован 12 июля 1939 года и в настоящее время хранится в Политехническом музее. В этом документе, озаглавленном «Жизнеописание Олега Владимировича Лосева», кроме интересных фактов его жизни содержится и перечень научных результатов. Особый интерес вызывают следующие строки: «Установлено, что с полупроводниками может быть построена трехэлектродная система, аналогичная триоду, как и триод, дающая характеристики, показывающие отрицательное сопротивление. Эти работы в настоящее время подготавливаются мною к печати…».

К сожалению, пока не установлена судьба этих работ, которые могли бы полностью изменить представление об истории открытия транзистора — самого революционного изобретения XX века.

Рассказывая о выдающемся вкладе Олега Владимировича Лосева в развитие современной электроники, просто невозможно не упомянуть о его открытии светоизлучающего диода.

Масштаб этого открытия нам еще только предстоит понять. Пройдет не так много времени, и в каждом доме вместо привычной лампы накаливания будут гореть «электронные генераторы света», как назвал светодиоды Лосев.

Еще в 1923 году, экспериментируя с кристадинами, Лосев обратил внимание на свечение кристаллов при пропускании через них электрического тока. Особенно ярко светились карборундовые детекторы. В 1920-е годы на Западе явление электролюминесценции одно время даже называли «свет Лосева» (Losev light, Lossew Licht). Лосев занялся изучением и объяснением полученной электролюминесценции. Он первым оценил огромные перспективы таких источников света, особо подчеркивая их высокую яркость и быстродействие. Лосев стал обладателем первого патента на изобретение светового релеприбора с электролюминесцентным источником света.

В 70-х годах ХХ века, когда светодиоды стали широко применяться, в журнале Electronic World за 1907 год была обнаружена статья англичанина Генри Роунда, в которой автор, будучи сотрудником лаборатории Маркони, сообщал, что видел свечение в контакте карборундового детектора при подаче на него внешнего электрического поля. Никаких соображений, объясняющих физику этого явления, не приводилось. Данная заметка не оказала никакого влияния на последующие исследования в области электролюминесценции, тем не менее, автор статьи сегодня официально считается первооткрывателем светодиода.

Лосев независимо открыл явление электролюминесценции и провел ряд исследований на примере кристалла карборунда. Он выделил два физически различных явления, которые наблюдаются при разной полярности напряжения на контактах. Его несомненной заслугой является обнаружение эффекта предпробойной электролюминесценции, названной им «свечение номер один», и инжекционной электролюминесценции — «свечение номер два». В наши дни эффект предпробойной люминесценции широко применяется при создании электролюминесцентных дисплеев, а инжекционная электролюминесценция является основой светодиодов и полупроводниковых лазеров. Лосеву удалось существенно продвинуться в понимании физики этих явлений задолго до создания зонной теории полупроводников. Впоследствии, в 1936 году, свечение номер один было заново обнаружено французским физиком Жоржем Дестрио. В научной литературе оно известно под названием «эффект Дестрио», хотя сам Дестрио приоритет в открытии этого явления отдавал Олегу Лосеву. Наверное, было бы несправедливо оспаривать приоритет Роунда в открытии светодиода. И все же нельзя забывать, что изобретателями радио по праву считаются Маркони и Попов, хотя всем известно, что радиоволны первым наблюдал Герц. И таких примеров в истории науки множество.

В своей статье Subhistory of Light Emitting Diode известный американский ученый в области электролюминесценции Игон Лобнер пишет о Лосеве: «Своими пионерскими исследованиями в области светодиодов и фотодетекторов он внес вклад в будущий прогресс оптической связи. Его исследования были так точны и его публикации так ясны, что без труда можно представить сейчас, что тогда происходило в его лаборатории. Его интуитивный выбор и искусство эксперимента просто изумляют».

Сегодня мы понимаем, что без квантовой теории строения полупроводников представить развитие твердотельной электроники невозможно. Поэтому талант Лосева поражает воображение. Он с самого начала видел единую физическую природу кристадина и явления инжекционной люминесценции и в этом значительно опередил свое время.

После него исследования детекторов и электролюминесценции проводились отдельно друг от друга, как самостоятельные направления. Анализ результатов показывает, что на протяжении почти двадцати лет после появления работ Лосева не было сделано ничего нового с точки зрения понимания физики этого явления. Только в 1951 году американский физик Курт Леховец (рис. 18) установил, что детектирование и электролюминесценция имеют единую природу, связанную с поведением носителей тока в p-n-переходах.

Рис. 18. Курт Леховец

Следует отметить, что в своей работе Леховец приводит в первую очередь ссылки на работы Лосева, посвященные электролюминесценции.

В 1930–31 гг. Лосев выполнил на высоком экспериментальном уровне серию опытов с косыми шлифами, растягивающими исследуемую область, и системой электродов, включаемых в компенсационную измерительную схему, для измерения потенциалов в разных точках поперечного сечения слоистой структуры. Перемещая металлический «кошачий ус» поперек шлифа, он показал с точностью до микрона, что приповерхностная часть кристалла имеет сложное строение. Он выявил активный слой толщиной приблизительно в десять микрон, в котором наблюдалось явление инжекционной люминесценции. По результатам проведенных экспериментов Лосев сделал предположение, что причиной униполярной проводимости является различие условий движения электрона по обе стороны активного слоя (или, как бы мы сказали сегодня, — разные типы проводимости). Впоследствии, экспериментируя с тремя и более зондами-электродами, расположенными в данных областях, он действительно подтвердил свое предположение. Эти исследования являются еще одним значительным достижением Лосева как ученого-физика.

В 1935 году, в результате очередной реорганизации радиовещательного института и непростых отношений с руководством, Лосев остается без работы. Лаборанту Лосеву дозволялось делать открытия, но не греться в лучах славы. И это при том, что его имя было хорошо известно сильным мира сего. В письме, датируемом 16 мая 1930 года, академик А. Ф. Иоффе пишет своему коллеге Паулю Эренфесту: «В научном отношении у меня ряд успехов. Так, Лосев получил в карборунде и других кристаллах свечение под действием электронов в 2–6 вольт. Граница свечения в спектре ограничена…».

В ЛФТИ у Лосева долгое время было свое рабочее место, но в институт его не берут, слишком независимый он человек. Все работы выполнял самостоятельно — ни в одной из них нет соавторов.

При помощи друзей Лосев устраивается ассистентом на кафедру физики Первого медицинского института. На новом месте ему намного сложнее заниматься научной работой, поскольку нет необходимого оборудования. Тем не менее, задавшись целью выбрать материал для изготовления фотоэлементов и фотосопротивлений, Лосев продолжает исследования фотоэлектрических свойств кристаллов. Он изучает более 90 веществ и особо выделяет кремний с его заметной фоточувствительностью.

В то время не было достаточно чистых материалов, чтобы добиться точного воспроизведения полученных результатов, но Лосев (в который раз!) чисто интуитивно понимает, что этому материалу принадлежит будущее. В начале 1941 года он приступает к работе над новой темой — «Метод электролитных фотосопротивлений, фоточувствительность некоторых сплавов кремния». Когда началась Великая Отечественная война, Лосев не уезжает в эвакуацию, желая завершить статью, в которой излагал результаты своих исследований по кремнию. По всей видимости, ему удалось закончить работу, так как статья была отослана в редакцию «ЖЭТФ». К тому времени редакция уже была эвакуирована из Ленинграда. К сожалению, после войны не удалось найти следы этой статьи, и теперь можно лишь догадываться о ее содержании.

22 января 1942 года Олег Владимирович Лосев умер от голода в блокадном Ленинграде. Ему было 38 лет.

В том же 1942 году в США компании Sylvania и Western Electric начали промышленное производство кремниевых (а чуть позже и германиевых) точечных диодов, которые использовались в качестве детекторовсмесителей в радиолокаторах. Смерть Лосева совпала по времени с рождением кремниевых технологий.

Военный трамплин

В 1925 году корпорация American Telephone and Telegraph (AT&T) открывает научный и опытно-конструкторский центр Bell Telephone Laboratories. В 1936 году директор Bell Telephone Laboratories Мервин Келли решает сформировать группу ученых, которая провела бы серию исследований, направленных на замену ламповых усилителей полупроводниковыми. Группу возглавил Джозеф Бекер, привлекший к работе физика-теоретика Уильяма Шокли и блестящего экспериментатора Уолтера Браттейна.

Окончив докторантуру в Массачусетском технологическом институте, знаменитом МТИ, и поступив на работу в Bell Telephone Laboratories, Шокли, будучи исключительно амбициозным и честолюбивым человеком, энергично берется за дело. В 1938 году, в рабочей тетради 26-летнего Шокли появляется первый набросок полупроводникового триода. Идея проста и не отличается оригинальностью: сделать устройство, максимально похожее на электронную лампу, с тем лишь отличием, что электроны в нем будут протекать по тонкому нитевидному полупроводнику, а не пролетать в вакууме между катодом и анодом. Для управления током полупроводника предполагалось ввести дополнительный электрод (аналог сетки) — прикладывая к нему напряжение разной полярности. Таким образом, можно будет либо уменьшать, либо увеличивать количество электронов в нити и, соответственно, изменять ее сопротивление и протекающий ток. Все как в радиолампе, только без вакуума, без громоздкого стеклянного баллона и без подогрева катода. Вытеснение электронов из нити или их приток должен был происходить под влиянием электрического поля, создаваемого между управляющим электродом и нитью, то есть благодаря полевому эффекту. Для этого нить должна быть именно полупроводниковой. В металле слишком много электронов и никакими полями их не вытеснишь, а в диэлектрике свободных электронов практически нет. Шокли приступает к теоретическим расчетам, однако все попытки построить твердотельный усилитель ни к чему не приводят.

В то же время в Европе немецкие физики Роберт Поль и Рудольф Хилш создали на основе бромида калия работающий контактный трехэлектродный кристаллический усилитель. Тем не менее, никакой практической ценности немецкий прибор не представлял. У него была очень низкая рабочая частота. Есть сведения, что в первой половине 1930-х годов трехэлектродные полупроводниковые усилители «собрали» и два радиолюбителяканадец Ларри Кайзер и новозеландский школьник Роберт Адамс. Адамс, в дальнейшем ставший радиоинженером, замечал, что ему никогда не приходило в голову оформить патент на изобретение, так как всю информацию для своего усилителя он почерпнул из радиолюбительских журналов и других открытых источников.

К 1926–1930 гг. относятся работы Юлиуса Лилиенфельда (рис. 19), профессора Лейпцигского университета, который запатентовал конструкцию полупроводникового усилителя, в наше время известного под названием полевой транзистор (рис. 20).

Рис. 19. Юлиус Лилиенфельд

Рис. 20. Патент Ю. Лилиенфельда на полевой транзистор

Лилиенфельд предполагал, что при подаче напряжения на слабо проводящий материал будет меняться его проводимость и в связи с этим возникнет усиление электрических колебаний. Несмотря на получение патента, создать работающий прибор Лилиенфельд не сумел. Причина была самая прозаическая — в 30-х годах ХХ века еще не нашлось необходимого материала, на основе которого можно было бы изготовить работающий транзистор. Именно поэтому усилия большинства ученых того времени были направлены на изобретение более сложного биполярного транзистора. Таким образом, пытались обойти трудности, возникшие при реализации полевого транзистора.

Работы по твердотельному усилителю в Bell Telephone Laboratories прерываются с началом Второй мировой войны. Уильям Шокли и многие его коллеги откомандированы в распоряжение министерства обороны, где работают до конца 1945 года.

Твердотельная электроника не представляла интереса для военных — достижения им представлялись сомнительными. За одним исключением. Детекторы. Они-то как раз и оказались в центре исторических событий.

В небе над Ла-Маншем развернулась грандиозная битва за Британию, достигшая апогея в сентябре 1940 года. После оккупации Западной Европы Англия осталась один на один с армадой немецких бомбардировщиков, разрушающих береговую оборону и подготавливающих высадку морского десанта для захвата страны — операцию «Морской лев». Трудно сказать, что спасло Англию — чудо, решительность премьера Уинстона Черчилля или радиолокационные станции. Появившиеся в конце 30-х годов радары позволяли быстро и точно обнаруживать вражеские самолеты и своевременно организовывать противодействие. Потеряв в небе над Британией более тысячи самолетов, гитлеровская Германия сильно охладела к идее захвата Англии в 1940-м и приступила к подготовке блицкрига на Востоке.

Англии были нужны радары, радарам — кристаллические детекторы, детекторам — чистые германий и кремний. Первым, и в значительных количествах, на заводах и в лабораториях появился германий. С кремнием, из-за высокой температуры его обработки, сначала возникли некоторые трудности, но вскоре проблему решили. После этого предпочтение было отдано кремнию. Кремний был дешев по сравнению с германием. Итак, трамплин для прыжка к транзистору был практически готов.

Вторая мировая стала первой войной, в которой наука, по своей значимости для победы над врагом, выступила на равных с конкретными оружейными технологиями, а в чем-то и опередила их. Вспомним атомный и ракетный проекты. В этот список можно включить и транзисторный проект, предпосылки для которого были в значительной степени заложены развитием военной радиолокации.

Открытие

В послевоенные годы в Bell Telephone Laboratories начинают форсировать работы в области глобальной связи. Аппаратура 1940-х годов использовала для усиления, преобразования и коммутации сигналов в абонентских цепях два основных элемента: электронную лампу и электромеханическое реле. Эти элементы были громоздки, срабатывали медленно, потребляли много энергии и не отличались высокой надежностью. Усовершенствовать их значило вернуться к идее использования полупроводников. В Bell Telephone Laboratories вновь создается исследовательская группа (рис. 21), научным руководителем которой становится вернувшийся «с войны» Уильям Шокли. В команду входят Уолтер Браттейн, Джон Бардин, Джон Пирсон, Берт Мур и Роберт Гибни.

Рис. 21. г. Мюррей Хилл, штат Нью-Джерси, США, Bell Laboratories. Место рождение транзистора.

В самом начале команда принимает важнейшее решение: направить усилия на изучение свойств только двух материалов — кремния и германия, как наиболее перспективных для реализации поставленной задачи. Естественно, группа начала разрабатывать предвоенную идею Шокли — усилителя с эффектом поля. Но электроны внутри полупроводника упрямо игнорировали любые изменения потенциала на управляющем электроде. От высоких напряжений и токов кристаллы взрывались, но не желали изменять свое сопротивление.

Над этим задумался теоретик Джон Бардин. Шокли, не получив быстрого результата, охладел к теме и не принимал активного участия в работе. Бардин предположил, что значительная часть электронов на самом деле не «разгуливает» свободно по кристаллу, а застревает в каких-то ловушках у самой поверхности полупроводника. Заряд этих «застрявших» электронов экранирует прикладываемое извне поле, которое не проникает в объем кристалла. Вот так в 1947 году в физику твердого тела вошла теория поверхностных состояний. Теперь, когда, казалось, причина неудач найдена, группа начала более осмысленно реализовывать идею эффекта поля. Других идей просто не было. Стали различными способами обрабатывать поверхность германия, надеясь устранить ловушки электронов. Перепробовали все — химическое травление, механическую полировку, нанесение на поверхность различных пассиваторов. Кристаллы погружали в различные жидкости, но результата не было. Тогда решили максимально локализовать зону управления, для чего один из токопроводов и управляющий электрод изготовили в виде близко расположенных подпружиненных иголочек. Экспериментатор Браттейн, за плечами которого был 15-летний опыт работы с различными полупроводниками, мог по 25 часов в сутки крутить ручки осциллографа.

Теоретик Бардин всегда был рядом, готовый сутки напролет проверять свои теоретические выкладки. Оба исследователя, как говорится, нашли друг друга. Они практически не выходили из лаборатории, но время шло, а сколько-нибудь существенных результатов по-прежнему не было.

Однажды Браттейн, издерганный от неудач, сдвинул иголки почти вплотную, более того — случайно перепутал полярности прикладываемых к ним потенциалов. Ученый не поверил своим глазам. Он был поражен, но на экране осциллографа было явно видно усиление сигнала. Теоретик Бардин отреагировал молниеносно и безошибочно: эффекта поля никакого нет, и дело не в нем. Усиление сигнала возникает по другой причине. Во всех предыдущих оценках рассматривались только электроны, как основные носители тока в германиевом кристалле, а «дырки», которых было в миллионы раз меньше, естественно игнорировались. Бардин понял, что дело именно в «дырках». Введение «дырок» через один электрод (этот процесс назвали инжекцией) вызывает неизмеримо больший ток в другом электроде. И все это на фоне неизменности состояния огромного количества электронов.

Вот так, непредсказуемым образом, 19 декабря 1947 года на свет появился точечный транзистор (рис. 22).

Рис. 22. Страница рабочей тетради Браттейна. 19 декабря 1947 г.

Сначала новое устройство назвали германиевым триодом. Бардину и Браттейну название не понравилось. Не звучало. Они хотели, чтобы название заканчивалось бы на «тор», по аналогии с резистором или термистором. Здесь им на помощь приходит инженер-электронщик Джон Пирс, который прекрасно владел словом (в дальнейшем он станет известным популяризатором науки и писателем-фантастом под псевдонимом J. J. Coupling). Пирс вспомнил, что одним из параметров вакуумного триода служит крутизна характеристики, по-английски — transconductance. Он предложил назвать аналогичный параметр твердотельного усилителя transresistance, а сам усилитель, а это слово просто вертелось на языке, — транзистором. Название всем понравилось.

Через несколько дней после замечательного открытия, в канун Рождества, 23 декабря 1947 года состоялась презентация транзистора руководству Bell Telephone Laboratories (рис. 23).

Рис. 23. Точечный транзистор Бардина-Браттейна

Уильям Шокли, который проводил отпуск в Европе, срочно возвратился в Америку. Неожиданный успех Бардина и Браттейна глубоко задевает его самолюбие. Он раньше других задумался о полупроводниковом усилителе, возглавил группу, выбрал направление исследований, но на соавторство в «звездном» патенте претендовать не мог. На фоне всеобщего ликования, блеска и звона бокалов с шампанским Шокли выглядел разочарованным и мрачным. И тут происходит нечто, что всегда будет скрыто от нас пеленой времени. За одну неделю, которую впоследствии Шокли назовет своей «страстной неделей», он создает теорию транзистора с p-n-переходами, заменившими экзотические иголочки, и в новогоднюю ночь изобретает плоскостной биполярный транзистор. (Заметим, что реально работающий биполярный транзистор был изготовлен только в 1950 году.)

Предложение принципиальной схемы более эффективного твердотельного усилителя со слоеной структурой уравняло Шокли в правах на открытие транзисторного эффекта с Бардиным и Браттейном.

Через полгода, 30 июня 1948-го, в Нью-Йорке, в штаб-квартире Bell Telephone Laboratories, после улаживания всех необходимых патентных формальностей, прошла открытая презентация транзистора. В то время уже началась холодная война между США и Советским Союзом, поэтому технические новинки прежде всего оценивались военными. К удивлению всех присутствующих, эксперты из Пентагона не заинтересовались транзистором и порекомендовали использовать его в слуховых аппаратах.

Через несколько лет новое устройство стало незаменимым компонентом в системе управления боевыми ракетами, но именно в тот день близорукость военных спасла транзистор от грифа «совершенно секретно».

Журналисты отреагировали на изобретение тоже без особых эмоций. На сорок шестой странице в разделе «Новости радио» в газете «Нью-Йорк Таймс» была напечатана краткая заметка об изобретении нового радиотехнического устройства. И только.

В Bell Telephon

Изобретение транзистора — это… Что такое Изобретение транзистора?

Макет точечного транзистора Бардина и Браттейна. Треугольник в центре — прозрачная призма, по рёбрам которой приклеены полоски фольги — выводы коллектора и эмиттера. Базой служит металлическое основание, на котором закреплён германиевый кристалл.

16 декабря 1947 года физик-экспериментатор Уолтер Браттейн, работавший с теоретиком Джоном Бардином, собрал первый работоспособный точечный транзистор . Спустя полгода, но до обнародования работ Бардина и Браттейна, немецкие физики Герберт Матаре (англ.)русск. и Генрих Велькер (англ.)русск. представили разработанный во Франции точечный транзистор («транзистрон») . Так из безуспешных попыток создать сначала твердотельный аналог вакуумного триода , а затем полевой транзистор, родился первый несовершенный точечный биполярный транзистор.

Точечный транзистор, выпускавшийся серийно около десяти лет, оказался тупиковой ветвью развития электроники — ему на смену пришли германиевые плоскостные транзисторы. Теорию p-n-перехода и плоскостного транзистора создал в 1948—1950 годах Уильям Шокли . Первый плоскостной транзистор был изготовлен 12 апреля 1950 года методом выращивания из расплава . За ним последовали сплавной транзистор , «электрохимический» транзистор и диффузионный меза-транзистор .

В 1954 году Texas Instruments выпустила первый кремниевый транзистор. Открытие процесса мокрого окисления кремния сделало возможным выпуск в 1958 году первых кремниевых меза-транзисторов , а в марте 1959 года Жан Эрни создал первый кремниевый планарный транзистор . Кремний вытеснил германий, а планарный процесс стал основной технологией производства транзисторов и сделал возможным создание монолитных интегральных схем.

Предыстория

Полупроводниковый детектор Пикарда (англ.)русск. 1906 года

В 1906 году Гринлиф Пикард (англ.)русск. запатентовал кремниевый кристаллический детектор[1]. 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[2]. 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)[2]. Цинкитный детектор («кристадин») Лосева сохранял работоспособность на частотах до 10 МГц[2]. 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[3]. 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[4]. В 1925 году немецкий физик Юлиус Лилиенфельд подал первую патентную заявку на твердотельный усилитель, состоящий из слоёв металла и полупроводника[5][6]. 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[6]. 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[5]. 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[7]. 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[5]. Лосев в 1939 году упоминал о работе над полупроводниковой «трёхэлектродной системой, аналогичной триоду», но эти неопубликованные работы были утрачены[8].

Во время Второй мировой войны исследовательские бюджеты многократно выросли, но, по мнению Питера Морриса, в физике полупроводников было сделано слишком мало. Все существенные достижения были связаны с военным заказом в двух направлениях, в которых были бессильны вакуумные лампы, — детектирование инфракрасного излучения и детектирование отражённого сигнала в радиолокации[9]. Излучатели ранних радиолокаторов работали на частотах до 3 ГГц, а частотный диапазон детекторов на вакуумных диодах был ограничен 400 МГц[3]. Контактные полупроводниковые детекторы, напротив, могли эффективно выпрямлять сверхвысокие частоты, поэтому в конце 1930-х годов правительства Великобритании, Германии и США начали масштабные проекты по совершенствованию полупроводников. В ходе этих исследований были исследованы фундаментальные свойства полупроводников и заложены основы технологии их производства, сделавшие возможным серийный выпуск полупроводниковых приборов[10].

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[11]. Изучив опубликованные работы Пола, Иоффе и Давыдова[прим. 1] и результаты экспериментов Браттейна, Шокли пришёл к выводу о невозможности внедрения управляющего электрода в массив полупроводника[12]. 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[12]. 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[прим. 2].

Небольшое ядро физиков-твердотельщиков, оставшееся в Bell Labs после ухода Шокли, занималось поисками материалов для детектирования сверхвысоких частот в радиолокации[13]. Электрохимик и радиолюбитель Рассел Ол работал с кремниевыми детекторами ещё со времён великой депрессии[14]. Полагая, что нестабильное поведение ранних детекторов было вызвано недостаточной очисткой от примесей, Ол сосредоточился на технологиях очистки и плавки кремния[15]. В августе 1939 года Ол, Джон Скафф и Генри Тойерер провели первую плавку в гелиевой атмосфере[15]. Детекторы, изготовленные из поликристаллического кремния, очищенного до 99,8%, были достаточно стабильными[15]. Часть из них проводила ток в одном направлении (из контакта в кристалл), часть — в другом (из кристалла в контакт), при этом полярность конкретного экземпляра можно было определить только опытным путём[15]. Полагая, что направление проводимости определяется только степенью очистки кремния, Ол назвал один тип «очищенным», а другой «коммерческим» (англ. purified and commercial)[15].

В октябре 1939 года среди заготовок для детекторов нашёлся странный образец, электрические параметры которого вели себя настолько беспорядочно, что дальнейшие измерения казались бессмысленными[15]. Только 23 февраля 1940 года Ол нашёл время, чтобы лично проверить его[16]. Оказалось, что образец реагировал на свет, а степень наблюдаемого фотоэффекта на порядок превосходила фотоэффект в традиционных фотоэлементах[16]. Проводимость образца зависела не только от освещённости, но и от температуры и влажности[16]. Несмотря на противодействие своего начальника, который был не в ладах с Келли, 6 марта Ол продемонстрировал свою находку Келли и Уолтеру Браттейну[16]. Браттейн догадался, что фотоэффект возникает на некоем невидимом барьере между двумя слоями кремния и что этот же барьер должен выпрямлять переменный ток[16]. Именно поэтому измерение проводимости на переменном токе давало необъяснимые, бессмысленные результаты[прим. 3].

Вскоре Скафф и Ол буквально увидели этот барьер: травление азотной кислотой вскрыло видимую глазу границу между двумя слоями кремния[16]. 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[16]. Барьерная зона получила название p-n-переход[17]. Постепенно Ол, Скафф и Тойерер пришли к пониманию того, что тип проводимости кремния определяется не его чистотой, а, напротив, присутствием характерных примесей[17]. Более лёгкие элементы подгруппы бора должны были сосредотачиваться в верхнем слое расплава, более тяжёлые элементы подгруппы азота — в центре тигля[17]. 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[17].

Личным волевым решением Келли засекретил открытие p-n-перехода[18]. Bell Labs охотно делилась образцами кремния с американскими и британскими коллегами, но это был кремний исключительно p-типа[18]. Ол лично отвечал за то, чтобы кремний n-типа и pn-переходы не покидали стен компании[18]. 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[18].

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[19].

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)[20]. В группу вошли Браттейн, теоретик Джон Бардин, экспериментатор Джеральд Пирсон, физхимик Роберт Джибни и инженер-электрик Хилберт Мур[20]. Образцы полупроводников изготавливали Уильям Пфанн (англ.)русск., Джон Скафф и Генри Тойерер[21]. 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[22].

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[23]. Однако эксперименты показали, что в реальном полупроводнике эффект поля был на три порядка[24] слабее, чем предсказывала теория[25]. Бардин объяснил экспериментальные данные, предложив гипотезу поверхностных состояний, согласно которой на границе полупроводника и металлического электрода образуется пространственный заряд, нейтрализующий действие внешнего поля[25].

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“»[26]. В ноябре 1947 года Джибни предложил подавать на «триод» постоянное напряжение смещения с помощью точечного управляющего электрода, отделённого от массы полупроводника слоем электролита[25]. Работы резко ускорились: в ноябре — декабре Бардин, Джибни и Браттейн испытали не менее пяти разных конструкций «триода»:

Эксперименты Браттейна в ноябре — декабре 1947 года[27]
Дата эксперимента Полупроводник Диэлектрик Усиление Частотный диапазон Напряжение смещения[прим. 4] 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[прим. 5] 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[28] Да[28] 2 дБ[29] 1 кГц[29] Положительное Отрицательное Изобретение точечного транзистора. Патент США 2 524 035
23 декабря 24 дБ на 1 кГц[30]
20 дБ на 10 МГц[31]
Да[31] 2 дБ[30] До 15 МГц[31]
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[32][28]. 10 декабря «электролитический триод» Бардина и Браттейна на германии n-типа с инверсным слоем p-типа продемонстрировал усиление по мощности около 6000[33]. 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[34]. 15 декабря установка с оксидной плёнкой продемонстрировала двукратное усиление по напряжению в частотном диапазоне до 10 кГц[29]. 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)[35][29].

15 или 16 декабря 1947 года Браттейн сконструировал контактный узел из пластмассовой треугольной призмы с наклеенной на неё полоской золотой фольги[36]. Аккуратно разрезав фольгу бритвой, Браттейн получил зазор между коллектором и эмиттером[36] шириной около 50 микрон[37][38]. 16 декабря Браттейн прижал контактный узел зазором к поверхности германиевой пластины[39], создав первый работоспособный точечный транзистор[прим. 6]. 23 декабря 1947 года Браттейн продемонстрировал коллегам транзисторный усилитель звуковых частот с пятнадцатикратным усилением по напряжению[прим. 7]. На частоте 10 МГц усиление составило 20 дБ при выходной мощности 25 мВт[31]. 24 декабря Браттейн продемонстрировал первый транзисторный генератор[31].

Так, из неудачных попыток создать полевой транзистор, началось развитие биполярного транзистора[40]. Руководство Bell Labs, понимая важность события, усилило отдел Шокли специалистами и на время засекретило проект[30]. Публика узнала об изобретении транзистора 30 июня 1948 года на открытой презентации транзистора в Нью-Йорке, приуроченной к выходу статей в Physical Review[21]. 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)[41].

Транзистрон Матаре и Велкера

Рентгенограмма транзистрона Матаре-Велкера

В 1944 году немецкий физик Герберт Матаре (англ.)русск., работавший за стенами Любежского монастыря (нем.)русск. над снижением шумов СВЧ-детекторов, изобрёл «дуодиод» — полупроводниковый выпрямитель с двумя точечными контактами[42]. При подаче на эти контакты одинакового напряжения смещения и противофазных напряжений гетеродина «дуодиод» подавлял высокочастотные шумы гетеродина[42]. Опыты на поликристаллическом германии Генриха Велкера (англ.)русск. и кремнии Карла Зайлера показали, что эффективное шумоподавление было возможно тогда, когда оба контакта замыкались на один и тот же кристаллик полупроводника[42]. Если расстояние между контактами не превышало 100 микрон, изменение напряжения на одном из контактов приводило к изменению тока через второй контакт[42]. В январе 1945 года Матаре бежал на запад от советского наступления, затем попал в плен к американцам, но вскоре был отпущен[42]. Велкер продолжал исследования до марта 1945 года. Независимо от Шокли, и несколько опережая его, Велкер пришёл к концепции полевого транзистора — и его первые опыты также закончились неудачей[43].

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[43]. Оба согласились: заниматься наукой в разгромленной Германии было невозможно[43]. Велкер и Матаре основали лабораторию в Ольне-су-Буа и до конца 1947 года занимались наладкой производства выпрямителей[43]. На рубеже 1947 и 1948 годов Матаре вернулся к теме «дуодиода», а Велкер по просьбе Матаре занялся очисткой германия[43]. В июне 1948 года, до обнародования изобретения Бардина и Браттейна, усовершенствованный «дуодиод», а фактически — точечный транзистор, Матаре продемонстрировал стабильное усиление[43]. 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)[44]. В мае 1949 года Матаре и Велкер объявили о начале мелкосерийного выпуска транзистронов для дальней телефонной связи[44].

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[45]. Пфанн добился успеха благодаря случайному совпадению: фосфористая бронза коллекторных контактов загрязняла поверхность германия атомами фосфора, создавая островки проводимости n-типа[45]. Значение диффузии атомов меди, создававшей островки p-типа, было прояснено спустя несколько лет работами Кэлвина Фуллера (англ.)русск.[46]. Транзистор Пфанна фактически был четырёхслойной PNPN-структурой, которая в определённых обстоятельствах демонстрировала несвойственное «настоящим» транзисторам отрицательное сопротивление[45]. Серийное производство транзистора «тип А» на Western Electric началось в 1951 году и в апреле 1952 года вышло на уровень 8400 транзисторов в месяц[47]. Производство было трудоёмко, дорого, а воспроизводимость параметров транзисторов — неприемлемо низкой[45]. Поведение транзисторов зависело не только от температуры, но и от влажности воздуха[47]. Пентагон внимательно следил за развитием технологии, но отказывался приобретать аппаратуру на ненадёжных приборах[48]. Несмотря на то, что в 1951 году точечный транзистор уже устарел морально[49], производство «типа А» продолжалось почти десять лет[45], 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)[50].

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[44]. Американцы насторожились: благодаря более совершенной технологии сборки «транзистроны» считались более надёжными приборами[51]. Однако вскоре французское правительство прекратило поддержку Матаре и Велкера, и те вернулись в Германию[44]. 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)[44]. Американская компания Clevite (будущий владелец Shockley Semiconductor Laboratory) выкупила компанию у Михаэля, а затем свернула производство в Германии[44]. Матаре переехал в США, Велкер возглавил полупроводниковые исследования на Siemens[44].

В 1949 году Элмар Франк и Ян Тауц выпустили в Чехии партию работоспособных транзисторов из трофейного немецкого германия, используя собственный (более совершенный, чем у американцев) метод формирования контактов[52]. В Советском Союзе А. В. Красилов и С. Г. Мадоян создали первый точечный транзистор в 1949 году, а первые промышленные образцы пошли в серию в 1950—1952 годах[53].

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[54], 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[55]. Hughes Aircraft безуспешно пыталась делать транзисторы из отдельных зёрен поликристаллического германия и в итоге отказалась от проекта[52]. 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[56].

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[прим. 8]. 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.[50].

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[57]. 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[58]. 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[59].

Решение уже было записано в блокнотах Шокли — первые наброски теории p-n-перехода в германии Шокли создал ещё в апреле 1947 года[60][61]. 8 декабря 1947 года, обсудив с Бардином и Браттейном структуру перспективного «триода», Шокли вернулся к теоретической проработке усилителя на p-n-переходах[62]. В последнюю неделю 1947 года он мысленно перебрал множество конфигураций, однако все они, включая схему биполярного транзистора, не выдержали критического анализа[62]. Только в январе 1948 года Шокли осознал, что использованная им модель не учитывала инжекции неосновных носителей заряда в базу[62]. 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)[62] и оформил свои идеи в законченную теорию[63]. 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[45].

26 июня 1948 года Bell Labs подал патентную заявку на изобретение плоскостного транзистора[60], но стоявшая за ней теория была оглашена публично только год спустя (16—18 июня 1949 года) — после того, как эксперимент подтвердил теорию[64]. В июле 1949 года Шокли изложил свою теорию в Bell System Technical Journal (англ.)русск.[65], а в ноябре 1950 года вышел magnum opus Шокли, Electrons and Holes in Semiconductor[66] (в русском переводе 1953 года «Теория электронных полупроводников: Приложения к теории транзисторов»[67]). По словам Ж. И. Алфёрова, книга Шокли стала «настольной книгой по обе стороны Атлантического океана»[68]. 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[69][8]. Физическая сущность первого транзистора Бардина и Браттейна остаётся предметом споров: возможно, что реальные свойства использованной германиевой пластины существенно отличались от того, что предполагали экспериментаторы[70]. Проверить это невозможно, так как подлинный первый транзистор давно утрачен[70].

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[49]. Отношения Шокли и Бардина отчасти нормализовались только после присуждения Бардину, Браттейну и Шокли Нобелевской премии по физике за 1956 год[71]. Четвёртый основной соавтор изобретения, Роберт Джибни, ушёл из Bell Labs в начале 1948 года и Нобелевской премии не получил[57]. Впоследствии публичная активность Шокли и внимание прессы способствовали возникновению мнения о том, что Шокли якобы приписывал себе достижения Бардина, Браттейна и других[71]. В действительности Шокли, напротив, всегда уточнял рамки собственного вклада[72], исключал из списка изобретателей себя самого и включал туда Джибни[11]. Шокли скрупулёзно отстаивал права своих коллег, даже тех, с кем (как с Робертом Нойсом) он разошёлся навсегда[прим. 9].

Транзистор на выращенных переходах

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

В сентябре 1948 года[73] в нью-йоркском автобусе случайно встретились два технолога Bell Labs, Гордон Тил (англ.)русск. и Джон Литтл[74]. В этом случайном разговоре родилась идея производить монокристаллы «транзисторного» германия давно известным методом Чохральского[74]. В декабре 1949 года Тил, Литтл и Эрни Бюлер построили первую опытную установку для вытягивания монокристаллов — пока ещё совсем небольших, не более 50 мм в длину и 10 мм в ширину[74]. Если при вытягивании кристалла из расплава германия p-типа затравкой служил кристаллик n-типа, то внутри стержня формировался плавный p-n-переход[74]. Ценность именно монокристаллических полупроводников в 1949 году не была очевидной — сам Шокли противился выращиванию кристаллов, полагая, что транзистор можно сделать и из качественного, но недорогого поликристаллического материала[75][76]. Однако именно выращенный p-n-переход позволил экспериментально проверить теорию Шокли[74].

12 апреля 1950 года Морган Спаркс (англ.)русск. вырастил методом Тила-Литтла трёхслойную NPN-структуру[77]. Вначале из расплава вытягивалась низкоомная коллекторная область n-типа[74]. Затем в расплав вбрасывали таблетку акцепторной примеси, растворявшуюся в тонком поверхностном слое расплава, — так формировался слой базы толщиной от 25 до 100 микрон. Сразу после создания базы в расплав вбрасывали таблетку донорной примеси для легирования эмиттера. Полученную трёхслойную NPN-структуру вырезали из кристалла, распиливали на продольные столбики и протравливали в кислоте для устранения поверхностных дефектов[78]. Самой сложной операцией была контактная сварка 50-микронной золотой проволоки с 25-микронным слоем базы — для этого использовались прецизионные микроманипуляторы и специальный сплав золота с галлием. Примесь галлия, внедрявшаяся в кремний при сварке, расширяла приповерхностный p-слой базы, препятствуя короткому замыканию коллектора и эмиттера[79]. Массовое производство германиевых транзисторов на выращенных переходах — первых полноценных биполярных транзисторов «по Шокли» — началось в 1951 году на Western Electric.

Из-за большой площади переходов транзисторы на выращенных переходах имели худшие частотные свойства, чем точечные. Но по той же причине выращенные транзисторы могли пропускать во много раз большие токи, при существенно меньших шумах[75], а их параметры были относительно стабильны — настолько, что их стало возможно уверенно приводить в справочниках[48]. Осенью 1951 года Пентагон, воздерживавшийся от приобретения точечных транзисторов, объявил о начале программы транзисторизации, сулившей многократную экономию на массе и объёме бортовой аппаратуры[80]. Bell Labs ответила запуском новой производственной программы, нацеленной на ежемесячный выпуск миллиона транзисторов[48]. Однако диапазон допустимых температур германиевых транзисторов был слишком узок для военных задач — транзисторизация американских ракет была отложена до выпуска «высокотемпературных» кремниевых транзисторов[81].

Первый выращенный кремниевый транзистор изготовил на Texas Instruments тот же Тил в апреле 1954 года[82]. Из-за высокой химической активности и более высокой, чем у германия, температуры плавления кремниевые технологии 1950-х г

Кто изобрел транзистор?

Транзистор, который считается одним из важнейших изобретений 20-го века и источником жизненной силы электронных схем, был обнаружен в 1947 году. Команда, состоящая из Джона Бардина и Уолтера Браттейна во главе с Уильямом Шокли, работала в исследовательских лабораториях Университета. Крупнейшая в мире телефонная компания Bell organization была удостоена Нобелевской премии в 1956 году за эти новые революционные изобретения в области технологий. Он был достоин.

Бардин и Браттейн пытались найти альтернативу термоэмиссионным конденсаторам, используемым для сбора, усиления и проецирования радио- и телефонных сигналов. Требовалось определенное время, чтобы прогреть эти быстро ломающиеся и дорогостоящие лампы. И они потребляли много электроэнергии.

Команда изготовила первый транзистор из тонкого слоя германия. За два дня до Рождества 1947 года этот транзистор был включен в радиосхему, и Браттейн написал в своем блокноте следующие строки: «Эта схема действительно работает.Из-за уровня звука была достигнута заметная высота. «Транзистор, как и лампа, усиливал звуковой сигнал. Но он был намного меньше по размеру и требовал меньше энергии. Сначала вряд ли кто-то верил, что крошечное устройство может заменить эти большие лампы. Но Шокли и его команда добились больших успехов. успехов за четыре года. В 1952 году размер транзистора был уменьшен до одной десятой от первоначального размера, а в 1957 году он стал намного прочнее: ежегодно производилось 30 миллионов транзисторов. Разработки в этой области все еще продолжаются.

Вместо слоя германия ученые начали использовать кристаллы чистой чистоты, которые могли выдерживать гораздо большую тепловую нагрузку. Были изготовлены транзисторы, которые могут передавать ток всего за сто миллионов секунд. Благодаря этим мобильным калькуляторам были созданы цифровые часы. Лампы в радио- и телевизионных приемниках также заменили транзисторы. Если бы не эти маленькие удивительные устройства, не было бы возможности спутниковой связи, космических кораблей и покорения Луны человеком.

Изобретение транзистора

Джон Бардин, Уильям Шокли и Уолтер Браттейн

Первый в истории транзистор, построенный Джоном Бардином, Уильямом Шокли и Уолтером Х. Браттейном из Bell Labs в 1947 году. Оригинал выставлен в Bell Laboratories. Unitronic — CC 3.0
«Транзистор был, вероятно, самым важным изобретением 20-го века, и история этого изобретения — это история столкновения эго и совершенно секретных исследований.»

— Transistorized !, PBS

В 1906 году американский физик Ли Де Форест изобрел триод для электронных ламп, который был первым трех оконечным устройством и позволял усиливать и переключать электрические сигналы.

Электронная лампа помогла развитию телефонии. радио и компьютеры продвинулись далеко вперед. Однако металл, излучающий электроны в электронных лампах, перегорел. Трубки были слишком большими, ненадежными и требовали такой большой мощности, что для работы больших и сложных схем требовалось слишком много энергии.В конце 1940-х годов были построены большие компьютеры с более чем 10 000 электронных ламп и занимали более 93 квадратных метров пространства.

Проблемы с электронными лампами заставляют ученых и инженеров думать о других способах изготовления трех оконечных устройств. Вместо того чтобы использовать электроны в вакууме, ученые начали думать, как можно управлять электронами в твердых материалах, таких как металлы и полупроводники.

Уже в 1920-х годах ученые поняли, как сделать двухконтактное устройство, установив точечный контакт между острым металлическим наконечником и куском полупроводникового кристалла.Эти точечные диоды использовались для выпрямления сигналов и создания простых радиоприемников AM (кристаллических радиоприемников). Однако прошло много лет, прежде чем было обнаружено трехконтактное твердотельное устройство — транзистор.

Транзистор был изобретен в 1947 году тремя американскими физиками из Bell Telephone Laboratories: Джоном Бардином, Уильямом Шокли и Уолтером Браттейном. Трое мужчин получили Нобелевскую премию по физике 1956 года за совместное изобретение.

Транзистор оказался жизнеспособной альтернативой электронной лампе.Транзисторы сыграли ключевую роль в развитии электроники — их небольшой размер, низкое тепловыделение, высокая надежность и малые требования к мощности сделали возможным миниатюризацию сложных схем, которые требуются компьютерам. В конце 1960-х и 1970-х годах отдельные транзисторы были заменены интегральными схемами, в которых множество транзисторов и других компонентов (диодов, резисторов и т. Д.) Были сформированы на одной крошечной пластине из полупроводящего материала.

Как иногда бывает с изобретателями и изобретениями, одни люди заявляют, что изобретение было изобретено другими.То же самое и с изобретением транзистора. Некоторые авторитетные источники утверждают, что основная идея твердотельного транзистора (полевого МОП-транзистора) была введена Юлиусом Эдгаром Лилиенфельдом в 1925 году, и что предвестниками транзистора были эксперименты, проведенные несколькими учеными, с участием двух терминальных твердотельных устройства (кристаллы) в течение 1920-х гг. Но по правде говоря, первое работающее трехполюсное твердотельное устройство (транзистор) изобрели ребята из Bell Laboratories.

Подробнее об этой дискуссии:
Кто на самом деле изобрел транзистор? — Bell Labs
Transistor Enigma
Transistorized! История изобретения транзистора — PBS
Транзистор в век электроники — nobelprize.org
Герберт Ф. Матаре: у изобретателя транзистора свой момент — Mindfully.org
Дорога к транзистору — Джед Марголин
Ключевые этапы создания интегральной схемы — К. Марк Меллиар-Смит, Дуглас Э. Хагган, Уильям У.Troutman
История изобретения транзистора — Уильям Бринкман

Эксперименты с транзисторами и твердотельными приборами

Сначала мы предлагаем несколько простых экспериментов для учеников начальной и средней школы.

1. Построить простую радиостанцию ​​на кристалле (ссылки следуют):
Из журнала Science Toys
Из фонда Чарльза Эдисона
С домашней страницы Аарона
Автор: Ян К. Парди
From techlib.com

2. Продемонстрируйте, как транзисторы работают в качестве переключателей или усилителей. (ссылка следует):
От PBS

3.Эксперимент с природными кристаллами (ссылки следуют):
Теперь мы предлагаем последовать примеру тех ученых из 1920-х годов, которые их эксперименты с кристаллами проложили путь к изобретению транзистора в 1947 году.

Американский радиолюбитель Найл Штайнер публикует на своем веб-сайте технические результаты, фотографии и кривые нескольких экспериментов, в которых он продемонстрировал колебания с помощью железного пирита (кристалла) и даже построил AM-радиопередатчик. «Успех этого эксперимента был для меня очень захватывающим опытом, поскольку он представляет собой возможность создать простое самодельное активное полупроводниковое устройство.Это почти как сделать самодельный транзистор », — говорит он. «Это реальная реализация некоторых очень старых и эзотерических экспериментов 1920-х годов Эклза, Пикарда и Лосева, о которых так неопределенно сообщалось в нескольких статьях, что я часто задавался вопросом, действительно ли это было сделано».

В других его экспериментах показан генератор на основе феррита цинка и устройство отрицательного сопротивления N-типа, подобное туннельному диоду, созданное прикосновением куска оцинкованной стальной проволоки к куску алюминия.

Эти эксперименты предназначены для старшеклассников с некоторыми знаниями электроники.

Осциллятор отрицательного сопротивления железного пирита — Nyle Steiner
Цинковый осциллятор отрицательного сопротивления — Nyle Steiner
Осциллятор отрицательного сопротивления с самодельным туннельным диодом — Nyle Steiner

4. Больше проектов и экспериментов на научной ярмарке компьютеров и электроники:
Выставка Computer and Electronics Science Fair Projects and Circuits

Общие транзисторные перемычки
История транзистора («Кристаллический триод») — Bell System Memorial
Добро пожаловать на веб-страницы мистера Транзистора.
Транзисторы — 101science.com
Виртуальный музей транзисторов Боба
Таблицы данных и справочники электронных компонентов — datasheetarchive.com

Книги


Crystal Fire: изобретение транзистора и рождение информационного века


Эта обширная книга, долгое время являвшаяся стандартным руководством по фотографии, настолько всеобъемлющая, что служит отличным справочником как для любителей, так и для профессиональных фотографов.

Принципы транзисторных схем: Введение в конструкцию усилителей, приемников и цифровых схем



Научная одиссея: люди и открытия: изобретен транзистор

Изобретен транзистор
1947

Фото: крупный план раннего транзистора

К 1906 году благодаря работам Ли де Фореста изобретатели знали две основные функции вакуумной лампы — преобразование переменного тока в постоянный и усиление электронного сигнала.На протяжении десятилетий электронные лампы совершенствовались и использовались во все более сложных схемах. Например, на Всемирной выставке 1939 года электронные лампы были продемонстрированы в полностью электронном телевидении. А к 1945 году был построен высокоскоростной компьютер ENIAC, содержащий более 17 000 ламп. Несмотря на успех, ENIAC и его детище продемонстрировали реальные ограничения электронных ламп: для создания более мощных компьютеров потребуется больше ламп, но в какой-то момент доступное пространство и энергия помешают дальнейшему развитию.Электронные лампы были громоздкими, потребляли много энергии, были довольно хрупкими и легко перегревались. Инженеры знали, что им нужно найти что-то другое.

У телефонной компании тоже были проблемы с электронными лампами, и она надеялась найти что-нибудь еще для коммутации телефонных звонков. Идея каким-то образом использовать полупроводники (твердые материалы, такие как кремний, который проводит электричество, но не так хорошо, как проводник, такой как медь) была отброшена до Второй мировой войны, но знания о том, как они работают, были скудными, а производство полупроводников было затруднено. .Однако в 1945 году вице-президент Bell Labs по исследованиям создал исследовательскую группу для изучения этого вопроса. Группу возглавлял Уильям Шокли, и в нее входили Уолтер Браттейн, Джон Бардин и другие физики, которые работали с квантовой теорией, особенно с твердыми телами.

Команда была талантлива и хорошо работала вместе. После двух лет разочаровывающей, но очень захватывающей работы, Бардин и Браттейн создали схему усиления, которая, казалось, работала, используя элемент германий. Они назвали ее точечным транзистором.Об его открытии было объявлено на пресс-конференции, но оно было воспринято по большей части как умная штуковина, разработанная телефонной компанией. Но в 1951 году Шокли усовершенствовал первоначальную идею с переходным транзистором. Важность этого небольшого предмета постепенно уменьшалась. Транзистор был твердым телом (отсюда и термин «твердотельная технология»), но имел электрические свойства вакуумной лампы. Однако у него не было никаких недостатков: он был дешевым, прочным, потреблял мало энергии, работал мгновенно и, что самое главное, был крошечным.Белл начал лицензировать использование транзисторов (за гонорар) и предлагал курсы по транзисторной технологии, помогая распространять информацию в отрасли.

Первый транзистор, доступный потребителям, был в слуховых аппаратах, за ним вскоре последовали транзисторные радиоприемники. Компьютерная промышленность сразу же начала разрабатывать компьютеры, в которых использовались транзисторы, которые были быстрее, меньше, экономичнее и мощнее.

Связанные функции

Когда был изобретен первый компьютер?

Обновлено: 30.06.2020, Computer Hope

На этот вопрос нет простого ответа из-за множества различных классификаций компьютеров.Первый механический компьютер, созданный Чарльзом Бэббиджем в 1822 году, не похож на то, что большинство людей сочло бы компьютером сегодня. Поэтому на этой странице представлен список первых компьютеров, начиная с Difference Engine и заканчивая компьютерами, которые мы используем сегодня.

Заметка

Ранние изобретения, которые привели к созданию компьютеров, такие как счеты, калькуляторы и планшетные машины, на этой странице не описаны.

Когда впервые было использовано слово «компьютер»?

Слово «компьютер» впервые было использовано в 1613 году в книге Ричарда Брейтуэйта The Yong Mans Gleanings и первоначально описывало человека, выполнявшего вычисления или вычисления.Определение компьютера оставалось неизменным до конца 19 века, когда промышленная революция породила машины, основной целью которых были вычисления.

Первый механический компьютер или концепция двигателя с автоматическими вычислениями

В 1822 году Чарльз Бэббидж задумал и начал разработку разностной машины, которая считается первой автоматической вычислительной машиной. Разностная машина была способна вычислять несколько наборов чисел и делать печатные копии результатов.Бэббидж получил некоторую помощь в разработке разностной машины от Ады Лавлейс, которая считается первым компьютерным программистом, выполнившим свою работу. К сожалению, из-за финансирования Бэббидж так и не смог завершить полноценную функциональную версию этой машины. В июне 1991 года Лондонский музей науки завершил разработку разностной машины № 2 к двухсотлетию со дня рождения Бэббиджа, а затем завершил разработку печатного механизма в 2000 году.

В 1837 году Чарльз Бэббидж предложил первый механический компьютер общего назначения — аналитическую машину .Аналитическая машина содержала ALU (арифметический логический блок), базовое управление потоком данных, перфокарты (вдохновленные ткацким станком Jacquard Loom) и интегрированную память. Это первая концепция компьютера общего назначения. К сожалению, из-за проблем с финансированием этот компьютер также не был построен, пока был жив Чарльз Бэббидж. В 1910 году Генри Бэббидж, младший сын Чарльза Бэббиджа, смог завершить часть этой машины и выполнить b

Кто изобрел транзисторное радио — Промышленные электронные компоненты

Regency, возможно, был первым коммерческим транзисторным радиоприемником, кроме Пола.Regency TR-Transistor Radio History «Затишье перед бурей» описывает настроение электронной промышленности на протяжении многих лет после изобретения транзистора. Транзисторное радио — Audio Engineering Society, 1 августа 1999 г. Гэри Краков смотрит на очень особенное заводное радио Freeplay.

После их разработки в 195 году, стало возможным благодаря изобретению. First Transistor Radio — История первого радио RadioZX. Компания Texas Instruments продемонстрировала полностью транзисторный AM (амплитудная модуляция).Краткая история транзисторного радио — винтажные радиоприемники, декабрь 2011 г.

В то время королем были электронные лампы — изобретение транзистора Bell Labs 19 не было воспринято всерьез крупными радиопроизводителями RCA. Транзисторные радиоприемники тогда и сейчас — Технологии — Технологии и. Прошло шестьдесят лет с тех пор, как появился первый портативный транзисторный радиоприемник. Использование перфорированного алюминия для.

См. Телевизионный документальный фильм Айры Флэтоу, который транслируется на местном канале PBS. Первые коммерчески доступные транзисторные радиоприемники были созданы двумя компаниями, работающими в партнерстве друг с другом Texas Instruments и.Sony Global — Дизайн Sony — История — 1950-е годы Первое японское транзисторное радио.

До совершенства изобретение хранилось в секрете месяцами и). Транзисторное радио — PBS история самого важного изобретения 20 века: транзистора. Из первых работающих транзисторных радиоприемников в Texas Instruments 19 мая (см. «Транзисторные радиоприемники» — свободную энциклопедию Транзисторные радиоприемники — это небольшой портативный радиоприемник, в котором используются транзисторные схемы.

Транзисторный радиоприемник Freeplay Lifeline — тоже удивительное изобретение, но.На 5g радиостанция включает в себя пять транзисторов и питается от четырех батареек AA. После многих испытаний и невзгод Sony выпустила первый в Японии транзисторный радиоприемник.

Краткая история транзисторного радио — Винтажные радиоприемники

Представленный в 195, Regency TR использовал четыре транзистора Texas Instruments и продал. Пока ветры мира с.

Sony Global — КАПСУЛА ВРЕМЕНИ об. Транзистор был изобретен в 1969 г. 40Watonga Blv Houston, TX 7Watonga Blvd 3Houston, TX 770 (Дубовый лес — Garden Oaks).Audrey Slough audration) Twitter Последние твиты от Audrey Slough). Auto Transformadores — Mackenzie Estudo do Autotransformador em vazio. Лучшие рестораны в Денвере — UrbanspoonZomato Лучшие рестораны в Денвере.

Кодировщик чеков Новые б / у машины кодирования чеков Новые и бывшие в употреблении кодировщики чеков для банков, кредитных союзов, рынков и бизнеса, большого и малого. Расположение Chicos в Денвере, Колорадо — Расположение магазинов сети Insider Pages — Расположение Chicos в Денвере, Колорадо. Адаптер компьютерной игровой платформы: аксессуары — m БЕСПЛАТНО.

Запор — AboutKidsHealth Узнайте, что вызывает запор у вашего ребенка и как вы можете помочь его облегчить. Нагнетатель тяги печи Fasco Goodman J FASCO Нагнетатель тяги печи Goodman (J4) 115V Fasco.

Транзисторный радиоприемник — PBS

Найдите трековые светильники ведущих брендов Pro Track, W.A.C. Основы защиты энергосистемы Пайтханкар. Компания Harris Seeds предлагает материалы для размножения растений, такие как лотки для семян, торфяные гранулы и многое другое.

Расположение на

часа — Деловой офис района публичной библиотеки Хейнера, 4State Street (посмотреть карту).Insignia NS-HZ 5-миллиметровый стереофонический аудиокабель mini-to-RCA, который включает 6.

Интернет-провайдеров, провайдеров кабельного телевидения в моем регионе Интернет-провайдер Verizon и телевизионных услуг в моем регионе? Kelly Controls, LLC: Контроллер двигателя EV Parts Контроллер KLS — это бесщеточный контроллер двигателя с синусоидальной волной. Давайте посмотрим, как сделать все остальные логические вентили, используя вентиль NOR. Изготовление печатных плат — Mike’s Electric Stuff Item.

Миллер Стипендиат AEI — Американский институт предпринимательства Томас Миллер — постоянный научный сотрудник Американского института предпринимательства (AEI, где он изучает политику в области здравоохранения, включая медицинское страхование и рыночную политику).Пожалуйста, нажмите на меню ниже, чтобы увидеть фантастические предложения, которые мы можем предложить. Магниты из редкоземельных элементов — это самый мощный из существующих в настоящее время постоянных магнитов. Аренда :, Адрес: 1Fenley Avenue, Louisville KY, 40207. Это список основных характеристик атомов: Атомов быть не может. Учебное пособие по импедансу трансформатора — Eaton ISC IFLZ, где Z — сопротивление трансформатора.

Трубка 4-125A или Röhre 4-125A ID2134 Передающий тетрод, воздушное охлаждение ПЕРЕДАТЧИК — Основание в общем и показано. Таблица данных по идентификации контактов UJT — Архив технических данных Таблица данных по идентификации контактов UJT, перекрестные ссылки, схемы и заметки по применению в формате PDF.Воспользуйтесь нашим газовым калькулятором, чтобы найти лучшую цену. Свадебные сайты отчеканены Наши шаблоны свадебных сайтов подходят для различных свадебных приглашений и сохраняют дизайн даты.

Какой припой использовать — Любопытный изобретатель В качестве отправной точки для пайки большинства малогабаритных электронных устройств используется канифольный стержень размером 1 дюйм (0,03). Почему полиция горит красным или синим?

Объявление об изобретении транзисторов в первой газете, Kirt’s Cogitation # 290

Примечание: газетные клипсы на этом страницы были получены с помощью моей платной подписки на Газеты.com, который я часто использую при написании статьи для RF Cafe и других заведений.

Хммм …. посмотрим, что сделал фронт страница издания Murray Hill, Нью-Джерси, The Madison Eagle от 1 июля 1948 г. газета: «Человека нашли мертвым, застрявшего в канализации на краю парка», «Юрист оштрафован на 50 долларов. Zone Charge », и Сандра Дин Стивенсон родилась двумя неделями ранее. включены были «Изобретение заменяет вакуумную трубку» и «Местный житель изобретает новое устройство. в электронике для Bell Lab; Может революционизировать радио.«Стр. 10», Лаборатория Белла. Публикует данные о недавно изобретенном транзисторе. «

Широко известно, что Drs. Браттейн, Шокли, и Бардин ранее объявили 23 декабря 1947 года в стенах Bell Labs в Мюррей-Хиллз, их изобретение первого в мире полупроводника транзистор с коэффициентом усиления больше единицы. Согласно поиску, который я сделал, используя свою подписку на Newspapers.com, самый ранний газетной статьи об этом было 1 июля 1948 года.Википедия сообщает, что Bell Labs хранила эти новости до конца июня 1948 года.

Вы, наверное, узнаете ставшее культовым фото трех изобретателей, собравшихся вокруг их транзистор в лаборатории. Это самое первое публичное появление изображения. Ниже напечатано:

.

«С этим аппаратом в лабораториях Bell Telephone — одни из первых исследований привели к открытию транзистора. Сидит доктор Уильям Шокли, который инициировал и руководил программой исследования транзисторов лабораторий.Стоя доктор Джон Бардин (слева) и доктор Уолтер Х. Браттейн, ключевые ученые, изобретение реальности.

Транзистор, последний вклад Bell Telephone Laboratories в электронику и электрическая связь. Открыт совершенно новый физический принцип Лабораториями, устройство будет служить усилителем или генератором — выполнить почти все функции обычной вакуумной лампы, но без вакуума, без стеклянная оболочка, без сетки, без пластины, без катода и, следовательно, без задержки на прогрев.В Было показано, что транзистор дает усиление до 100 к 1. Некоторые тесты модели работали как усилители на частотах до десяти миллионов циклов в секунду »

Опубликовано: 18 августа, 2017


<Предыдущая Далее>

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *