Рубрики
Интересные факты

История транзисторов

Одним из значимых изобретений XX века по праву считается изобретение транзистора, пришедшего на смену электрическим лампам. Длительное время лампы были единственным активным компонентом

История транзисторовОдним из значимых изобретений XX века по праву считается изобретение транзистора, пришедшего на смену электрическим лампам.

Длительное время лампы были единственным активным компонентом всех радиоэлектронных устройств, хотя и имели огромное количество недочетов. Сначала, это большая потребляемая мощность, огромные габариты, малый срок службы и малая механическая крепкость. Эти недочеты все острее ощущались по мере усовершенствования и усложнения электрической аппаратуры.

Революционный переворот в радиотехнике произошел, когда на замену устаревшим лампам пришли полупроводниковые усилительные приборы — транзисторы, лишенные всех упомянутых недочетов.

1-ый работоспособный транзистор появился на свет в 1947 году, благодаря стараниям служащих американской компании Bell Telephone Laboratories. Их имена сейчас 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 величавые изобретения, транзистор был увиден не сходу. Только в одной из американских газет было упомянуто, что компания Bell Telephone Laboratories показала сделанный ею прибор под заглавием транзистор. Там же было сказано, что его можно использовать в неких областях электротехники заместо электрических ламп.

Показанный транзистор имел форму малеханького железного цилиндрика длиной 13 мм и демонстрировался в приемнике, не имевшем электрических ламп. Ко всему иному, компания убеждала, что прибор может употребляться не только лишь для усиления, да и для генерации либо преобразования электронного сигнала.

История транзисторов

Рис. 1. 1-ый транзистор

История транзисторов

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

Но способности транзистора, как, вобщем, и многих других величавых открытий, были поняты и оценены не сходу. Чтоб вызвать энтузиазм к новенькому прибору, компания Bell усиленно рекламировала его на семинарах и в статьях, и предоставляла всем желающим лицензии на его создание.

Производители электрических ламп не лицезрели в транзисторе сурового соперника, ведь нельзя было так сходу, одним ударом, скинуть со счетов тридцатилетнюю историю производства ламп нескольких сотен конструкций, и многомиллионные валютные вложения в их развитие и создание. Потому транзистор вошел в электронику не так стремительно, так как эра электрических ламп еще длилась.

История транзисторов

Рис. 3. Транзистор и электрическая лампа

1-ые шаги к полупроводникам

С давнешних времен в электротехнике использовались в главном два вида материалов — проводники и диэлектрики (изоляторы). Способностью проводить ток владеют металлы, смеси солей, некие газы. Эта способность обоснована наличием в проводниках свободных носителей заряда — электронов. В проводниках электроны довольно просто отрываются от атома, но для передачи электронной энергии более применимы те металлы, которые владеют низким сопротивлением (медь, алюминий, серебро, золото).

К изоляторам относятся вещества с высочайшим сопротивлением, у их электроны очень прочно связаны с атомом. Это фарфор, стекло, резина, керамика, пластик. Потому свободных зарядов в этих субстанциях нет, а означает нет и электронного тока.

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

Но, в процессе исследования электронных явлений в разных материалах неким исследователям удавалось «нащупать» полупроводниковые эффекты. К примеру, 1-ый кристаллический сенсор (диодик) сделал в 1874 году германский физик Карл Фердинанд Браун на базе контакта свинца и пирита. (Пирит — металлический колчедан, при ударе о кресало высекается искра, отчего и получил заглавие от греческого «пир» — огнь). Позже этот сенсор с фуррором поменял когерер в первых приемниках, что существенно повысило их чувствительность.

В 1907 году Беддекер, исследуя проводимость йодистой меди нашел, что ее проводимость растет 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 исследование полупроводников началось только в 1920 — 1930 годы.

Большой вклад в исследование полупроводников занес русский ученый сотрудник известной Нижегородской радиолаборатории О.В. Лосев. Он вошел в историю сначала как изобретатель кристадина (генератор колебаний и усилитель на базе диодика) и светодиода. Подробнее об этом смотрите тут: История светодиодов. Свечение Лосева.

На заре производства транзисторов главным полупроводником являлся германий (Ge). В плане энергозатрат он очень экономичен, напряжение отпирания его pn — перехода составляет всего 0,1…0,3В, но вот многие характеристики нестабильны, потому на смену ему пришел кремний (Si).

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

Не считая того, припасы кремния (обыденный песок на пляже) в природе беспредельны, а разработка его чистки и обработки проще и дешевле, ежели редчайшего в природе элемента германия. 1-ый кремниевый транзистор появился скоро после первого германиевого — в 1954 году. Это событие даже повлекло за собой новое заглавие «кремниевый век», не нужно путать с каменным!

История транзисторов

Рис. 4. Эволюция транзисторов

Процессоры и полупроводники. Закат «кремниевого века»

Вы никогда не думали над тем, почему в ближайшее время фактически все компы стали многоядерными? Определения двухъядерный либо четырехъядерный у всех на слуху. Дело в том, что повышение производительности процессоров способом увеличения тактовой частоты, и роста количества транзисторов в одном корпусе, для кремниевых структур фактически приблизилось к лимиту.

Повышение количества полупроводников в одном корпусе получается из-за уменьшения их физических размеров. В 2011 году компания INTEL уже разработала 32 нм техпроцесс, при котором длина канала транзистора всего 20 нм. Но, такое уменьшение не приносит осязаемого прироста тактовой частоты, как это было прямо до 90 нм технологий. Совсем разумеется, что пора перебегать на что-то принципно новое.

История транзисторов

Рис. 5. История транзисторов

Графен — полупроводник грядущего

В 2004 году учеными-физиками был открыт новый полупроводниковый материал графен. Этот основной претендент на смену кремнию также является материалом углеродной группы. На его базе создается транзистор, работающий в 3-х различных режимах.

История транзисторов

Рис. 6. Графен

История транзисторов

Рис. 7. Изображение полевого графенового транзистора, приобретенное при помощи сканирующего электрического микроскопа

По сопоставлению с существующими технологиями это позволит ровно втрое уменьшить количество транзисторов в одном корпусе. Не считая того, по воззрению ученых рабочие частоты нового полупроводникового материала способны достигать до 1000 ГГц. Характеристики, естественно, очень заманчивые, но пока новый полупроводник находится на стадии разработки и исследования, а кремний до сего времени остается рабочей лошадкой. Его век еще не завершился.

Борис Аладышкин

P.S. Больше выяснить про устройство, принцип деяния транзисторов, узреть примеры их использования вы сможете тут: В мир электричества — как в 1-ый раз!-2.

История транзисторов

В мир электричества — как впервой!-2. А что снутри диска?