Транзистор кто придумал


История транзисторов

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

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

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

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

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

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

Рис. 1. Первый транзистор

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

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

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

Рис. 3. Транзистор и электронная лампа

Первые шаги к полупроводникам

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

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

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

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

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

Большой вклад в изучение полупроводников внес советский ученый сотрудник знаменитой Нижегородской радиолаборатории О.В. Лосев. Он вошел в историю в первую очередь как изобретатель кристадина (генератор колебаний и усилитель на основе диода) и светодиода. Подробнее об этом смотрите здесь: История светодиодов. Свечение Лосева.

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

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

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

Рис. 4. Эволюция транзисторов

Микропроцессоры и полупроводники. Закат «кремниевого века»

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

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

Рис. 5. История транзисторов

Графен – полупроводник будущего

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

Рис. 6. Графен

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

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

Борис Аладышкин 

electrik.info

История изобретения транзистора

Want create site? Find Free WordPress Themes and plugins.

Мы все знаем, что «транзистор» является неотъемлемой частью любой электронной цепи или устройства. Очень редко можно увидеть схемы, построенные по крайней мере без одного транзистора. Это полупроводниковый прибор используется для целей переключения или для целей усиления в электронных устройствах. Они бывают в отдельном корпусе или в сочетании с интегральными микросхемами. Транзисторы бывают двух типов PNP и NPN. Наиболее часто используются транзисторы NPN.

В этой статье позволяет искать глубоко в интересную историю изобретения транзистора. Также имеется статья по Истории изобретения соединения PN.

Родители транзисторов

22 октября 1925 Австрийск-Венгерский физик, Юлиуса Эдгара Лилиенфельда записал первый патент для транзисторов в Канаде. Но, как он не сделал каких-либо научных публикаций относительно изобретения транзистора, отрасли игнорировать его работу. Тем не менее он имел большую роль в изобретении полевой транзистор. После работ Джулиус, в 1934, немецкий физик, Оскар Хайль отмечен другой патент на полевой транзистор. Хотя не выводы были сделаны в то время, позже исследования показывают, что Юлий Лилиенфельд транзистор дал отличный результат и получить. Джон Бардин, Уильям Брэдфорд Шокли и Уолтер Браттейн сделал параллельных исследований с Германий.

Какова была необходимость?

Вы можете догадаться, что сделали эти люди работают так религиозно на транзисторы? Есть роль, которую играет кристаллах германий позади экрана! Конечная цель исследований было производить чистый Германий кристалл диода смеситель, который был использован в РЛС. Эти радары служил цели смеситель частоты.

Достижение с Германий

Университет Пердью доказал успех в производстве чистого и Германий стандарт качества полупроводниковых кристаллов. Как трубка на основе технологии не достаточно быстро, они пытались с полупроводниковые диоды. Узнать больше о этот диод, они пытались, оформляя триод; Однако они нашли этот процесс будет очень утомительным.

Достижений с триода

Джон Бардин развитые поверхности физика, которая является результатом исследований и странное поведение предыдущего исследования. Бардин и Браттейн удалось сделать работы устройства и затем Шокли попытался разработать устройство полупроводникового триода на основе.

Что является базой для изобретения?

Принцип изобретения транзистора лежит на понимание подвижность электронов. Если поток электронов от эмиттера к коллектору может контролироваться одним так или иначе, усилитель может быть построен диода! Это казалось очень сложно, но Браттейн сделал шаг. Когда команда работает на создание такого устройства, было много недостатков в исследованиях. Во времена работала система, и иногда он неожиданно перестал работать.

И какие могут быть решения?

Если есть проблема, должно быть решение. Когда не работает настройка был помещен на воде, к счастью, он начал работать! Из-за чистой обвинения будет двигаться электроны в любой одной части кристаллов. Как противоположными зарядами, более вероятно, чтобы привлечь, электроны в излучателей и отверстия в коллекторы, как правило, двигаться в направлении поверхности кристалла. Противоположный заряд был получен из воздуха или воды. Эти чистые расходы могут быть легко оттеснили от применения очень мало количество заряда от часть кристалла. Максимальная инъекции электронов, что было необходимо промыть обвинения тогда был заменен с минимальным запасом электронов. Таким образом понимание исследователи проложили путь для решения проблемы. Нет никакой необходимости двух отдельных или отдельных полупроводники; Вместо этого немного больше одной поверхности может использоваться в качестве замены.

Новая система

В новом изобретении эмиттер и коллектор были расположены в верхней части которой были близко друг к другу и свинца управления был сделан на базе кристалл. На применении текущего, электронов или дырок от эмиттеров и коллекторов были очищены, по всему полу дирижер и они были собраны в дальнем конце поверхности кристалла.

Первый когда-либо транзистор

Хотя есть множество эволюций транзистора, первый транзистор был сделан после многих неудач. BELL laboratories телефон пытался на этот процесс и сталкиваются с нет успех. Изобретение транзистора точки контакт-это еще одна интересная история. Было установлено, что, когда контакты были более тесно, системы или Настройка стала еще более хрупким. Золото катушки был вставлен в конце пластиковый клин. Затем он был сокращен с помощью бритвы на кончике. В результате два близко расположенных червонцев. Было установлено, что тока начали поступать когда напряжения был применен на другой стороне кристалла, после того, как пластик был толкаемых вниз поверхность этого кристалла. Таким образом был изобретен транзистор контактной точки.

Это было 16 декабря 1947 года, было сделано двойной точкой контакта транзистор, создавая контакт с поверхностью Германий. Этот Германий был ранее анодированного до 90 вольт и несколько золотых пятен были испарялась. При нажатии золотые пятна на голой поверхности, на золото был установлен связаться поверхности идеально. Вопросы были разделены на расстоянии около 4 X 10-3 см. Среди две точки одна была использована как сетки и другой был использован как плита. Браттейн и Мур показал набор до несколько их коллег и изобретение транзистора было объявлено на 23РД декабря 1947 года.

Уильям Брэдфорд Шокли, Джон Бардин и Уолтер Хаузер Браттейн были награждены Нобелевской премией в 1956 году для этого преобразования жизни исследования на полупроводниках и их открытия (вместо изобретения) транзистора.

Помимо Уильям Брэдфорд Шокли, Джон Бардин и Браттейн, Уолтер Хаузер двенадцать больше людей сказали принимать непосредственное участие в изобретении транзисторов.

Transistron

В 1948 году Герберт Matare и Генрих Уэлкер применяется для патента на прочной основе транзисторов, которые назывались transistrons. Поскольку там не было каких-либо объявление от Белл, было объявлено, что transistrons были разработаны независимо друг от друга. Эти transistrons были коммерчески изготовлено и был использован в французской телефонной компании.

Did you find apk for android? You can find new Free Android Games and apps.

radioschema.ru

Как был изобретен транзистор

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

Новое изобретение

О первой демонстрации транзистора газета «New York Times» сообщила 1 июля 1948 года на предпоследней странице: «Вчера Bell Telephone Laboratories впервые продемонстрировала изобретенный ею прибор под названием «транзистор», его в некоторых случаях можно использовать в области радиотехники вместо электронных ламп. Было также показано его использование в телефонной системе и телевизионном устройстве. В каждом из этих случаев транзистор работал в качестве усилителя, хотя фирма заявляет, что он может применяться и как генератор, способный создавать и передавать радиоволны».

Транзисторный магнитофон Комета МГ-209

Новость, по мнению редактора, не походила на сенсацию. Публика не проявила поначалу интереса к новому прибору, и Bell пыталась продвинуть новинку, раздавая лицензии на использование транзистора всем желающим. А инвесторы между тем делали миллионные вложения в радиолампы, которые после тридцати лет развития переживали бум, – конец ему положит именно новое изобретение.

Потесненная лампа

До середины ХХ века казалось, что электронная лампа навсегда заняла место в радиоэлектронике. Она работала везде: в радиоприемниках и телевизорах, магнитофонах и радарах. Радиоэлектронная лампа сильно потеснила кристаллический детектор Брауна, оставив ему место только в детекторных приемниках. Удалось ей также составить конкуренцию и кристадину Лосева, – это был прообраз будущих полупроводниковых транзисторов.

Копия первого в мире работающего транзистора

Но у лампы был большой недостаток – ограниченный срок службы. Необходимость создания нового элемента с неограниченным временем действия становилась в радиоэлектронике все острее. Но, как не парадоксально, разработка полупроводниковых приборов тормозилась, кроме объективных причин, еще и субъективными – инерцией мышления самих ученых. Достаточно сказать, что лабораторию американской компании «Bell telefon», где проводились исследования со сверхчистым германием, коллеги пренебрежительно называли «хижиной ненужных материалов».

Давние конкуренты

Эксперты, впервые увидев пластинку германия с присоединенными к ней проводниками, заявили: «Такой примитив никогда не сможет заменить лампу». И все же, не обращая внимания на все преграды, 30 июня 1948 года компания «Bell telefon» впервые публично продемонстрировала твердотельный усилитель – точечный транзистор. Его годом раньше разработали сотрудники Джон Бардин и Уолтер Браттейн под руководством Уильяма Шокли.

Транзисторный радиоприемник 1959 года

На вопрос журналиста: «Как вы этого достигли?», Уильям Шокли ответил: «Транзистор создан в результате соединения человеческих усилий, потребностей и обстоятельств».

Название «транзистор» происходит от английского слова TRANsferreSISTance, а окончание слова – «OR« соответствует раннее появившимся радиоэлементам – «термистор и варистор» и дал его Джон Пирс. В основе названия заложен тот факт, что прибором можно управлять путем изменения его сопротивления.

Бардин Шокли и Браттейн в лаборатории Bell, 1948 год

В 1956 году трем американским ученым за это открытие была присуждена Нобелевская премия в области физики. Интересно, что когда Джон Бардин опоздал на пресс-конференцию по поводу присуждения ему этой премии, то войдя в зал, в свое оправдание сказал: «Прошу извинить меня, но я не виноват, так как не мог попасть в гараж: отказал транзистор в электронном замке».

Транзисторы в музыке

Уильям Шокли не остановился на достигнутом и разработал еще несколько новых типов транзисторов. К этим трудам своего сотрудника эксперты компании проявили скепсис. Более дальновидными оказались специалисты японской фирмы «SONY», она приобрела лицензию на эти транзисторы.

Полностью вытеснить радиолампу транзистору пока еще не удалось. Можно, наверное, утверждать, что полупроводниковые приборы и электронные лампы будут сосуществовать еще долго, не заменяя друг друга, а дополняя, и занимать то место в радиоэлектронике, где они дают наибольший эффект.

Современный макет транзистора Бардина и Браттейна

Не составляет исключение и музыкальная индустрия, так как звучание транзисторов и ламп серьезно отличается друг от друга. Очевидно то, что и варианты применения техники, построенной на столь несхожих компонентах, должны отличаться. Видимо, в каких-то случаях предпочтительней лампа, а в каких-то – транзистор.

При современном развитии электроники существует возможность сделать звук транзисторного прибора теплым, а лампового – достоверным. Такая техника существует, но стоит очень дорого.

Все же есть надежда, что в будущем лампа и транзистор станут жить дружно, дополняя друг друга и радуя потребителей. Отзывы же о комбинированной аппаратуре на сегодня очень обнадеживающие.

vmiremusiki.ru

Изобретение транзистора - это... Что такое Изобретение транзистора?

Основная статья: Транзистор

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

dic.academic.ru


Смотрите также

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

*

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>