Кто создал транзистор и в каком году?

16 ответов на вопрос “Кто создал транзистор и в каком году?”

  1. MrBlackHeart Ответить

    Одним из значительных изобретений XX века по праву считается изобретение транзистора, пришедшего на замену электронным лампам.
    Долгое время лампы были единственным активным компонентом всех радиоэлектронных устройств, хотя и имели множество недостатков. Прежде всего, это большая потребляемая мощность, большие габариты, малый срок службы и малая механическая прочность. Эти недостатки все острее ощущались по мере усовершенствования и усложнения электронной аппаратуры.

    Электронные лампыРеволюционный переворот в радиотехнике произошел, когда на смену устаревшим лампам пришли полупроводниковые усилительные приборы – транзисторы, лишенные всех упомянутых недостатков.
    Первый работоспособный транзистор появился на свет в 1947 году, благодаря стараниям сотрудников американской фирмы Bell Telephone Laboratories. Их имена теперь известны всему миру. Это ученые – физики У. Шокли, Д. Бардин и У. Брайтен. Уже в 1956 году за это изобретение все трое были удостоены нобелевской премии по физике.
    Но, как и многие великие изобретения, транзистор был замечен не сразу. Лишь в одной из американских газет было упомянуто, что фирма Bell Telephone Laboratories продемонстрировала созданный ею прибор под названием транзистор. Там же было сказано, что его можно использовать в некоторых областях электротехники вместо электронных ламп.

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

    Изобретение транзистора, Джон Бардин, Уильям Шокли и Уолтер БраттейнЗа сотрудничество в разработке первого в мире действующего транзистора в 1948 году они разделили Нобелевскую премию 1956 года.
    Но возможности транзистора, как, впрочем, и многих других великих открытий, были поняты и оценены не сразу. Чтобы вызвать интерес к новому прибору, фирма Bell усиленно рекламировала его на семинарах и в статьях, и предоставляла всем желающим лицензии на его производство.
    Производители электронных ламп не видели в транзисторе серьезного конкурента, ведь нельзя было так сразу, одним махом, сбросить со счетов тридцатилетнюю историю производства ламп нескольких сотен конструкций, и многомиллионные денежные вложения в их развитие и производство. Поэтому транзистор вошел в электронику не так быстро, поскольку эпоха электронных ламп еще продолжалась.

    Как это было, первые шаги к полупроводникам

    С давних времен в электротехнике использовались в основном два вида материалов – проводники и диэлектрики (изоляторы). Способностью проводить ток обладают металлы, растворы солей, некоторые газы. Эта способность обусловлена наличием в проводниках свободных носителей заряда – электронов. В проводниках электроны достаточно легко отрываются от атома, но для передачи электрической энергии наиболее пригодны те металлы, которые обладают низким сопротивлением (медь, алюминий, серебро, золото).
    К изоляторам относятся вещества с высоким сопротивлением, у них электроны очень крепко связаны с атомом. Это фарфор, стекло, резина, керамика, пластик. Поэтому свободных зарядов в этих веществах нет, а значит нет и электрического тока.
    Здесь уместно вспомнить формулировку из учебников физики, что электрический ток это есть направленное движение электрически заряженных частиц под действием электрического поля.
    В изоляторах двигаться под действием электрического поля просто нечему.
    Однако, в процессе исследования электрических явлений в различных материалах некоторым исследователям удавалось «нащупать» полупроводниковые эффекты. Например, первый кристаллический детектор (диод) создал в 1874 году немецкий физик Карл Фердинанд Браун на основе контакта свинца и пирита. (Пирит – железный колчедан, при ударе о кресало высекается искра, отчего и получил название от греческого «пир» — огонь). Позднее этот детектор с успехом заменил когерер в первых приемниках, что значительно повысило их чувствительность.
    В 1907 году Беддекер, исследуя проводимость йодистой меди обнаружил, что ее проводимость возрастает в 24 раза при наличии примеси йода, хотя сам йод проводником не является. Но все это были случайные открытия, которым не могли дать научного обоснования. Систематическое изучение полупроводников началось лишь в 1920 — 1930 годы.
    Большой вклад в изучение полупроводников внес советский ученый сотрудник знаменитой Нижегородской радио-лаборатории О.В. Лосев. Он вошел в историю в первую очередь как изобретатель кристадина (генератор колебаний и усилитель на основе диода) и светодиода.
    На заре производства транзисторов основным полупроводником являлся германий (Ge). В плане энергозатрат он весьма экономичен, напряжение отпирания его pn – перехода составляет всего 0,1…0,3В, но вот многие параметры нестабильны, поэтому на замену ему пришел кремний (Si).

    Изобретение транзистораТемпература, при которой работоспособны германиевые транзисторы не более 60 градусов, в то время, как кремниевые транзисторы могут продолжать работать при 150. Кремний, как полупроводник, превосходит германий и по другим свойствам, прежде всего по частотным.
    Кроме того, запасы кремния (обычный песок на пляже) в природе безграничны, а технология его очистки и обработки проще и дешевле, нежели редкого в природе элемента германия. Первый кремниевый транзистор появился вскоре после первого германиевого — в 1954 году. Это событие даже повлекло за собой новое название «кремниевый век».

    Микропроцессоры и полупроводники. Закат «кремниевого века»

    Вы никогда не задумывались над тем, почему в последнее время практически все компьютеры стали многоядерными? Термины двухъядерный или четырехъядерный у всех на слуху. Дело в том, что увеличение производительности микропроцессоров методом повышения тактовой частоты, и увеличения количества транзисторов в одном корпусе, для кремниевых структур практически приблизилось к пределу.
    Увеличение количества полупроводников в одном корпусе достигается за счет уменьшения их физических размеров. В 2011 году фирма INTEL уже разработала 32 нм техпроцесс, при котором длина канала транзистора всего 20 нм. Однако, такое уменьшение не приносит ощутимого прироста тактовой частоты, как это было вплоть до 90 нм технологий. Совершенно очевидно, что пора переходить на что-то принципиально новое.

    Графен – полупроводник будущего

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

  2. Dumas2013 Ответить

    Спустя неделю — 23 декабря 1947 года — состоялось официальное представление изобретения. Действующий макет биполярного транзистора был представлен руководству головной компании. Именно эта дата считается днём изобретения транзистора.
    В 1956 году ученые были награждены Нобелевской премией по физике «за исследования полупроводников и открытие транзисторного эффекта». Джон Бардин вскоре был удостоен Нобелевской премии во второй раз за создание теории сверхпроводимости.
    Название для нового устройства придумал американский инженер и писатель-фантаст Джон Пирс. Первоначально название «транзистор» относилось к резисторам, управляемым напряжением. В самом деле, транзистор можно представить как некое сопротивление, регулируемое напряжением на одном электроде.
    30 июня 1948 г. в штаб-квартире фирмы American Telephone and Telegraph в Нью-Йорке состоялась официальная презентация нового прибора, на транзисторах был собран радиоприемник.
    И все же, мировой сенсации не состоялось, первоначально открытие не оценили по достоинству, ибо первые точечные транзисторы, в сравнении с электронными лампами, имели очень плохие и неустойчивые характеристики.
    Однако позднее транзисторы заменили вакуумные лампы в большинстве электронных устройств, свершив революцию в создании интегральных схем и компьютеров.
    Также в этот день:
    1914 год — в России возникла Дальняя авиация
    1900 год — первая в мире звуковая радиопередача

  3. boi47 Ответить

    Одним из значительных изобретений XX века по праву считается изобретение транзистора, пришедшего на замену электронным лампам.
    Долгое время лампы были единственным активным компонентом всех радиоэлектронных устройств, хотя и имели множество недостатков. Прежде всего, это большая потребляемая мощность, большие габариты, малый срок службы и малая механическая прочность. Эти недостатки все острее ощущались по мере усовершенствования и усложнения электронной аппаратуры.
    Революционный переворот в радиотехнике произошел, когда на смену устаревшим лампам пришли полупроводниковые усилительные приборы – транзисторы, лишенные всех упомянутых недостатков.
    Первый работоспособный транзистор появился на свет в 1947 году, благодаря стараниям сотрудников американской фирмы Bell Telephone Laboratories. Их имена теперь известны всему миру. Это ученые – физики У. Шокли, Д. Бардин и У. Брайтен. Уже в 1956 году за это изобретение все трое были удостоены нобелевской премии по физике.
    Но, как и многие великие изобретения, транзистор был замечен не сразу. Лишь в одной из американских газет было упомянуто, что фирма Bell Telephone Laboratories продемонстрировала созданный ею прибор под названием транзистор. Там же было сказано, что его можно использовать в некоторых областях электротехники вместо электронных ламп.
    Показанный транзистор имел форму маленького металлического цилиндрика длиной 13 мм и демонстрировался в приемнике, не имевшем электронных ламп. Ко всему прочему, фирма уверяла, что прибор может использоваться не только для усиления, но и для генерации или преобразования электрического сигнала.

    Рис. 1. Первый транзистор

    Рис. 2. Джон Бардин, Уильям Шокли и Уолтер Браттейн. За сотрудничество в разработке первого в мире действующего транзистора в 1948 году они разделили Нобелевскую премию 1956 года.
    Но возможности транзистора, как, впрочем, и многих других великих открытий, были поняты и оценены не сразу. Чтобы вызвать интерес к новому прибору, фирма Bell усиленно рекламировала его на семинарах и в статьях, и предоставляла всем желающим лицензии на его производство.
    Производители электронных ламп не видели в транзисторе серьезного конкурента, ведь нельзя было так сразу, одним махом, сбросить со счетов тридцатилетнюю историю производства ламп нескольких сотен конструкций, и многомиллионные денежные вложения в их развитие и производство. Поэтому транзистор вошел в электронику не так быстро, поскольку эпоха электронных ламп еще продолжалась.

    Рис. 3. Транзистор и электронная лампа
    Первые шаги к полупроводникам
    С давних времен в электротехнике использовались в основном два вида материалов – проводники и диэлектрики (изоляторы). Способностью проводить ток обладают металлы, растворы солей, некоторые газы. Эта способность обусловлена наличием в проводниках свободных носителей заряда – электронов. В проводниках электроны достаточно легко отрываются от атома, но для передачи электрической энергии наиболее пригодны те металлы, которые обладают низким сопротивлением (медь, алюминий, серебро, золото).
    К изоляторам относятся вещества с высоким сопротивлением, у них электроны очень крепко связаны с атомом. Это фарфор, стекло, резина, керамика, пластик. Поэтому свободных зарядов в этих веществах нет, а значит нет и электрического тока.
    Здесь уместно вспомнить формулировку из учебников физики, что электрический ток это есть направленное движение электрически заряженных частиц под действием электрического поля. В изоляторах двигаться под действием электрического поля просто нечему.
    Однако, в процессе исследования электрических явлений в различных материалах некоторым исследователям удавалось «нащупать» полупроводниковые эффекты. Например, первый кристаллический детектор (диод) создал в 1874 году немецкий физик Карл Фердинанд Браун на основе контакта свинца и пирита. (Пирит – железный колчедан, при ударе о кресало высекается искра, отчего и получил название от греческого «пир» – огонь). Позднее этот детектор с успехом заменил когерер в первых приемниках, что значительно повысило их чувствительность.
    В 1907 году Беддекер, исследуя проводимость йодистой меди обнаружил, что ее проводимость возрастает в 24 раза при наличии примеси йода, хотя сам йод проводником не является. Но все это были случайные открытия, которым не могли дать научного обоснования. Систематическое изучение полупроводников началось лишь в 1920 – 1930 годы.
    Большой вклад в изучение полупроводников внес советский ученый сотрудник знаменитой Нижегородской радиолаборатории О.В. Лосев. Он вошел в историю в первую очередь как изобретатель кристадина (генератор колебаний и усилитель на основе диода) и светодиода. Подробнее об этом смотрите здесь: История светодиодов. Свечение Лосева.
    На заре производства транзисторов основным полупроводником являлся германий (Ge). В плане энергозатрат он весьма экономичен, напряжение отпирания его pn – перехода составляет всего 0,1…0,3В, но вот многие параметры нестабильны, поэтому на замену ему пришел кремний (Si).
    Температура, при которой работоспособны германиевые транзисторы не более 60 градусов, в то время, как кремниевые транзисторы могут продолжать работать при 150. Кремний, как полупроводник, превосходит германий и по другим свойствам, прежде всего по частотным.
    Кроме того, запасы кремния (обычный песок на пляже) в природе безграничны, а технология его очистки и обработки проще и дешевле, нежели редкого в природе элемента германия. Первый кремниевый транзистор появился вскоре после первого германиевого – в 1954 году. Это событие даже повлекло за собой новое название «кремниевый век», не надо путать с каменным!

    Рис. 4. Эволюция транзисторов
    Микропроцессоры и полупроводники. Закат «кремниевого века»
    Вы никогда не задумывались над тем, почему в последнее время практически все компьютеры стали многоядерными? Термины двухъядерный или четырехъядерный у всех на слуху. Дело в том, что увеличение производительности микропроцессоров методом повышения тактовой частоты, и увеличения количества транзисторов в одном корпусе, для кремниевых структур практически приблизилось к пределу.
    Увеличение количества полупроводников в одном корпусе достигается за счет уменьшения их физических размеров. В 2011 году фирма INTEL уже разработала 32 нм техпроцесс, при котором длина канала транзистора всего 20 нм. Однако, такое уменьшение не приносит ощутимого прироста тактовой частоты, как это было вплоть до 90 нм технологий. Совершенно очевидно, что пора переходить на что-то принципиально новое.

    Рис. 5. История транзисторов
    Графен – полупроводник будущего
    В 2004 году учеными–физиками был открыт новый полупроводниковый материал графен. Этот основной претендент на замену кремнию также является материалом углеродной группы. На его основе создается транзистор, работающий в трех разных режимах.

    Рис. 6. Графен

    Рис. 7. Изображение полевого графенового транзистора, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа
    По сравнению с существующими технологиями это позволит ровно в три раза сократить количество транзисторов в одном корпусе. Кроме того, по мнению ученых рабочие частоты нового полупроводникового материала могут достигать до 1000 ГГц. Параметры, конечно, очень заманчивые, но пока новый полупроводник находится на стадии разработки и изучения, а кремний до сих пор остается рабочей лошадкой. Его век еще не закончился.
    Борис Аладышкин

  4. ivcivc Ответить


    Чем помогут интеллектуальные механизмы при электронном документообороте с контрагентами?
    С каждым годом количество компаний, перешедших на обмен юридически значимыми документами в электронном виде, активно …

    Как найти виновника утечки, если документы попали в сеть
    На сегодняшний день почти в каждой организации есть большие (или не очень) файловые серверы …

    Интеллектуальные решения Ricoh: умный офис по подписке для СМБ
    Платформа RICOH Smart Integration является частью экосистемы масштабируемых интеллектуальных решений для современного …

    «Российские разработчики микросхем — коллеги, а не конкуренты»
    В самом начале нынешнего года правительство России утвердило Стратегию развития электронной промышленности …

    Централизованный мониторинг предприятия: контролируем ИТ-инфраструктуру и бизнес-процессы
    Системы мониторинга бывают универсальными и нишевыми. Универсальные решения мониторят состояние самых разных …

  5. valmont999 Ответить

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

    Новое изобретение

    О первой демонстрации транзистора газета «New York Times» сообщила 1 июля 1948 года на предпоследней странице: «Вчера Bell Telephone Laboratories впервые продемонстрировала изобретенный ею прибор под названием «транзистор», его в некоторых случаях можно использовать в области радиотехники вместо электронных ламп. Было также показано его использование в телефонной системе и телевизионном устройстве. В каждом из этих случаев транзистор работал в качестве усилителя, хотя фирма заявляет, что он может применяться и как генератор, способный создавать и передавать радиоволны».
    Транзисторный магнитофон Комета МГ-209
    Новость, по мнению редактора, не походила на сенсацию. Публика не проявила поначалу интереса к новому прибору, и Bell пыталась продвинуть новинку, раздавая лицензии на использование транзистора всем желающим. А инвесторы между тем делали миллионные вложения в радиолампы, которые после тридцати лет развития переживали бум, – конец ему положит именно новое изобретение.

    Потесненная лампа

    До середины ХХ века казалось, что электронная лампа навсегда заняла место в радиоэлектронике. Она работала везде: в радиоприемниках и телевизорах, магнитофонах и радарах. Радиоэлектронная лампа сильно потеснила кристаллический детектор Брауна, оставив ему место только в детекторных приемниках. Удалось ей также составить конкуренцию и кристадину Лосева, – это был прообраз будущих полупроводниковых транзисторов.
    Копия первого в мире работающего транзистора
    Но у лампы был большой недостаток – ограниченный срок службы. Необходимость создания нового элемента с неограниченным временем действия становилась в радиоэлектронике все острее. Но, как не парадоксально, разработка полупроводниковых приборов тормозилась, кроме объективных причин, еще и субъективными – инерцией мышления самих ученых. Достаточно сказать, что лабораторию американской компании «Bell telefon», где проводились исследования со сверхчистым германием, коллеги пренебрежительно называли «хижиной ненужных материалов».

    Давние конкуренты

    Эксперты, впервые увидев пластинку германия с присоединенными к ней проводниками, заявили: «Такой примитив никогда не сможет заменить лампу». И все же, не обращая внимания на все преграды, 30 июня 1948 года компания «Bell telefon» впервые публично продемонстрировала твердотельный усилитель – точечный транзистор. Его годом раньше разработали сотрудники Джон Бардин и Уолтер Браттейн под руководством Уильяма Шокли.
    Транзисторный радиоприемник 1959 года
    На вопрос журналиста: «Как вы этого достигли?», Уильям Шокли ответил: «Транзистор создан в результате соединения человеческих усилий, потребностей и обстоятельств».
    Название «транзистор» происходит от английского слова TRANsferreSISTance, а окончание слова – «OR« соответствует раннее появившимся радиоэлементам – «термистор и варистор» и дал его Джон Пирс. В основе названия заложен тот факт, что прибором можно управлять путем изменения его сопротивления.
    Бардин Шокли и Браттейн в лаборатории Bell, 1948 год
    В 1956 году трем американским ученым за это открытие была присуждена Нобелевская премия в области физики. Интересно, что когда Джон Бардин опоздал на пресс-конференцию по поводу присуждения ему этой премии, то войдя в зал, в свое оправдание сказал: «Прошу извинить меня, но я не виноват, так как не мог попасть в гараж: отказал транзистор в электронном замке».

    Транзисторы в музыке

    Уильям Шокли не остановился на достигнутом и разработал еще несколько новых типов транзисторов. К этим трудам своего сотрудника эксперты компании проявили скепсис. Более дальновидными оказались специалисты японской фирмы «SONY», она приобрела лицензию на эти транзисторы.
    Полностью вытеснить радиолампу транзистору пока еще не удалось. Можно, наверное, утверждать, что полупроводниковые приборы и электронные лампы будут сосуществовать еще долго, не заменяя друг друга, а дополняя, и занимать то место в радиоэлектронике, где они дают наибольший эффект.
    Современный макет транзистора Бардина и Браттейна
    Не составляет исключение и музыкальная индустрия, так как звучание транзисторов и ламп серьезно отличается друг от друга. Очевидно то, что и варианты применения техники, построенной на столь несхожих компонентах, должны отличаться. Видимо, в каких-то случаях предпочтительней лампа, а в каких-то – транзистор.
    При современном развитии электроники существует возможность сделать звук транзисторного прибора теплым, а лампового – достоверным. Такая техника существует, но стоит очень дорого.
    Все же есть надежда, что в будущем лампа и транзистор станут жить дружно, дополняя друг друга и радуя потребителей. Отзывы же о комбинированной аппаратуре на сегодня очень обнадеживающие.

  6. JocCceR Ответить

    В 1956 году за изобретение биполярного транзистора Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Браттейн получили Нобелевскую премию по физике.
    Транзи́стор, полупроводнико́вый трио́д — радиоэлектронный компонент из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами, способный от небольшого входного сигнала управлять значительным током в выходной цепи, что позволяет его использовать для усиления, генерирования, коммутации и преобразования электрических сигналов. В настоящее время транзистор является основой схемотехники подавляющего большинства электронных устройств и интегральных микросхем.
    К 1980-м годам транзисторы, благодаря своей миниатюрности, экономичности, устойчивости к механическим воздействиям и невысокой стоимости практически полностью вытеснили электронные лампы из малосигнальной электроники. Благодаря своей способности работать при низких напряжениях и значительных токах, транзисторы позволили уменьшить потребность в электромагнитных реле и механических переключателях в оборудовании, а благодаря способности к миниатюризации и интеграции позволили создать интегральные схемы, заложив основы микроэлектроники.
    С 1990-х в связи с появлением новых мощных транзисторов, стали активно вытесняться электронными устройствами трансформаторы, электромеханические и тиристорные ключи в силовой электротехнике, начал активно развиваться Частотно-регулируемый привод и инверторные преобразователи напряжения.

  7. Sheron_pandora Ответить

    Первой известной попыткой создания кристаллического усилителя в США предпринял немецкий физик Юлиус Лилиенфельд, запатентовавший в 1930, 1932 и 1933 гг. три варианта усилителя на основе сульфида меди. В 1935 г. немецкий у ченый Оскар Хейл получил британский патент на усилитель на основе пятиокиси ванадия. В 1938 г. немецкий физик Поль создал действующий образец кристаллического усилителя на нагретом кристалле бромида калия. В довоенные годы в Германии и Англии было выдано еще несколько аналогичных патентов. Эти усилители можно считать прообразом современных полевых транзисторов. Однако построить устойчиво работающие приборы не удавалось, т.к. в то время еще не было достаточно чистых материалов и технологий их обработки. В первой половине тридцатых годов точечные триоды изготовили двое радиолюбителей – канадец Ларри Кайзер и тринадцатилетний новозеландский школьник Роберт Адамс. В июне 1948 г. (до обнародования транзистора) изготовили свой вариант точечного германиевого триода, названный ими транзитроном, жившие тогда во Франции немецкие физики Роберт Поль и Рудольф Хилш. В начале 1949 г. было организовано производство транзитронов, применялись они в телефонном оборудовании, причем работали лучше и дольше американских транзисторов. В России в 20-х годах в Нижнем Новгороде О.В.Лосев наблюдал транзисторный эффект в системе из трех – четырех контактов на поверхности кремния и корборунда. В середине 1939 г. он писал: «…с полупроводниками может быть построена трехэлектродная система, аналогичная триоду», но увлекся открытым им светодиодным эффектом и не реализовал эту идею. К транзистору вело множество дорог.
    ПЕРВЫЙ ТРАНЗИСТОР
    Выше описанные примеры проектов и образцов транзисторов были результатами локальных всплесков мысли талантливых или удачливых людей, не подкрепленные достаточной экономической и организационной поддержкой и не сыгравшие серьезной роли в развитии электроники. Дж. Бардин, У. Браттейн и У. Шокли оказались в лучших условиях. Они работали по единственной в мире целенаправленной долговременной (более 5 лет) программе с достаточным финансовым и материальным обеспечением в фирме Bell Telephone Laboratories, тогда одной из самых мощных и наукоемких в США. Их работы были начаты еще во второй половине тридцатых годов, работу возглавил Джозеф Бекер, который привлек к ней высококлассного теоретика У. Шокли и блестящего экспериментатора У. Браттейна. В 1939 г. Шокли выдвинул идею изменять проводимость тонкой пластины полупроводника (оксида меди), воздействуя на нее внешним электрическим полем. Это было нечто, напоминающее и патент Ю. Лилиенфельда, и позже сделанный и ставший массовым полевой транзистор. В 1940 г. Шокли и Браттейн приняли удачное решение ограничить исследования только простыми элементами – германием и кремнием. Однако все попытки построить твердотельный усилитель ни к чему не привели, и после Пирл-Харбора (практическое начало Второй мировой войны для США) были положены в долгий ящик. Шоккли и Браттейн были направлены в исследовательский центр, работавший над созданием радаров. В 1945 г. оба возвратились в Bell Labs. Там под руководством Шокли была создана сильная команда из физиков, химиков и инженеров для работы над твердотельными приборами. В нее вошли У. Браттейн и физик-теоретик Дж. Бардин. Шокли сориентировал группу на реализацию своей довоенной идеи. Но устройство упорно отказывалось работать, и Шокли, поручив Бардину и Браттейну довести его до ума, сам практически устранился от этой темы. Два года упорного труда принесли лишь отрицательные результаты. Бардин предположил, что избыточные электроны прочно оседали в приповерхностных областях и экранировали внешнее поле. Эта гипотеза подсказала дальнейшие действия. Плоский управляющий электрод заменили острием, пытаясь локально воздействовать на тонкий приповерхностный слой полупроводника.

  • JanBratuha Ответить

    Выше описанные примеры проектов и образцов транзисторов
    были результатами локальных всплесков мысли талантливых или удачливых людей, не
    подкрепленные достаточной экономической и организационной поддержкой и не
    сыгравшие серьезной роли в развитии электроники. Дж. Бардин, У. Браттейн и У.
    Шокли оказались в лучших условиях. Они работали по единственной в мире
    целенаправленной долговременной (более 5 лет) программе с достаточным
    финансовым и материальным обеспечением в фирме Bell Telephone Laboratories,
    тогда одной из самых мощных и наукоемких в США. Их работы были начаты еще во
    второй половине тридцатых годов, работу возглавил Джозеф Бекер, который привлек
    к ней высококлассного теоретика У. Шокли и блестящего экспериментатора У.
    Браттейна. В 1939 г. Шокли выдвинул идею изменять проводимость тонкой пластины
    полупроводника (оксида меди), воздействуя на нее внешним электрическим полем. Это
    было нечто, напоминающее и патент Ю. Лилиенфельда, и позже сделанный и ставший
    массовым полевой транзистор. В 1940 г. Шокли и Браттейн приняли удачное решение
    ограничить исследования только простыми элементами – германием и кремнием.
    Однако все попытки построить твердотельный усилитель ни к чему не привели, и
    после Пирл-Харбора (практическое начало Второй мировой войны для США) были
    положены в долгий ящик. Шоккли и Браттейн были направлены в исследовательский
    центр, работавший над созданием радаров. В 1945 г. оба возвратились в Bell
    Labs. Там под руководством Шокли была создана сильная команда из физиков,
    химиков и инженеров для работы над твердотельными приборами. В нее вошли У.
    Браттейн и физик-теоретик Дж. Бардин. Шокли сориентировал группу на реализацию
    своей довоенной идеи. Но устройство упорно отказывалось работать, и Шокли,
    поручив Бардину и Браттейну довести его до ума, сам практически устранился от
    этой темы. Два года упорного труда принесли лишь отрицательные результаты.
    Бардин предположил, что избыточные электроны прочно оседали в приповерхностных
    областях и экранировали внешнее поле. Эта гипотеза подсказала дальнейшие
    действия. Плоский управляющий электрод заменили острием, пытаясь локально
    воздействовать на тонкий приповерхностный слой полупроводника.
    Однажды Браттейн нечаянно почти вплотную сблизил два
    игольчатых электрода на поверхности германия, да еще перепутал полярность
    напряжений питания, и вдруг заметил влияние тока одного электрода на ток
    другого. Бардин мгновенно оценил ошибку. А 16 декабря 1947 г. у них заработал
    твердотельный усилитель, который и считают первым в мире транзистором. Устроен
    онбыл очень просто – на металлической подложке-электроде лежала пластинка
    германия, в которую упирались два близко расположенных (10-15 мкм) контакта.
    Оригинально были сделаны эти контакты. Треугольный пластмассовый нож, обернутый
    золотой фольгой, разрезанной надвое бритвой по вершине треугольника.
    Треугольник прижимался к германиевой пластинке специальной пружиной,
    изготовленной из изогнутой канцелярской скрепки. Через неделю, 23 декабря 1947
    г. прибор был продемонстрирован руководству фирмы, этот день и считается датой
    рождения транзистора. Все были рады результатом, кроме Шокли: получилось, что
    он, раньше всех задумавший полупроводниковый усилитель, руководивший группой
    специалистов, читавший им лекции по квантовой теории полупроводников – не
    участвовал в его создании. Да и транзистор получился не такой, как Шокли
    задумывал: биполярный, а не полевой. Следовательно на соавторство в «звездном» патенте
    он претендовать не мог. Прибор работал, но широкой публике эту внешне
    несуразную конструкцию показывать было нельзя. Изготовили несколько
    транзисторов в виде металлических цилиндриков диаметром около 13 мм. и собрали
    на них «безламповый» радиоприемник. 30 июня 1948 г. в Нью-Йорке состоялась
    официальная презентация нового прибора – транзистора (от англ. Transver
    Resistor – трансформатор сопротивлений). Но специалисты не сразу оценили его
    возможности. Эксперты из Пентагона «приговорили» транзистор к использованию
    лишь в слуховых аппаратах для старичков. Так близорукость военных спасла
    транзистор от засекречивания. Презентация осталась почти незамеченной, лишь
    пара абзацев о транзисторе появилась в «Нью-Йорк Тайме» на 46 странице в
    разделе «Новости радио». Таким было явление миру одного из величайших открытий
    XX века. Даже изготовители электронных ламп, вложившие многие миллионы в свои
    заводы, в появлении транзистора угрозы не увидели. Позже, в июле 1948 года,
    информация об этом изобретении появилась в журнале «The Physical Review». Но т
    олько через некоторое в время специалисты поняли, что произошло грандиозное
    событие, определившее дальнейшее развитие прогресса в мире. Bell Labs сразу
    оформила патент на это революционное изобретение, но с технологией было масса
    проблем. Первые транзисторы, поступившие в продажу в 1948 году, не внушали
    оптимизма – стоило их потрясти, и коэффициент усиления менялся в несколько раз,
    а при нагревании они и вовсе переставали работать. Но зато им не было равных в
    миниатюрности. Аппараты для людей с пониженным слухом можно было поместить в
    оправе очков! Поняв, что вряд ли она сама сможет справиться со всеми
    технологическими проблемами, Bell Labs решилась на необычный шаг. В начале 1952
    года она объявила, что полностью передаст права на изготовление транзистора
    всем компаниям, готовым выложить довольно скромную сумму в 25 000 долларов
    вместо регулярных выплат за пользование патентом, и предложила обучающие курсы
    по транзисторной технологии, помогая распространению технологии по всему миру.
    Постепенно росла очевидность важности этого миниатюрного устройства. Транзистор
    оказался привлекательным по следующим причинам: был дешев, миниатюрен, прочен,
    потреблял мало мощности и мгновенно включался (лампы долго нагревались). В 1953
    г. на рынке появилось первое коммерческое транзисторное изделие – слуховой
    аппарат (пионером в этом деле выступил Джон Килби из ф. Centralab , который
    через несколько лет сделает первую в мире полупроводниковую микросхему), а в
    октябре 1954 г. – первый транзисторный радиоприемник Regency TR1, в нем
    использовалось всего четыре германиевых транзистора. Немедленно принялась
    осваивать новые приборы и индустрия вычислительной техники, первой была фирма
    IBM . Доступность технологии дала свои плоды – мир начал стремительно меняться.
    3. СОЗДАНИЕ БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА
    У честолюбивого У. Шокли случившееся вызвало
    вулканический всплеск его творческой энергии. Хотя Дж. Бардин и У.Браттейн
    нечаянно получили не полевой транзистор, как планировал Шокли, а биполярный, он
    быстро разобрался в сделанном. Позднее Шокли вспоминал о своей «страстной
    неделе», в течение которой он создал теорию инжекции, а в новогоднюю ночь
    изобрел плоскостной биполярный транзистор без экзотических иголочек. Что бы
    создать что-то новое, Шокли по-новому взглянул на давно известное – на точечный
    и плоскостный полупроводниковые диоды, на физику работы плоскостного «p – n»
    перехода, легко поддающуюся теоретическому анализу. Поскольку точечный
    транзистор представляет собой два очень сближенные диода, Шокли провел теоретическое
    исследования пары аналогично сближенных плоскостных диодов и создал основы
    теории плоскостного биполярного транзистора в кристалле полупроводника, со
    держащего два «p – n» перехода. Плоскостные транзисторы обладают рядом
    преимуществ перед точечными: они более доступны теоретическому анализу,
    обладают более низким уровнем шумов, обеспечивают большую мощность и, главное,
    более высокие повторяемость параметров и надежность. Но, пожалуй, главным их
    преимуществом была легко автоматизируемая технология, исключающая сложные
    операции изготовления, установки и позиционирования подпружиненных иголочек, а
    также обеспечивавшая дальнейшую миниатюризацию приборов. 30 июня 1948 г. в
    нью-йоркском офисе Bell Labs изобретение было впервые продемонстрировано руководству
    компании. Но оказалось, что создать серийноспособный плоскостной транзистор
    гораздо труднее, чем точечный. Транзистор Браттейна и Бардина – чрезвычайно
    простое устройство. Его единственным полупроводниковым компонентом был кусочек
    относительно чистого и вполне тогда доступного германия. А вот техника
    легирования полупроводников в конце сороковых годов, необходимая для
    изготовления плоскостного транзистора, еще находилась в младенчестве, поэтому
    изготовление серийноспособного транзистора «по Шокли» удалось только в 1951 г.
    В 1954 году Bell Labs разработала процессы окисления, фотолитографии, диффузии,
    которые на многие годы стали основой производства полупроводниковых приборов.
    Точечный транзистор Бардина и Браттейна – безусловно
    огромный прогресс по сравнению с электронными лампами. Но не он стал основой
    микроэлектроники, век его оказался короток, около 10 лет. Шокли быстро понял
    сделанное коллегами и создал плоскостной вариант биполярного транзистора,
    который жив и сегодня и будет жить, пока существует микроэлектроника. Патент на
    него он получил в 1951 г. А в 1952 г. У. Шокли создал и поле вой транзистор,
    так же им запатентованный. Так что свое участие в Нобелевской премии он
    заработал честно.
    Число производителей транзисторов росло как снежный ком. Bell Labs, Shockley Semiconductor, Fairchild Semiconductor, Western
    Electric, GSI (с декабря 1951 г.
    Texas Instruments), Motorola, Tokyo Cousin (С 1958 г. Sony), NEC и многие другие.
    В 1950 г. фирма GSI разработала первый кремниевый
    транзистор, а с 1954 г., преобразившись в Texas Instruments , начала его
    серийное производство.
    4. «ХОЛОДНАЯ ВОЙНА» И ЕЕ ВЛИЯНИЕ НА ЭЛЕКТРОНИКУ
    После окончания Второй мировой войны мир раскололся на
    два враждебных лагеря. В 1950-1953 гг. эта конфронтация вылилась в прямое
    военное столкновение – Корейскую войну. Фактически это была опосредованная
    война между США и СССР. В это же время США готовились к прямой войне с СССР. В
    1949 г. в США был разработан опубликованный ныне план «Последний выстрел»
    (Operation Dropshot), фактически план Третье мировой войны, войны термоядерной.
    План предусматривал прямое нападение на СССР 1 января 1957 г . В течение месяца
    предполагалось сбросить на наши головы 300 50-килотонных атомных и 200 000
    обычных бомб. Для этого план предусматривал разработку специальных
    баллистических ракет, подводных атомных лодок, авианосцев и многого другого.
    Так началась развязанная США беспрецедентная гонка вооружений, продолжавшаяся
    всю вторую половину прошлого века, продолжающаяся, не столь демонстративно, и
    сейчас. В этих условиях перед нашей страной, выдержавшей беспрецедентную в
    моральном и экономическом отношении четырехлетнюю войну и добившейся победы
    ценой огромных усилий и жертв, возникли новые гигантские проблемы по
    обеспечению собственной и союзников безопасности. Пришлось срочно, отрывая
    ресурсы от измученного войной и голодного народа, создавать новейшие виды
    оружия, содержать в постоянной боеготовности огромную армию. Так были созданы
    атомные и водородные бомбы, межконтинентальные ракеты, система противоракетной
    обороны и многое другое. Наши успехи в области обеспечения обороноспособности
    страны и реальная возможность получения сокрушительного ответного удара
    вынудили США отказаться от реализации плана «Dropshot» и других ему подобных.
    Одним из последствий «холодной войны» была почти полная экономическая и
    информационная изоляция противостоящих сторон. Экономические и научные связи
    были весьма слабы, а в области стратегически важных отраслей и новых технологий
    практически отсутствовали. Важные открытия, изобретения, новые разработки в
    любой области знаний, которые могли быть использованы в военной технике или
    способствовать экономическому развитию, засекречивались. Поставки прогрессивных
    технологий, оборудования, продукции запрещались. В результате советская полупроводниковая
    наука и промышленность, развивались в условиях почти полной изоляции,
    фактической блокады от всего того, что делалось в этой области в США, Западной
    Европе, а затем и Японии. Следует также отметить, что советская наука и
    промышленность во многих направлениях тогда занимала лидирующее в мире
    положение. Наши истребители в корейской войне были лучше американских, наши
    ракеты были мощнее всех, в космосе в те годы мы были впереди планеты всей,
    первый в мире компьютер с производительностью выше 1 млн. оп/с был наш,
    водородную бомбу мы сделали раньше США, баллистическую ракету первой сбила наша
    система ПРО и т.п. Отстать в электронике означало потянуть назад все остальные
    отрасли науки и техники. Значение полупроводниковой техники в СССР понимали прекрасно,
    но пути и методы ее развития были иными, чем в США. Руководство страны
    сознавало, что противостояние в холодной войне можно обеспечить путем развития
    оборонных систем, управляемых надежной, малогабаритной электроникой. В 1959
    году были основаны такие заводы полупроводниковых приборов, как
    Александровский, Брянский, Воронежский, Рижский и др. В январе 1961 г. было
    принято Постановление ЦК КПСС и СМ СССР «О развитии полупроводниковой
    промышленности», в котором предусматривалось строительство заводов и НИИ в
    Киеве, Минске, Ереване, Нальчике и других городах. Причем базой для создания
    первых предприятий полупроводниковой промышленности стали совершенно не
    приспособленные для этих целей помещения (здания коммерческого техникума в
    Риге, Совпартшколы в Новгороде, макаронная фабрика в Брянске, швейная фабрика в
    Воронеже, ателье в Запорожье и т.д.). Но вернемся к истокам.
    5. ПЕРВЫЕ СОВЕТСКИЕ ТРАНЗИСТОРЫ
    В годы, предшествующие изобретению транзистора, в СССР
    были достигнуты значительные успехи в создании германиевых и кремниевых
    детекторов. В этих работах использовалась оригинальная методика исследования
    приконтактной области путем введения в нее дополнительной иглы, вследствие чего
    создавалась конфигурация, в точности повторяющая точечный транзистор. Иногда при
    измерениях выявлялись и транзисторные характеристики (влияние одного «p — n»
    перехода на другой близко расположенный), но их отбрасывали как случайные и неинтересные
    аномалии. Мало в чем наши исследователи уступали американским специалистам, не было
    у них лишь одного — нацеленности на транзистор, и великое открытие выскользнуло
    из рук. Начиная с 1947 г. интенсивные работы в области полупроводниковых
    усилителей велись в ЦНИИ-108 (лаб. С. Г. Калашникова) и в НИИ-160 (НИИ «Исток»,
    Фрязино, лаб. А. В. Красилова). В 1948 г., группа А. В. Красилова,
    разрабатывавшая германиевые диоды для радиолокационный станций, также получила
    транзисторный эффект и попыталась объяснить его. Об этом в журнале «Вестник
    информации» в декабре 1948 ими была опубликована статья «Кристаллический триод»
    — первая публикация в СССР о транзисторах. Напомним, что первая публикация о транзисторе
    в США в журнале «The Physical Review» состоялась в июле 1948 г., т.е.
    результаты работ группы Красилова были независимы и почти одновременны. Таким образом
    научная и экспериментальная база в СССР была подготовлена к созданию
    полупроводникового триода (термин «транзистор» был введен в русский язык в середине
    60-х годов) и уже в 1949 г. лабораторией А. В. Красилова были разработаны и переданы
    в серийное производство первые советские точечные германиевые триоды С1 — С4. В
    1950 г. образцы германиевых триодов были разработаны в ФИАНе (Б.М. Вул, А. В. Ржанов,
    В. С. Вавилов и др.), в ЛФТИ (В.М. Тучкевич, Д. Н. Наследов) и в ИРЭ АН СССР
    (С.Г. Калашников, Н. А. Пенин и др.).
    В мае 1953 г. был образован специализированный НИИ
    (НИИ-35, позже – НИИ «Пульсар»), учрежден Межведомственный Совет по
    полупроводникам. В 1955 г. началось промышленное производство транзисторов на
    заводе «Светлана» в Ленинграде, а при заводе создано ОКБ по разработке
    полупроводниковых приборов. В 1956 г. московский НИИ-311 с опытным заводом
    переименован в НИИ «Сапфир» с заводом «Оптрон» и переориентирован на разработку
    полупроводниковых диодов и тиристоров. На протяжении 50-х годов в стране были
    разработаны ряд новых технологий изготовления плоскостных транзисторов:
    сплавная, сплавно-диффузионная, меза-диффузионная. Полупроводниковая
    промышленность СССР развивалась достаточно быстро: в 1955 г. было выпущено 96
    тысяч, в 1957 г. – 2,7 млн, а в 1966 г. – более 11 млн. транзисторов. И это
    было только начало.
    6. ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ
    Первый полевой транзистор был запатентован в США в
    1926/30гг., 1928/32гг. и 1928/33гг. Лилиенфельд – автор этих потентов. Он
    родился в 1882 году в Польше. С 1910 по 1926 г. был профессором Лейпцигского
    университета. В 1926 г. иммигрировал в США и подал заявку на патент. Предложенные
    Лилиенфельдом транзисторы не были внедрены в производство. Наиболее важная
    особенность изобретения Лилиенфельда заключается в том, что он понимал работу
    транзистора на принципе модуляции проводимости исходя из электростатики. В
    описании к патенту формулируется, что проводимость тонкой области
    полупроводникового канала модулируется входным сигналом, поступающим на затвор
    через входной трансформатор. В 1935 году в Англии получил патент на полевой
    транзистор немецкий изобретатель О.Хейл
    Схема из патента представлена на Рис. где:
    Управляющий электрод (1) выполняет роль затвора, электрод
    (3) выполняет роль стока, электрод (4) роль истока. Подавая переменный сигнал
    на затвор, расположенный очень близко к проводнику, получаем изменение
    сопротивления полупроводника (2) между стоком и истоком. При низкой частоте
    можно наблюдать колебание стрелки амперметра (7). Данное изобретение является
    прототипом полевого транзистора с изолированным затвором. Следующий период
    волны изобретений по транзисторам наступил в 1939 году, когда после трехлетних
    изысканий по твердотельному усилителю в фирме “BTL” (Bell Telephone
    Laboratories) Шокли был приглашен включиться в исследование Браттейна по
    медноокисному выпрямителю. Работа была прервана второй мировой войной, но уже
    перед отъездом на фронт Шокли предложил два транзистора. Исследования по
    транзисторам
    Биполярные транзисторы полупроводниковые приборы с
    большим числом слоёв разного типа электропроводности, расположенных в разном
    сочетании. Рассмотрим биполярный транзистор.
    Принцип действия биполярного транзистора заключается в
    том, что 2 р-п перехода расположены настолько близко друг к другу, что
    происходит взаимное их влияние, вследствие чего они усиливают электрические
    сигналы.

  • dmitriy__83 Ответить

    Содержание
    1 История разработки первых транзисторов
    2 Принцип действия биполярного транзистора, температурные режимы
    3 Система обозначений транзисторов
    Биполярный транзистор – это электрический полупроводниковый прибор, служащий для усиления сигнала и ряда прочих целей, в котором ток образуется движением носителей обоих знаков. В нынешнем виде изделие предложено и запатентовано в 1947 году Уильямом Шокли.

    История разработки первых транзисторов

    Склонности передаются по наследству, это видно на примере Уильяма Брэдфорда Шокли. Сын горного инженера и одной из первых в США женщины-геодезиста. Специфичное сочетание. В 22 года получил степень бакалавра, не остановился на достигнутом, и в 1936-м становится доктором философии. Звание, присуждённое Массачусетским институтом технологии, не означает, что Шокли изучал Ницше и Аристотеля. Степень говорит о наличии диссертации в области из большого перечня наук. Диковинное название – дань традиции, когда философия в средние века занималась широким спектром вопросов, по праву считаясь прародителем прочих направлений хода учёной мысли.
    Лаборатория Белла
    Смысл работы состоял в исследовании электронных уровней хлорида натрия. Зонная теория, объяснявшая процессы, происходившие в материалах, как раз набирала популярность. Согласно воззрениям теории, любой электрон в кристалле способен занимать уникальное, свойственное исключительно указанной частице, состояние с определённой энергией и направлением спина. Сообразно представлению градации идут с некоторой дискретностью в валентной зоне (связанные с ядром), вдобавок присутствует запрещённая область, где частицы располагаться не вправе. Из последнего тезиса исключением считаются примесные полупроводники, ставшие базисом для создания твердотельной электроники, включая биполярные транзисторы.
    В Лаборатории Белла Шокли попал за любопытные идеи в области конструирования ядерных реакторов. Уран в чистом виде открыт задолго до этого, впервые на примере элемента Беккерель обнаружил радиоактивность. Бомбардировать нейтронами ядра металла пробовал в начале 30-х годов (XX века) Энрико Ферми, преследовалась цель – получить трансурановые элементы. Позднее оказалось доказано, что одновременно происходит радиоактивный распад с выделением вовне энергии. Шокли задумал бомбардировать U-235, чтобы получить новый источник большой мощности. В ходе Второй мировой войны занимался исследования по оценке возможного сухопутного вторжения Японии, собранные данные во многом способствовали решению Трумэна сбросить атомную бомбу на Хиросиму.
    Лаборатория Белла поставила перед Шокли прямую задачу – отыскать альтернативу громоздким ламповым усилителям. Это означало бы экономию места и появление на свет нового поколения приборов, способных функционировать в условиях войны. Не секрет, что боевые заслуги СССР оказались по достоинству оценены на противоположной стороне океана. Шокли назначили менеджером бригады, бившейся над задачей, куда среди прочего входили создатели первого точечного транзистора:
    Джон Бардин;
    Уолтер Хаузер Браттейн.
    Читатели уже знают про точечный диод на базе кристаллического детектора, но что представлял транзистор? Это полевой прибор: два электрода приложены к области полупроводника p-типа и разделены диэлектрическим клином. Толщина запирающего слоя варьируется с базы. Управляющий электрод, приложенный к n-области под положительным потенциалом сильно обедняет область перехода, и ток не течёт. Исторически первым транзистором считается полевой.
    Конструкция оказалась специфичной. К примеру, контактные площадки из золота прижаты пружиной к германиевому кристаллу p-n-перехода, больше напоминают лабораторную установку, нежели полнофункциональный прибор для военной техники. Собрано — при помощи канцелярских скрепок и ядовитого клея-электролита. Но прибор в будущем даст название Силиконовой Долине. Между учёными произошёл раздор, потому что теория поля Шокли, применяемая в транзисторе, не помогла созданию прибора, вдобавок упоминалась в канадском патенте Лилиенфельда 1925 года. В результате Лаборатория Белла выкидывает имя Уильяма из списка создателей при оформлении бумаг.
    Примечательно, что структура MESFET (полевой транзистор), предложенная Лилиенфельдом, не функционировала. Но заложенные идеи в бюро приняли, и у Лаборатории Белла возникли сложности с подачей заявок. Парадокс, но учёные могли запатентовать лишь дизайн Бардина и Браттейна – ничего более. Остальное давно уже существовало в виде концепции на момент 1946 года. Шокли решил, что судьба сыграла с изобретателем очередную шутку после всех неудач. Однако компания Белла идёт на всяческие уступки, и общепринято, что Уильям фигурирует для прессы в качестве первого лица.
    Уильям Брэдфорд Шокли
    Шокли начинает трудиться над собственным направлением, попутно пытаясь исправить ситуацию. Последнее не даёт положительных результатов, зато первое приводит к созданию прибора, сегодня известного миру под именем биполярного транзистора. Перебирая ряд конструкций, 1 января 1948 года находит правильную, но не сразу осознает. Впоследствии к Шокли приходит идея, что ток образуется не только основными носителями заряда.

    Принцип действия биполярного транзистора, температурные режимы

    Изложенная Шокли концепция приводит коллектив в неистовство: годами работал за спиной коллег! Но идея оказалась удачной. Если толщина полупроводника базы мала, инжектированные неосновные носители заряда частично захватываются полем коллектора. Там они уже становятся основными, участвуют в создании электрического тока. Процесс управляется полем базы, количество прорвавшихся носителей заряда пропорционально приложенному напряжению.
    Фактически p-n-переход коллектора работает в режиме пробоя. Температурные режимы целиком определяются материалами. Германиевые транзисторы не способны функционировать при температуре выше 85 градусов Цельсия, причём единожды превысив справочное значение, последующим охлаждением прибору не вернёшь работоспособности. Кремний выдерживает нагрев почти вдвое больший. Нередки экземпляры транзисторов, способные функционировать при 150 градусах Цельсия, но минус в сравнительно большом падении напряжения на p-n-переходе.
    Транзистор биполярный
    Выходит, конструктор подыскивает для создания электрической схемы наиболее подходящие транзисторы согласно имеющимся условиям. Проводится расчёт рассеиваемой мощности, при необходимости элементы дополняются массивными радиаторами. Предельная температура подбирается с изрядным запасом, чтобы исключить перегрев. Полупроводники обладают явным сопротивлением, используются в технике исключительно для решения специфических задач. К примеру, при создании p-n-перехода. В остальном, чем толще слой материала, тем большие возникают потери на активном омическом сопротивлении. Приведём наглядный пример: удельное сопротивление германия превышает значение аналогичного параметра меди (металл) в 30 млн. раз. Следовательно, потери вырастут (и нагрев) сообразно указанной цифре.
    Итак, слой полупроводника мал. Как это реализовать на практике? Забудем временно про канцелярские скрепки, использованные в первой конструкции, обратимся к современной технологии. При изготовлении биполярного транзистора выдерживаются закономерности:
    Материал эмиттера служит для инжектирования основных носителей в базу, где они окажутся захвачены полем. Поэтому используются полупроводники с большой удельной долей примесей. Этим обеспечивается создание большого количества свободных носителей (дырок или электронов). Объем коллектора чуть выше, нежели у эмиттера, мощность рассеивания предполагается больше. Это влияет на условия охлаждения прибора.
    В базе концентрация примесей меньше, чтобы большая часть инжектированного потока не рекомбинировала. Доля сторонних атомов в кристаллической решётке минимальная.
    Коллектор по доле примесей располагается посередине между базой и эмиттером. Прорвавшиеся сюда носители заряда обязаны рекомбинировать. Различие в концентрациях примесей становится причиной, почему нельзя коллектор и эмиттер в электрической схеме прибора поменять местами. Второй причиной считается факт, что площади p-n-переходов неодинаковы. Со стороны коллектора – больше.
    Действие транзистора
    От доли примеси зависит ширина запирающего слоя p-n-перехода (с увеличением растёт). Причём проникновение его в эмиттер, коллектор и базу неодинаково. На минимальную глубину запирающий слой простирается в материал с максимальной долей примесей. То есть, эмиттер. Германиевые биполярные транзисторы уходят в прошлое, на замену приходят кремниевые и на основе арсенида галлия. Сегодня доминируют две технологии производства полупроводниковых приборов, выделяют:
    Сплавные транзисторы производятся, к примеру, вплавлением в тонкую пластинку германия (по большей части изготавливаются из указанного материала) двух капель индия различных по величине. Материалы показывают различную температуру ликвидуса, становится возможен процесс обработки в печах. За счёт диффузии атомов индий прочно вплавляется в германий (температура плавления 940 градусов Цельсия). Потом к эмиттеру, коллектору и базе припаиваются электроды.
    Планарные транзисторы наиболее близки к первоначальной идее Шокли, его приборы как раз назвали плоскими. В отличие от известных прежде. На плоскую подложку разнообразными методами наносятся нужные слои. Активно применяются маски различных конфигураций для создания рисунков. Преимущество в возможности массового изготовления транзисторов на единой подложке, потом она нарезается кусками, каждый становится обособленным полупроводниковым прибором.
    В ходе описанных выше технологических манипуляций активно используются ступени производственного цикла:
    Метод диффузии позволяет точно контролировать геометрические размеры p-n-перехода, что обусловливает лучшую повторяемость характеристик и точность. Для создания транзистора полупроводник в атмосфере «благородного» газа нагревается до точки ликвидуса, парящие вокруг примеси легко оседают на поверхности. Происходит диффузия. Дозировкой парциального давления паров примесей и продолжительности операции варьируется глубина проникновения атомов в основной материал (подложку). Иногда диффузия возникает в процессе сплавления. Момент определяется точным подбором температурного режима.
    Эпитаксией называют процесс роста кристалла нужного типа на подложке. Осаждение может происходить из раствора или газа. К этому классу технологий относится и вакуумное напыление, электролиз стоит чуть обособленно, основанный на принципе наращивания слоёв под действием тока.
    Для получения заданной маски часто применяют методики литографии. К примеру, на подложку наносится фоторезист, островки которого исчезают под действием проявителя. Формирующее излучение фильтруется маской из непрозрачного материала. Процесс фотолитографии напоминает знакомый каждому профессиональному фотографу, самостоятельно ведущему обработку плёнки.
    В справочниках часто указываются два и более ключевых термина, характеризующих производственный цикл биполярного транзистора.
    Обозначения транзистора

    Система обозначений транзисторов

    На полупроводниковые приборы выпущен ОСТ 11-0948, устанавливающий нормы и для биполярных транзисторов. На первом месте указывается материал, определяющий во многом температурные режимы работы и параметры, потом цифровая маркировка, определяющая мощность, частоту и прочие качества биполярного транзистора. Среди основных параметров в справочниках фигурируют вольт-амперная характеристика и коэффициент усиления по току.

  • SimonRUS Ответить

    Полупроводники способны проводить ток хуже металлов, но лучше диэлектриков. В таких веществах существуют основные (электроны) и неосновные (дырки) носители электрического заряда. Что такое дырка? Это отсутствие одного электрона на внешней атомной орбитали. Дырка способна перемещаться по материалу. С помощью специальных примесей, донорных или акцепторных, можно существенно увеличивать количество электронов и дырок в исходном веществе. N-полупроводник можно получить, создав избыток электронов, а p-проводник – с помощью избытка дырок.

    Диод и транзистор

    Диод – это прибор, полученный соединением n- и p-полупроводников. Он сыграл огромную роль в развитии радиолокации в 40 годах прошлого века. Изучением его возможностей активно занималась команда сотрудников американской фирмы Bell во главе с У.Б. Шоккли. Эти люди изобрели транзистор в 1948 году, присоединив к кристаллу германия два контакта. На концах кристалла находились крошечные медные острия. Возможности такого прибора совершили настоящую революцию в электронике. Было выяснено, что током, проходящим через второй контакт можно управлять (усиливать или ослаблять его) при помощи входного тока первого контакта. Это было возможно при условии, что кристалл германия намного тоньше, чем медные острия.
    Первые транзисторы имели несовершенную конструкцию и довольно слабые характеристики. Несмотря на это, они были гораздо лучше электронных ламп. За это изобретение Шоккли и его команда удостоились Нобелевской премии. Уже в 1955 году появились диффузионные транзисторы, которые по своим характеристикам превосходили германиевые в несколько раз.

  • Добавить ответ

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