Ո՞վ է ստեղծել առաջին տրանզիստորը: Այս հարցը շատերին է հուզում։ Դաշտային էֆեկտի տրանզիստորի սկզբունքի առաջին արտոնագիրը ներկայացվել է Կանադայում ավստրո-հունգարացի ֆիզիկոս Յուլիուս Էդգար Լիլիենֆելդի կողմից 1925 թվականի հոկտեմբերի 22-ին, սակայն Լիլիենֆելդը չի հրապարակել որևէ գիտական աշխատանք իր սարքերի վրա, և նրա աշխատանքը անտեսվել է արդյունաբերության կողմից: Այսպիսով, աշխարհի առաջին տրանզիստորը խորտակվեց պատմության մեջ: 1934 թվականին գերմանացի ֆիզիկոս դոկտոր Օսկար Հեյլը արտոնագրեց ևս մեկ FET: Չկան ուղղակի ապացույցներ, որ այդ սարքերը կառուցվել են, սակայն ավելի ուշ 1990-ականներին կատարված աշխատանքները ցույց են տվել, որ Լիլիենֆելդի նախագծերից մեկն աշխատել է այնպես, ինչպես նկարագրված է և տվել է էական արդյունք: Այժմ հայտնի և ընդհանուր առմամբ ընդունված փաստ է, որ Ուիլյամ Շոկլին և նրա օգնական Ջերալդ Փիրսոնը ստեղծել են ապարատի աշխատանքային տարբերակները Լիլիենֆելդի արտոնագրերից, որոնք, իհարկե, երբեք չեն հիշատակվել նրանց հետագա գիտական հոդվածներում կամ պատմական հոդվածներում: Առաջին տրանզիստորացված համակարգիչները, իհարկե, ստեղծվել են շատ ավելի ուշ:
Bella Lab
Bell Labs-ն աշխատել է տրանզիստորի վրա, որը կառուցվել է չափազանց մաքուր գերմանիումի «բյուրեղյա» խառնիչ դիոդներ արտադրելու համար, որոնք օգտագործվում են ռադարային կայանքներում՝ որպես հաճախականության խառնիչի մաս: Այս նախագծին զուգահեռ կային շատ ուրիշներ, ներառյալ գերմանիումի դիոդային տրանզիստորը: Վաղ խողովակների վրա հիմնված սխեմաները չունեին արագ միացման հնարավորություն, և Bell թիմը դրա փոխարեն օգտագործեց պինդ վիճակի դիոդներ: Առաջին տրանզիստորային համակարգիչները աշխատել են նմանատիպ սկզբունքով։
Շոկլիի հետագա ուսումնասիրություն
Պատերազմից հետո Շոկլին որոշեց փորձել կառուցել տրիոդանման կիսահաղորդչային սարք։ Նա ապահովեց ֆինանսավորումը և լաբորատոր տարածքը, այնուհետև աշխատեց խնդրի վրա Բարդենի և Բրատենի հետ: Ջոն Բարդինը, ի վերջո, մշակեց քվանտային մեխանիկայի նոր ճյուղ, որը հայտնի է որպես մակերեսային ֆիզիկա՝ բացատրելու իր վաղ ձախողումները, և այս գիտնականներին ի վերջո հաջողվեց ստեղծել աշխատանքային սարք:
Տրանզիստորի զարգացման բանալին կիսահաղորդիչում էլեկտրոնների շարժունակության գործընթացի հետագա ըմբռնումն էր: Ապացուցված է, որ եթե այս նոր հայտնաբերված դիոդի (հայտնագործվել է 1874թ., արտոնագրվել է 1906թ.) էլեկտրոնների հոսքը էմիտորից դեպի կոլեկցիոներ վերահսկելու ինչ-որ միջոց կա, ապա կարելի է ուժեղացուցիչ կառուցել: Օրինակ, եթե կոնտակտները տեղադրեք մեկ տեսակի բյուրեղի երկու կողմերում, դրա միջով հոսանք չի անցնի:
Իրականում շատ դժվար ստացվեց։ Չափըբյուրեղը պետք է լինի ավելի միջին, և ենթադրյալ էլեկտրոնների (կամ անցքերի) թիվը, որոնք պետք է «ներարկվեին», շատ մեծ էր, ինչը այն կդարձներ ավելի քիչ օգտակար, քան ուժեղացուցիչը, քանի որ այն կպահանջի մեծ ներարկման հոսանք: Այնուամենայնիվ, բյուրեղային դիոդի ամբողջ գաղափարն այն էր, որ բյուրեղն ինքնին կարող է էլեկտրոններ պահել շատ կարճ հեռավորության վրա, մինչդեռ գրեթե սպառման եզրին է: Ըստ երևույթին, հիմնականը բյուրեղի մակերևույթի վրա մուտքային և ելքային կապանքները միմյանց շատ մոտ պահելն էր։
Bratten's Works
Բրատենը սկսեց աշխատել նման սարքի վրա, և հաջողության ակնարկները շարունակում էին ի հայտ գալ, քանի որ թիմն աշխատում էր խնդրի վրա: Գյուտը դժվար աշխատանք է: Երբեմն համակարգը աշխատում է, բայց հետո մեկ այլ ձախողում է տեղի ունենում: Երբեմն Բրատենի աշխատանքի արդյունքները սկսում էին անսպասելիորեն աշխատել ջրի մեջ, ըստ երևույթին, դրա բարձր հաղորդունակության պատճառով: Բյուրեղի ցանկացած մասի էլեկտրոնները գաղթում են մոտակա լիցքերի պատճառով: Էմիտերների կամ կոլեկտորների «անցքերի» էլեկտրոնները կուտակվել են անմիջապես բյուրեղի վերևում, որտեղ նրանք ստանում են հակառակ լիցքը՝ «լողալով» օդում (կամ ջրում): Այնուամենայնիվ, դրանք կարող են դուրս մղվել մակերեսից՝ բյուրեղի ցանկացած այլ տեղից փոքր քանակությամբ լիցք կիրառելով: Ներարկվող էլեկտրոնների մեծ քանակություն պահանջելու փոխարեն, չիպի վրա ճիշտ տեղում գտնվող շատ փոքր թիվը նույնը կանի:
Հետազոտողների նոր փորձը որոշ չափով օգնել է լուծելփոքր հսկողության տարածքի նախկինում հանդիպած խնդիրը. Ընդհանուր, բայց փոքր տարածքով միացված երկու առանձին կիսահաղորդիչներ օգտագործելու փոխարեն, կօգտագործվի մեկ մեծ մակերես: Էմիտերի և կոլեկցիոների ելքերը կլինեն վերևում, իսկ հսկիչ մետաղալարը կտեղադրվի բյուրեղի հիմքում: Երբ հոսանք էր կիրառվում «բազային» տերմինալի վրա, էլեկտրոնները մղվում էին կիսահաղորդչային բլոկի միջով և հավաքվում հեռավոր մակերեսի վրա: Քանի դեռ արտանետիչը և կոլեկտորը շատ մոտ են եղել, սա պետք է բավականաչափ էլեկտրոններ կամ անցքեր ապահովի նրանց միջև, որպեսզի սկսեն անցկացնել:
Bray Միացում
Այս երևույթի վաղ ականատեսը Ռալֆ Բրեյն էր՝ երիտասարդ ասպիրանտ: Նա միացավ գերմանիումի տրանզիստորի մշակմանը Փրդյուի համալսարանում 1943 թվականի նոյեմբերին և նրան տրվեց դժվարին առաջադրանք՝ չափելու մետաղ-կիսահաղորդիչ կոնտակտի արտահոսքի դիմադրությունը։ Բրեյը հայտնաբերել է բազմաթիվ անոմալիաներ, ինչպիսիք են գերմանիումի որոշ նմուշներում ներքին բարձր դիմադրողականության խոչընդոտները: Ամենահետաքրքիր երևույթը լարման իմպուլսների կիրառման ժամանակ նկատված բացառիկ ցածր դիմադրությունն էր: Առաջին խորհրդային տրանզիստորները ստեղծվել են ամերիկյան այս զարգացումների հիման վրա։
Բեկում
1947 թվականի դեկտեմբերի 16-ին, օգտագործելով երկու կետանոց կոնտակտ, շփվեց գերմանիումի մակերեսի հետ անոդացված մինչև իննսուն վոլտ, էլեկտրոլիտը լվացվեց H2O-ի մեջ, այնուհետև վրան մի քիչ ոսկի ընկավ։ Ոսկու կոնտակտները սեղմվում էին մերկ մակերեսների վրա: Բաժանում միջեւԿետերը մոտավորապես 4 × 10-3 սմ էին: Մեկ կետն օգտագործվում էր որպես ցանց, իսկ մյուս կետը որպես ափսե: Ցանցում շեղումը (DC) պետք է դրական լիներ, որպեսզի ափսեի շեղումով լարման հզորություն ստացվի մոտ տասնհինգ վոլտ:
Առաջին տրանզիստորի գյուտը
Այս հրաշք մեխանիզմի պատմության հետ կապված բազմաթիվ հարցեր կան։ Դրանցից մի քանիսը ծանոթ են ընթերցողին։ Օրինակ՝ ինչու՞ էին ԽՍՀՄ առաջին տրանզիստորները PNP տիպի: Այս հարցի պատասխանը այս ամբողջ պատմության շարունակության մեջ է։ Բրատենը և Հ. Ռ. Մուրը 1947 թվականի դեկտեմբերի 23-ի կեսօրին Bell Labs-ի մի քանի գործընկերների և մենեջերների ցույց տվեցին իրենց ձեռք բերած արդյունքը, այդ իսկ պատճառով այս օրը հաճախ կոչվում է տրանզիստորի ծննդյան ամսաթիվ: PNP կոնտակտային գերմանիումի տրանզիստորն աշխատում էր որպես խոսքի ուժեղացուցիչ՝ 18 հզորությամբ: Սա է այն հարցի պատասխանը, թե ինչու էին ԽՍՀՄ առաջին տրանզիստորները PNP տիպի, քանի որ դրանք գնվել էին ամերիկացիներից: 1956 թվականին Ջոն Բարդինը, Ուոլթեր Հաուզեր Բրատենը և Ուիլյամ Բրեդֆորդ Շոկլին արժանացան ֆիզիկայի Նոբելյան մրցանակի՝ կիսահաղորդիչների և տրանզիստորի էֆեկտի հայտնաբերման համար իրենց հետազոտությունների համար։:
Տասներկու հոգի են վերագրվում Bell Labs-ում տրանզիստորի հայտնագործման անմիջական մասնակցությանը:
Եվրոպայի առաջին տրանզիստորները
Միևնույն ժամանակ որոշ եվրոպացի գիտնականներ ոգևորվեցին պինդ վիճակի ուժեղացուցիչների գաղափարով: 1948 թվականի օգոստոսին գերմանացի ֆիզիկոսներ Հերբերտ Ֆ. Բուան, Ֆրանսիա, հայտ է ներկայացրել ուժեղացուցիչի արտոնագրի համար, որը հիմնված է «տրանզիստորի» փոքրամասնության վրա: Քանի որ Bell Labs-ը չի հրապարակել տրանզիստորը մինչև 1948 թվականի հունիսը, տրանզիստորը համարվում էր ինքնուրույն մշակված: Մատարեն առաջին անգամ նկատեց երկրորդ համաշխարհային պատերազմի ժամանակ գերմանական ռադիոտեղորոշիչ սարքավորումների համար սիլիցիումային դիոդների արտադրության մեջ թափանցիկության ազդեցությունը: Տրանզիստորները կոմերցիոն կերպով պատրաստվել են ֆրանսիական հեռախոսային ընկերության և զինվորականների համար, իսկ 1953-ին Դյուսելդորֆի ռադիոկայանում ցուցադրվել է չորս տրանզիստորից բաղկացած ամուր պետական ռադիո։
Bell հեռախոսային լաբորատորիաներին անհրաժեշտ էր անուն նոր գյուտի համար. կիսահաղորդչային տրիոդը, փորձված վիճակների տրիոդը, բյուրեղյա տրիոդը, պինդ տրիոդը և իոտատրոնը բոլորն էլ դիտարկված էին, բայց Ջոն Ռ. Փիրսի կողմից ստեղծված «տրանզիստորը» ակնհայտ հաղթողն էր: ներքին քվեարկություն (մասնակի շնորհիվ Bell-ի ինժեներները «պատմական» վերջածանցի մոտիկության շնորհիվ):
Աշխարհի առաջին կոմերցիոն տրանզիստորների արտադրության գիծը եղել է Փենսիլվանիայի Ալլենթաուն քաղաքի Յունիոն բուլվարի վրա գտնվող Western Electric գործարանում: Արտադրությունը սկսվել է 1951 թվականի հոկտեմբերի 1-ին կետային կոնտակտային գերմանիումի տրանզիստորով:
Լրացուցիչ դիմում
Մինչև 1950-ականների սկիզբը այս տրանզիստորն օգտագործվում էր բոլոր տեսակի արտադրության մեջ, սակայն դեռևս կային զգալի խնդիրներ, որոնք խոչընդոտում էին դրա ավելի լայն կիրառմանը, ինչպիսիք են խոնավության նկատմամբ զգայունությունը և գերմանիումի բյուրեղներին կցված լարերի փխրունությունը:
Շոկլիին հաճախ մեղադրում էինգրագողություն՝ պայմանավորված նրանով, որ նրա աշխատանքը շատ մոտ է եղել մեծ, բայց չճանաչված հունգարացի ինժեների աշխատանքին։ Բայց Bell Labs-ի փաստաբանները արագ լուծեցին խնդիրը:
Այնուամենայնիվ, Շոկլին զայրացած էր քննադատների հարձակումներից և որոշեց ցույց տալ, թե ով է տրանզիստորի գյուտի ողջ մեծ էպոսի իրական ուղեղը: Ընդամենը մի քանի ամիս անց նա հայտնագործեց բոլորովին նոր տեսակի տրանզիստոր՝ շատ յուրահատուկ «սենդվիչ կառուցվածքով»։ Այս նոր ձևը շատ ավելի հուսալի էր, քան փխրուն կետ-շփման համակարգը, և հենց այս ձևն էր, որ ի վերջո օգտագործվեց 1960-ականների բոլոր տրանզիստորներում: Շուտով այն վերածվեց երկբևեռ միացման ապարատի, որը դարձավ առաջին երկբևեռ տրանզիստորի հիմքը:
Ստատիկ ինդուկցիոն սարքը՝ բարձր հաճախականության տրանզիստորի առաջին հայեցակարգը, հայտնագործվել է ճապոնացի ինժեներներ Ջուն-իչի Նիշիզավանի և Յ. Վատանաբեի կողմից 1950 թվականին և վերջապես կարողացավ ստեղծել փորձնական նախատիպեր 1975 թվականին։ Դա 1980-ականների ամենաարագ տրանզիստորն էր։
Հետագա զարգացումները ներառում էին ընդլայնված զուգակցված սարքեր, մակերեսային խոչընդոտ տրանզիստոր, դիֆուզիոն, տետրոդ և պենտոդ: Դիֆուզիոն սիլիցիումի «mesa transistor»-ը մշակվել է 1955 թվականին Bell-ում և առևտրով հասանելի է Fairchild Semiconductor-ից 1958 թվականին: Space-ը տրանզիստորի մի տեսակ էր, որը մշակվել է 1950-ականներին՝ որպես բարելավում կետային կոնտակտային տրանզիստորի և ավելի ուշ համաձուլվածքի տրանզիստորի նկատմամբ:
1953 թվականին Ֆիլկոն ստեղծեց աշխարհում առաջին բարձր հաճախականության մակերեսըարգելապատնեշ սարք, որը նաև առաջին տրանզիստորն էր, որը հարմար էր գերարագ համակարգիչների համար։ Աշխարհի առաջին տրանզիստորացված մեքենայի ռադիոն, որն արտադրվել է Philco-ի կողմից 1955 թվականին, իր սխեմաներում օգտագործել է մակերեսային խոչընդոտ տրանզիստորներ:
Խնդիրների լուծում և վերամշակում
Փխրունության խնդիրների լուծմամբ մնաց մաքրության խնդիրը. Պահանջվող մաքրության գերմանիումի արտադրությունը մեծ մարտահրավեր էր և սահմանափակեց տրանզիստորների թիվը, որոնք իրականում կարող էին աշխատել տվյալ նյութի խմբաքանակից: Գերմանիումի ջերմաստիճանի զգայունությունը նույնպես սահմանափակում է դրա օգտակարությունը։
Գիտնականները ենթադրել են, որ սիլիցիումը ավելի հեշտ կլինի արտադրել, բայց քչերն են ուսումնասիրել դրա հնարավորությունը: Մորիս Տանենբաումը Bell Laboratories-ից առաջինն էր, ով 1954թ. հունվարի 26-ին մշակեց աշխատող սիլիկոնային տրանզիստոր: Մի քանի ամիս անց Գորդոն Թիլը, ինքնուրույն աշխատելով Texas Instruments-ում, մշակեց նմանատիպ սարք: Այս երկու սարքերն էլ պատրաստվել են միայնակ սիլիցիումի բյուրեղների դոպինգը վերահսկելու միջոցով, քանի որ դրանք աճեցվել են հալված սիլիցիումից: Ավելի բարձր մեթոդ մշակվել է Մորիս Տանենբաումի և Կալվին Ս. Ֆուլերի կողմից Bell Laboratories-ում 1955 թվականի սկզբին՝ դոնորների և ընդունող կեղտերի գազային դիֆուզիայի միջոցով մեկ բյուրեղյա սիլիցիումի բյուրեղների մեջ:
Դաշտային էֆեկտ տրանզիստորներ
FET-ն առաջին անգամ արտոնագրվել է Ջուլիս Էդգար Լիլիենֆելդի կողմից 1926 թվականին և Օսկար Հեյլի կողմից 1934 թվականին, սակայն ստեղծվել են գործնական կիսահաղորդչային սարքեր (անցումային դաշտի էֆեկտի տրանզիստորներ [JFET]):ավելի ուշ, այն բանից հետո, երբ տրանզիստորի էֆեկտը նկատվեց և բացատրվեց Ուիլյամ Շոկլիի թիմի կողմից Bell Labs-ում 1947 թվականին, անմիջապես այն բանից հետո, երբ քսանամյա արտոնագրային ժամկետը լրացավ:
JFET-ի առաջին տեսակը Ստատիկ ինդուկցիոն տրանզիստորն էր (SIT), որը հայտնագործվել է ճապոնացի ինժեներներ Ջուն-իչի Նիշիզավանի և Յ. Վատանաբեի կողմից 1950 թվականին: SIT-ը կարճ ալիքի երկարությամբ JFET-ի տեսակ է: Մետաղ-օքսիդ-կիսահաղորդչային կիսահաղորդչային դաշտային տրանզիստորը (MOSFET), որը հիմնականում փոխարինեց JFET-ը և խորապես ազդեց էլեկտրոնային էլեկտրոնիկայի զարգացման վրա, հայտնագործվեց Dawn Kahng-ի և Martin Atalla-ի կողմից 1959 թվականին:
FET-ները կարող են լինել մեծամասնական լիցքավորման սարքեր, որոնցում հոսանքն իրականացվում է հիմնականում մեծամասնության կրիչների կողմից, կամ ավելի քիչ լիցքակիր սարքեր, որոնցում հոսանքը հիմնականում առաջնորդվում է փոքրամասնության կրիչի հոսքով: Սարքը բաղկացած է ակտիվ ալիքից, որի միջոցով լիցքակիրները, էլեկտրոնները կամ անցքերը հոսում են աղբյուրից դեպի կոյուղի: Աղբյուրը և արտահոսքի տերմինալները միացված են կիսահաղորդչին օմիկ կոնտակտների միջոցով: Ալիքի հաղորդունակությունը դարպասի և աղբյուրի տերմինալներում կիրառվող ներուժի ֆունկցիա է: Գործողության այս սկզբունքը առաջացրեց առաջին բոլոր ալիքային տրանզիստորները:
Բոլոր FET-ներն ունեն աղբյուրի, արտահոսքի և դարպասի տերմինալներ, որոնք մոտավորապես համապատասխանում են BJT-ի թողարկիչին, կոլեկտորին և հիմքին: FET-ների մեծամասնությունն ունեն չորրորդ տերմինալ, որը կոչվում է մարմին, հիմք, հիմք կամ ենթաշերտ: Այս չորրորդ տերմինալը ծառայում է տրանզիստորի ծառայության մեջ կողմնորոշմանը:Հազվադեպ է սխեմաներում փաթեթի տերմինալների ոչ աննշան օգտագործումը, սակայն դրա առկայությունը կարևոր է ինտեգրալային սխեմայի ֆիզիկական դասավորությունը կարգավորելիս: Դարպասի չափը, L երկարությունը դիագրամում, աղբյուրի և արտահոսքի միջև եղած հեռավորությունն է: Լայնությունը տրանզիստորի ընդլայնումն է գծապատկերի խաչմերուկին ուղղահայաց ուղղությամբ (այսինքն՝ էկրանից ներս/դուրս): Սովորաբար լայնությունը շատ ավելի մեծ է, քան դարպասի երկարությունը: 1 մկմ դարպասի երկարությունը սահմանափակում է վերին հաճախականությունը մոտավորապես 5 ԳՀց՝ 0,2-ից մինչև 30 ԳՀց։
