Sa kontribusyon ng mga siyentipiko ng Sobyet at Ruso sa pagbuo ng mga semiconductor transistors

Pagbubukas ng taglagas na Intel Developer Forum (IDF) sa San Francisco (www.pcweek.ru/themes/detail.php?ID=102444), sinabi ni Patrick Gelsinger, Senior Vice President at General Manager ng Digital Enterprise Group ng korporasyon, na Ang 2007- ay naging jubilee hindi lamang para sa Intel (na nagdiwang ng ikasampung anibersaryo ng IDF), kundi para din sa buong industriya ng semiconductor: bilang kinikilala ng internasyonal na komunidad, 60 taon na ang nakalilipas ang mga Amerikanong sina W. Shockley, W. Brattain at J. Inimbento ni Bardeen ang unang transistor. Samantala, marami ang maipagmamalaki ng mga siyentipiko at inhinyero ng Russia sa lugar na ito.

Kailan at saan eksaktong nagsimula ang "path sa transistor" ay hindi madaling sabihin. Ang tiyak na paglikha nito ay nauna sa isang mahaba at napakayamang panahon ng pananaliksik sa larangan ng electronics, siyentipikong mga eksperimento at mga pagpapaunlad sa maraming bansa. Siyempre, ang USSR ay walang pagbubukod. Ang simula ng mga domestic development sa direksyon na ito ay maaaring isaalang-alang ang mga gawa ng physicist na si A. G. Stoletov sa larangan ng photoelectric effect at A. S. Popov sa paglikha ng mga radio transmitting device sa pagtatapos ng ika-19 na siglo. Ang pag-unlad ng electronics sa panahon ng Sobyet ay pinasigla ng mabilis na pag-unlad ng radio engineering noong twenties, isang mahalagang papel kung saan nilalaro ng pagbuo ng mabibigat na tungkulin (para sa panahong iyon) na mga tubo ng radyo, mga pag-trigger ng tubo at iba pang mga elemento na ginawa ng M. A. Bonch-Bruevich. Isa sa mga salik na nagpasiya sa mabilis na pag-unlad ng lugar na ito ay ang pangkalahatang pagtaas ng agham at edukasyon sa bansa.

Alam ng mga mananalaysay ng agham na ang antas ng pagsasaliksik at pag-unlad ng Sobyet sa buong hanay ng electronics ay madalas na lumampas sa antas ng mundo at hindi kailanman nahulog sa ibaba nito. Ito ay dahil sa likas na "paputok" ng siyentipikong pag-unlad sa USSR at ang katotohanan na ang pag-unlad ng agham sa maraming mga bansa sa Kanluran ay lubhang negatibong naapektuhan ng panahon ng post-war (1914-1918) na depresyon, at nang maglaon ng matinding krisis pang-ekonomiya noong 1929-1934.

Ang isa sa mga unang problema na interesado sa mga eksperimento ay ang one-way na pagpapadaloy sa punto ng pakikipag-ugnay sa pagitan ng isang metal spring at semiconductor crystals: ito ay kinakailangan upang maunawaan ang mga sanhi ng hindi pangkaraniwang bagay na ito.

Ang physicist ng radyo ng Sobyet na si O. V. Losev, na nag-eksperimento noong 1922 na may mababang kasalukuyang kagamitan (na nagpapatakbo sa mga boltahe hanggang 4 V), ay natuklasan ang kababalaghan ng paglitaw ng mga electromagnetic oscillations at ang epekto ng kanilang amplification sa isang semiconductor crystal detector. Natuklasan niya ang isang bumabagsak na seksyon ng kasalukuyang-boltahe na katangian ng isang kristal at siya ang unang bumuo ng isang detektor ng pagbuo, iyon ay, isang receiver ng detector na may kakayahang palakasin ang mga electromagnetic oscillations. Ibinatay ni Losev ang kanyang aparato sa isang pares ng contact ng isang metal na tip at isang kristal ng zincite (zinc oxide), kung saan inilapat ang isang maliit na boltahe. Ang aparato ni Losev ay pumasok sa kasaysayan ng semiconductor electronics bilang "kristadin". Kapansin-pansin na ang pagpapatuloy ng pananaliksik sa direksyon na ito ay humantong sa paglikha noong 1958 ng mga tunnel diode, na natagpuan ang aplikasyon sa teknolohiya ng computer noong 1960s. Si Losev ang unang nakatuklas ng isang bagong kababalaghan - ang ningning ng mga kristal na carborundum kapag ang isang kasalukuyang dumadaan sa isang puntong kontak. Ipinaliwanag ng siyentipiko ang hindi pangkaraniwang bagay na ito sa pamamagitan ng pagkakaroon sa pagtuklas ng contact ng ilang "aktibong layer" (na kalaunan ay tinawag na p-n junction, mula sa p - positibo, n - negatibo).

Noong 1926, ang physicist ng Sobyet na si Ya. I. Frenkel ay naglagay ng hypothesis tungkol sa mga depekto sa kristal na istraktura ng mga semiconductor, na tinatawag na "mga walang laman na lugar", o, mas karaniwang, "mga butas", na maaaring gumalaw sa paligid ng kristal. Noong 1930s, nagsimula ang Academician A.F. Ioffe ng mga eksperimento sa mga semiconductors sa Leningrad Institute of Engineering Physics.

Noong 1938, iminungkahi ng akademikong Ukrainian na si B. I. Davydov at ng kanyang mga katuwang ang isang diffusion theory ng alternating current rectification sa pamamagitan ng mga crystal detector, ayon sa kung saan ito ay nagaganap sa hangganan sa pagitan ng dalawang layer ng conductor na mayroong p- at n- kondaktibiti. Dagdag pa, ang teoryang ito ay nakumpirma at binuo sa mga pag-aaral ng V. E. Lashkarev, na isinagawa sa Kyiv noong 1939-1941. Nalaman niya na sa magkabilang panig ng "barrier layer" na matatagpuan parallel sa copper-copper oxide interface, may mga kasalukuyang carrier ng magkasalungat na mga palatandaan (ang p-n junction phenomenon), at na ang pagpapakilala ng mga impurities sa semiconductors ay tumataas nang husto ang kanilang kakayahang magsagawa. agos ng kuryente. Natuklasan din ni Lashkarev ang mekanismo ng iniksyon (paglipat ng mga kasalukuyang carrier) - isang kababalaghan na bumubuo sa batayan ng pagkilos ng mga semiconductor diodes at transistors.

Ang kanyang trabaho ay naantala ng pagsiklab ng digmaan, ngunit pagkatapos nito, bumalik si Lashkarev sa Kyiv at noong 1946 ay ipinagpatuloy ang pagsasaliksik. Sa lalong madaling panahon natuklasan niya ang bipolar diffusion ng nonequilibrium current carriers sa semiconductors, at noong unang bahagi ng 1950s ginawa niya ang unang point transistors sa laboratoryo. Ang katotohanan na ang mga resulta ng kanilang pagsubok na operasyon ay nakapagpapatibay ay kinumpirma ng sumusunod na kakaibang yugto.

Ang pioneer ng teknolohiya ng kompyuter ng Sobyet, ang akademikong S. A. Lebedev, na lumikha ng unang computer ng Sobyet na MESM sa Kyiv (1949-1951) at nagtatag ng isang siyentipikong paaralan doon, ay dumating sa Kyiv sa kanyang ika-50 kaarawan (Nobyembre 2, 1952). Doon ay narinig niya ang tungkol sa mga transistor ni Lashkarev at, hindi pinapansin ang mga pagdiriwang na inihanda para sa kanyang karangalan (at hindi nagustuhan ni Lebedev ang anumang opisyal, na tama na naniniwala na ito ay isang pag-aaksaya ng oras), dumiretso sa laboratoryo sa Institute of Physics of the Academy. ng Agham ng Ukrainian SSR. Ang pagkakaroon ng pamilyar kay Lashkarev at sa kanyang mga pag-unlad, iminungkahi ni Lebedev na ang nagtapos na mag-aaral na si A. Kondalev na kasama niya ay magsimulang magdisenyo ng isang bilang ng mga aparato sa computer batay sa mga bagong transistors at diode, na ginawa niya pagkatapos ng tatlong buwang internship kasama si Lashkarev. (Ang kasong ito ay sinabi sa may-akda ng isa pang postgraduate na estudyante ng Lebedev, ngayon ay Academician ng Ukraine B.N. Malinovsky, na naroroon din sa pulong at pagkatapos ay sumali sa nabanggit na gawain.) Totoo, ang impormasyon tungkol sa anumang pang-industriya na pag-unlad ng proyektong ito - sa hindi bababa sa larangan ng sibilyan - ay wala, ngunit ito ay nauunawaan: ang mass production ng mga transistor sa mga taong iyon ay hindi pa umiiral.

Ang malawakang paggamit ng mga transistor sa buong mundo ay nagsimula nang maglaon. Gayunpaman, pinahahalagahan ang mga siyentipikong merito ni Lashkarev: pinamunuan niya ang bagong Institute of Semiconductors ng Academy of Sciences ng Ukraine, na binuksan noong 1960.

Ang teorya ng p-n-junction na iminungkahi ni Davydov ay kasunod na binuo ni W. Shockley sa USA. Noong 1947, natuklasan nina W. Brattain at J. Bardeen, na nagtatrabaho sa ilalim ng direksyon ni Shockley, ang transistor effect sa mga detector batay sa germanium crystals. (Nakaka-curious na ang kanilang mga eksperimento ay katulad ng mga eksperimento bago ang digmaan ng German electrical engineer na si R.V. Pohl, na noong 1937, kasama si R. Hilsch, ay lumikha ng isang amplifier batay sa isang kristal ng gallium bromide.) Noong 1948, ang Ang mga resulta ng pananaliksik ni Shockley ay nai-publish at ang unang germanium transistors ay ginawa gamit ang point contact. Siyempre, malayo sila sa perpekto. Bilang karagdagan, ang kanilang disenyo ay nagtataglay pa rin ng mga tampok ng isang pag-install sa laboratoryo (na, gayunpaman, ay tipikal para sa unang panahon ng paggamit ng anumang naturang imbensyon). Ang mga katangian ng mga unang transistor ay hindi matatag at hindi mahuhulaan, at samakatuwid ang kanilang tunay na praktikal na aplikasyon ay nagsimula na pagkatapos ng 1951, nang lumikha si Shockley ng isang mas maaasahang transistor - isang planar, na binubuo ng tatlong layer ng germanium ng uri ng n-p-n na may kabuuang kapal na 1 cm. Para sa mga pagtuklas sa larangan ng semiconductors at sa pag-imbento ng transistor na Shockley, ibinahagi nina Bardeen at Brattain ang Nobel Prize sa Physics noong 1956 (kapansin-pansin, si Bardeen ang tanging physicist na nanalo ng Nobel Prize ng dalawang beses: ang pangalawang pagkakataon noong 1972 para sa pagbuo ang teorya ng superconductivity).

Sa USSR, ang trabaho sa mga transistor ay isinasagawa sa halos parehong bilis tulad ng sa ibang bansa. Kaayon ng laboratoryo ng Kyiv ng Lashkarev, ang pangkat ng pananaliksik ng inhinyero ng Moscow na si A. V. Krasilov noong 1948 ay lumikha ng germanium diodes para sa mga istasyon ng radar. Noong Pebrero 1949, si Krasilov at ang kanyang katulong na si S. G. Madoyan (sa oras na iyon ay isang mag-aaral sa Moscow Institute of Chemical Technology, na gumagawa ng kanyang thesis sa paksang "Point transistor") ay napansin ang epekto ng transistor sa unang pagkakataon. Totoo, ang unang sample ng laboratoryo ay nagtrabaho nang hindi hihigit sa isang oras, at pagkatapos ay nangangailangan ng isang bagong setting. Kasabay nito, inilathala nina Krasilov at Madoyan ang unang artikulo sa Unyong Sobyet sa mga transistor, na tinatawag na "Crystal Triode".

Sa halos parehong oras, ang mga point transistor ay binuo sa iba pang mga laboratoryo sa bansa. Kaya, noong 1950, ang mga eksperimentong sample ng germanium transistors ay nilikha sa Physical Institute of the Academy of Sciences (B. M. Vul, A. V. Rzhanov, V. S. Vavilov, atbp.) at ang Leningrad Institute of Physics and Technology (V. M. Tuchkevich, D.N. Nasledov).

Noong 1953, ang unang institute ng semiconductors ng USSR ay inayos (ngayon ay Pulsar Research Institute). Ang laboratoryo ni Krasilov ay inilipat doon, kung saan binuo ng Madoyan ang unang haluang metal na germanium transistors. Ang kanilang pag-unlad ay nauugnay sa pagpapalawak ng limitasyon ng dalas at isang pagtaas sa kahusayan ng transistor. Ang nauugnay na gawain ay isinagawa nang magkasama sa laboratoryo ng Propesor S. G. Kalashnikov sa TsNII-108 (ngayon GosTsNIRTI): nagsimula ang isang bagong panahon, na nailalarawan sa pamamagitan ng pakikipagtulungan ng iba't ibang mga organisasyon na nagdadalubhasa sa larangan ng semiconductor. Sa huling bahagi ng 1940s, ang parehong mga pagtuklas ay madalas na ginawa nang nakapag-iisa sa isa't isa, at ang kanilang mga may-akda ay walang impormasyon tungkol sa mga nagawa ng kanilang mga kasamahan. Ang dahilan para sa "pang-agham na paralelismo" ay ang lihim ng pananaliksik sa larangan ng electronics, na may kahalagahan sa pagtatanggol. Ang isang katulad na larawan ay naobserbahan sa panahon ng paglikha ng mga unang elektronikong computer - sa hinaharap na mga mamimili ng mga transistor. Halimbawa, si S. A. Lebedev, na nagsisimulang magtrabaho sa kanyang unang computer sa Kyiv, ay hindi naghinala na sa parehong oras sa Moscow Academician I. S. Bruk at ang kanyang mga katulong ay nagtatrabaho din sa isang proyekto ng isang elektronikong digital na computer.

Gayunpaman, ang pagiging lihim ay hindi nangangahulugang isang "tampok na Sobyet": ang mga pag-unlad ng pagtatanggol ay inuri sa buong mundo. Ang pag-imbento ng transistor ay mahigpit ding inuri ng Bell (kung saan nagtrabaho si Shockley noong panahong iyon), at ang unang ulat tungkol dito ay lumabas lamang sa pag-print noong Hulyo 1, 1948: sa isang maliit na artikulo sa The New York Times, na iniulat nang walang karagdagang mga detalye sa paglikha ng isang yunit ng Bell Telephone Laboratories solid-state na elektronikong aparato na pumalit sa vacuum tube.

Sa pagbuo ng isang network ng mga espesyal na organisasyon ng pananaliksik, ang pagbuo ng mga transistor ay patuloy na pinabilis. Noong unang bahagi ng 1950s, sa NII-160, F. A. Shchigol at N. N. Spiro araw-araw ay gumawa ng dose-dosenang mga point transistors ng uri ng C1-C4, at M. M. Samokhvalov ay binuo sa NII-35 ng mga bagong solusyon gamit ang teknolohiya ng grupo, "fusion - diffusion" upang makakuha ng isang manipis na base ng RF transistors. Noong 1953, batay sa mga pag-aaral ng mga thermoelectric na katangian ng semiconductors, ang A.F. Ioffe ay lumikha ng isang serye ng mga thermoelectric generator, at ang mga planar transistors na P1, P2, P3 ay ginawa sa NII-35. Di-nagtagal, ang isang germanium transistor para sa mga frequency na 1.0 - 1.5 MHz ay ​​nakuha sa laboratoryo ng S. G. Kalashnikov, at ang F. A. Shchigol ay nagdisenyo ng silicon alloy transistors ng uri ng P501-P503.

Noong 1957, ang industriya ng Sobyet ay gumawa ng 2.7 milyong transistor. Ang simula ng paglikha at pag-unlad ng teknolohiya ng rocket at espasyo, at pagkatapos ay ang mga computer, pati na rin ang mga pangangailangan ng instrumento at iba pang mga sektor ng ekonomiya, ay ganap na nasiyahan ng mga transistor at iba pang mga elektronikong sangkap ng domestic production.

Ang transistor ay ang kinakailangan para sa lahat ng modernong microelectronics. Kung ang mga tubo ng cathode ray ay ginamit sa halip na mga transistor sa isang ordinaryong mobile phone, ang aparato ay kukuha ng laki ng Cologne Cathedral.

paglipat ng risistor

Noong Bisperas ng Pasko 1947, ipinakita ng Bell Telephone Laboratories na sina William Shockley, Walter Brattain, at John Bardeen ang unang transistor batay sa materyal na germanium semiconductor sa pangkat ng kanilang kumpanya. Sa parehong oras, binuo ng mga siyentipikong Aleman na sina Herbert Franz Mathare at Heinrich Welker ang tinatawag na "French transistor" at nakatanggap ng patent para dito noong 1848. Sa parehong taon, idinisenyo ni Robert Denk ang unang transistorized radio receiver batay sa isang oxide-coated electrode. Hindi pinatent ni Denk ang kanyang imbensyon at sinira pa ang nag-iisang kopya ng receiver para maiwasan ang pang-aabuso.

Nanalo ang Silicon

Gayunpaman, kinailangan pa rin ng mga siyentipiko na magtrabaho nang husto sa pagpili ng materyal hanggang sa matugunan ng mga bahagi ng semiconductor ang mga teknikal na kinakailangan. Mula noong 1955, nagsimula ang mass production ng mga silicon transistors, na mabilis na pinalitan ang mga vacuum tubes mula sa iba't ibang mga device. Ang bentahe ng mga transistor ay ang mga ito ay mas maliit at hindi gaanong mainit. Ngayon ay naging posible na bumuo ng mga computer na hindi sumasakop sa isang buong silid. Lumitaw noong 1960s. Ang mga integrated circuit ay nangangailangan ng pagbuo ng mas maliliit na transistor, upang sa paglipas ng panahon sila ay lumiit ng isang libong beses at naging mas manipis kaysa sa isang buhok.

• 1925: Nilikha ni Julius Edgar Lilienfeld ang teorya para sa mga transistor, ngunit nabigo itong gawing realidad.
• 1934: Inimbento ni Oscar Hale ang FET.
• 1953: Mga unang transistor sa mga hearing aid.
• 1971: Ang unang microprocessor ay ang Intel 4004.

Ang pag-imbento ng transistor, na naging pinakamahalagang tagumpay ng ika-20 siglo, ay nauugnay sa mga pangalan ng maraming mga kahanga-hangang siyentipiko. Tungkol sa mga lumikha at bumuo ng semiconductor electronics, at tatalakayin sa artikulong ito.

Eksaktong 50 taon na ang nakalilipas, ang mga Amerikanong sina John Bardeen, Walter Brattain at William Shockley (Fig. 1) ay ginawaran ng Nobel Prize sa Physics "para sa pananaliksik sa larangan ng semiconductors at ang pagtuklas ng transistor." Gayunpaman, ang pagsusuri sa kasaysayan ng agham ay malinaw na nagpapakita na ang pagtuklas ng transistor ay hindi lamang isang karapat-dapat na tagumpay para kay Bardeen, Brattain at Shockley.

kanin. 1. Mga Nagwagi ng Nobel Prize sa Physics para sa 1956

Mga unang karanasan

Ang pagsilang ng solid state electronics ay maaaring masubaybayan noong 1833. Noon ay natuklasan ni Michael Faraday (Larawan 2), na nag-eksperimento sa silver sulfide, na ang conductivity ng substance na ito (at ito ay, kung tawagin natin ngayon, isang semiconductor) ay tumataas sa pagtaas ng temperatura, sa kaibahan sa conductivity ng mga metal. , na sa kasong ito ay bumababa. Bakit ito nangyayari? Ano ang konektado nito? Hindi masagot ni Faraday ang mga tanong na ito.

Ang susunod na milestone sa pagbuo ng solid-state electronics ay 1874. Ang German physicist na si Ferdinand Braun (Fig. 3), ang hinaharap na Nobel laureate (noong 1909 ay makakatanggap siya ng parangal na "Para sa kanyang natitirang kontribusyon sa paglikha ng wireless telegraphy") ay nag-publish ng isang artikulo sa journal na Analen der Physik und Chemie, kung saan , gamit ang halimbawa ng "natural at artipisyal na sulfur metals " ay naglalarawan ng pinakamahalagang pag-aari ng semiconductors - upang magsagawa ng electric current sa isang direksyon lamang. Ang pagwawasto ng ari-arian ng isang semiconductor-metal contact ay sumasalungat sa batas ng Ohm. Sinusubukan ni Brown (Larawan 4) na ipaliwanag ang naobserbahang kababalaghan at nagsasagawa ng karagdagang pananaliksik, ngunit walang pakinabang. Ang kababalaghan ay naroroon, walang paliwanag. Para sa kadahilanang ito, ang mga kontemporaryo ni Brown ay hindi interesado sa kanyang pagtuklas, at limang dekada lamang ang lumipas ang mga rectifying properties ng semiconductors ay ginamit sa mga detector receiver.

kanin. 3. Ferdinand Brown

kanin. 4. Ferdinand Braun sa kanyang laboratoryo

Taong 1906. Ang American engineer na si Greenleaf Witter Pickard (Larawan 5) ay nakatanggap ng patent para sa isang crystal detector (Larawan 6). Sa kanyang patent application, isinulat niya: "Ang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng manipis na metal na konduktor at ang ibabaw ng ilang kristal na materyales (silicon, galena, pyrite, atbp.) ay nagtutuwid at nagde-demodulate ng high-frequency na alternating current na nangyayari sa antenna kapag tumatanggap ng radyo mga alon."

kanin. 5. Greenleaf Picard

kanin. 6. Schematic diagram ng crystal detector ng Picard

Ang isang manipis na metal na konduktor, sa tulong ng kung saan ang pakikipag-ugnay ay ginawa sa ibabaw ng kristal, sa panlabas ay napakahawig ng isang balbas ng pusa.

Ang crystal detector ni Picard ay nagsimulang tawaging "bulusok ng pusa".

Upang "makahinga ng buhay" sa Picard detector at gawin itong gumana nang matatag, kinakailangan upang mahanap ang pinakasensitibong punto sa ibabaw ng kristal. Hindi naging madali ang paggawa nito. Maraming mapanlikhang disenyo ng "bulo ng pusa" (Larawan 7), na ginagawang mas madaling mahanap ang mahalagang punto, ngunit ang mabilis na pagpasok sa harapan ng vacuum tube radio engineering ay nagpapadala ng Picard detector sa likod ng mga eksena sa mahabang panahon .

kanin. 7. Opsyon sa disenyo na "balbas ng pusa"

Gayunpaman, ang "bulusok ng pusa" ay mas simple at mas maliit kaysa sa mga vacuum diode, at mas mahusay sa mataas na frequency. Ngunit paano kung palitan natin ang vacuum triode, kung saan nakabatay ang lahat ng radio electronics noong panahong iyon, (Fig. 8) ng isang semiconductor? pwede ba? Sa simula ng ika-20 siglo, ang tanong na ito ay pinagmumultuhan ng maraming siyentipiko.

kanin. 8. Vacuum triode

Losev

Sobyet Russia. 1918 Sa pamamagitan ng personal na pagkakasunud-sunod ni Lenin, isang laboratoryo ng radio engineering ang ginagawa sa Nizhny Novgorod (Larawan 9). Ang bagong pamahalaan ay lubhang nangangailangan ng "wireless telegraph" na komunikasyon. Ang pinakamahusay na mga inhinyero ng radyo noong panahong iyon - M. A. Bonch-Bruevich, V. P. Vologdin, V. K. Lebedinsky, V. V. Tatarinov at marami pang iba ay kasangkot sa gawain sa laboratoryo.

kanin. 9. Nizhny Novgorod radio laboratory

Dumating sa Nizhny Novgorod at Oleg Losev (Larawan 10).

kanin. 10. Oleg Vladimirovich Losev

Matapos makapagtapos mula sa totoong paaralan ng Tver noong 1920 at hindi matagumpay na pumasok sa Moscow Institute of Communications, pumayag si Losev sa anumang trabaho, hangga't tinanggap siya sa laboratoryo. Kinukuha nila siya bilang isang mensahero. Hindi dapat messenger ang mga hostel.

Ang 17-taong-gulang na si Losev ay handang manirahan sa laboratoryo, sa landing sa harap ng attic, kung gagawin lamang ang gusto niya.

Sa murang edad, hilig na niya ang komunikasyon sa radyo. Noong Unang Digmaang Pandaigdig, isang istasyon ng pagtanggap ng radyo ang itinayo sa Tver. Kasama sa mga gawain nito ang pagtanggap ng mga mensahe mula sa mga kaalyado ng Russia sa Entente at pagkatapos ay ipadala ang mga ito sa pamamagitan ng telegrapo sa Petrograd. Madalas bumisita si Losev sa istasyon ng radyo, nakakakilala ng maraming empleyado, tinulungan sila at hindi maisip ang kanyang buhay sa hinaharap nang walang engineering ng radyo. Sa Nizhny Novgorod, wala siyang pamilya o normal na buhay, ngunit ang pangunahing bagay ay ang pagkakataon na makipag-usap sa mga espesyalista sa larangan ng komunikasyon sa radyo, matuto mula sa kanilang karanasan at kaalaman. Matapos makumpleto ang kinakailangang gawain sa laboratoryo, pinahintulutan siyang makisali sa independiyenteng eksperimento.

Sa oras na iyon halos walang interes sa mga crystal detector. Sa lab, walang partikular na interesado sa paksang ito. Ang priyoridad sa pananaliksik ay ibinigay sa mga tubo ng radyo. Gusto talaga ni Losev na magtrabaho nang nakapag-iisa. Ang pag-asam na makakuha ng isang limitadong lugar ng trabaho "sa mga lamp" ay hindi nagbibigay-inspirasyon sa kanya sa anumang paraan. Marahil ito ang dahilan kung bakit siya pumili ng isang crystal detector para sa kanyang pananaliksik. Ang kanyang layunin ay pahusayin ang detector, gawin itong mas sensitibo at matatag sa operasyon. Sa pagsisimula ng mga eksperimento, maling ipinapalagay ni Losev na "dahil sa katotohanan na ang ilang mga contact sa pagitan ng metal at ng kristal ay hindi sumusunod sa batas ng Ohm, malamang na ang mga undamped oscillations ay maaaring mangyari sa isang oscillatory circuit na konektado sa naturang contact." Sa oras na iyon, alam na na para sa self-excitation ng nonlinearity ng kasalukuyang-boltahe na katangian lamang ay hindi sapat, ang isang bumabagsak na seksyon ay dapat na naroroon. Hindi inaasahan ng sinumang karampatang espesyalista ang pagpapalakas mula sa detektor. Ngunit walang alam ang schoolboy kahapon tungkol dito. Binago niya ang mga kristal, ang materyal ng karayom, tumpak na inaayos ang mga resulta at isang magandang araw ay nahahanap ang nais na mga aktibong punto sa mga kristal, na nagbibigay ng henerasyon ng mga signal na may mataas na dalas.

"Alam ng lahat mula sa pagkabata na ito at iyon ay imposible, ngunit palaging may isang ignoramus na hindi nakakaalam nito, ginagawa niya ang pagtuklas," biro ni Einstein.

Isinagawa ni Losev ang kanyang unang pag-aaral ng mga kristal ng generator sa pinakasimpleng pamamaraan na ipinapakita sa Fig. labing-isa.

kanin. 11. Scheme ng mga unang eksperimento ni Losev

Ang pagkakaroon ng pagsubok sa isang malaking bilang ng mga crystal detector, nalaman ni Losev na ang zincite crystals na sumailalim sa espesyal na paggamot ay gumagawa ng mga vibrations na pinakamaganda sa lahat. Upang makakuha ng mga de-kalidad na materyales, bumuo siya ng teknolohiya para sa paghahanda ng zincite sa pamamagitan ng pagsasama ng mga natural na kristal sa isang electric arc. Sa isang pares ng zincite - carbon tip, kapag ang isang boltahe ng 10 V ay inilapat, isang signal ng radyo na may haba ng daluyong na 68 m ay nakuha. Sa isang pagbawas sa henerasyon, ang isang amplifying detector mode ay ipinatupad.

Tandaan na ang "generating" detector ay unang ipinakita noong 1910 ng English physicist na si William Eccles (Fig. 12).

Larawan 12. William Henry Eccles

Ang isang bagong pisikal na kababalaghan ay hindi nakakaakit ng pansin ng mga espesyalista, at sa loob ng ilang panahon ay nakalimutan ito. Maling ipinaliwanag din ni Eckles ang mekanismo ng "negatibong" paglaban sa batayan na ang paglaban ng isang semiconductor ay bumababa sa pagtaas ng temperatura dahil sa mga thermal effect na nangyayari sa "metal-semiconductor" na interface.

Noong 1922, ang unang artikulo ni Losev sa isang amplifying at generating detector ay lumitaw sa mga pahina ng siyentipikong journal Telegraphy and Telephony without Wires. Sa loob nito, inilalarawan niya nang detalyado ang mga resulta ng kanyang mga eksperimento, at binibigyang pansin ang obligadong presensya ng isang bumabagsak na seksyon ng kasalukuyang boltahe na katangian ng contact.

Sa mga taong iyon, si Losev ay aktibong nakikibahagi sa pag-aaral sa sarili. Ang kanyang agarang superbisor, si Propesor V. K. Lebedinsky, ay tumutulong sa kanya sa pag-aaral ng radiophysics. Naiintindihan ni Lebedinsky na ang kanyang batang kasamahan ay nakagawa ng isang tunay na pagtuklas at sinusubukan din na ipaliwanag ang naobserbahang epekto, ngunit walang kabuluhan. Ang pangunahing agham noong panahong iyon ay hindi pa nakakaalam ng quantum mechanics. Si Losev, sa turn, ay naglalagay ng hypothesis na sa isang mataas na kasalukuyang sa contact zone, ang isang tiyak na electric discharge ay lumitaw tulad ng isang voltaic arc, ngunit walang pag-init lamang. Pinipigilan ng discharge na ito ang mataas na resistensya ng contact, na nagpapagana ng henerasyon.

Pagkalipas lamang ng tatlumpung taon ay naunawaan na nila kung ano talaga ang natuklasan. Ngayon ay sasabihin natin na ang aparato ni Losev ay isang dalawang-terminal na aparato na may isang hugis-N na kasalukuyang boltahe na katangian, o isang tunnel diode, kung saan ang Japanese physicist na si Leo Isaki (Larawan 13) ay tumanggap ng Nobel Prize noong 1973.

kanin. 13. Leo Isaki

Naunawaan ng pamunuan ng laboratoryo ng Nizhny Novgorod na hindi posible na muling gawin ang epekto sa serye. Pagkatapos ng isang maliit na trabaho, ang mga detector ay halos nawala ang kanilang amplification at generation properties. Walang tanong na iwanan ang mga lampara. Gayunpaman, ang praktikal na kahalagahan ng pagtuklas ni Losev ay napakalaki.

Noong 1920s, sa buong mundo, kasama na sa Unyong Sobyet, ang amateur radio ay naging isang epidemya. Ginagamit ng mga radio amateur ng Sobyet ang pinakasimpleng mga receiver ng detector na binuo ayon sa scheme ng Shaposhnikov (Larawan 14).

kanin. 14. Shaposhnikov detector receiver

Ang mga matataas na antenna ay ginagamit upang taasan ang volume at hanay ng pagtanggap. Sa mga lungsod, mahirap gamitin ang mga naturang antenna dahil sa pang-industriyang panghihimasok. Sa mga bukas na lugar, kung saan halos walang interference, hindi laging posible ang magandang pagtanggap ng mga signal ng radyo dahil sa mahinang kalidad ng mga detector. Ang pagpapakilala ng negatibong paglaban ng isang detektor na may zincite, na itinakda sa isang mode na malapit sa self-excitation, sa antenna circuit ng receiver ay makabuluhang pinalaki ang mga natanggap na signal. Ang mga amateur sa radyo ay pinamamahalaang marinig ang pinakamalayong mga istasyon. Nagkaroon ng markadong pagtaas sa selectivity. At ito ay walang paggamit ng mga vacuum tubes!

Ang mga lamp ay hindi mura, at nangangailangan sila ng isang espesyal na mapagkukunan ng kuryente, at ang Losev detector ay maaaring gumana sa mga ordinaryong baterya para sa isang flashlight.

Bilang isang resulta, ito ay naka-out na ang mga simpleng receiver na dinisenyo ni Shaposhnikov na may pagbuo ng mga kristal ay ginagawang posible upang isakatuparan ang heterodyne reception, na sa oras na iyon ay ang pinakabagong salita sa teknolohiya ng radyo. Sa kasunod na mga artikulo, inilalarawan ni Losev ang isang pamamaraan para sa mabilis na paghahanap ng mga aktibong punto sa ibabaw ng zincite at pinapalitan ang dulo ng carbon ng isang metal. Nagbibigay siya ng mga rekomendasyon kung paano iproseso ang mga kristal at nagbibigay ng ilang praktikal na mga scheme para sa self-assembly ng mga radio receiver (Fig. 15).

kanin. 15. Pangunahing diagram ng kristadin ni O. V. Losev

Ang aparato ni Losev ay nagbibigay-daan hindi lamang upang makatanggap ng mga signal sa mahabang distansya, kundi pati na rin upang ipadala ang mga ito. Ang mga radio amateurs nang maramihan, batay sa mga detector-generator, ay gumagawa ng mga radio transmitters na nagpapanatili ng komunikasyon sa loob ng radius na ilang kilometro. Hindi nagtagal ay nai-publish ang polyeto ni Losev (Larawan 16). Ito ay ibinebenta sa milyun-milyong kopya. Sumulat ang mga masigasig na radio amateurs sa iba't ibang mga sikat na magazine sa agham na "sa tulong ng isang zincite detector sa Tomsk, halimbawa, maririnig ng isa ang Moscow, Nizhny at kahit na mga dayuhang istasyon."

kanin. 16. Pamplet ni Losev, 1924 na edisyon

Para sa lahat ng kanyang mga teknikal na solusyon, si Losev ay tumatanggap ng mga patent, simula sa "Detector receiver-heterodyne", na idineklara noong Disyembre 1923.

Ang mga artikulo ni Losev ay inilathala sa mga journal tulad ng ZhETF, Doklady AN SSSR, Radio Revue, Philosophical Magazine, Physikalische Zeitschrift.

Si Losev ay naging isang tanyag na tao, ngunit hindi pa siya dalawampung taong gulang!

Halimbawa, ang editoryal na paunang salita sa artikulo ni Losev na "Oscillating Crystals" sa American magazine na The Wireless World and Radio Review ng Oktubre 1924 ay nagsasaad: "Ang may-akda ng artikulong ito, si G. Oleg Losev mula sa Russia, sa isang medyo maikling pagtuklas ng mga katangian ng oscillatory sa ilang mga kristal.

Ang isa pang Amerikanong magasin, ang Radio News, ay naglalathala ng isang artikulo sa halos parehong oras sa ilalim ng pamagat na "Sensational Invention", na nagsasaad: "Hindi na kailangang patunayan na ito ay isang rebolusyonaryong imbensyon sa radyo. Malapit na nating pag-usapan ang tungkol sa isang circuit na may tatlo o anim na kristal, dahil pinag-uusapan natin ngayon ang tungkol sa isang circuit na may tatlo o anim na amplifier tubes. Aabutin ng ilang taon para mapahusay ang pagbuo ng kristal upang maging mas mahusay kaysa sa isang vacuum tube, ngunit hinuhulaan namin na darating ang oras."

Ang may-akda ng artikulong ito, si Hugo Gernsbeck, ay tinatawag na kristadine (crystal + local oscillator) ang solid-state receiver ni Losev. At hindi lamang mga pangalan, ngunit maingat ding inirehistro ang pangalan bilang isang trademark (Larawan 17). Malaki ang demand para sa cristadins.

kanin. 17. Ang crystal detector ni Losev. Ginawa ng Radio News Laboratories. USA, 1924

Ito ay kagiliw-giliw na kapag ang mga German radio technician ay dumating sa laboratoryo ng Nizhny Novgorod upang personal na makilala si Losev, hindi sila naniniwala sa kanilang mga mata. Namangha sila sa talento at murang edad ng imbentor. Sa mga liham mula sa ibang bansa, si Losev ay tinawag na walang iba kundi isang propesor. Walang sinuman ang maaaring mag-isip na ang propesor ay nag-aaral lamang ng mga pangunahing kaalaman sa agham. Gayunpaman, sa lalong madaling panahon si Losev ay magiging isang napakatalino na pang-eksperimentong pisiko at muling gagawin ang mundo na magsalita tungkol sa kanyang sarili.

Sa laboratoryo, mula sa posisyon ng isang mensahero, siya ay inilipat sa mga katulong sa laboratoryo at binibigyan ng pabahay. Sa Nizhny Novgorod, nagpakasal si Losev (gayunpaman, hindi matagumpay, tulad ng nangyari sa ibang pagkakataon), binibigyang kasangkapan ang kanyang buhay at patuloy na nakikitungo sa mga kristal.

Noong 1928, sa pamamagitan ng desisyon ng gobyerno, ang mga paksa ng laboratoryo ng radyo ng Nizhny Novgorod, kasama ang mga empleyado, ay inilipat sa Central Radio Laboratory sa Leningrad, na, naman, ay patuloy na muling inayos. Sa bagong lokasyon, patuloy na nagtatrabaho si Losev sa mga semiconductors, ngunit sa lalong madaling panahon ang Central Radio Laboratory ay binago sa Institute of Broadcast Reception at Acoustics. Ang bagong instituto ay may sariling programa sa pananaliksik, ang saklaw ng trabaho ay makitid. Ang katulong sa laboratoryo na si Losev ay namamahala upang makakuha ng isang part-time na trabaho sa Leningrad Institute of Physics and Technology (LFTI), kung saan siya ay may pagkakataon na magpatuloy sa pananaliksik sa mga bagong pisikal na epekto sa semiconductors. Noong huling bahagi ng 1920s, nagkaroon ng ideya si Losev na lumikha ng solid-state analogue ng isang three-electrode vacuum radio tube.

Noong 1929–1933, sa mungkahi ni A.F. Ioffe, nagsagawa si Losev ng pananaliksik sa isang semiconductor device na ganap na inulit ang disenyo ng isang point transistor. Tulad ng alam mo, ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng aparatong ito ay upang kontrolin ang kasalukuyang dumadaloy sa pagitan ng dalawang electrodes gamit ang isang karagdagang elektrod. Talagang naobserbahan ni Losev ang epekto na ito, ngunit, sa kasamaang-palad, ang pangkalahatang koepisyent ng naturang kontrol ay hindi pinapayagan ang pagkuha ng signal amplification. Para sa layuning ito, gumamit lamang si Losev ng isang carborundum (SiC) na kristal, at hindi isang zincite (ZnO) na kristal, na may makabuluhang mas mahusay na mga katangian sa isang amplifier ng kristal (Ano ang kakaiba! Hindi ba niya dapat malaman ang tungkol sa mga katangian ng kristal na ito.) Hanggang sa kamakailan lamang, pinaniniwalaan na pagkatapos ng sapilitang pag-alis Mula sa LPTI, hindi bumalik si Losev sa ideya ng mga amplifier ng semiconductor. Gayunpaman, mayroong isang medyo kakaibang dokumento na isinulat ni Losev mismo. Ito ay may petsang Hulyo 12, 1939 at kasalukuyang naka-imbak sa Polytechnic Museum. Ang dokumentong ito, na pinamagatang "Talambuhay ni Oleg Vladimirovich Losev", ay naglalaman, bilang karagdagan sa mga kagiliw-giliw na katotohanan tungkol sa kanyang buhay, isang listahan ng mga resultang pang-agham. Ang mga sumusunod na linya ay partikular na interes: "Ito ay itinatag na ang isang tatlong-electrode system ay maaaring itayo gamit ang mga semiconductors, katulad ng isang triode, tulad ng isang triode, na nagbibigay ng mga katangian na nagpapakita ng negatibong pagtutol. Ang mga gawaing ito ay kasalukuyang inihahanda ko para sa paglalathala…”.

Sa kasamaang palad, ang kapalaran ng mga gawaing ito, na maaaring ganap na baguhin ang ideya ng kasaysayan ng pagtuklas ng transistor, ang pinaka-rebolusyonaryong imbensyon ng ika-20 siglo, ay hindi pa naitatag.

Ang pakikipag-usap tungkol sa natitirang kontribusyon ni Oleg Vladimirovich Losev sa pag-unlad ng modernong electronics, imposibleng hindi banggitin ang kanyang pagtuklas ng light emitting diode.

Ang sukat ng pagtuklas na ito ay hindi pa nauunawaan. Hindi gaanong oras ang lilipas, at sa bawat bahay, sa halip na ang karaniwang maliwanag na lampara, ang "electronic light generators", na tinatawag ni Losev na LEDs, ay masusunog.

Noong 1923, habang nag-eeksperimento sa mga kristadin, binigyang pansin ni Losev ang ningning ng mga kristal nang may dumaan sa kanila ng electric current. Ang mga carborundum detector ay kumikinang lalo na. Noong 1920s, sa Kanluran, ang kababalaghan ng electroluminescence ay minsang tinatawag na "Losev light" (Losev light, Lossew Licht). Kinuha ni Losev ang pag-aaral at pagpapaliwanag ng nakuhang electroluminescence. Siya ang unang nagpahalaga sa napakalaking mga prospect ng naturang mga pinagmumulan ng liwanag, na nagbibigay-diin sa kanilang mataas na ningning at bilis. Si Losev ay naging may-ari ng unang patent para sa pag-imbento ng isang light relay device na may electroluminescent light source.

Noong dekada 70 ng ikadalawampu siglo, nang magsimulang malawakang gamitin ang mga LED, isang artikulo ng Englishman na si Henry Round ang natagpuan sa magasing Electronic World noong 1907, kung saan ang may-akda, bilang isang empleyado ng laboratoryo ng Marconi, ay nag-ulat na nakita niya. isang glow sa contact ng isang carborundum detector kapag nag-aaplay dito panlabas na electric field. Walang ibinigay na pagsasaalang-alang na nagpapaliwanag sa pisika ng hindi pangkaraniwang bagay na ito. Ang tala na ito ay walang anumang epekto sa kasunod na pananaliksik sa larangan ng electroluminescence, gayunpaman, ang may-akda ng artikulo ay opisyal na itinuturing ngayon ang tumuklas ng LED.

Independiyenteng natuklasan ni Losev ang kababalaghan ng electroluminescence at nagsagawa ng isang bilang ng mga pag-aaral sa halimbawa ng isang kristal na carborundum. Binili niya ang dalawang pisikal na magkakaibang mga phenomena na sinusunod sa magkakaibang mga polaridad ng boltahe sa mga contact. Ang kanyang walang alinlangan na merito ay ang pagtuklas ng epekto ng pre-breakdown electroluminescence, na tinawag niyang "glow number one", at injection electroluminescence - "glow number two". Ngayon, ang epekto ng pre-breakdown luminescence ay malawakang ginagamit sa paglikha ng mga electroluminescent display, at ang iniksyon na electroluminescence ay ang batayan ng mga LED at semiconductor laser. Nagawa ni Losev ang makabuluhang pag-unlad sa pag-unawa sa pisika ng mga phenomena na ito bago pa man ang paglikha ng teorya ng banda ng semiconductors. Kasunod nito, noong 1936, ang numero unong glow ay muling natuklasan ng French physicist na si Georges Destriaux. Sa siyentipikong panitikan, ito ay kilala bilang "Destrio effect", bagaman si Destrio mismo ang nagbigay ng priyoridad sa pagtuklas ng hindi pangkaraniwang bagay na ito kay Oleg Losev. Malamang na hindi patas na i-dispute ang priority ng Round sa pagbubukas ng LED. Gayunpaman, hindi natin dapat kalimutan na sina Marconi at Popov ay nararapat na itinuturing na mga imbentor ng radyo, kahit na alam ng lahat na si Hertz ang unang nakakita ng mga radio wave. At mayroong maraming tulad na mga halimbawa sa kasaysayan ng agham.

Sa kanyang artikulong Subhistory of Light Emitting Diode, ang sikat na American electroluminescence scientist na si Egon Lobner ay sumulat tungkol kay Losev: "Sa kanyang pangunguna sa pananaliksik sa larangan ng mga LED at photodetector, nag-ambag siya sa hinaharap na pag-unlad ng optical na komunikasyon. Ang kanyang pananaliksik ay napaka-tumpak at ang kanyang mga publikasyon ay napakalinaw na ang isa ay madaling maisip ngayon kung ano ang nangyayari sa kanyang laboratoryo noon. Ang kanyang intuitive na pagpili at sining ng pag-eeksperimento ay kahanga-hanga lang."

Ngayon naiintindihan namin na imposibleng isipin ang pagbuo ng solid-state electronics nang walang quantum theory ng istraktura ng semiconductors. Samakatuwid, ang talento ni Losev ay kamangha-manghang. Sa simula pa lang ay nakita na niya ang pinag-isang pisikal na katangian ng kristadin at ang phenomenon ng injection luminescence, at dito ay nauna siya sa kanyang panahon.

Pagkatapos niya, ang pananaliksik sa mga detektor at electroluminescence ay isinagawa nang hiwalay sa bawat isa, bilang mga independiyenteng lugar. Ang isang pagsusuri sa mga resulta ay nagpapakita na sa loob ng halos dalawampung taon pagkatapos ng paglitaw ng gawain ni Losev, walang bago na nagawa sa mga tuntunin ng pag-unawa sa pisika ng hindi pangkaraniwang bagay na ito. Noong 1951 lamang, itinatag ng American physicist na si Kurt Lehovetz (Fig. 18) na ang pagtuklas at electroluminescence ay magkapareho, na nauugnay sa pag-uugali ng kasalukuyang mga carrier sa p-n junctions.

kanin. 18. Kurt Lechovec

Dapat pansinin na sa kanyang gawain ay pangunahing binanggit ni Lekhovets ang gawain ni Losev sa electroluminescence.

Noong 1930–31 Nagsagawa si Losev ng isang serye ng mga eksperimento sa isang mataas na antas ng eksperimentong may mga pahilig na seksyon na umaabot sa lugar na pinag-aaralan at isang sistema ng mga electrodes na kasama sa compensation measurement circuit para sa pagsukat ng mga potensyal sa iba't ibang mga punto ng cross section ng layered na istraktura. Sa pamamagitan ng paggalaw ng metal na "whischer ng pusa" sa buong seksyon, ipinakita niya, na may katumpakan na hanggang sa isang micron, na ang malapit sa ibabaw na bahagi ng kristal ay may kumplikadong istraktura. Inihayag niya ang isang aktibong layer na humigit-kumulang sampung microns ang kapal kung saan ang phenomenon ng injection luminescence ay naobserbahan. Batay sa mga resulta ng mga eksperimento, iminungkahi ni Losev na ang sanhi ng unipolar conductivity ay ang pagkakaiba sa mga kondisyon ng electron motion sa magkabilang panig ng aktibong layer (o, tulad ng sasabihin natin ngayon, iba't ibang uri ng conductivity). Kasunod nito, ang pag-eksperimento sa tatlo o higit pang mga electrode probes na matatagpuan sa mga lugar na ito, talagang kinumpirma niya ang kanyang palagay. Ang mga pag-aaral na ito ay isa pang makabuluhang tagumpay ni Losev bilang isang pisiko.

Noong 1935, bilang isang resulta ng isa pang muling pag-aayos ng broadcasting institute at mahirap na relasyon sa pamamahala, naiwan si Losev na walang trabaho. Ang katulong sa laboratoryo na si Losev ay pinahintulutan na gumawa ng mga pagtuklas, ngunit hindi magpainit sa mga sinag ng kaluwalhatian. At ito sa kabila ng katotohanan na ang kanyang pangalan ay kilala sa mga makapangyarihan sa mundong ito. Sa isang liham na may petsang Mayo 16, 1930, sumulat ang Academician na si A.F. Ioffe sa kanyang kasamahan na si Paul Ehrenfest: “Sa siyentipiko, marami akong mga tagumpay. Kaya, nakuha ni Losev ang isang glow sa carborundum at iba pang mga kristal sa ilalim ng pagkilos ng mga electron na 2-6 volts. Ang hangganan ng glow sa spectrum ay limitado ... ".

Sa loob ng mahabang panahon, si Losev ay may sariling lugar ng trabaho sa LPTI, ngunit hindi nila siya dinadala sa institute, siya ay napaka-independiyenteng tao. Ang lahat ng gawain ay ginawa nang nakapag-iisa - walang mga co-author sa alinman sa kanila.

Sa tulong ng mga kaibigan, nakakuha si Losev ng trabaho bilang isang katulong sa Kagawaran ng Physics ng First Medical Institute. Sa isang bagong lugar, mas mahirap para sa kanya na gumawa ng gawaing pang-agham, dahil walang kinakailangang kagamitan. Gayunpaman, nang itakda ang kanyang sarili sa layunin ng pagpili ng isang materyal para sa paggawa ng mga photocell at photoresistor, patuloy na pinag-aaralan ni Losev ang mga photoelectric na katangian ng mga kristal. Siya ay nag-aaral ng higit sa 90 mga sangkap at nagha-highlight ng silikon na may kapansin-pansing photosensitivity.

Sa oras na iyon, walang sapat na dalisay na materyales upang makamit ang isang tumpak na pagpaparami ng mga resulta na nakuha, ngunit ang Losev (sa ikalabing pagkakataon!) ay intuitive na nauunawaan na ang hinaharap ay kabilang sa materyal na ito. Sa simula ng 1941, nagsimula siyang magtrabaho sa isang bagong paksa - "Paraan ng electrolytic photoresistors, photosensitivity ng ilang mga haluang silikon." Nang magsimula ang Great Patriotic War, hindi umalis si Losev para sa paglikas, na nagnanais na makumpleto ang isang artikulo kung saan ipinakita niya ang mga resulta ng kanyang pananaliksik sa silikon. Tila, nagawa niyang tapusin ang gawain, dahil ang artikulo ay ipinadala sa mga editor ng ZhETF. Sa oras na iyon, ang tanggapan ng editoryal ay inilikas na mula sa Leningrad. Sa kasamaang palad, pagkatapos ng digmaan walang mga bakas ng artikulong ito ang mahahanap, at ngayon ay maaari lamang hulaan ang tungkol sa nilalaman nito.

Noong Enero 22, 1942, namatay si Oleg Vladimirovich Losev sa gutom sa kinubkob na Leningrad. Siya ay 38 taong gulang.

Sa parehong 1942, sa USA, sinimulan ng Sylvania at Western Electric ang pang-industriya na produksyon ng silikon (at ilang sandali, germanium) point diodes, na ginamit bilang mga mixer detector sa mga radar. Ang pagkamatay ni Losev ay kasabay ng pagsilang ng teknolohiya ng silikon.

pambuwelo ng militar

Noong 1925, binuksan ng American Telephone and Telegraph Corporation (AT&T) ang sentro ng pananaliksik at pagpapaunlad ng Bell Telephone Laboratories. Noong 1936, ang direktor ng Bell Telephone Laboratories, Mervyn Kelly, ay nagpasya na bumuo ng isang grupo ng mga siyentipiko na magsasagawa ng isang serye ng mga pag-aaral na naglalayong palitan ang mga tube amplifier ng mga semiconductor. Ang grupo ay pinamunuan ni Joseph Becker, na nagdala ng teoretikal na pisiko na si William Shockley at ang napakatalino na eksperimentong si Walter Brattain.

Matapos makumpleto ang kanyang titulo ng doktor sa MIT, ang sikat na MIT, at sumali sa Bell Telephone Laboratories, si Shockley, bilang isang pambihirang ambisyoso at ambisyosong tao, ay masiglang kumuha ng trabaho. Noong 1938, sa workbook ng 26-taong-gulang na Shockley, lumilitaw ang unang sketch ng isang semiconductor triode. Ang ideya ay simple at hindi orihinal: upang gumawa ng isang aparato bilang katulad hangga't maaari sa isang vacuum tube, na may tanging pagkakaiba na ang mga electron sa loob nito ay dadaloy sa isang manipis na filamentous semiconductor, at hindi lumipad sa isang vacuum sa pagitan ng katod at anode. Upang makontrol ang kasalukuyang ng semiconductor, dapat itong ipakilala ang isang karagdagang elektrod (katulad sa grid) - paglalapat ng isang boltahe ng iba't ibang polarity dito. Kaya, posible na bawasan o dagdagan ang bilang ng mga electron sa filament at, nang naaayon, baguhin ang paglaban at kasalukuyang daloy nito. Ang lahat ay tulad ng sa isang radio tube, walang vacuum lamang, walang malaking lalagyan ng salamin at walang pag-init ng katod. Ang pagpapaalis ng mga electron mula sa filament o ang kanilang pag-agos ay dapat na nangyari sa ilalim ng impluwensya ng electric field na nilikha sa pagitan ng control electrode at filament, iyon ay, dahil sa field effect. Upang gawin ito, ang thread ay dapat na tiyak na semiconductor. Napakaraming mga electron sa isang metal at walang mga patlang ang maaaring puwersahin ang mga ito palabas, ngunit halos walang mga libreng electron sa isang dielectric. Nagpapatuloy si Shockley sa mga teoretikal na kalkulasyon, ngunit ang lahat ng pagtatangka na bumuo ng solid-state na amplifier ay humantong sa wala.

Kasabay nito, sa Europa, ang mga German physicist na sina Robert Pohl at Rudolf Hilsch ay lumikha ng isang gumaganang contact na three-electrode crystal amplifier batay sa potassium bromide. Gayunpaman, ang aparatong Aleman ay hindi kumakatawan sa anumang praktikal na halaga. Ito ay may napakababang dalas ng pagpapatakbo. May katibayan na sa unang kalahati ng 1930s, ang mga three-electrode semiconductor amplifier ay "binuo" ng dalawang radio amateurs, Canadian Larry Kaiser at New Zealand schoolboy na si Robert Adams. Si Adams, na kalaunan ay naging isang radio engineer, ay napansin na hindi kailanman sumagi sa kanyang isip na maghain ng patent para sa isang imbensyon, dahil nakuha niya ang lahat ng impormasyon para sa kanyang amplifier mula sa mga baguhang magasin sa radyo at iba pang bukas na mapagkukunan.

Noong 1926–1930 isama ang gawain ni Julius Lilienfeld (Larawan 19), isang propesor sa Unibersidad ng Leipzig, na nag-patent ng disenyo ng isang semiconductor amplifier, na kilala ngayon bilang isang field effect transistor (Larawan 20).

kanin. 19. Julius Lilienfeld

kanin. 20. Yu. Patent ni Lilienfeld para sa isang field-effect transistor

Ipinagpalagay ni Lilienfeld na kapag ang isang boltahe ay inilapat sa isang mahinang conductive na materyal, ang conductivity nito ay magbabago at, bilang isang resulta, isang pagtaas sa mga electrical oscillations ay magaganap. Sa kabila ng pagkuha ng patent, nabigo si Lilienfeld na lumikha ng gumaganang device. Ang dahilan ay ang pinaka-prosaic - sa 30s ng ikadalawampu siglo, ang kinakailangang materyal ay hindi pa natagpuan, batay sa kung saan ang isang gumaganang transistor ay maaaring gawin. Iyon ang dahilan kung bakit ang mga pagsisikap ng karamihan sa mga siyentipiko noong panahong iyon ay nakadirekta sa pag-imbento ng isang mas kumplikadong bipolar transistor. Kaya, sinubukan nilang malampasan ang mga paghihirap na lumitaw sa pagpapatupad ng field-effect transistor.

Ang paggawa sa solid state amplifier sa Bell Telephone Laboratories ay naantala ng pagsiklab ng World War II. Si William Shockley at marami sa kanyang mga kasamahan ay ipinangalawa sa Ministry of Defense, kung saan sila nagtatrabaho hanggang sa katapusan ng 1945.

Ang solid-state electronics ay hindi interesado sa militar - ang mga nagawa ay tila kahina-hinala sa kanila. Sa isang pagbubukod. Mga Detektor. Nagkataon lang na nasa gitna sila ng mga makasaysayang kaganapan.

Isang epikong labanan para sa Britain ang naganap sa kalangitan sa ibabaw ng English Channel, na umabot sa kasukdulan nito noong Setyembre 1940. Matapos ang pananakop sa Kanlurang Europa, ang Inglatera ay naiwan nang harapan sa isang armada ng mga German bombers na sumisira sa mga depensa sa baybayin at naghahanda ng isang amphibious landing upang makuha ang bansa - Operation Sea Lion. Mahirap sabihin kung ano ang nagligtas sa England - isang himala, ang pagiging mapagpasyahan ni Punong Ministro Winston Churchill, o mga istasyon ng radar. Ang mga radar na lumitaw noong huling bahagi ng 1930s ay naging posible upang mabilis at tumpak na makita ang mga sasakyang panghimpapawid ng kaaway at ayusin ang mga countermeasure sa isang napapanahong paraan. Ang pagkawala ng higit sa isang libong sasakyang panghimpapawid sa kalangitan sa Britain, ang Nazi Germany ay nawalan ng interes sa ideya ng pagkuha ng England noong 1940 at nagsimulang maghanda ng isang blitzkrieg sa Silangan.

Ang England ay nangangailangan ng mga radar, radar - mga detektor ng kristal, mga detektor - purong germanium at silikon. Unang lumitaw ang Germanium, at sa makabuluhang dami, sa mga pabrika at laboratoryo. Sa silikon, dahil sa mataas na temperatura ng pagproseso nito, sa una ay may ilang mga paghihirap, ngunit ang problema ay nalutas sa lalong madaling panahon. Pagkatapos nito, ang kagustuhan ay ibinigay sa silikon. Ang Silicon ay mura kumpara sa germanium. Kaya, ang pambuwelo para sa paglukso sa transistor ay halos handa na.

Ang Ikalawang Digmaang Pandaigdig ay ang unang digmaan kung saan ang agham, sa mga tuntunin ng kahalagahan nito para sa pagkatalo sa kaaway, ay kumilos sa pantay na katayuan sa mga tiyak na teknolohiya ng armas, at sa ilang mga paraan ay nalampasan pa sila. Alalahanin ang mga proyektong nuklear at rocket. Ang listahang ito ay maaari ding magsama ng isang proyekto ng transistor, ang mga kinakailangan kung saan higit na inilatag ng pagbuo ng radar ng militar.

pagbubukas

Sa mga taon pagkatapos ng digmaan, nagsimulang pabilisin ng Bell Telephone Laboratories ang gawain sa larangan ng pandaigdigang komunikasyon. Ang kagamitan noong 1940s ay gumamit ng dalawang pangunahing elemento para sa pagpapalakas, pag-convert at paglipat ng mga signal sa mga circuit ng subscriber: isang vacuum tube at isang electromechanical relay. Ang mga elementong ito ay napakalaki, mabagal na gumana, kumonsumo ng maraming enerhiya at hindi masyadong maaasahan. Upang mapabuti ang mga ito ay sinadya upang bumalik sa ideya ng paggamit ng semiconductors. Sa Bell Telephone Laboratories, muling itinatag ang isang pangkat ng pananaliksik (Fig. 21), kasama si William Shockley, na bumalik "mula sa digmaan," ang naging siyentipikong direktor nito. Kasama sa koponan sina Walter Brattain, John Bardeen, John Pearson, Bert Moore at Robert Gibney.

kanin. 21. Murray Hill, New Jersey, USA, Bell Laboratories. Lugar ng kapanganakan ng transistor.

Sa pinakadulo simula, ang koponan ay gumagawa ng pinakamahalagang desisyon: upang idirekta ang mga pagsisikap na pag-aralan ang mga katangian ng dalawang materyales lamang - silikon at germanium, bilang ang pinaka-promising para sa pagpapatupad ng gawain. Naturally, ang grupo ay nagsimulang bumuo ng ideya ni Shockley bago ang digmaan ng isang field effect amplifier. Ngunit ang mga electron sa loob ng semiconductor ay matigas ang ulo na hindi pinansin ang anumang mga potensyal na pagbabago sa electrode ng gate. Mula sa mataas na boltahe at alon, ang mga kristal ay sumabog, ngunit ayaw baguhin ang kanilang paglaban.

Naisip ito ng theorist na si John Bardeen. Si Shockley, nang hindi nakatanggap ng mabilis na resulta, nawalan ng interes sa paksa at hindi aktibong bahagi sa gawain. Iminungkahi ni Bardeen na ang isang makabuluhang bahagi ng mga electron ay talagang hindi "gumagala" sa paligid ng kristal, ngunit natigil sa ilang uri ng mga bitag sa pinakaibabaw ng semiconductor. Ang singil ng mga "natigil" na mga electron na ito ay nagtatanggol sa patlang na inilapat mula sa labas, na hindi tumagos sa bulto ng kristal. Ito ay kung paano ang teorya ng mga surface state ay pumasok sa solid state physics noong 1947. Ngayon na ang sanhi ng mga pagkabigo ay tila natagpuan, ang grupo ay nagsimulang mas makabuluhang ipatupad ang ideya ng field effect. Walang ibang ideya. Sinimulan nilang tratuhin ang ibabaw ng germanium sa iba't ibang paraan, umaasa na maalis ang mga bitag ng elektron. Sinubukan namin ang lahat - chemical etching, mechanical polishing, paglalapat ng iba't ibang mga passivator sa ibabaw. Ang mga kristal ay nahuhulog sa iba't ibang likido, ngunit walang resulta. Pagkatapos ay napagpasyahan na i-localize ang control zone hangga't maaari, kung saan ang isa sa mga conductor at ang control electrode ay ginawa sa anyo ng malapit na spaced spring-loaded needles. Ang eksperimentong si Brattain, na may 15 taong karanasan sa iba't ibang semiconductors, ay maaaring iikot ang mga knobs ng isang oscilloscope sa loob ng 25 oras sa isang araw.

Ang theorist na si Bardeen ay laging nandiyan, handang subukan ang kanyang teoretikal na kalkulasyon araw at gabi. Ang parehong mga mananaliksik, tulad ng sinasabi nila, ay natagpuan ang bawat isa. Halos hindi sila umalis sa laboratoryo, ngunit lumipas ang oras, at wala pa ring makabuluhang resulta.

Sa sandaling si Brattain, na pinahirapan ng mga kabiguan, ay inilipat ang mga karayom ​​nang halos malapit, bukod pa, hindi niya sinasadyang nahalo ang mga polaridad ng mga potensyal na inilapat sa kanila. Ang siyentipiko ay hindi makapaniwala sa kanyang mga mata. Nagulat siya, ngunit malinaw na ipinakita sa screen ng oscilloscope ang pagpapalakas ng signal. Ang theorist na si Bardeen ay tumugon nang may bilis ng kidlat at hindi mapag-aalinlanganan: walang field effect, at hindi ito tungkol sa kanya. Ang pagpapalakas ng signal ay nangyayari para sa ibang dahilan. Sa lahat ng nakaraang pagtatantya, ang mga electron lamang ang itinuturing na pangunahing kasalukuyang carrier sa isang germanium crystal, at ang "mga butas", na milyun-milyong beses na mas maliit, ay natural na hindi pinansin. Napagtanto ni Bardin na ang "mga butas" ang mahalaga. Ang pagpapakilala ng "mga butas" sa pamamagitan ng isang elektrod (ang prosesong ito ay tinatawag na iniksyon) ay nagdudulot ng hindi masusukat na mas malaking agos sa kabilang elektrod. At lahat ng ito laban sa background ng immutability ng estado ng isang malaking bilang ng mga electron.

Kaya, sa isang hindi mahuhulaan na paraan, noong Disyembre 19, 1947, ipinanganak ang isang point transistor (Larawan 22).

Sa una, ang bagong aparato ay tinawag na germanium triode. Hindi nagustuhan nina Bardeen at Brattain ang pangalan. Hindi ito tumunog. Nais nilang magtapos ang pangalan sa "thor", katulad ng isang risistor o thermistor. Dito sila tumulong sa electronics engineer na si John Pierce, na matatas sa salita (sa kalaunan ay naging isang kilalang science popularizer at science fiction na manunulat sa ilalim ng pseudonym J. J. Coupling). Naalala ni Pierce na ang isa sa mga parameter ng isang vacuum triode ay ang steepness ng katangian, sa Ingles - transconductance. Iminungkahi niya ang pagtawag sa isang katulad na parameter ng isang solid-state amplifier transresistance, at ang amplifier mismo, at ang salitang ito ay umiikot lamang sa dila, isang transistor. Nagustuhan ng lahat ang pangalan.

Ilang araw pagkatapos ng kahanga-hangang pagtuklas, noong Bisperas ng Pasko, Disyembre 23, 1947, naganap ang pagtatanghal ng transistor sa pamamahala ng Bell Telephone Laboratories (Larawan 23).

kanin. 23. Bardeen-Brattain point transistor

Si William Shockley, na nagbabakasyon sa Europa, ay agad na bumalik sa Amerika. Ang hindi inaasahang tagumpay nina Bardeen at Brattain ay labis na nasaktan sa kanyang kawalang-kabuluhan. Siya ang unang nag-isip tungkol sa isang semiconductor amplifier, pinamunuan ang grupo, pinili ang direksyon ng pananaliksik, ngunit hindi niya ma-claim ang co-authorship sa "star" na patent. Laban sa background ng pangkalahatang kagalakan, kinang at tunog ng mga baso ng champagne, si Shockley ay mukhang bigo at madilim. At pagkatapos ay may mangyayari na palaging itatago sa atin ng tabing ng panahon. Sa isang linggo, na sa kalaunan ay tatawagin ni Shockley ang kanyang "holy week", nilikha niya ang teorya ng isang transistor na may mga p-n junction na pumalit sa mga kakaibang karayom, at noong Bisperas ng Bagong Taon ay naimbento niya ang isang planar bipolar transistor. (Tandaan na ang isang tunay na gumaganang bipolar transistor ay hindi ginawa hanggang 1950.)

Ang panukala ng isang circuit diagram para sa isang mas mahusay na solid state amplifier na may layered na istraktura ay nagpapantay kay Shockley sa pagtuklas ng transistor effect kasama sina Bardeen at Brattain.

Pagkalipas ng anim na buwan, noong Hunyo 30, 1948, sa New York, sa punong-tanggapan ng Bell Telephone Laboratories, pagkatapos ayusin ang lahat ng kinakailangang pormalidad ng patent, isang bukas na pagtatanghal ng transistor ang naganap. Noong panahong iyon, nagsimula na ang Cold War sa pagitan ng Estados Unidos at Unyong Sobyet, kaya ang mga teknikal na inobasyon ay pangunahing sinusuri ng militar. Sa sorpresa ng lahat ng naroroon, ang mga eksperto mula sa Pentagon ay hindi interesado sa transistor at inirerekomenda ang paggamit nito sa mga hearing aid.

Pagkalipas ng ilang taon, ang bagong aparato ay naging isang kailangang-kailangan na sangkap sa control system ng mga missile ng militar, ngunit sa araw na iyon na nai-save ng myopia ng militar ang transistor mula sa heading na "top secret".

Nag-react din ang mga mamamahayag sa imbensyon, nang walang labis na emosyon. Sa pahina apatnapu't anim, sa seksyong "Balita sa Radyo" ng New York Times, mayroong isang maikling tala tungkol sa pag-imbento ng isang bagong aparato sa radyo. Tanging.

Hindi inaasahan ng Bell Telephone Laboratories ang pag-unlad na ito. Ang mga utos ng militar kasama ang kanilang mapagbigay na pondo ay hindi nakita kahit sa malayong hinaharap. Isang kagyat na desisyon ang ginawa upang magbenta ng mga lisensya para sa transistor sa lahat. Ang halaga ng transaksyon ay $25,000. Isang training center ang itinatayo at ang mga seminar para sa mga espesyalista ay gaganapin. Hindi na magtatagal ang mga resulta (Larawan 24).

Ang transistor ay mabilis na nakakahanap ng mga aplikasyon sa iba't ibang uri ng mga aplikasyon, mula sa kagamitang pangmilitar at computer hanggang sa mga consumer electronics. Kapansin-pansin, ang unang portable radio receiver ay tinawag na sa loob ng mahabang panahon - isang transistor.

katumbas ng European

Ang gawain sa paglikha ng isang three-electrode semiconductor amplifier ay isinagawa din sa kabilang panig ng karagatan, ngunit mas kaunti ang nalalaman tungkol sa kanila.

Kamakailan lamang, natuklasan ng Belgian historian na si Armand Van Dormel at propesor ng Stanford University na si Michael Riordan na ang "kapatid na lalaki ng transistor" ni Bardeen-Brattain ay naimbento at na-komersyal pa nga sa Europa noong huling bahagi ng 1940s.

Ang mga European inventors ng point transistor ay sina Herbert Franz Matare at Heinrich Johann Welker (Fig. 25). Si Matare ay isang experimental physicist na nagtrabaho para sa German firm na Telefunken at nagtrabaho sa microwave electronics at radar. Si Welker ay higit na isang teorista, nagturo nang mahabang panahon sa Unibersidad ng Munich, at noong mga taon ng digmaan ay nagtrabaho siya para sa Luftwaffe.

kanin. 25. Mga Imbentor ng transitron na sina Herbert Mathare at Heinrich Welker

Nagkita sila sa Paris. Matapos ang pagkatalo ng pasistang Alemanya, ang parehong mga pisiko ay inanyayahan sa European branch ng American corporation na Westinghouse.

Noong 1944, si Matare, habang nagtatrabaho sa mga semiconductor rectifier para sa mga radar, ay nagdisenyo ng isang aparato na tinawag niyang duodiode. Ito ay isang pares ng parallel point rectifier gamit ang parehong germanium plate. Gamit ang tamang pagpili ng mga parameter, pinigilan ng device ang ingay sa radar receiving unit. Pagkatapos ay natuklasan ni Matare na ang pagbabagu-bago ng boltahe sa isang elektrod ay maaaring magresulta sa pagbabago sa lakas ng kasalukuyang dumadaan sa pangalawang elektrod. Tandaan na ang paglalarawan ng naturang epekto ay nakapaloob sa patent ni Lilienfeld, at posibleng alam ito ni Matare. Ngunit maging iyon man, naging interesado siya sa naobserbahang kababalaghan at patuloy na pananaliksik.

Dumating si Welker sa ideya ng transistor mula sa ibang anggulo, paggawa ng quantum physics at the band theory of solids. Sa pinakadulo simula ng 1945, lumikha siya ng solid-state amplifier circuit, na halos kapareho sa device ni Shockley. Noong Marso, nagawa ni Welker na tipunin at subukan ito, ngunit hindi siya maswerteng kaysa sa mga Amerikano. Hindi gumagana ang device.

Sa Paris, inutusan ang Matarat at Welker na ayusin ang pang-industriyang produksyon ng mga semiconductor rectifier para sa network ng telepono ng France. Sa pagtatapos ng 1947, ang mga rectifier ay inilunsad sa isang serye, at sina Matare at Welker ay may oras upang ipagpatuloy ang pananaliksik. Nagpapatuloy sila sa karagdagang mga eksperimento sa duodiode. Magkasama silang gumawa ng mga tala mula sa mas dalisay na germanium at nakakakuha ng isang matatag na epekto ng amplification. Nasa simula ng Hunyo 1948, si Matare at Welker ay lumikha ng isang matatag na working point transistor. Ang European transistor ay lumilitaw kalahating taon mamaya kaysa sa aparato ng Bardeen at Brattain, ngunit ganap na independyente nito. Walang alam sina Matare at Welker tungkol sa gawain ng mga Amerikano. Ang unang pagbanggit sa press tungkol sa "bagong radio engineering device" na lumabas sa Bell Laboratories ay hindi lumabas hanggang Hulyo 1.

Ang karagdagang kapalaran ng imbensyon ng Europa ay malungkot. Naghanda sina Matare at Welker ng aplikasyon ng patent para sa imbensyon noong Agosto, ngunit pinag-aralan ng French patent office ang mga dokumento sa napakatagal na panahon. Noong Marso 1952 lamang sila nakatanggap ng isang patent para sa pag-imbento ng transitron - ito ang pangalan na pinili ng mga German physicist para sa kanilang semiconductor amplifier. Sa oras na iyon, ang sangay ng Westinghouse sa Paris ay nagsimula na ng mass production ng mga transitron. Ang pangunahing kostumer ay ang Postal Ministry. Maraming bagong linya ng telepono ang itinayo sa France. Gayunpaman, ang edad ng mga transitron ay maikli ang buhay. Sa kabila ng katotohanan na sila ay nagtrabaho nang mas mahusay at mas mahaba kaysa sa kanilang "kasamahan" na Amerikano (dahil sa mas maingat na pagpupulong), hindi maaaring masakop ng mga transitron ang merkado sa mundo. Kasunod nito, ang mga awtoridad ng Pransya sa pangkalahatan ay tumanggi na mag-subsidize ng pananaliksik sa larangan ng semiconductor electronics, lumipat sa mas malalaking proyektong nuklear. Nasira ang laboratoryo nina Matare at Welker. Nagpasya ang mga siyentipiko na bumalik sa kanilang tinubuang-bayan. Sa oras na iyon, nagsimula ang muling pagkabuhay ng agham at high-tech na industriya sa Germany. Nakakuha ng trabaho si Welker sa laboratoryo ng alalahanin ng Siemens, na pinamunuan niya kalaunan, at lumipat si Matare sa Düsseldorf at naging presidente ng isang maliit na kumpanya, Intermetall, na gumagawa ng mga semiconductor device.

Afterword

Kung susundin natin ang kapalaran ng mga Amerikano, pagkatapos ay umalis si John Bardeen sa Bell Telephone Laboratories noong 1951, kinuha ang teorya ng superconductivity at noong 1972, kasama ang dalawa sa kanyang mga mag-aaral, ay iginawad sa Nobel Prize "Para sa pagbuo ng teorya ng superconductivity. ", kaya't naging nag-iisang siyentipiko sa kasaysayan, dalawang beses na nagwagi ng Nobel.

Si Walter Brattain ay nagtrabaho sa Bell Telephone Laboratories hanggang sa kanyang pagreretiro noong 1967, nang bumalik siya sa kanyang bayan upang magturo ng pisika sa lokal na unibersidad.

Ang kapalaran ni William Shockley ay ang mga sumusunod. Umalis siya sa Bell Telephone Laboratories noong 1955 at, sa tulong pinansyal mula kay Arnold Beckman, itinatag ang Shockly Transistor Corporation, isang kumpanya ng paggawa ng transistor. Maraming mahuhusay na siyentipiko at inhinyero ang pumasok sa trabaho sa bagong kumpanya, ngunit pagkaraan ng dalawang taon karamihan sa kanila ay umalis sa Shockley. Ang pagmamataas, pagmamataas, ayaw makinig sa opinyon ng mga kasamahan at pagkahumaling na hindi na ulitin ang pagkakamaling nagawa niya sa pakikipagtulungan kay Bardeen at Brattain ay ginagawa ang kanilang trabaho. Ang kumpanya ay bumagsak.

Ang kanyang mga dating empleyado na sina Gordon Moore at Robert Noyce, na may suporta ng parehong Beckman, ay nagtatag ng Fairchild Semiconductor, at pagkatapos, noong 1968, lumikha ng kanilang sariling kumpanya, Intel.

Ang pangarap ni Shockley na magtayo ng semiconductor business empire ay natupad ng iba (Figure 26), at muli niyang nakuha ang papel ng isang tagamasid sa labas. Ang kabalintunaan ay noong 1952, si Shockley ang nagmungkahi ng disenyo ng isang field-effect transistor na nakabatay sa silikon. Gayunpaman, ang Shockly Transistor Corporation ay hindi naglabas ng anumang FET. Ngayon, ang aparatong ito ay ang batayan ng buong industriya ng computer.

kanin. 26. Ebolusyon ng transistor

Matapos mabigo sa negosyo, si Shockley ay naging propesor sa Stanford University. Nagbibigay siya ng mga makikinang na lektura sa pisika, personal na nakikitungo sa mga mag-aaral na nagtapos, ngunit kulang sa kanyang dating kaluwalhatian - lahat ng tinatawag ng mga Amerikano na malawak na publisidad ng salita. Kasama si Shockley sa pampublikong buhay at nagsimulang gumawa ng mga presentasyon sa maraming mga isyu sa lipunan at demograpiko. Nag-aalok ng mga solusyon sa mga matinding problemang nauugnay sa sobrang populasyon sa mga bansang Asyano at mga pagkakaiba-iba ng bansa, napunta siya sa eugenics at hindi pagpaparaan sa lahi. Inaakusahan siya ng press, telebisyon, siyentipikong mga journal ng extremism at racism. Si Shockley ay "sikat" na naman at mukhang nag-eenjoy sa lahat. Ang kanyang reputasyon at karera bilang isang siyentipiko ay malapit nang magwakas. Siya ay nagretiro, huminto sa pakikipag-usap sa lahat, kahit na sa kanyang sariling mga anak, at nabubuhay sa kanyang buhay bilang isang recluse.

Iba't ibang tao, iba't ibang tadhana, ngunit lahat sila ay pinag-isa sa pamamagitan ng pagkakasangkot sa isang pagtuklas na radikal na nagbago sa ating mundo.

Ang petsa ng Disyembre 19, 1947 ay nararapat na ituring na kaarawan ng isang bagong panahon. Nagsimula na ang countdown ng bagong oras. Ang mundo ay tumuntong sa digital age.

Panitikan

1. William F. Brinkman, Douglas E. Haggan, William W. Troutman. Isang Kasaysayan ng Pag-imbento ng Transistor at Kung saan tayo dadalhin nito // IEEE Journal of Solid-State Circuits. Vol.32, No.12. Disyembre 1997.
2. Hugo Gernsback. Isang Sensational Radio Invention // Balita sa Radyo. Setyembre 1924
3. Novikov M.A. Oleg Vladimirovich Losev - isang pioneer ng semiconductor electronics // Solid State Physics. 2004. Tomo 46, blg. isa.
4. Ostroumov B., Shlyakhter I. Imbentor ng kristadin O. V. Losev. // Radyo. 1952. Blg. 5.
5. Zhirnov V., Suetin N. Pag-imbento ng inhinyero na si Losev // Eksperto. 2004. Blg. 15.
6. Lee T.H., Isang Hindi Linear na Kasaysayan ng Radyo. Cambridge University Press. 1998.
7. Nosov Yu. Transistor paradoxes // Kvant. 2006. No. 1.
8. Andrew Emerson. Sino ba talaga ang nag-imbento ng Transistor? www.radiobygones.com
9. Michael Riordan. Paano Napalampas ng Europe ang Transistor // IEEE Spectrum, Nob. 2005. www.spectrum.ieee.org

PYATIGORSK STATE TECHNOLOGICAL UNIVERSITY

DEPARTMENT OF MANAGEMENT AND INFORMATION IN TECHNICAL SYSTEMS

SANAYSAY

"Ang kasaysayan ng pag-unlad ng mga transistor"

Nakumpleto:

Mag-aaral gr. UITS-b-101

Sergeenko Viktor

Pyatigorsk, 2010

Panimula

Transistor (mula sa English transfer - transfer and resistance - resistance o transconductance - active interelectrode conductivity at varistor - variable resistance) - isang electronic device na gawa sa semiconductor material, kadalasang may tatlong lead, na nagpapahintulot sa mga input signal na kontrolin ang kasalukuyang sa isang electrical circuit . Karaniwang ginagamit upang palakasin, bumuo at mag-convert ng mga de-koryenteng signal.

Ang kasalukuyang sa output circuit ay kinokontrol sa pamamagitan ng pagbabago ng input boltahe o kasalukuyang. Ang isang maliit na pagbabago sa mga halaga ng input ay maaaring humantong sa isang mas malaking pagbabago sa output boltahe at kasalukuyang. Ang nagpapalakas na katangian ng mga transistor ay ginagamit sa analog na teknolohiya (analog TV, radyo, komunikasyon, atbp.).

Sa kasalukuyan, ang analog na teknolohiya ay pinangungunahan ng bipolar transistors (BT) (international term - BJT, bipolar junction transistor). Ang isa pang mahalagang sangay ng electronics ay ang digital na teknolohiya (lohika, memorya, mga processor, computer, digital na komunikasyon, atbp.), Kung saan, sa kabaligtaran, ang mga bipolar transistor ay halos ganap na pinalitan ng mga field.

Ang lahat ng modernong digital na teknolohiya ay pangunahing binuo sa field MOS (metal-oxide-semiconductor) transistors (MOSFETs), bilang mas matipid na mga elemento kumpara sa mga BT. Minsan sila ay tinatawag na MIS (metal-dielectric-semiconductor) - transistors. Ang internasyonal na termino ay MOSFET (metal-oxide-semiconductor field effect transistor). Ang mga transistor ay ginawa sa loob ng balangkas ng pinagsama-samang teknolohiya sa iisang silicon crystal (chip) at bumubuo ng elementarya na "brick" para sa pagbuo ng logic, memory, processor, atbp. microcircuits. Ang mga sukat ng modernong MOSFET ay mula 90 hanggang 32 nm. Sa isang modernong chip (karaniwan ay 1-2 cm² ang laki) mayroong ilang (sa ngayon ay iilan lamang) bilyong MOSFET. Sa loob ng 60 taon nagkaroon ng pagbawas sa laki (miniaturization) ng mga MOSFET at isang pagtaas sa kanilang bilang sa isang chip (degree of integration), sa mga darating na taon isang karagdagang pagtaas sa antas ng pagsasama ng mga transistor sa isang chip ay inaasahan (tingnan ang Batas ni Moore). Ang pagbawas sa laki ng MOSFET ay humahantong din sa pagtaas ng bilis ng mga processor, pagbaba sa paggamit ng kuryente at pag-aalis ng init.

Kwento

Ang mga unang patent para sa prinsipyo ng pagpapatakbo ng mga transistor na may epekto sa larangan ay nakarehistro sa Germany noong 1928 (sa Canada, Oktubre 22, 1925) sa pangalan ng Austro-Hungarian physicist na si Julius Edgar Lilienfeld. Noong 1934, ang German physicist na si Oscar Heil ay nag-patent ng field-effect transistor. Ang mga field-effect transistors (sa partikular, ang mga MOSFET) ay batay sa isang simpleng electrostatic field effect, sa pisika ang mga ito ay mas simple kaysa sa mga bipolar transistors, at samakatuwid sila ay naimbento at na-patent bago pa ang mga bipolar transistors. Gayunpaman, ang unang transistor ng MOS, na bumubuo sa batayan ng modernong industriya ng kompyuter, ay ginawa nang mas huli kaysa sa bipolar transistor, noong 1960. Ito ay hindi hanggang sa 1990s na ang MOS na teknolohiya ay nagsimulang mangibabaw sa bipolar na teknolohiya.

Noong 1947, nilikha nina William Shockley, John Bardeen, at Walter Brattain ang unang gumaganang bipolar transistor sa Bell Labs, na ipinakita noong ika-16 ng Disyembre. Noong Disyembre 23, naganap ang opisyal na pagtatanghal ng imbensyon, at ang petsang ito ay itinuturing na araw ng pag-imbento ng transistor. Ayon sa teknolohiya ng pagmamanupaktura, kabilang ito sa klase ng mga point transistors. Noong 1956 sila ay iginawad sa Nobel Prize sa Physics "para sa kanilang pananaliksik sa semiconductors at sa kanilang pagtuklas ng transistor effect". Kapansin-pansin, hindi nagtagal ay ginawaran si John Bardeen ng Nobel Prize sa pangalawang pagkakataon para sa kanyang paglikha ng teorya ng superconductivity.

Ang mga vacuum tube ay pinalitan nang maglaon ng mga transistor sa karamihan ng mga elektronikong aparato, na binago ang disenyo ng mga integrated circuit at mga computer.

Kailangan ni Bell ng pangalan ng device. Ang mga pangalang "semiconductor triode" (semiconductor triode), "Solid Triode", "Surface States Triode", "crystal triode" (crystal triode) at "Iotatron" ay iminungkahi, ngunit ang salitang "transistor" (transistor), ay iminungkahi ng Si John Pearce (John R. Pierce), ay nanalo sa panloob na boto.

Sa orihinal, ang pangalang "transistor" ay tumutukoy sa mga resistor na kinokontrol ng boltahe. Sa katunayan, ang isang transistor ay maaaring isipin bilang isang uri ng paglaban na kinokontrol ng boltahe sa isang elektrod (sa field-effect transistors - ang boltahe sa pagitan ng gate at ang pinagmulan, sa bipolar transistors - ang boltahe sa pagitan ng base at ng emitter).

pag-uuri ng transistor

bipolar transistor- isang three-electrode semiconductor device, isa sa mga uri ng transistor. Ang mga electrodes ay konektado sa tatlong magkakasunod na layer ng isang semiconductor na may isang alternating uri ng impurity conduction. Ayon sa pamamaraang ito ng paghahalili, ang npn at pnp transistors ay nakikilala (n (negatibo) - elektronikong uri ng impurity conductivity, p (positibo) - butas). Sa isang bipolar transistor, hindi katulad ng iba pang mga varieties, ang mga pangunahing carrier ay parehong mga electron at butas (mula sa salitang "bi" - "dalawa").

Ang elektrod na konektado sa gitnang layer ay tinatawag na base, ang mga electrodes na konektado sa mga panlabas na layer ay tinatawag na kolektor at emitter. Sa pinakasimpleng circuit, ang mga pagkakaiba sa pagitan ng kolektor at emitter ay hindi nakikita. Sa katotohanan, ang pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng kolektor ay ang mas malaking lugar ng p-n junction. Bilang karagdagan, ang isang maliit na kapal ng base ay ganap na kinakailangan para sa pagpapatakbo ng transistor.

Ang bipolar point transistor ay naimbento noong 1947, sa mga sumunod na taon ay itinatag nito ang sarili bilang pangunahing elemento para sa paggawa ng mga integrated circuit gamit ang transistor-transistor, resistor-transistor at diode-transistor logic.

Ang mga unang transistor ay ginawa batay sa germanium. Sa kasalukuyan, ang mga ito ay pangunahing ginawa mula sa silikon at gallium arsenide. Ang pinakabagong mga transistor ay ginagamit sa mga high-frequency amplifier circuit. Ang bipolar transistor ay binubuo ng tatlong magkakaibang doped semiconductor zone: emitter E, base B at collector C. Depende sa uri ng conductivity ng mga zone na ito, NPN (emitter - n-semiconductor, base - p-semiconductor, collector - n-semiconductor) at PNP ay nakikilala.transistor. Ang mga conductive contact ay konektado sa bawat isa sa mga zone. Ang base ay matatagpuan sa pagitan ng emitter at collector at gawa sa isang lightly doped semiconductor na may mataas na resistensya. Ang kabuuang base-emitter contact area ay mas maliit kaysa sa collector-base contact area, samakatuwid, ang isang pangkalahatang bipolar transistor ay isang asymmetric device (imposibleng palitan ang emitter at collector sa pamamagitan ng pagbabago ng polarity ng koneksyon at, bilang isang resulta , kumuha ng bipolar transistor na ganap na katulad ng orihinal).

Sa aktibong mode ng operasyon, ang transistor ay naka-on upang ang emitter junction nito ay forward-biased (bukas), at ang collector junction ay reverse-biased. Para sa katiyakan, isaalang-alang ang isang npn transistor, ang lahat ng mga argumento ay paulit-ulit sa eksaktong parehong paraan para sa kaso ng isang pnp transistor, na ang salitang "mga electron" ay pinalitan ng "mga butas", at vice versa, pati na rin ang pagpapalit ng lahat ng mga boltahe na may kabaligtaran na mga palatandaan . Sa isang npn transistor, ang mga electron, ang pangunahing kasalukuyang carrier sa emitter, ay dumadaan sa isang bukas na emitter-base junction (ay ini-inject) papunta sa base region. Ang ilan sa mga electron na ito ay muling pinagsama sa karamihan ng mga carrier ng singil sa base (mga butas), ang ilan ay nagkakalat pabalik sa emitter. Gayunpaman, dahil ang base ay ginawang napakanipis at medyo bahagyang doped, karamihan sa mga electron na na-inject mula sa emitter ay nagkakalat sa rehiyon ng kolektor. Ang malakas na electric field ng reverse-biased collector junction ay kumukuha ng mga electron (tandaan na sila ay minority carriers sa base, kaya ang junction ay bukas para sa kanila) at dinadala ang mga ito sa collector. Ang kasalukuyang kolektor ay halos katumbas ng kasalukuyang emitter, maliban sa isang maliit na pagkawala ng recombination sa base, na bumubuo sa kasalukuyang base (Ie = Ib + Ik). Ang coefficient α na nagkokonekta sa emitter current at ang collector current (Ik = α Ie) ay tinatawag na emitter current transfer coefficient. Ang numerical value ng coefficient α 0.9 - 0.999. Ang mas mataas na koepisyent, mas mahusay ang transistor na naglilipat ng kasalukuyang. Ang koepisyent na ito ay nakasalalay nang kaunti sa mga boltahe ng kolektor-base at base-emitter. Samakatuwid, sa isang malawak na hanay ng mga operating voltages, ang kasalukuyang kolektor ay proporsyonal sa kasalukuyang base, ang koepisyent ng proporsyonalidad ay katumbas ng β = α / (1 − α) = (10..1000). Kaya, sa pamamagitan ng pagpapalit ng mababang kasalukuyang base, ang isang mas mataas na kasalukuyang kolektor ay maaaring kontrolin. Ang mga antas ng mga electron at butas ay humigit-kumulang pantay.

Field-effect transistor- isang semiconductor device kung saan nagbabago ang kasalukuyang bilang resulta ng pagkilos ng perpendicular current ng electric field na nilikha ng input signal.

Ang daloy ng kasalukuyang operating sa isang field-effect transistor ay dahil sa mga charge carrier ng isang sign lamang (mga electron o butas), samakatuwid, ang mga naturang device ay madalas na kasama sa isang mas malawak na klase ng unipolar electronic device (kumpara sa mga bipolar).

Ang kasaysayan ng paglikha ng mga field-effect transistors

Ang ideya ng isang insulated gate field effect transistor ay iminungkahi ni Lilienfeld noong 1926-1928. Gayunpaman, ang mga layunin na paghihirap sa pagpapatupad ng disenyo na ito ay naging posible upang lumikha ng unang gumaganang aparato ng ganitong uri lamang noong 1960. Noong 1953, iminungkahi at ipinatupad nina Dakey at Ross ang isa pang field effect na disenyo ng transistor - na may control p-n junction. Sa wakas, ang ikatlong disenyo ng FET, ang Schottky barrier FET, ay iminungkahi at ipinatupad ng Mead noong 1966.

FET switching circuits

Maaaring i-on ang field-effect transistor ayon sa isa sa tatlong pangunahing scheme: na may common source (OI), common drain (OS) at common gate (OZ).

Sa pagsasagawa, ang pinakakaraniwang ginagamit na circuit na may OI, katulad ng circuit sa isang bipolar transistor na may OE. Ang common-source cascade ay nagbibigay ng napakalaking current at power amplification. Ang circuit na may OZ ay katulad ng circuit na may OB. Hindi ito nagbibigay ng kasalukuyang amplification, at samakatuwid ang power amplification sa loob nito ay maraming beses na mas mababa kaysa sa OI circuit. Ang OZ cascade ay may mababang input impedance, at samakatuwid ito ay may limitadong praktikal na aplikasyon.

Pag-uuri ng field-effect transistors

Ayon sa pisikal na istraktura at mekanismo ng pagpapatakbo, ang mga transistor na epekto ng field ay karaniwang nahahati sa 2 grupo. Ang una ay nabuo ng mga transistors na may control p-n junction o isang metal-semiconductor junction (Schottky barrier), ang pangalawa ay ang mga transistor na kinokontrol ng isang insulated electrode (gate), ang tinatawag na. MIS transistors (metal - dielectric - semiconductor).

Mga transistor na may kontrol na p-n junction

Ang field-effect transistor na may control p-n junction ay isang field-effect transistor, ang gate nito ay nakahiwalay (iyon ay, electrically separated) mula sa channel sa pamamagitan ng reverse-biased p-n junction.

Ang nasabing transistor ay may dalawang non-rectifying contact sa rehiyon kung saan dumadaan ang kinokontrol na kasalukuyang ng mga pangunahing carrier ng singil, at isa o dalawang control electron-hole junctions na bias sa tapat na direksyon (tingnan ang Fig. 1). Kapag ang reverse boltahe sa p-n junction ay nagbabago, ang kapal nito ay nagbabago at, dahil dito, ang kapal ng rehiyon kung saan ang kinokontrol na kasalukuyang ng mga pangunahing carrier ng singil ay pumasa. Ang lugar, ang kapal at cross section na kung saan ay kinokontrol ng isang panlabas na boltahe sa control p-n junction at kung saan ang kinokontrol na kasalukuyang ng mga pangunahing carrier ay pumasa, ay tinatawag na isang channel. Ang elektrod kung saan ang pangunahing mga carrier ng singil ay pumasok sa channel ay tinatawag na pinagmulan. Ang elektrod kung saan ang mga pangunahing tagadala ng singil ay umalis sa channel ay tinatawag na alisan ng tubig. Ang electrode na ginamit upang ayusin ang cross section ng channel ay tinatawag na gate.

Ang electrical conductivity ng channel ay maaaring alinman sa n- o p-type. Samakatuwid, ayon sa electrical conductivity ng channel, ang mga field-effect transistors na may n-channel at isang p-channel ay nakikilala. Ang lahat ng polarities ng bias voltages na inilapat sa mga electrodes ng transistors na may n- at p-channel ay kabaligtaran.

Ang kasalukuyang alisan ng tubig, iyon ay, ang kasalukuyang mula sa isang panlabas na medyo malakas na pinagmumulan ng kapangyarihan sa load circuit, ay kinokontrol sa pamamagitan ng pagbabago ng reverse boltahe sa p-n junction ng gate (o sa dalawang p-n junctions sa parehong oras). Dahil sa liit ng mga reverse currents, ang kapangyarihan na kinakailangan upang kontrolin ang kasalukuyang alisan ng tubig at natupok mula sa pinagmulan ng signal sa circuit ng gate ay nagiging bale-wala. Samakatuwid, ang isang field-effect transistor ay maaaring magbigay ng amplification ng mga electromagnetic oscillations kapwa sa kapangyarihan at sa kasalukuyang at boltahe.

Kaya, ang field effect transistor ay katulad sa prinsipyo sa vacuum triode. Ang pinagmulan sa isang field-effect transistor ay katulad ng cathode ng vacuum triode, ang gate ay parang grid, at ang drain ay parang anode. Ngunit sa parehong oras, ang isang field-effect transistor ay makabuluhang naiiba mula sa isang vacuum triode. Una, ang pagpapatakbo ng isang field-effect transistor ay hindi nangangailangan ng pag-init ng cathode. Pangalawa, ang alinman sa mga function ng source at drain ay maaaring gawin ng bawat isa sa mga electrodes na ito. Pangatlo, ang field-effect transistors ay maaaring gawin gamit ang parehong n-channel at p-channel, na ginagawang posible na matagumpay na pagsamahin ang dalawang uri ng field-effect transistors na ito sa mga circuit.

Ang isang field-effect transistor ay naiiba sa isang bipolar transistor, una, sa pamamagitan ng prinsipyo ng operasyon: sa isang bipolar transistor, ang output signal ay kinokontrol ng input current, at sa isang field-effect transistor, sa pamamagitan ng input voltage o electric field. Pangalawa, ang field-effect transistors ay may makabuluhang mas mataas na input resistance, na dahil sa reverse bias ng gate p-n junction sa itinuturing na uri ng field-effect transistors. Pangatlo, ang field-effect transistor ay maaaring magkaroon ng mababang antas ng ingay (lalo na sa mababang frequency), dahil ang field-effect transistor ay hindi gumagamit ng phenomenon ng minority charge carrier injection at ang field-effect transistor channel ay maaaring ihiwalay mula sa ibabaw ng semiconductor. kristal. Ang mga proseso ng carrier recombination sa p-n junction at sa base ng bipolar transistor, pati na rin ang mga proseso ng generation-recombination sa ibabaw ng semiconductor crystal, ay sinamahan ng paglitaw ng low-frequency na ingay.

Insulated gate transistors (MIS transistors)

Ang isang insulated gate field effect transistor ay isang field effect transistor na ang gate ay electrically separated mula sa channel ng isang dielectric layer.

Sa isang semiconductor na kristal na may medyo mataas na resistivity, na tinatawag na substrate, dalawang mabigat na doped na rehiyon ang nilikha na may uri ng conductivity na kabaligtaran sa substrate. Ang mga lugar na ito ay natatakpan ng mga metal electrodes - pinagmulan at alisan ng tubig. Maaaring mas mababa sa isang micron ang distansya sa pagitan ng heavily doped source at drain region. Ang ibabaw ng isang semiconductor na kristal sa pagitan ng pinagmulan at alisan ng tubig ay natatakpan ng isang manipis na layer (sa pagkakasunud-sunod na 0.1 µm) ng isang dielectric. Dahil ang silikon ay karaniwang ang paunang semiconductor para sa mga transistor na may epekto sa larangan, ang isang layer ng silicon dioxide SiO2, na lumaki sa ibabaw ng isang silikon na kristal sa pamamagitan ng mataas na temperatura na oksihenasyon, ay ginagamit bilang isang dielectric. Ang isang metal electrode - isang gate - ay idineposito sa dielectric layer. Ito ay lumiliko ang isang istraktura na binubuo ng isang metal, isang dielectric at isang semiconductor. Samakatuwid, ang insulated gate field effect transistors ay madalas na tinatawag na MIS transistors.

Ang input resistance ng MIS transistors ay maaaring umabot sa 1010 ... 1014 ohms (para sa field-effect transistors na may control p-n junction 107 ... 109), na isang kalamangan kapag nagtatayo ng mga high-precision na device.

Mayroong dalawang uri ng MOS transistors: na may sapilitan na channel at may naka-embed na channel.

Sa mga transistor ng MIS na may sapilitan na channel, walang conducting channel sa pagitan ng mabibigat na doped na mga rehiyon ng pinagmulan at alisan ng tubig, at, samakatuwid, ang isang kapansin-pansing alisan ng tubig ay lilitaw lamang sa isang tiyak na polarity at sa isang tiyak na halaga ng boltahe ng gate na may kaugnayan sa pinagmulan, na tinatawag na threshold boltahe (UZIthor).

Sa MIS transistors na may built-in na channel, malapit sa ibabaw ng semiconductor sa ilalim ng gate sa zero gate boltahe na may kaugnayan sa pinagmulan, mayroong isang kabaligtaran na layer - isang channel na nag-uugnay sa pinagmulan sa alisan ng tubig.

Samakatuwid, ang mabigat na doped na mga rehiyon sa ilalim ng pinagmulan at alisan ng tubig, pati na rin ang sapilitan at built-in na mga channel, ay may p-type na electrical conductivity. Kung ang mga katulad na transistor ay nilikha sa isang substrate na may p-type na electrical conductivity, ang kanilang channel ay magkakaroon ng n-type na electrical conductivity.

MIS transistors na may sapilitan na channel

Kapag ang boltahe ng gate na nauugnay sa pinagmulan ay katumbas ng zero, at sa pagkakaroon ng isang boltahe sa alisan ng tubig, ang kasalukuyang alisan ng tubig ay lumalabas na bale-wala. Kinakatawan nito ang reverse current ng p-n junction sa pagitan ng substrate at ang heavily doped drain region. Sa isang negatibong potensyal sa gate (para sa istraktura na ipinapakita sa Fig. 2, a), bilang isang resulta ng pagtagos ng electric field sa pamamagitan ng dielectric layer sa semiconductor sa mababang boltahe sa gate (mas maliit na U3 at pores), isang field effect na naubos ng mga pangunahing carrier at lumilitaw ang rehiyon malapit sa semiconductor surface sa ilalim ng gate. space charge, na binubuo ng ionized uncompensated impurity atoms. Sa mga boltahe ng gate na mas malaki kaysa sa U3 at pagkatapos, lumilitaw ang isang kabaligtaran na layer malapit sa ibabaw ng semiconductor sa ilalim ng gate, na siyang channel na nagkokonekta sa pinagmulan sa drain. Ang kapal at cross section ng channel ay magbabago sa isang pagbabago sa boltahe ng gate, at ang kasalukuyang alisan ng tubig ay magbabago nang naaayon, iyon ay, ang kasalukuyang sa load circuit at isang medyo malakas na mapagkukunan ng kuryente. Ito ay kung paano kinokontrol ang drain current sa isang insulated gate field effect transistor na may induced channel.

Dahil sa ang katunayan na ang gate ay pinaghihiwalay mula sa substrate sa pamamagitan ng isang dielectric layer, ang kasalukuyang sa gate circuit ay bale-wala, at ang kapangyarihan na natupok mula sa signal source sa gate circuit at kinakailangan upang makontrol ang medyo malaking alisan ng tubig kasalukuyang ay maliit din. . Kaya, ang isang MIS transistor na may sapilitan na channel ay maaaring magpalakas ng mga electromagnetic oscillations sa boltahe at kapangyarihan.

Ang prinsipyo ng power amplification sa MOS transistors ay maaaring isaalang-alang mula sa punto ng view ng paglilipat ng enerhiya ng isang pare-parehong electric field (ang enerhiya ng power source sa output circuit) sa isang alternating electric field ng mga charge carrier. Sa MOS transistor, bago lumitaw ang channel, halos lahat ng boltahe ng power supply sa drain circuit ay nahulog sa semiconductor sa pagitan ng source at drain, na lumilikha ng isang medyo malaking pare-parehong bahagi ng lakas ng electric field. Sa ilalim ng pagkilos ng boltahe ng gate, lumilitaw ang isang channel sa semiconductor sa ilalim ng gate, kasama ang mga carrier ng singil - mga butas - lumipat mula sa pinagmulan patungo sa alisan ng tubig. Ang mga butas, na gumagalaw sa direksyon ng patuloy na bahagi ng electric field, ay pinabilis ng patlang na ito at ang kanilang enerhiya ay tumataas dahil sa enerhiya ng pinagmumulan ng kapangyarihan sa circuit ng alisan ng tubig. Kasabay ng paglitaw ng channel at ang hitsura ng mga mobile charge carrier sa loob nito, bumababa ang boltahe ng alisan ng tubig, iyon ay, ang agarang halaga ng variable na bahagi ng electric field sa channel ay nakadirekta nang tapat sa pare-parehong bahagi. Samakatuwid, ang mga butas ay pinababa ng bilis ng isang alternating electric field, na nagbibigay ito ng bahagi ng kanilang enerhiya.

Mga istruktura ng MIS para sa mga espesyal na layunin

Sa mga istruktura ng uri ng metal-nitride-oxide-semiconductor (MNOS), ang dielectric sa ilalim ng gate ay gawa sa dalawang layer: isang layer ng SiO2 oxide at isang makapal na layer ng Si3N4 nitride. Ang mga electron traps ay nabuo sa pagitan ng mga layer, na, kapag ang isang positibong boltahe (28..30 V) ay inilapat sa gate ng istraktura ng MNOS, kumukuha ng mga electron tunneling sa pamamagitan ng isang manipis na layer ng SiO2. Ang mga negatibong sisingilin na mga ion na nabuo ay nagpapataas ng boltahe ng threshold, at ang kanilang singil ay maaaring maimbak nang hanggang ilang taon sa kawalan ng kapangyarihan, dahil pinipigilan ng layer ng SiO2 ang pagtagas ng singil. Kapag ang isang malaking negatibong boltahe (28…30 V) ay inilapat sa gate, ang naipon na singil ay hinihigop, na makabuluhang binabawasan ang boltahe ng threshold.

Ang mga floating-gate na metal-oxide-semiconductor (MOS) na istruktura na may avalanche injection (LISMOS) ay may gate na gawa sa polycrystalline silicon na nakahiwalay sa ibang bahagi ng istraktura. Ang pagkasira ng avalanche ng p-n junction ng substrate at ang alisan ng tubig o pinagmulan, kung saan inilalapat ang isang mataas na boltahe, ay nagpapahintulot sa mga electron na tumagos sa pamamagitan ng layer ng oxide hanggang sa gate, bilang isang resulta kung saan ang isang negatibong singil ay lilitaw dito. Ang mga katangian ng insulating ng dielectric ay ginagawang posible na mapanatili ang singil na ito sa loob ng mga dekada. Ang pag-alis ng electric charge mula sa gate ay isinasagawa gamit ang ionizing ultraviolet irradiation na may quartz lamp, habang ang photocurrent ay nagpapahintulot sa mga electron na muling pagsamahin sa mga butas.

Kasunod nito, ang mga istruktura ng storage field-effect transistors na may double gate ay binuo. Ang gate na binuo sa dielectric ay ginagamit upang iimbak ang singil na tumutukoy sa estado ng aparato, at ang panlabas (ordinaryo) na gate, na kinokontrol ng mga bipolar pulse, ay ginagamit upang magdagdag o mag-alis ng singil sa built-in (internal) na gate. Ito ay kung paano lumitaw ang mga cell, at pagkatapos ay ang mga flash memory chips, na nakakuha ng mahusay na katanyagan sa mga araw na ito at naging isang makabuluhang katunggali sa mga hard drive sa mga computer.

Upang ipatupad ang napakalaking integrated circuit (VLSI), nilikha ang ultraminiature field-effect microtransistors. Ginawa ang mga ito gamit ang nanotechnology na may geometric na resolusyon na mas mababa sa 100 nm. Sa ganitong mga aparato, ang kapal ng dielectric ng gate ay umabot sa ilang mga atomic na layer. Iba't-ibang, kabilang ang tatlong-gate na mga istraktura ay ginagamit. Gumagana ang mga device sa micropower mode. Sa modernong Intel microprocessors, ang bilang ng mga device ay mula sa sampu-sampung milyon hanggang 2 bilyon. Ang pinakabagong mga FET ay strained silicon, may metal na gate, at gumagamit ng bagong patented na gate na dielectric na materyal batay sa mga hafnium compound.

Sa huling quarter ng isang siglo, ang makapangyarihang field-effect transistors, pangunahin sa uri ng MOS, ay mabilis na nabuo. Binubuo ang mga ito ng maraming mababang-kapangyarihan na mga istruktura o istruktura na may branched na configuration ng gate. Ang nasabing RF at microwave device ay unang nilikha sa USSR ng mga espesyalista ng Pulsar Research Institute VV Bachurin (silicon device) at Vaksemburg V. Ya. (gallium arsenide device). Dyakonova V. P. (Smolensk branch ng MPEI). Binuksan nito ang larangan ng pag-unlad ng makapangyarihang key (pulse) na mga transistor na may mga espesyal na istruktura, na may mataas na mga boltahe at alon ng pagpapatakbo (hiwalay hanggang sa 500-1000 V at 50-100 A). Ang mga naturang device ay madalas na kinokontrol ng mababa (hanggang 5 V) na boltahe, may mababang on-state resistance (hanggang 0.01 Ω) para sa mga high-current na device, mataas na transconductance, at maikli (ilang hanggang sampu-sampung ns) na mga oras ng paglipat. Wala silang kababalaghan ng akumulasyon ng mga carrier sa istraktura at ang kababalaghan ng saturation na likas sa bipolar transistors. Dahil dito, matagumpay na pinapalitan ng high-power field-effect transistors ang high-power bipolar transistors sa larangan ng low- at medium-power na power electronics.

Sa nakalipas na mga dekada, ang teknolohiya ng high-mobility electron transistors (HEM) ay mabilis na umuunlad sa ibang bansa, na malawakang ginagamit sa microwave communication at radio surveillance device. Parehong hybrid at monolithic microwave integrated circuit ay ginagawa batay sa HPE. Sa puso ng pagpapatakbo ng HDET ay ang channel control gamit ang isang two-dimensional na electron gas, ang lugar kung saan ay nilikha sa ilalim ng gate contact dahil sa paggamit ng isang heterojunction at isang napaka manipis na dielectric layer - isang spacer.

Mga aplikasyon ng field-effect transistors

Ang isang makabuluhang bahagi ng field-effect transistors na ginawa sa ngayon ay bahagi ng CMOS structures, na binuo mula sa field-effect transistors na may mga channel ng iba't ibang (p- at n-) na uri ng conductivity at malawakang ginagamit sa digital at analog integrated mga sirkito.

Dahil sa katotohanan na ang field-effect transistors ay kinokontrol ng field (ang boltahe na inilapat sa gate), at hindi ng kasalukuyang dumadaloy sa base (tulad ng sa bipolar transistors), ang field-effect transistors ay kumonsumo ng mas kaunting enerhiya, na kung saan ay lalo na mahalaga sa mga circuit ng paghihintay at pagsubaybay sa mga aparato, pati na rin sa mababang pagkonsumo at mga scheme ng pag-save ng enerhiya (pagpapatupad ng mga mode ng pagtulog).

Ang mga kilalang halimbawa ng field-effect transistor device ay ang quartz wrist watch at ang TV remote control. Dahil sa paggamit ng mga istruktura ng CMOS, ang mga device na ito ay maaaring gumana nang hanggang ilang taon, dahil halos hindi sila kumonsumo ng enerhiya.

Ang mga larangan ng aplikasyon para sa high-power na field-effect transistor ay umuunlad sa napakabilis na bilis. Ang kanilang paggamit sa mga radio transmitting device ay ginagawang posible upang makakuha ng mas mataas na kadalisayan ng spectrum ng mga ibinubuga na signal ng radyo, bawasan ang antas ng interference at dagdagan ang pagiging maaasahan ng mga radio transmitters. Sa power electronics, matagumpay na pinapalitan at pinapalitan ng key high-power field-effect transistors ang mga high-power na bipolar transistor. Sa mga power converter, ginagawa nilang posible na pataasin ang dalas ng conversion ng 1-2 order ng magnitude at lubhang bawasan ang mga sukat at bigat ng mga nagko-convert ng enerhiya. Ang mga high-power na device ay gumagamit ng field-operated bipolar transistors (IGBTs) upang matagumpay na maalis ang mga thyristor. Sa HiFi at HiEnd audio frequency power amplifier ng pinakamataas na klase, matagumpay na pinapalitan ng malalakas na field-effect transistors ang malalakas na vacuum tube na may mababang non-linear at dynamic na distortion.

Bilang karagdagan sa pangunahing materyal na semiconductor, na kadalasang ginagamit sa anyo ng isang solong kristal, ang transistor ay naglalaman sa disenyo nito ng mga alloying additives sa base material, lead metal, insulating elements, at mga bahagi ng katawan (plastic o ceramic). Minsan ginagamit ang mga pinagsamang pangalan na bahagyang naglalarawan ng mga materyales ng isang partikular na iba't (halimbawa, "silicon on sapphire" o "Metal-oxide-semiconductor"). Gayunpaman, ang mga pangunahing ay mga transistor:

germanium

Silicon

Gallium arsenide

Ang iba pang mga transistor na materyales ay hindi pa ginagamit hanggang kamakailan. Sa kasalukuyan, mayroong mga transistor batay sa, halimbawa, mga transparent semiconductors para magamit sa mga display matrice. Ang isang promising materyal para sa transistors ay semiconductor polymers. Mayroon ding mga nakahiwalay na ulat ng carbon nanotube transistors.

Pinagsamang mga transistor

Ang mga transistor na may built-in na resistors (Resistor-equipped transistors (RETs)) ay mga bipolar transistors na may resistors na binuo sa isang pakete.

Darlington transistor- isang kumbinasyon ng dalawang bipolar transistor, na gumagana bilang isang bipolar transistor na may mataas na current gain.

sa mga transistor ng isang polarity

sa mga transistor ng iba't ibang polarity

Ang lambda diode ay isang two-pole, isang kumbinasyon ng dalawang field-effect transistors, na, tulad ng isang tunnel diode, ay may makabuluhang seksyon na may negatibong pagtutol.

Ang insulated gate bipolar transistor ay isang power electronic device na pangunahing idinisenyo upang kontrolin ang mga electrical drive.

Sa pamamagitan ng kapangyarihan

Ayon sa kapangyarihan na nawala sa anyo ng init, nakikilala nila:

mababang kapangyarihan transistors hanggang sa 100 mW

medium power transistors mula 0.1 hanggang 1 W

malakas na transistor (higit sa 1 W).

Sa pamamagitan ng pagpapatupad

mga discrete transistors

katawan ng barko

Para sa libreng pag-mount

Para sa pag-install sa isang radiator

Para sa mga awtomatikong sistema ng paghihinang

hindi nakabalangkas

mga transistor sa mga integrated circuit.

Ayon sa materyal at disenyo ng kaso

metal-salamin

plastik

ceramic

Iba pang mga uri

Ang mga single-electron transistors ay naglalaman ng isang quantum dot (ang tinatawag na "isla") sa pagitan ng dalawang tunnel junction. Ang tunneling kasalukuyang ay kinokontrol ng boltahe ng gate capacitively kaisa dito.

biotransistor

Pagpili sa pamamagitan ng ilang mga katangian

Ang Transistors BISS (Breakthrough in Small Signal, literal - "breakthrough in a small signal") ay mga bipolar transistor na may pinahusay na maliliit na parameter ng signal. Ang isang makabuluhang pagpapabuti sa mga parameter ng BISS transistors ay nakamit sa pamamagitan ng pagbabago ng disenyo ng emitter zone. Ang mga unang pag-unlad ng klase ng mga device na ito ay tinatawag ding "microcurrent device".

Ang mga transistor na may built-in na resistors RET (Resistor-equipped transistors) ay mga bipolar transistors na may resistors na binuo sa isang pakete. Ang RET ay isang pangkalahatang layunin na transistor na may built-in na isa o dalawang resistors. Ang disenyo ng transistor ay binabawasan ang bilang ng mga panlabas na bahagi at pinapaliit ang kinakailangang mounting area. Ang RET transistors ay ginagamit upang kontrolin ang input signal ng microcircuits o upang lumipat ng mas magaan na load sa LEDs.

Ang paggamit ng heterojunction ay nagbibigay-daan sa paglikha ng mga high-speed at high-frequency na field-effect transistors, gaya ng HEMT.

Paglalapat ng mga transistor

Ang mga transistor ay ginagamit bilang mga aktibong elemento (nagpapalakas) sa mga yugto ng pagpapalakas at paglipat.

Ang mga relay at thyristor ay may mas mataas na power gain kaysa sa mga transistor, ngunit gumagana lamang sa key (switching) mode.