Tko je stvorio tranzistor 1947. Tko je izumio tranzistor. Dioda i tranzistor

Od 1947. u SSSR-u je započeo intenzivan rad na polju poluvodičkih pojačala - u TsNII-108 (lab. S. G. Kalashnikov) i u NII-160 (Istraživački institut “Istok”, Fryazino, lab. A. V. Krasilov) . 15. studenog 1948. u časopisu "Bilten informacija" A.V. Krasilov je objavio članak “Kristalna trioda”. Ovo je bila prva publikacija u SSSR-u o tranzistorima.

Tako je prvi sovjetski tranzistor u SSSR-u nastao neovisno o radu američkih znanstvenika. Podsjetimo, 16. prosinca 1947. u američkoj tvrtki Bell Labs stvoren je prvi tranzistor na svijetu, au srpnju 1948., 4 mjeseca ranije od sovjetske objave, informacije o ovom izumu pojavile su se u časopisu "The Physical Review".

Prve sovjetske germanijeve triode C1-C4 (izraz "tranzistor" ušao je u upotrebu u SSSR-u 1960-ih) puštene su u masovnu proizvodnju u Krasilovljevom laboratoriju već 1949. Godine 1950. uzorci germanijevih trioda razvijeni su na Fizičkom institutu Lebedev (FIAN) Vul, A.V. Ržanov, V.S. Vavilov i dr.), na LFTI (V.M. Tučkevič, D.N. Nasledov) i na IRE AS SSSR (S.G. Kalašnjikov, N.A. Penin i dr.). U to vrijeme sovjetski tranzistori nisu bili gori od uvezenih.

Naravno, tranzistori se nisu pojavili niotkuda - tome su prethodile godine istraživanja.
Godine 1926. sovjetski fizičar Ya.I.Frenkel iznio je hipotezu o defektima u kristalnoj strukturi poluvodiča, nazvanim "prazna mjesta", ili, češće, "rupe", koje bi se mogle kretati po kristalu. Tridesetih godina prošlog stoljeća akademik A.F. Ioffe započeo je eksperimente s poluvodičima na Lenjingradskom institutu za inženjersku fiziku.
Godine 1938. ukrajinski akademik B.I.Davydov i njegovi suradnici predložili su difuzijsku teoriju ispravljanja izmjenične struje kroz kristalne detektore, prema kojoj se ona odvija na granici između dva sloja vodiča s p- I n- provodljivost. Ova je teorija dodatno potvrđena i razvijena u istraživanju V.E. Laškareva, vođena u Kijevu 1939.-1941. Otkrio je da s obje strane "sloja barijere" koji se nalazi paralelno s granicom bakar-bakar oksid, postoje nositelji struje suprotnih predznaka (fenomen pn spoja), te da uvođenje nečistoća u poluvodiče naglo povećava njihovu sposobnost da provoditi električnu struju. Lashkarev je također otkrio mehanizam injekcije (prijenosa nositelja struje) - fenomen koji čini osnovu rada poluvodičkih dioda i tranzistora.
Ove studije prekinuo je rat. Međutim, rat je akutno postavio pitanje potrebe razvoja sovjetske elektroničke industrije. Posebno je bilo potrebno razviti radar.

Do početka rata, Lenjingradska radio tvornica uspjela je proizvesti samo 45 kompleta RUS-1 "zrakoplovnog radio hvatača". Tijekom prve dvije ratne godine u SSSR-u se više nisu proizvodile radarske stanice. Dana 4. srpnja 1943. Državni odbor za obranu donio je rezoluciju "O radaru".

DRŽAVNI ODBOR ZA OBRANU
RJEŠENJE br. GOKO-3683ss
4. srpnja 1943. godine. Moskva. Kremlj
O radaru
S obzirom na izuzetno važnu važnost radara za povećanje borbene učinkovitosti Crvene armije i mornarice, Državni odbor za obranu odlučuje:
1. Stvoriti Radarsko vijeće pri Državnom odboru za obranu
Dodijelite sljedeće zadatke Radarskom vijeću u okviru GFCS-a:
a) priprema nacrta vojno-tehničkih zadataka Državnog odbora za obranu za dizajnere o pitanjima sustava naoružanja s radarskom opremom Crvene armije i mornarice;
b) sveobuhvatni razvoj radarske industrije i tehnologije, osiguravajući stvaranje nove radarske opreme i usavršavanje postojećih vrsta radara, kao i osiguravanje serijske proizvodnje radara visoke kvalitete u industriji;
c) privlačenje u radarski posao najvećih znanstvenih, dizajnerskih, inženjerskih i tehničkih snaga sposobnih pomaknuti radarsku tehnologiju naprijed;
d) sistematizacija i generalizacija svih dostignuća znanosti i tehnologije u području radara, kako u SSSR-u tako iu inozemstvu, korištenjem znanstvene i tehničke literature i svih izvora informacija;
e) priprema prijedloge za Državni odbor za obranu o uvozu radarske opreme.
2. Odobriti Radarsko vijeće u sljedećem sastavu: zv. Maljenkov (predsjednik), Arhipov, Berg, Golovanov, Gorohov, Danilin, Kabanov, Kalmikov, Kobzarev, Stogov, Terentjev, Uger, Šahurin, Ščukin.
3. Postavite sljedeće neposredne zadatke Radarskom vijeću:
a) osiguranje poboljšanja kvalitete i povećanje serijske proizvodnje industrijskih radara - postrojenja za otkrivanje, identifikaciju zrakoplova i ciljanje borbenih zrakoplova na njih u sustavu protuzračne obrane - "Pegmatit - 3" i "Redut" s pričvršćenje na visinu; stanica za navođenje oružja SON za osiguranje gađanja protuzračnih diviziona u sustavu protuzračne obrane; zrakoplovni radarski sustavi za radio navođenje za dvomotorne zrakoplove "Gneiss - 2"; radarski uređaji za identifikaciju zrakoplova i brodova “prijatelj ili neprijatelj”.
b) Osiguranje izrade i ispitivanja prototipova i priprema serijske proizvodnje slijedećih radara - instalacija za navođenje reflektora za vođenje baražne vatre protuzrakoplovnim topništvom u sustavu protuzračne obrane; nišanska stanica SON - 3 za osiguranje gađanja protuzračne bojne u sustavu protuzračne obrane; radarska instalacija za ciljanje bombarderskih zrakoplova dugog dometa; radarski sustav za navođenje jednomotornog lovca; univerzalna pomorska detektorska instalacija za sve vrste brodova, uključujući podmornice i torpedne čamce; brodske i obalne instalacije za otkrivanje i osiguranje gađanja glavnim kalibrom površinskih brodova i obalnih baterija u svim uvjetima vidljivosti.
4. U cilju osiguranja novih razvoja i serijske proizvodnje radara sa suvremenim visokokvalitetnim elektrovakuumskim proizvodima, stvoriti Elektrovakuumski institut s pilot postrojenjem. .
Smjestiti Elektrovakuumski institut na lokaciji pogona br. 747 NKEP
Odobriti druga S.A. Vekšinskog za voditelja Instituta za elektrovakuum.
6. Za rješavanje problema složenog projektiranja radarske opreme objekata, razvoj taktičkih i tehničkih specifikacija za radarske uređaje i koordinaciju rada odjela glavnih dizajnera tvornica radarske industrije, organizirati Biro za dizajn radara.
Odobriti druga N. L. Popova za šefa Biroa za dizajn radara.
7. Organizirati Glavnu upravu radarske industrije u Narodnom komesarijatu elektroindustrije u sastavu:
a) Svesavezni znanstveno-istraživački institut za radar;
b) Elektrovakuumski zavod;
c) Projektni biro;
d) pogoni Narkomelektroproma br. 465, 747, 498, 208 i 830.
7. Odobriti druga A.I. Berga. Zamjenik narodnog komesara elektroindustrije za radarska pitanja.
8. Obnoviti Fakultet radiotehnike na Moskovskom institutu za elektroenergetiku.
9. Obvezati Glavnu upravu za radne rezerve pri Vijeću narodnih komesara SSSR-a (drugovi Moskatov i Zelenko) zajedno sa Centralnim komitetom Komsomola (drug Mihajlov) da organiziraju 15 stručnih škola s populacijom učenika od 10 tisuća ljudi s cilj je osposobljavanje kvalificiranih radnika u ovim školama za tvornice radarske industrije.
10. Odrediti 30 osobnih plaća u iznosu do 5000 rubalja svaka i 70 plaća u iznosu do 3000 rubalja za velike znanstvene, dizajnerske i inženjerske radnike u radaru.
11. Dopustiti predsjedniku Radarskog vijeća da odobri osoblje aparata Vijeća.
12. Obavezati Vijeće za radar zajedno s Državnim odborom za planiranje pri Vijeću narodnih komesara SSSR-a (drug Voznesenski), Narodnim komesarijatom za elektroindustriju (drug Kabanov), Narodnim komesarijatom zrakoplovne industrije (drug Šahurin), Narodnim komesarijatom rudarskog naoružanja (drug Paršin), Narodni komesarijat održive industrije (drug Nosenko), Narodni komesarijat crvenih strojeva (drug Akopov) ), Narodni komesarijat za naoružanje (T. Ustinov) i 15. srpnja o.g. podnijeti na odobrenje Državnom odboru za obranu prijedloge mjera za organizaciju proizvodnje radarske opreme.
Predsjednik Državnog odbora za obranu I. Staljin

Svesavezni znanstveno-istraživački institut za radar, stvoren u skladu s ovom uredbom, nazvan je TsNII-108 (sada "TsNIRTI nazvan po akademiku A.I. Bergu"). Njegov vođa bio je A.I. Berg. Institut se bavio stvaranjem radara i metodama borbe protiv njih. Zaposlenik ovog istraživačkog instituta, voditelj laboratorija, Sergej Grigorjevič Kalašnjikov, kasnije je stvorio prvi sustavni tečaj fizike poluvodiča u SSSR-u i predavao na sveučilištu.

6. kolovoza iste 1943. godine donesena je odluka o stvaranju NII-160 u gradu Fryazino na temelju tvornice radiolampa (postrojenje N747) (kasnije nazvano Znanstveno-istraživački institut za elektroničku tehnologiju, Znanstveno-istraživački institut " Istok", NPO "Istok", Državno istraživačko i proizvodno poduzeće "Istok") . Ovaj istraživački institut imao je zadatak izraditi elektrovakuumske uređaje za radarske postaje.

Iskusni inženjer i izumitelj, Sergej Arkadijevič Vekšinski, bivši voditelj Industrijskog vakuumskog laboratorija (OVL), evakuiran iz Lenjingrada u Novosibirsk, i bivši glavni inženjer Svetlane, a od 1940. šef Posebnog biroa za metalografiju, evakuiran je u Fryazino, imenovan je direktorom istraživačkog instituta, zatim u Novosibirsk. Bio je direktor NII-160 manje od godinu dana, ali njegovo najvrjednije postignuće bilo je privlačenje niza zaposlenika njegovog Specijalnog biroa, kao i najvrjednijih zaposlenika OVL-a, na čelu s njegovim šefom S.A. Zusmanovsky (imenovan je zamjenikom Vekshinskog za znanstvena pitanja). Među njima su bili Yu. A. Yunosha, V. I. Egiazarov, G. A. Shustin, S. A. Zusmanovsky, K. P. Shakhov, A. V. Krasilov, V. S. Lukoshkov, T. B. Fogelson i dr. Zajedno sa Svetlaninim zaposlenicima, ovi Lenjingrađani postali su zlatni fond instituta.

Instituti NII-160 i TsNII-108 aktivno su surađivali, posebice u rješavanju problema povećanja izlazne snage i radnih frekvencija tranzistora, a kao rezultat toga rođena je ideja o novom tehnološkom procesu "fuzije-difuzije". , na temelju kojih su se pojavili serijski germanijski tranzistori P401-P403 i P410, P411. Ali 1957. A.I. Berg stvorio je novi Institut za radioelektroniku pri Akademiji znanosti SSSR-a, koji je i sam vodio, tamo su se preselili zaposlenici koji su se bavili poluvodičkim uređajima, a ovaj smjer je ograničen na TsNII-108.

U Sovjetskom Savezu, prvi istraživački rad na tranzistorima obavljen je u NII-160 (u daljnjem tekstu Istraživački institut Istok) u prosincu 1948. Rad je izvela Susanna Madoyan, studentica diplomskog studija na Institutu za kemijsku tehnologiju. nazvan po. DI. Mendeljejev pod vodstvom A.V. Krasilova.

Alexander Viktorovich Krasilov s pravom se smatra patrijarhom domaće poluvodičke elektronike. Rođen 14. rujna 1910. Diplomirao na Kijevskom politehničkom institutu. Karijeru je započeo 1932. u tvornici Svetlana u Lenjingradu.

Aktivno je sudjelovao u razvoju vakuumske elektronike. Tijekom Velikog domovinskog rata sudjelovao je u stvaranju tvornice radiocijevi u Novosibirsku. Poslan je u SAD da naruči opremu za vakuumsku industriju, gdje se upoznao s radom vodećih elektroničkih tvrtki tog vremena: General Electric, Westinghouse, RCA, Hewlett-Packard, Weston.

Pod njegovim vodstvom, Istraživački institut Istok razvio je i pustio u proizvodnju nekoliko serija mikrovalnih silicijskih detektora u centimetrskom i milimetarskom rasponu, zadovoljavajući potrebe radara, radioinstrumenata i mikrovalne mjerne opreme. Istodobno je razvijen set opreme za mjerenje svih električnih parametara detektora, uključujući mjerenja na ultravisokim frekvencijama. Za ove radove A. V. Krasilov je 1949. godine dobio Staljinovu nagradu.

Od kolovoza 1953. A. V. Krasilov je šef odjela NII-35 (SRI "Pulsar"). Tijekom svog više od 20-godišnjeg staža na ovoj poziciji, vodio je razvoj, poboljšanje, istraživanje i implementaciju u proizvodnju u pilot postrojenju istraživačkog instituta iu devet tvornica u različitim dijelovima zemlje stotina vrsta germanijevih dioda, tranzistora, i tunelske diode. Tijekom ovog rada proučavana su osnovna svojstva germanija, metode njegove obrade, principi dizajna uređaja, metode ispitivanja, načini postizanja potrebne nepropusnosti i pouzdanosti, uključujući rad u posebnim uvjetima.

A. V. Krasilov je autor niza novih smjerova u dizajnu i proizvodnji poluvodičkih uređaja, kao što su metode difuzije dopantnih nečistoća u kristale germanija i silicija, metoda epitaksijskog rasta, metode pirolitičke razgradnje spojeva germanija, silicija. i metala, metode jetkanja poluvodičkih elemenata i mnoge druge fundamentalne tehnološke metode.

Susanna Gukasovna
Madoyan. 1950. godine

Susanna Gukasovna Madoyan rođena je 24. lipnja 1925. godine u gradu Batumiju u Gruziji.
Godine 1944. završila je školu s odličnim uspjehom i upisala Moskovski institut za kemijsku tehnologiju. Mendeljejev. Kao što je već gore napisano, napisala je svoju tezu "Proučavanje materijala za kristalnu triodu" na NII-160 pod vodstvom A.V. Krasilova.

Izrada point-point tranzistora bio je početak njezine karijere, no ubrzo se morala prebaciti na razvoj i proizvodnju dioda za razvoj računalne tehnologije.

Godine 1953. ona je zajedno s A.V. Krasilov je otišao raditi u novootvoreni Istraživački institut za poluvodičku elektroniku (NII-35, sada Pulsar). Iste godine S.G. Madoyan je stvorio prvi prototip planarnog (u tadašnjoj terminologiji - slojevitog) germanijskog tranzistora u Uniji. Ovaj razvoj postao je osnova za serijske uređaje tipa P1, P2, P3 i njihove daljnje modifikacije.
Krajem 1960. godine S.G. Madoyan je obranila disertaciju za stupanj kandidata tehničkih znanosti i započela niz novih radova na stvaranju mikrovalnih uređaja - tunelskih dioda temeljenih ne samo na germaniju, već i na novim poluvodičkim materijalima koji su se do tada pojavili - galijev arsenid i galijev antimonid. No, 1969. godine napušta industriju poluvodiča i bavi se nastavnim radom - dobiva mjesto izvanredne profesorice u Zavodu za poluvodičke elemente Instituta za čelik i legure. Tamo je predavala kolegij “Tehnologija poluvodičkih elemenata” i napisala niz udžbenika, uključujući predavanja, tečaj dizajna i laboratorijske radionice. Vodio rad studenata diplomskog studija; njih devet obranilo je doktorske disertacije.

S.G. Madoyan i A.V. Krasilov

Nakon rata V.E. Loshkarev je nastavio svoje istraživanje i početkom 1950-ih proizveo je prve točka-točka tranzistore u laboratoriju. Laškarevljeve znanstvene zasluge su cijenjene: on je bio na čelu novog Instituta za poluvodiče Akademije znanosti Ukrajine, koji je otvoren 1960.

Sovjetski tranzistori P1A i P3A (s radijatorom). 1957. godine

Početkom 1950-ih, u NII-160, F. A. Shchigol (koji je, kao i S. G. Madoyan, bio diplomski student A. V. Krasilova) i N. N. Spiro svakodnevno su proizvodili desetke točka-točka tranzistora tipa C1-C4, a M. M. Samokhvalov razvio je nova rješenja na NII-35 koristeći grupnu tehnologiju, tehnologiju "fuzije-difuzije" za dobivanje tanke baze RF tranzistora. Godine 1953., na temelju studija termoelektričnih svojstava poluvodiča, A.F. Ioffe je stvorio niz termoelektričnih generatora, a planarni tranzistori P1, P2, P3 proizvedeni su u NII-35. Ubrzo je u laboratoriju S. G. Kalašnjikova dobiven germanijski tranzistor za frekvencije od 1,0 - 1,5 MHz, a F. A. Shchigol konstruirao je tranzistore od legure silicija tipa P501-P503.

Felix Anatolyevich Shchigol postao je laureat Lenjinove nagrade za razvoj industrije poluvodiča. Među njegovim postignućima je stvaranje industrijskog standarda niske snage univerzalnog silicijskog planarnog tranzistora 2T312, koji se, zajedno s mnogim njegovim derivatima, još uvijek proizvodi.

Tvorac prvih silicijevih planarnih tranzistora Felix Anatolyevich Shchigol

Godine 1957. sovjetska je industrija proizvela 2,7 milijuna tranzistora. Početak nastanka i razvoj raketno-svemirske tehnike, a zatim i računala, kao i potrebe instrumentogradnje i drugih grana gospodarstva u potpunosti su zadovoljene tranzistorima i drugim elektroničkim komponentama domaće proizvodnje.

To je ono što S.G. Madoyan govori o stvaranju sovjetske industrije poluvodiča:

Oko 1960. godine počinje prijenos rada u nove tvornice. Tada su nastale mnoge tvornice poluvodiča, ali na neki čudan način: u Tallinnu je proizvodnja poluvodiča organizirana u bivšoj tvornici šibica, u Brjansku je na temelju stare tvornice tjestenine izgrađena nova tvornica tjestenine, a staroj je prelazi na proizvodnju poluvodičkih elemenata. U Rigi je zgrada tehničke škole za tjelesni odgoj dodijeljena tvornici poluvodičkih uređaja. Dakle, početni posao je posvuda bio težak, sjećam se da sam na svom prvom poslovnom putu u Bryansk tražio tvornicu tjestenine i završio u novoj tvornici tjestenine, gdje su mi objasnili da postoji i stara tvornica, a na stara tvornica Zamalo sam slomio nogu, posrnuvši u lokvu i na pod u hodniku koji je vodio do ureda direktora.
Tada je u Novgorodu Velikom započela proizvodnja najraširenije vrste uređaja - germanijskih tranzistora male snage, a zatim su počeli graditi nove tvornice. U početku su birana mjesta za razvoj proizvodnje tako da je postojala gotova infrastruktura, u gradovima u kojima ljudi žele živjeti, tamo su se mogli zaposliti radnici, a onda su se počele graditi tvornice poluvodiča, pa, na primjer, u Zaporožju, jer smo uglavnom koristili žensku radnu snagu na svim montažnim mjestima, au Zaporožju je bilo mnogo nezaposlenih žena. Eto, tako smo se širili i išli naprijed.

Prvi poznati pokušaj stvaranja kristalnog pojačala u Sjedinjenim Državama napravio je njemački fizičar Julius Lilienfeld, koji ga je patentirao 1930., 1932. i 1933. godine. tri opcije pojačala na bazi bakrenog sulfida. Godine 1935. njemački znanstvenik Oskar Heil dobio je britanski patent za pojačalo na bazi vanadijevog pentoksida. Godine 1938. njemački fizičar Pohl stvorio je radni primjer kristalnog pojačivača temeljenog na zagrijanom kristalu kalijevog bromida. U prijeratnim godinama izdano je još nekoliko sličnih patenata u Njemačkoj i Engleskoj. Ova se pojačala mogu smatrati prototipom modernih tranzistora s efektom polja. Međutim, nije bilo moguće izgraditi stabilne radne uređaje, jer u to vrijeme nije bilo dovoljno čistih materijala i tehnologija za njihovu obradu. U prvoj polovici tridesetih godina točkaste triode izrađivala su dvojica radioamatera - Kanađanin Larry Kaiser i trinaestogodišnji novozelandski školarac Robert Adams. U lipnju 1948. godine (prije nego što je tranzistor predstavljen), njemački fizičari Robert Pohl i Rudolf Hilsch, koji su tada živjeli u Francuskoj, napravili su vlastitu verziju točkaste germanijeve triode, koju su nazvali tranzitron. Početkom 1949. organizirana je proizvodnja tranzitrona koji su se koristili u telefonskoj opremi, a radili su bolje i dulje od američkih tranzistora. U Rusiji 20-ih godina prošlog stoljeća u Nižnjem Novgorodu, O. V. Losev promatra tranzistorski efekt u sustavu od tri do četiri kontakta na površini silicija i korborunda. Sredinom 1939. napisao je: “...s poluvodičima se može izgraditi sustav od tri elektrode sličan triodi,” ali bio je ponesen LED efektom koji je otkrio i nije proveo tu ideju. Mnogi su putevi vodili do tranzistora.

PRVI TRANZISTOR

Gore opisani primjeri projekata i uzoraka tranzistora bili su rezultat lokalnih provala misli talentiranih ili sretnih ljudi, koji nisu bili podržani dovoljnom ekonomskom i organizacijskom podrškom i nisu igrali ozbiljnu ulogu u razvoju elektronike. J. Bardeen, W. Brattain i W. Shockley našli su se u boljim uvjetima. Radili su na jedinom svrhovitom dugoročnom (više od 5 godina) programu u svijetu uz dovoljnu financijsku i materijalnu potporu u Bell Telephone Laboratories, tada jednom od najmoćnijih i najznanstvenijih u SAD-u. Njihov rad započeo je u drugoj polovici tridesetih godina, a rad je vodio Joseph Becker, koji je privukao visokokvalificiranog teoretičara W. Shockleya i briljantnog eksperimentatora W. Brattaina. Godine 1939. Shockley je iznio ideju o promjeni vodljivosti tanke pločice poluvodiča (bakrenog oksida) primjenom vanjskog električnog polja na nju. Bilo je to nešto što je podsjećalo i na patent Yu. Lilienfelda i na tranzistor s efektom polja koji je kasnije napravljen i postao široko rasprostranjen. Godine 1940. Shockley i Brattain donijeli su sretnu odluku ograničiti svoje istraživanje na jednostavne elemente germanij i silicij. Međutim, svi pokušaji da se izgradi poluprovodničko pojačalo nisu uspjeli, a nakon Pearl Harbora (praktični početak Drugog svjetskog rata za Sjedinjene Države) odbačeni su. Shockley i Brattain su poslani u istraživački centar koji radi na radaru. Godine 1945. obojica su se vratila u Bell Labs. Tamo je pod Shockleyevim vodstvom stvoren jak tim fizičara, kemičara i inženjera za rad na uređajima u čvrstom stanju. U njoj su bili W. Brattain i teorijski fizičar J. Bardeen. Shockley je skupinu usmjerio prema provedbi njihove prijeratne ideje. No uređaj je tvrdoglavo odbijao raditi, a Shockley je, nakon što je zadužio Bardeena i Brattaina da ga dovedu u djelo, praktički sam izbjegao temu. Dvije godine mukotrpnog rada donijele su samo negativne rezultate. Bardeen je predložio da se višak elektrona čvrsto taložio u područjima blizu površine i zaklonio vanjsko polje. Ova hipoteza potaknula je daljnje radnje. Ravna kontrolna elektroda zamijenjena je vrhom, pokušavajući lokalno utjecati na tanki površinski sloj poluvodiča.

Jednog dana, Brattain je slučajno približio dvije igličaste elektrode na površini germanija, a također je pomiješao polaritet napona napajanja i odjednom primijetio utjecaj struje jedne elektrode na struju druge. Bardin je odmah shvatio pogrešku. A 16. prosinca 1947. lansirali su poluprovodničko pojačalo, koje se smatra prvim tranzistorom na svijetu. Dizajniran je vrlo jednostavno - ploča germanija ležala je na metalnoj podlozi-elektrodi, na koju su se naslanjala dva blisko razmaknuta (10-15 mikrona) kontakta. Ti su kontakti izvorno uspostavljeni. Trokutasti plastični nož omotan zlatnom folijom, prerezan britvom na pola na vrhu trokuta. Trokut je bio pritisnut na germanijsku ploču posebnom oprugom izrađenom od zakrivljene spajalice. Tjedan dana kasnije, 23. prosinca 1947., uređaj je demonstriran upravi tvrtke, ovaj dan se smatra datumom rođenja tranzistora. Svi su bili zadovoljni rezultatom, osim Shockleya: pokazalo se da on, koji je prvi osmislio poluvodičko pojačalo, vodio grupu stručnjaka i predavao im kvantnu teoriju poluvodiča, nije sudjelovao u njegovom stvaranju. A tranzistor nije ispao onako kako je Shockley namjeravao: bipolarni, a ne s efektom polja. Stoga nije mogao tražiti suautorstvo u patentu "zvijezda". Uređaj je radio, ali ovaj naizgled nespretan dizajn nije mogao biti prikazan široj javnosti. Napravili smo nekoliko tranzistora u obliku metalnih cilindara promjera oko 13 mm. i na njih sklopio radio prijemnik “bez zračnica”. Dana 30. lipnja 1948. godine u New Yorku je održana službena prezentacija novog uređaja - tranzistora (od engleskog Transver Resistor - transformator otpora). Ali stručnjaci nisu odmah cijenili njegove mogućnosti. Stručnjaci iz Pentagona “presudili” su tranzistoru samo u slušnim aparatima za starije osobe. Tako je kratkovidnost vojske spasila tranzistor od klasificiranja. Prezentacija je prošla gotovo nezapaženo; samo nekoliko paragrafa o tranzistoru pojavilo se u New York Timesu na stranici 46 u rubrici “Radio News”. Time se svijetu ukazalo jedno od najvećih otkrića 20. stoljeća. Čak ni proizvođači vakuumskih cijevi, koji su uložili mnogo milijuna u svoje tvornice, nisu vidjeli prijetnju u pojavi tranzistora. Kasnije, u srpnju 1948., informacije o ovom izumu pojavile su se u The Physical Review. No tek nakon nekog vremena stručnjaci su shvatili da se dogodio grandiozan događaj koji je odredio daljnji razvoj napretka u svijetu. Bell Labs je odmah prijavio patent za ovaj revolucionarni izum, ali bilo je dosta problema s tehnologijom. Prvi tranzistori, koji su se pojavili u prodaji 1948. godine, nisu ulijevali optimizam - čim ste ih protresli, pojačanje se promijenilo nekoliko puta, a kada su se zagrijali, potpuno su prestali raditi. Ali nisu imali premca u minijaturnoj veličini. Uređaji za osobe oštećenog sluha mogu se staviti u okvire naočala! Uvidjevši da se sama vjerojatno neće moći nositi sa svim tehnološkim problemima, Bell Labs odlučio se na neobičan korak. Početkom 1952. objavila je da će u potpunosti prenijeti prava na proizvodnju tranzistora na svaku tvrtku koja je voljna platiti skromnu svotu od 25 000 dolara umjesto redovitih patentnih pristojbi, te je ponudila tečajeve o tehnologiji tranzistora, pomažući u širenju tehnologije diljem svijeta. svijet. Važnost ove minijaturne naprave postupno je postajala jasnija. Tranzistor se pokazao privlačnim iz sljedećih razloga: bio je jeftin, minijaturan, izdržljiv, trošio je malo energije i odmah se uključio (svjetiljke su se dugo zagrijavale). Godine 1953. na tržištu se pojavio prvi komercijalni tranzistorizirani proizvod - slušni aparat (pionir u tom poslu bio je John Kilby iz Centralaba, koji će nekoliko godina kasnije napraviti prvi poluvodički čip na svijetu), a u listopadu 1954. prvi tranzistor. radio, Regency TR1, koristio je samo četiri germanijska tranzistora. Industrija računalne tehnologije odmah je počela svladavati nove uređaje, a prvi je bio IBM. Dostupnost tehnologije urodila je plodom - svijet se počeo ubrzano mijenjati.

MINISTARSTVO OPĆEG I STRUČNOG OBRAZOVANJA

ROSTOVSKA REGIJA

DRŽAVNA OBRAZOVNA USTANOVA SREDNJEG STRUČNOG OBRAZOVANJA “NOVOCHERKASK MECHANICAL_TECHNOLOGICAL COLLEGE IM.A.D. TSYURUPY"

“POVIJEST IZUMA TRANZISTORA”

Uvod

1. Povijest izuma tranzistora

2. Prvi tranzistor

3. Stvaranje bipolarnog tranzistora

4. Hladni rat i njegov utjecaj na elektroniku

5. Prvi sovjetski tranzistori

6. Tranzistori s efektom polja

7. Područje primjene tranzistora

UVOD

Teško je pronaći granu znanosti i tehnologije koja se tako brzo razvijala i tako snažno utjecala na sve aspekte ljudskog života, svakog pojedinca i društva u cjelini, kao elektronika. Elektronika se kao samostalna grana znanosti i tehnike formirala zahvaljujući elektronskoj cijevi. Najprije su se pojavile radiokomunikacije, radiodifuzija, radar, televizija, zatim elektronički sustavi upravljanja, računalna tehnologija itd. Ali elektronska cijev ima fatalne nedostatke: velike dimenzije, veliku potrošnju energije, dugo vrijeme za ulazak u način rada i nisku pouzdanost. Kao rezultat toga, nakon 2-3 desetljeća postojanja, cijevna elektronika u mnogim je primjenama dosegla granicu svojih mogućnosti. Vakuumska cijev zahtijevala je kompaktniju, ekonomičniju i pouzdaniju zamjenu. I pronađen je u obliku poluvodičkog tranzistora. Njegovo stvaranje s pravom se smatra jednim od najvećih dostignuća znanstvene i tehničke misli dvadesetog stoljeća, koje je radikalno promijenilo svijet. Dobitnik je Nobelove nagrade za fiziku koju su 1956. godine dobili Amerikanci John Bardeen, Walter Brattain i William Shockley. Ali Nobelov trio imao je prethodnike u različitim zemljama. I to je razumljivo. Pojava tranzistora rezultat je dugogodišnjeg rada mnogih vrsnih znanstvenika i stručnjaka koji su tijekom prethodnih desetljeća razvijali znanost o poluvodičima. Sovjetski znanstvenici dali su ogroman doprinos ovoj zajedničkoj stvari. Puno je učinila škola fizike poluvodiča akademika A.F. Ioffe - pionir svjetskih istraživanja u fizici poluvodiča. Davne 1931. objavio je članak proročanskog naslova: “Poluvodiči – novi materijali za elektroniku”. Značajan doprinos istraživanju poluvodiča dao je B.V. Kurchatov i V.P. Žuže. U svom radu “O pitanju električne vodljivosti bakrenog oksida” 1932. godine pokazali su da je veličina i vrsta električne vodljivosti određena koncentracijom i prirodom nečistoće. Sovjetski fizičar Ya.N. Frenkel je stvorio teoriju pobude uparenih nositelja naboja u poluvodičima: elektrona i šupljina. Godine 1931. Englez Wilson uspio je stvoriti teorijski model poluvodiča, pri čemu je formulirao temelje “teorije pojasa poluvodiča”. Godine 1938. Mott u Engleskoj, B. Davydov u SSSR-u i Walter Schottky u Njemačkoj neovisno su predložili teoriju o ispravljačkom djelovanju kontakta metala i poluvodiča. Godine 1939. B. Davydov objavio je rad "Difuzijska teorija ispravljanja u poluvodičima". Godine 1941. V. E. Lashkarev objavio je članak "Proučavanje barijernih slojeva metodom toplinske sonde" i, u koautorstvu s K. M. Kosonogovom, članak "Utjecaj nečistoća na fotoelektrični učinak ventila u bakrovom oksidu." Opisao je fiziku "sloja barijere" na granici bakar-bakrov oksid, kasnije nazvanog "p-n" spojem. Godine 1946. V. Loshkarev otkrio je bipolarnu difuziju neravnotežnih nositelja struje u poluvodičima. Otkrio je i mehanizam ubrizgavanja - najvažniji fenomen na temelju kojeg rade poluvodičke diode i tranzistori. Veliki doprinos proučavanju svojstava poluvodiča dali su I.V.Kurchatov, Yu.M.Kushnir, L.D.Landau, V.M.Tuchkevich, Zh.I.Alferov i dr. Tako su do kraja četrdesetih godina dvadesetog stoljeća temelji teorijske osnove za stvaranje tranzistora dovoljno su duboko razrađeni da se može započeti s praktičnim radom.

1. POVIJEST IZUMA TRANZISTORA

Jednog dana, Brattain je slučajno približio dvije igličaste elektrode na površini germanija, a također je pomiješao polaritet napona napajanja i odjednom primijetio utjecaj struje jedne elektrode na struju druge. Bardin je odmah shvatio pogrešku. A 16. prosinca 1947. lansirali su poluprovodničko pojačalo, koje se smatra prvim tranzistorom na svijetu. Dizajniran je vrlo jednostavno - ploča germanija ležala je na metalnoj podlozi elektrode, na koju su se naslanjala dva blisko razmaknuta (10-15 mikrona) kontakta. Ti su kontakti izvorno uspostavljeni. Trokutasti plastični nož omotan zlatnom folijom, prerezan britvom na pola na vrhu trokuta. Trokut je bio pritisnut na germanijsku ploču posebnom oprugom izrađenom od zakrivljene spajalice. Tjedan dana kasnije, 23. prosinca 1947., uređaj je demonstriran upravi tvrtke, ovaj dan se smatra datumom rođenja tranzistora. Svi su bili zadovoljni rezultatom, osim Shockleya: pokazalo se da on, koji je prvi osmislio poluvodičko pojačalo, vodio grupu stručnjaka i predavao im kvantnu teoriju poluvodiča, nije sudjelovao u njegovom stvaranju. A tranzistor nije ispao onako kako je Shockley namjeravao: bipolarni, a ne s efektom polja. Stoga nije mogao tražiti suautorstvo u patentu "zvijezda". Uređaj je radio, ali ovaj naizgled nespretan dizajn nije mogao biti prikazan široj javnosti. Napravili smo nekoliko tranzistora u obliku metalnih cilindara promjera oko 13 mm. i na njih sklopio radio prijemnik “bez zračnica”. Dana 30. lipnja 1948. godine u New Yorku je održana službena prezentacija novog uređaja - tranzistora (od engleskog Transver Resistor - transformator otpora). Ali stručnjaci nisu odmah cijenili njegove mogućnosti. Stručnjaci iz Pentagona “presudili” su tranzistoru samo u slušnim aparatima za starije osobe. Tako je kratkovidnost vojske spasila tranzistor od klasificiranja. Prezentacija je prošla gotovo nezapaženo; samo nekoliko paragrafa o tranzistoru pojavilo se u New York Timesu na stranici 46 u rubrici “Radio News”. Time se svijetu ukazalo jedno od najvećih otkrića 20. stoljeća. Čak ni proizvođači vakuumskih cijevi, koji su uložili mnogo milijuna u svoje tvornice, nisu vidjeli prijetnju u pojavi tranzistora. Kasnije, u srpnju 1948., informacije o ovom izumu pojavile su se u The Physical Review. No tek nakon nekog vremena stručnjaci su shvatili da se dogodio grandiozan događaj koji je odredio daljnji razvoj napretka u svijetu. Bell Labs je odmah prijavio patent za ovaj revolucionarni izum, ali bilo je dosta problema s tehnologijom. Prvi tranzistori, koji su se pojavili u prodaji 1948. godine, nisu ulijevali optimizam - čim ste ih protresli, pojačanje se promijenilo nekoliko puta, a kada su se zagrijali, potpuno su prestali raditi. Ali nisu imali premca u minijaturnoj veličini. Uređaji za osobe oštećenog sluha mogu se staviti u okvire naočala! Uvidjevši da se sama vjerojatno neće moći nositi sa svim tehnološkim problemima, Bell Labs odlučio se na neobičan korak. Početkom 1952. objavila je da će u potpunosti prenijeti prava na proizvodnju tranzistora na svaku tvrtku koja je voljna platiti skromnu svotu od 25 000 dolara umjesto redovitih patentnih pristojbi, te je ponudila tečajeve o tehnologiji tranzistora, pomažući u širenju tehnologije diljem svijeta. svijet. Važnost ove minijaturne naprave postupno je postajala jasnija. Tranzistor se pokazao privlačnim iz sljedećih razloga: bio je jeftin, minijaturan, izdržljiv, trošio je malo energije i odmah se uključio (svjetiljke su se dugo zagrijavale). Godine 1953. na tržištu se pojavio prvi komercijalni tranzistorski proizvod - slušni aparat (pionir po tom pitanju bio je John Kilby iz Centralaba, koji će nekoliko godina kasnije napraviti prvi poluvodički čip na svijetu), a u listopadu 1954. prvi tranzistor. radio, Regency TR1, koristio je samo četiri germanijska tranzistora. Industrija računalne tehnologije odmah je počela svladavati nove uređaje, a prvi je bio IBM. Dostupnost tehnologije urodila je plodom - svijet se počeo ubrzano mijenjati.

3. STVARANJE BIPOLARNOG TRANZISTORA

Za ambicioznog W. Shockleya ono što se dogodilo izazvalo je vulkanski val kreativne energije. Iako su J. Bardeen i W. Brattain slučajno dobili ne tranzistor s efektom polja, kako je Shockley planirao, već bipolarni, brzo je shvatio što je učinio. Shockley se kasnije prisjetio svog "Svetog tjedna", tijekom kojeg je stvorio teoriju injekcije, a na Staru godinu izumio planarni bipolarni tranzistor bez egzotičnih igala. Kako bi stvorio nešto novo, Shockley je bacio novi pogled na ono što je već dugo poznato - na točkaste i planarne poluvodičke diode, na fiziku rada planarnog "p - n" spoja, što je lako podložno teorijskoj analizi. Budući da se tranzistor točka-točka sastoji od dvije vrlo bliske diode, Shockley je proveo teoretsku studiju para slično bliskih planarnih dioda i stvorio osnovu teorije planarnog bipolarnog tranzistora u poluvodičkom kristalu koji sadrži dva "p - n" spoja . Planarni tranzistori imaju niz prednosti u odnosu na točkaste tranzistore: pristupačniji su teorijskoj analizi, imaju nižu razinu šuma, daju veću snagu i, što je najvažnije, veću ponovljivost parametara i pouzdanost. No, možda je njihova glavna prednost bila lako automatizirana tehnologija, koja je eliminirala složene operacije proizvodnje, ugradnje i pozicioniranja igala s oprugom, a također je osigurala daljnju minijaturizaciju uređaja. Dana 30. lipnja 1948. u njujorškom uredu Bell Labsa izum je prvi put demonstriran upravi tvrtke. Ali pokazalo se da je stvaranje masovno proizvedenog planarnog tranzistora mnogo teže od točkastog. Brattain i Bardeenov tranzistor je izuzetno jednostavan uređaj. Njegova jedina poluvodička komponenta bio je komad relativno čistog i tada sasvim dostupnog germanija. No tehnika dopiranja poluvodiča krajem četrdesetih, neophodna za proizvodnju planarnog tranzistora, bila je tek u povojima, pa je proizvodnja Shockleyevog tranzistora u masovnoj proizvodnji bila moguća tek 1951. Godine 1954. Bell Labs razvio je procesi oksidacije, fotolitografije, difuzije, koji su dugi niz godina postali osnova proizvodnje poluvodičkih uređaja.

Bardeenov i Brattainov točkasti tranzistor svakako je veliki napredak u usporedbi s vakuumskim cijevima. Ali nije postao osnova mikroelektronike; život mu je bio kratak, oko 10 godina. Shockley je brzo shvatio što su njegovi kolege učinili i stvorio planarnu verziju bipolarnog tranzistora, koja je i danas živa i živjet će sve dok postoji mikroelektronika. Dobio je patent za njega 1951. A 1952. W. Shockley je stvorio tranzistor s efektom polja, koji je također patentirao. Tako je svoje sudjelovanje u Nobelovoj nagradi pošteno zaradio.

Broj proizvođača tranzistora rastao je poput grudve snijega. Bell Labs, Shockley Semiconductor, Fairchild Semiconductor, Western Electric, GSI (od prosinca 1951. Texas Instruments), Motorola, Tokyo Cousin (od 1958. Sony), NEC i mnogi drugi.

Godine 1950. GSI je razvio prvi silicijski tranzistor, a 1954. godine, transformirajući se u Texas Instruments, započeo je masovnu proizvodnju.

4. HLADNI RAT I NJEGOV UTJECAJ NA ELEKTRONIKU

Nakon završetka Drugog svjetskog rata svijet se podijelio na dva neprijateljska tabora. Godine 1950-1953 ovo je sučeljavanje rezultiralo izravnim vojnim sukobom – Korejskim ratom. Zapravo, bio je to proxy rat između SAD-a i SSSR-a. Istodobno su se Sjedinjene Države pripremale za izravni rat sa SSSR-om. Godine 1949. Sjedinjene Države razvile su danas objavljeni plan “Operation Dropshot”, zapravo plan za Treći svjetski rat, termonuklearni rat. Plan je predviđao izravan napad na SSSR 1. siječnja 1957. U roku od mjesec dana planirano je na naše glave baciti 300 atomskih od 50 kilotona i 200 000 konvencionalnih bombi. Kako bi se to postiglo, plan je uključivao razvoj posebnih balističkih projektila, nuklearnih podmornica, nosača zrakoplova i još mnogo toga. Tako je započela neviđena utrka u naoružanju koju su pokrenule Sjedinjene Države, a koja se nastavila tijekom druge polovice prošlog stoljeća i nastavlja se, ne tako vidljivo, čak i sada. U tim uvjetima naša se zemlja, koja je izdržala moralno i gospodarski nezapamćen četverogodišnji rat i uz goleme napore i žrtve ostvarila pobjedu, suočila s novim golemim problemima u osiguranju vlastite i savezničke sigurnosti. Trebalo je hitno, odvajanjem resursa od ratom iscrpljenog i gladnog naroda, stvoriti najnovije vrste naoružanja i održavati ogromnu vojsku u stalnoj borbenoj pripravnosti. Tako su nastale atomske i hidrogenske bombe, interkontinentalne rakete, sustav proturaketne obrane i još mnogo toga. Naši uspjesi u osiguravanju obrambene sposobnosti zemlje i stvarna mogućnost primanja razornog osvetničkog udara prisilili su Sjedinjene Države da odustanu od provedbe plana Dropshot i drugih njemu sličnih. Jedna od posljedica Hladnog rata bila je gotovo potpuna ekonomska i informacijska izolacija suprotstavljenih strana. Gospodarske i znanstvene veze bile su vrlo slabe, au području strateški važnih industrija i novih tehnologija praktički su izostale. Klasificirana su važna otkrića, izumi i novi razvoji u bilo kojem području znanja koji bi se mogli koristiti u vojnoj tehnologiji ili pridonijeti gospodarskom razvoju. Zabranjena je isporuka naprednih tehnologija, opreme i proizvoda. Zbog toga se sovjetska znanost i industrija poluvodiča razvijala u uvjetima gotovo potpune izolacije, praktične blokade od svega što se na tom području radilo u SAD-u, Zapadnoj Europi, a potom i u Japanu. Također treba napomenuti da su sovjetska znanost i industrija u mnogim područjima tada zauzimale vodeću poziciju u svijetu. Naši lovci u Korejskom ratu bili su bolji od američkih, naše su rakete bile najjače, u svemiru smo tih godina bili ispred ostalih, prvo računalo na svijetu s učinkom većim od milijun operacija bilo je naše, napravili smo hidrogenska bomba prije Sjedinjenih Država, balistički Naš proturaketni obrambeni sustav prvi je oborio projektil itd. Zaostati u elektronici značilo je povući sve ostale grane znanosti i tehnologije. Važnost poluvodičke tehnologije u SSSR-u bila je dobro shvaćena, ali načini i metode njezina razvoja bili su drugačiji nego u SAD-u. Vodstvo zemlje shvatilo je da se sukob u Hladnom ratu može postići razvojem obrambenih sustava kontroliranih pouzdanom elektronikom male veličine. Godine 1959. osnovane su tvornice poluvodičkih uređaja kao što su Aleksandrovsky, Bryansk, Voronezh, Rizhsky itd. U siječnju 1961. Rezolucija Centralnog komiteta CPSU-a i Vijeća ministara SSSR-a „O razvoju poluvodiča industrija” usvojen je, koji je predviđao izgradnju tvornica i istraživačkih instituta u Kijevu, Minsku, Erevanu, Naljčiku i drugim gradovima. Štoviše, temelj za stvaranje prvih poduzeća poluvodičke industrije bili su prostori koji su bili potpuno neprikladni za te svrhe (zgrade komercijalne tehničke škole u Rigi, sovjetske partijske škole u Novgorodu, tvornica tjestenine u Brjansku, tvornica odjeće u Voronježu, atelje u Zaporožju itd.). No, vratimo se osnovama.

5. PRVI SOVJETSKI TRANZISTORI

U godinama koje su prethodile izumu tranzistora, u SSSR-u je postignut značajan napredak u stvaranju detektora germanija i silicija. U tim je radovima korištena originalna tehnika za proučavanje područja blizu kontakta uvođenjem dodatne igle u njega, zbog čega je stvorena konfiguracija koja je točno replicirala točka-točka tranzistor. Ponekad su mjerenja otkrila karakteristike tranzistora (utjecaj jednog "p-n" spoja na drugi u blizini), ali su odbačene kao slučajne i nezanimljive anomalije. U nekoliko su stvari naši istraživači bili inferiorni američkim stručnjacima, nedostajalo im je samo jedno - fokusiranje na tranzistor i veliko otkriće im je izmaklo iz ruku. Od 1947. intenzivan rad u području poluvodičkih pojačala provodi se u Centralnom istraživačkom institutu-108 (lab. S. G. Kalašnjikov) i u Istraživačkom institutu-160 (Istraživački institut “Istok”, Fryazino, laboratorij A. V. Krasilova). Godine 1948. grupa A. V. Krasilova, koja je razvila germanijske diode za radarske stanice, također je dobila tranzistorski efekt i pokušala ga objasniti. O tome su u časopisu "Bilten informacija" u prosincu 1948. objavili članak "Kristalna trioda" - prvu publikaciju u SSSR-u o tranzistorima. Podsjetimo, prva objava o tranzistoru u SAD-u u časopisu “The Physical Review” dogodila se u srpnju 1948. godine, tj. rezultati rada Krasilovljeve grupe bili su neovisni i gotovo istodobni. Tako je u SSSR-u pripremljena znanstvena i eksperimentalna baza za stvaranje poluvodičke triode (pojam "tranzistor" uveden je u ruski jezik sredinom 60-ih), a već 1949. godine razvijen je laboratorij A. V. Krasilova i prenijeli su u masovnu proizvodnju prve sovjetske točkaste germanijske triode C1 - C4. Godine 1950. razvijeni su uzorci germanijevih trioda na Fizičkom institutu Lebedev (B.M. Vul, A.V. Rzhanov, V.S. Vavilov, itd.), na Lenjingradskom fizičkom institutu (V.M. Tuchkevich, D.N. Nasledov) i u IRE AS SSSR (S.G. Kalašnjikov, N.A. Penin, itd.).

U svibnju 1953. formiran je specijalizirani istraživački institut (NII-35, kasnije Institut za istraživanje pulsara), a osnovano je i Međukatedrsko vijeće za poluvodiče. Godine 1955. započela je industrijska proizvodnja tranzistora u tvornici Svetlana u Lenjingradu, au tvornici je stvoren OKB za razvoj poluvodičkih uređaja. Godine 1956. moskovski NII-311 s pilot-postrojenjem preimenovan je u Znanstveno-istraživački institut Sapphire s pogonom Optron i preusmjeren na razvoj poluvodičkih dioda i tiristora. Tijekom 50-ih godina u zemlji je razvijen niz novih tehnologija za proizvodnju planarnih tranzistora: legura, legura-difuzija, mesa-difuzija. Industrija poluvodiča SSSR-a razvijala se prilično brzo: 96 tisuća proizvedeno je 1955., 2,7 milijuna 1957., a više od 11 milijuna tranzistora 1966. A to je bio tek početak.

6. TRANZISTORI POLJA

Prvi tranzistor s efektom polja patentiran je u SAD-u 1926/30., 1928/32. i 1928/33 Lilienfeld je autor ovih patenata. Rođen je 1882. godine u Poljskoj. Od 1910. do 1926. bio je profesor na Sveučilištu u Leipzigu. Godine 1926. emigrirao je u Sjedinjene Države i prijavio se za patent. Tranzistori koje je predložio Lilienfeld nisu pušteni u proizvodnju. Najvažnija značajka Lilienfeldova izuma je da je razumio rad tranzistora na principu modulacije vodljivosti na temelju elektrostatike. Patentna specifikacija navodi da je vodljivost tankog područja poluvodičkog kanala modulirana ulaznim signalom koji se šalje na vrata kroz ulazni transformator. Godine 1935. njemački izumitelj O. Heil dobio je u Engleskoj patent za tranzistor s efektom polja

Dijagram iz patenta prikazan je na sl. Gdje:

Kontrolna elektroda (1) djeluje kao vrata, elektroda (3) djeluje kao odvod, a elektroda (4) djeluje kao izvor. Primjenom izmjeničnog signala na vrata smještena vrlo blizu vodiča, dobivamo promjenu u otporu poluvodiča (2) između odvoda i izvora. Pri niskim frekvencijama može se primijetiti da igla ampermetra (7) oscilira. Ovaj izum je prototip tranzistora s efektom polja s izoliranim vratima. Sljedeći val izuma tranzistora došao je 1939., kada je, nakon tri godine istraživanja čvrstog pojačala u BTL-u (Bell Telephone Laboratories), Shockley pozvan da se pridruži Brattainovom istraživanju ispravljača od bakrenog oksida. Rad je prekinuo Drugi svjetski rat, ali je Shockley prije odlaska na front predložio dva tranzistora. Istraživanje tranzistora

Bipolarni tranzistori su poluvodički uređaji s velikim brojem slojeva različitih vrsta električne vodljivosti, smještenih u različitim kombinacijama. Razmotrimo bipolarni tranzistor.

Princip rada bipolarnog tranzistora je da su 2 pn spoja smještena tako blizu jedan drugome da utječu jedan na drugoga, uslijed čega pojačavaju električne signale.

Dakle, na Sl. prikazana su tri sloja: s elektronskom vodljivošću i jakim, što znači plus - emiter, rupa - baza, i opet elektronski, ali slabije dopiran (koncentracija elektrona je najmanja) - kolektor. Debljina baze, tj. udaljenost između dva pn spoja, jednaka Lb, vrlo je mala. Mora biti manja od difuzijske duljine elektrona u bazi. Ovo je od jedinica do desetaka mikrona. Debljina baze ne smije biti veća od nekoliko mikrona. (Debljina ljudske vlasi je 20-50 mikrona. Također imajte na umu da je to blizu granice rezolucije ljudskog oka, budući da ne možemo vidjeti ništa manje od valne duljine svjetlosti, tj. približno 0,5 mikrona). Sve ostale veličine tranzistora nisu veće od približno 1 mm.

Na slojeve se dovodi vanjski napon tako da je emiterski pn spoj prednapredan, te kroz njega teče velika struja, a kolektorski pn spoj je u suprotnom smjeru, tako da kroz njega ne teče struja. Međutim, zbog činjenice da su p-n spojevi smješteni blizu, oni utječu jedni na druge i slika se mijenja: struja elektrona koja prolazi od emiterskog p-n spoja teče dalje, dolazi do kolektorskog p-n spoja i električnim poljem potonjeg elektroni se uvlače u kolektor. Zbog toga je u dobrim tranzistorima gotovo cijela struja kolektora jednaka struji emitera. Trenutni gubici su vrlo beznačajni: postotak, pa čak i djelić postotka.

Kao što vidite, shematska slika uopće nije slična njihovom stvarnom dizajnu. Ali to je tako. Krug simbolizira tijelo tranzistora. Indeks "b" označava kontakt s bazom, "k" označava kontakt s kolektorskim područjem, a "e" s emiterskim područjem. Smjer strelice na kontaktu emitera određuje vrstu tranzistora (p-p-p ili p-p-p).

Krug zajedničke baze: pojačanje a<1

Vidimo da se izravni prednapon primjenjuje na pn spoj emitera: plus na bazni kontakt, a minus na emiterski kontakt. Obrnuta prednapon se primjenjuje na pn spoj kolektora. U ovom slučaju, dobar tranzistor ima struju kolektora koja je samo malo manja od struje emitera.

Krug zajedničkog emitera

U ovom slučaju na bazu i emiter se dovodi napon istog predznaka, ali na bazu ne više od 0,7 V, a na kolektor 5...15 V. Faktor pojačanja b>1

7. PODRUČJE PRIMJENE TRANZISTORA

Prvi tranzistori proizvedeni u domaćoj industriji bili su točkasti tranzistori, koji su bili namijenjeni za pojačavanje i generiranje oscilacija s frekvencijom do 5 MHz. Tijekom proizvodnje prvih tranzistora u svijetu razvijani su pojedinačni tehnološki procesi i metode praćenja parametara. Stečeno iskustvo omogućilo nam je da prijeđemo na proizvodnju naprednijih uređaja koji već mogu raditi na frekvencijama do 10 MHz. Kasnije su točkasti tranzistori zamijenjeni planarnim tranzistorima, koji imaju veća električna i radna svojstva. Prvi tranzistori tipa P1 i P2 bili su namijenjeni za pojačavanje i generiranje električnih oscilacija s frekvencijom do 100 kHz.

Zatim su se pojavili snažniji niskofrekventni tranzistori P3 i P4, čija je uporaba u 2-cikličnim pojačalima omogućila dobivanje izlazne snage do nekoliko desetaka vata. Kako se industrija poluvodiča razvijala, razvijale su se nove vrste tranzistora, uključujući P5 i P6, koji su imali poboljšane karakteristike u usporedbi sa svojim prethodnicima.

Kako je vrijeme prolazilo, savladavane su nove metode proizvodnje tranzistora, a tranzistori P1 - P6 više nisu zadovoljavali trenutne zahtjeve te su ukinuti. Umjesto toga pojavili su se tranzistori tipa P13 - P16, P201 - P203, koji su također pripadali niskim frekvencijama koje nisu prelazile 100 kHz. Ovako niskofrekventna granica objašnjava se metodom proizvodnje ovih tranzistora, koja se izvodi metodom fuzije.

Stoga se tranzistori P1 - P6, P13 - P16, P201 - P203 nazivaju legurama. Tranzistori sposobni za generiranje i pojačavanje električnih oscilacija s frekvencijom od desetaka i stotina MHz pojavili su se mnogo kasnije - to su bili tranzistori tipa P401 - P403, koji su označili početak korištenja nove metode difuzije za proizvodnju poluvodičkih uređaja. Takvi tranzistori nazivaju se difuzijski tranzistori. Daljnji razvoj išao je putem usavršavanja i legura i difuzijskih tranzistora, kao i stvaranja i razvoja novih metoda njihove izrade.

Pojavom bipolarnih tranzistora s efektom polja počele su se ostvarivati ideje za razvoj malih računala. Na njihovoj osnovi počeli su stvarati ugrađene elektroničke sustave za zrakoplovnu i svemirsku tehnologiju.

U OE krugu, ulazni signal se dovodi u bazu, a izlazni signal se uzima iz kolektora. Krug i izlazne karakteristike prikazani su na slici 1. Može se vidjeti da je krug postao vrlo složen. Međutim, glavna stvar ovdje je otpornik Rk, koji određuje pojačanje napona, a koji se kreće od jedinica kOhm do MOhm (što je ovaj otpornik veći, to je pojačanje veće). Svi ostali elementi su više-manje konvencionalni.Prije svega, Re je neophodan za toplinsku stabilizaciju tranzistora. To se radi putem DC povratne informacije, o čemu ćemo raspravljati kasnije.

Se je kondenzator koji zaobilazi ovaj otpornik na radnim frekvencijama, tako da nema otpornika s izmjeničnim signalom. Ovaj kondenzator ima nekoliko mikrofarada. To je obično elektrolitički kondenzator.

Sr – izolacijski kondenzatori koji odvajaju istosmjernu komponentu signala na ulazu i izlazu sklopa od vanjskih signala. Obično je to nekoliko mikrofarada.

Rb2 je praktički nepotreban otpornik, jednostavno je instaliran kako bi zaštitio tranzistor od izgaranja. Njegova vrijednost bi trebala biti velika, jer je paralelan s ulazom i može ga kratko spojiti. Obično je to 1 ili nekoliko kilo-oma, budući da je ulazni otpor tranzistora nizak.

Rn je otpor opterećenja, bolje je ako je velik, jer je spojen paralelno s izlazom tranzistora, a ako je mali, izlazni signal će pasti.

Uin je signal na ulazu tranzistora. Kao što vidite, na ulazu ima mnogo različitih dijelova - otpornika i kondenzatora. Ali na radnim frekvencijama, otpor kondenzatora je mali i oni dobro prenose signale. A dva paralelna otpornika Rb1 i Rb2 prilično su velika u usporedbi s ulaznim otporom tranzistora. Stoga uzimamo u obzir samo ovaj ulazni otpor.Obično se stvarni otpor tranzistora označava malim slovima.

Tranzistor je napravljen na bazi poluvodiča. Dugo vremena nisu bili prepoznati, koristeći samo vodiče i dielektrike za stvaranje raznih uređaja. Takvi uređaji imali su mnoge nedostatke: nisku učinkovitost, veliku potrošnju energije i krhkost. Proučavanje svojstava poluvodiča bilo je prekretnica u povijesti elektronike.

Elektronska vodljivost raznih tvari

Sve se tvari prema sposobnosti provođenja električne struje dijele u tri velike skupine: metali, dielektrici i poluvodiči. Dielektrici su tako nazvani jer praktički ne mogu provoditi struju. Metali imaju bolju vodljivost zbog prisutnosti slobodnih elektrona u njima, koji se kaotično kreću među atomima. Kada se primijeni vanjsko električno polje, ti će se elektroni početi kretati prema pozitivnom potencijalu. Kroz metal će proći struja.

Poluvodiči mogu provoditi struju lošije od metala, ali bolje od dielektrika. U takvim tvarima postoje većinski (elektroni) i manjinski (rupe) nositelji električnog naboja. Što ? To je odsutnost jednog elektrona u vanjskoj atomskoj orbiti. Rupa se može kretati kroz materijal. Uz pomoć posebnih nečistoća, donora ili akceptora, moguće je značajno povećati broj elektrona i šupljina u polaznom materijalu. N-poluvodič se može stvoriti stvaranjem viška elektrona, a p-vodič se može stvoriti korištenjem viška rupa.

Dioda i tranzistor

Dioda je uređaj dobiven spajanjem n- i p-poluvodiča. Odigrao je veliku ulogu u razvoju radara 40-ih godina prošlog stoljeća. Tim zaposlenika američke tvrtke Bell, predvođen W.B.-om, aktivno je proučavao njegove mogućnosti. Shockley. Ovi ljudi su 1948. godine povezivali dva kontakta s kristalom. Na krajevima kristala bili su sićušni bakreni vrhovi. Mogućnosti takvog uređaja napravile su pravu revoluciju u elektronici. Utvrđeno je da se struja koja prolazi kroz drugi kontakt može kontrolirati (povećati ili oslabiti) pomoću ulazne struje prvog kontakta. To je bilo moguće pod uvjetom da je kristal germanija bio mnogo tanji od bakrenih vrhova.

Prvi tranzistori imali su nesavršen dizajn i prilično slabe karakteristike. Unatoč tome, bile su puno bolje od vakuumskih cijevi. Za ovaj izum Shockley i njegov tim dobili su Nobelovu nagradu. Već 1955. godine pojavili su se difuzijski tranzistori, čije su karakteristike bile nekoliko puta superiornije od germanijskih tranzistora.

Izumitelji Zvijezde: William Shockley, John Bardeen i Walter Brattain
Zemlja: SAD
Vrijeme izuma: 1948

Izum tranzistora u kasnim 1940-ima bio je jedna od najvećih prekretnica u povijesti elektronike. , koji je do tada dugo bio neizostavan i najvažniji element svih radijskih i elektroničkih uređaja, imao je brojne nedostatke.

Kako je radijska oprema postajala sve složenija, a opći zahtjevi za njom sve veći, ti su se nedostaci osjećali sve izraženije. To uključuje, prije svega, mehaničku krhkost žarulja, njihov kratki vijek trajanja, velike dimenzije i nisku učinkovitost zbog velikih gubitaka topline na anodi.

Stoga, kada su vakuumske cijevi u drugoj polovici 20. stoljeća zamijenjeni poluvodičkim elementima koji nisu imali niti jednu od navedenih mana, dogodila se prava revolucija u radiotehnici i elektronici.

Mora se reći da poluvodiči nisu odmah otkrili svoja izvanredna svojstva ljudima. Dugo vremena elektrotehnika je koristila isključivo vodiče i dielektrike. Velika skupina materijala koji su zauzimali srednji položaj između njih nije našao nikakvu primjenu, a samo je nekoliko istraživača, proučavajući prirodu elektriciteta, s vremena na vrijeme pokazalo zanimanje za njihova električna svojstva.

Tako je 1874. godine Karl Ferdinand Braun otkrio fenomen ispravljanja struje na mjestu dodira olova i pirita i stvorio prvi kristalni detektor. Drugi su istraživači otkrili da nečistoće koje sadrže imaju značajan učinak na vodljivost poluvodiča. Na primjer, Boeddecker je 1907. otkrio da se vodljivost bakrenog jodida povećava 24 puta u prisutnosti primjese joda, koji sam po sebi nije vodič.

Što objašnjava svojstva poluvodiča i zašto su oni postali tako važni u elektronici? Uzmimo tipični poluvodič poput germanija. U normalnim uvjetima ima otpornost 30 milijuna puta veću od bakra i 1 000 000 milijuna puta manju od bakra. Zbog toga je po svojim svojstvima još uvijek nešto bliži vodičima nego dielektricima. Kao što je poznato, sposobnost tvari da provodi ili ne provodi električnu struju ovisi o prisutnosti ili odsutnosti slobodnih nabijenih čestica u njoj.

Njemačka u tom smislu nije izuzetak. Svaki od njegovih atoma je četverovalentan i mora se formirati s susjedni atomi imaju četiri elektronske veze. Ali zbog toplinskih učinaka, neki od elektrona napuštaju svoje atome i počinju se slobodno kretati između čvorova kristalne rešetke. To je otprilike 2 elektrona na svakih 10 milijardi atoma.

Jedan gram germanija sadrži oko 10 tisuća milijardi atoma, odnosno ima oko 2 tisuće milijardi slobodnih elektrona. To je milijune puta manje nego, na primjer, u bakru ili srebru, ali ipak dovoljno da germanij kroz sebe propusti malu struju. Međutim, kao što je već spomenuto, vodljivost germanija može se značajno povećati ako se u njegovu rešetku uvedu nečistoće, na primjer, peterovalentni atom arsena ili antimona.

Tada četiri elektrona arsena formiraju valentne veze s atomima germanija, ali će peti ostati slobodan. Bit će slabo vezan za atom, tako malen napon primijenjen na kristal bit će dovoljan da se on odvoji i pretvori u slobodni elektron (jasno je da atomi arsena postaju pozitivno nabijeni ioni). Sve to značajno mijenja električna svojstva germanija.

Drugačija slika bit će kad se u kristal germanija unese trovalentna nečistoća (na primjer, aluminij, galij ili indij). Svaki atom nečistoće stvara veze sa samo tri atoma germanija, a na mjestu četvrte veze bit će slobodan prostor - rupa koju lako može ispuniti bilo koji elektron (u ovom slučaju atom nečistoće je negativno ioniziran).

Ako ovaj elektron ode do nečistoće iz susjednog atoma germanija, tada će rupa zauzvrat biti na zadnji. Primjenom napona na takav kristal, dobivamo efekt koji se može nazvati "kretanje rupa". Doista, neka elektron ispuni rupu trovalentnog atoma na strani gdje se nalazi negativni pol vanjskog izvora. Posljedično, elektron će se pomaknuti bliže pozitivnom polu, dok se nova rupa stvara u susjednom atomu koji se nalazi bliže negativnom polu.

Zatim se isti fenomen događa s drugim atomom. Nova rupa će se pak ispuniti elektronom, približavajući se tako pozitivnom polu, a nastala rupa će se približiti negativnom polu. A kada, kao rezultat takvog kretanja, elektron dođe do pozitivnog pola, odakle odlazi do izvora struje, rupa će doći do negativnog pola, gdje će biti ispunjena elektronom koji dolazi iz izvora struje. Rupa se pomiče kao da je čestica s pozitivnim nabojem, a možemo reći da ovdje električnu struju stvaraju pozitivni naboji. Takav se poluvodič naziva p-tip poluvodiča (od positiv - pozitivan).

Sama po sebi, pojava nečistoće vodljivosti još nije od velikog značaja, ali kada se povežu dva poluvodiča - jedan s n-vodljivošću, a drugi s p-vodljivošću (npr. kada se u kristalu germanija na jednom poluvodiču stvori n-vodljivost strane, a p s druge) -vodljivost) - javljaju se vrlo zanimljive pojave.

Negativno ionizirani atomi u području p odbit će slobodne elektrone u području n od prijelaza, a pozitivno ionizirani atomi u području n će odbiti rupe u području p od prijelaza. To jest, pn spoj će se pretvoriti u neku vrstu barijere između dva područja. Zahvaljujući tome, kristal će dobiti izraženu jednosmjernu vodljivost: za neke struje će se ponašati kao vodič, a za druge kao izolator.

Zapravo, ako se na kristal primijeni napon veći od "zaustavnog" napona p-n spoja, i to na takav način da je pozitivna elektroda spojena na p-područje, a negativna elektroda na n-područje, tada će električna struja teći u kristalu, formiranom od elektrona i rupa koji se kreću jedni prema drugima.

Ako se potencijali vanjskog izvora mijenjaju na suprotan način, struja će prestati (ili bolje rečeno, bit će vrlo beznačajna) - dogodit će se samo odljev elektrona i šupljina s granice između dva područja, kao rezultat čime će se potencijalna barijera između njih povećati.

U tom će se slučaju poluvodički kristal ponašati točno kao dioda s vakuumskom cijevi, pa se uređaji koji se temelje na ovom principu nazivaju poluvodičkim diodama. Kao i cijevne diode mogu poslužiti kao detektori, odnosno ispravljači struje.

Još zanimljiviji fenomen može se uočiti u slučaju kada nastaje kristal poluvodiča ne jedan, nego dva p-n spoja. Ovaj poluvodički element naziva se tranzistor. Jedno od njegovih vanjskih područja naziva se emiter, drugo se naziva kolektor, a srednje područje (koje je obično vrlo tanko) naziva se baza.

Ako na emiter i kolektor tranzistora stavimo napon, neće teći nikakva struja, ma kako promijenili polaritet. Ali ako stvorite malu potencijalnu razliku između emitera i baze, tada će slobodni elektroni iz emitera, nakon što su prevladali p-n spoj, ući u bazu. A budući da je baza vrlo tanka, samo mali broj ovih elektrona je dovoljan da ispuni rupe koje se nalaze u p području. Stoga će većina njih proći u kolektor, prevladavajući blokirajuću barijeru drugog spoja - u tranzistoru će se pojaviti električna struja.

Ovaj fenomen je tim značajniji jer je struja u krugu emiter-baza obično desetke puta manja od teče u krugu emiter-kolektor. Iz ovoga je jasno da se po svom djelovanju tranzistor može u određenom smislu smatrati analogom troelektrodne žarulje (iako su fizički procesi u njima potpuno drugačiji), a baza ovdje igra ulogu rešetke postavljene između anode i katode.

Baš kao što u svjetiljci mala promjena potencijala mreže uzrokuje veliku promjenu struje ploče, u tranzistoru male promjene u krugu baze uzrokuju velike promjene struje kolektora. Stoga se tranzistor može koristiti kao pojačalo i generator električnog signala.

Poluvodički elementi počeli su postupno zamjenjivati vakuumske cijevi od ranih 40-ih. Od 1940. točkaste germanijeve diode naširoko se koriste u radarskim uređajima. Općenito, radar je poslužio kao poticaj brzom razvoju elektronike za snažne izvore visokofrekventne energije. Sve veći interes pokazao se za decimetarske i centimetarske valove, za stvaranje elektroničkih uređaja koji mogu raditi u tim rasponima.

U međuvremenu, vakuumske cijevi, kada su se koristile na visokim i ultravisokim frekvencijama, ponašale su se nezadovoljavajuće, budući da im je vlastita buka znatno ograničila osjetljivost. Korištenje točkastih germanijevih dioda na ulazima radio prijemnika omogućilo je oštro smanjenje vlastite buke i povećanje osjetljivosti i raspona detekcije objekata.

Međutim, prava era poluvodiča započela je nakon Drugog svjetskog rata, kada je izumljen točka-točka tranzistor.

Stvorili su ga nakon brojnih eksperimenata 1948. godine zaposlenici američke tvrtke Bell, William Shockley, John Bardeen i Walter Brattain. Postavljanjem dva točkasta kontakta na kristal germanija, na maloj udaljenosti jedan od drugog, i primjenom prednapona na jedan od njih, a obrnutog prednapona na drugi, uspjeli su koristiti struju koja prolazi kroz prvi kontakt za kontrolu struja kroz drugu. Ovaj prvi tranzistor imao je pojačanje od oko 100.

Novi izum brzo je postao široko rasprostranjen. Prvi point-point tranzistori sastojali su se od kristal germanija s n-vodljivošću, koji je služio kao baza na koju su se naslanjala dva tanka brončana vrha, smještena vrlo blizu jedan drugome - na udaljenosti od nekoliko mikrona.

Jedan od njih (obično berilij) služio je kao emiter, a drugi (fosforna bronca) služio je kao kolektor. Prilikom izrade tranzistora kroz vrhove je propuštena struja od približno jednog ampera. U ovom slučaju rastopio se germanij, kao i vrhovi vrhova. Bakar i nečistoće prisutne u njemu prešle su u germanij i formirale slojeve s šupljinom vodljivosti u neposrednoj blizini točkastih kontakata.

Ovi tranzistori nisu bili pouzdani zbog nesavršenosti njihovog dizajna. Bili su nestabilni i nisu mogli raditi na velikoj snazi. Njihov je trošak bio velik. Međutim, bile su mnogo pouzdanije od vakuumskih cijevi, nisu se bojale vlage i trošile su stotine puta manje energije od sličnih vakuumskih cijevi.

U isto vrijeme bili su izuzetno štedljivi, budući da im je za napajanje bilo potrebno vrlo malo struje. oko 0,5-1 V i nije zahtijevala posebnu bateriju. Njihova učinkovitost dosegla je 70%, dok je učinkovitost lampe rijetko prelazila 10%. Budući da tranzistorima nije bilo potrebno zagrijavanje, počeli su raditi odmah nakon što je na njih doveden napon. Osim toga, imali su vrlo nisku razinu vlastite buke, pa se oprema sastavljena s tranzistorima pokazala osjetljivijom.

Postupno je novi uređaj poboljšan. Godine 1952. pojavili su se prvi planarni tranzistori s nečistoćama germanija. Njihova proizvodnja bila je složen tehnološki proces. Prvo je germanij pročišćen od nečistoća, a zatim je formiran monokristal. Običan komad germanija sastoji se od velikog broja kristala međusobno spojenih u neredu. Za poluvodičke uređaje ova struktura materijala nije prikladna - ovdje vam je potrebna isključivo ispravna kristalna rešetka, ujednačena za cijeli komad. Da bi se to postiglo, rastopljen je germanij iu njega je ubačeno sjeme - mali kristal s pravilno orijentiranom rešetkom.

Okretanjem sjemena oko svoje osi ono se polako podizalo. Kao rezultat toga, atomi oko sjemena su se poredali u pravilnu kristalnu rešetku. Poluvodički materijal se skrutio i obavio sjeme. Rezultat je bila monokristalna šipka. Istodobno je u talinu dodana nečistoća tipa p ili n. Zatim je monokristal izrezan na male pločice, koje su služile kao baza.

Emiter i kolektor nastali su na razne načine. Najjednostavnija metoda bila je staviti male komadiće indija na obje strane germanijske ploče i brzo ih zagrijati na 600 stupnjeva. U ovom slučaju, indij je spojen s temeljnim germanijem. Nakon hlađenja, područja zasićena indijem dobila su p-tip vodljivosti. Kristal je zatim stavljen u kućište i spojeni su vodovi.

Godine 1955. tvrtka Bell Systems stvorila je difuzijski germanijev tranzistor. Metoda difuzije sastojala se od stavljanja poluvodičkih pločica u plinsku atmosferu koja sadrži pare nečistoća koje bi formirale emiter i kolektor, te zagrijavanja pločica do temperature bliske talištu. Atomi nečistoća postupno su prodrli u poluvodič.