İlk tranzistoru kim yaradıb? Bu sual bir çox insanı narahat edir. Sahə effektli tranzistor prinsipi üçün ilk patent 1925-ci il oktyabrın 22-də Avstriya-Macarıstan fiziki Julius Edqar Lilienfeld tərəfindən Kanadada təqdim edildi, lakin Lilienfeld öz cihazları haqqında heç bir elmi məqalə dərc etmədi və onun işinə sənaye tərəfindən məhəl qoyulmadı. Beləliklə, dünyanın ilk tranzistoru tarixə qərq oldu. 1934-cü ildə alman fizik Dr. Oskar Heil başqa bir FET-i patentləşdirdi. Bu cihazların tikildiyinə dair birbaşa sübut yoxdur, lakin sonradan 1990-cı illərdə aparılan işlər Lilienfeldin dizaynlarından birinin təsvir edildiyi kimi işlədiyini və əhəmiyyətli nəticə verdiyini göstərdi. Uilyam Şokli və onun köməkçisi Cerald Pirsonun Lilienfeldin patentləri əsasında aparatların işlək versiyalarını yaratması, əlbəttə ki, onların sonrakı elmi məqalələrinin və ya tarixi məqalələrinin heç birində heç vaxt qeyd edilmədiyi hamıya məlum və hamı tərəfindən qəbul edilən faktdır. İlk tranzistorlu kompüterlər, əlbəttə ki, çox sonra quruldu.
Bella Laboratoriyası
Bell Labs tezlik mikserinin bir hissəsi kimi radar qurğularında istifadə edilən son dərəcə saf germanium "kristal" mikser diodlarını istehsal etmək üçün qurulmuş tranzistor üzərində işləyirdi. Bu layihəyə paralel olaraq, germanium diod tranzistoru da daxil olmaqla bir çox başqaları var idi. Erkən boru əsaslı sxemlərin sürətli keçid qabiliyyəti yox idi və Bell komandası bunun əvəzinə bərk diodlardan istifadə etdi. İlk tranzistorlu kompüterlər oxşar prinsip üzərində işləyirdi.
Şoklinin əlavə kəşfi
Müharibədən sonra Şokli triod kimi yarımkeçirici cihaz yaratmağa cəhd etmək qərarına gəldi. O, maliyyə və laboratoriya sahəsini təmin etdi və sonra Bardeen və Bratten ilə problem üzərində işlədi. Con Bardin ilk uğursuzluqlarını izah etmək üçün nəhayət, səth fizikası kimi tanınan kvant mexanikasının yeni bir sahəsini inkişaf etdirdi və bu elm adamları sonda işləyən cihaz yaratmağa müvəffəq oldular.
Tranzistorun inkişafının açarı yarımkeçiricilərdə elektronların hərəkətliliyi prosesinin daha da anlaşılması idi. Sübut olundu ki, bu yeni kəşf edilmiş diodun (1874-cü ildə kəşf edilib, 1906-cı ildə patenti alınıb) emitentdən kollektora elektronların axınına nəzarət etmək üçün hansısa üsul varsa, gücləndirici qurmaq olar. Məsələn, kontaktları bir növ kristalın hər iki tərəfinə yerləşdirsəniz, ondan heç bir cərəyan keçməyəcək.
Əslində bunu etmək çox çətin oldu. Ölçükristal daha orta səviyyədə olmalı idi və "inyeksiya" edilməli olan ehtimal olunan elektronların (və ya dəliklərin) sayı çox böyük idi, bu da onu gücləndiricidən daha az faydalı edərdi, çünki böyük bir enjeksiyon cərəyanı tələb edəcəkdir. Bununla belə, kristal diodun bütün ideyası ondan ibarət idi ki, kristal özü az qala tükənmək ərəfəsində olarkən elektronları çox qısa məsafədə saxlaya bilirdi. Görünür, əsas giriş və çıxış sancaqlarını kristalın səthində bir-birinə çox yaxın saxlamaq idi.
Brattenin Əsərləri
Bratten belə bir cihaz üzərində işləməyə başladı və komanda problem üzərində işləyərkən uğurun işarələri görünməyə davam etdi. İxtira çətin işdir. Bəzən sistem işləyir, lakin sonra başqa bir uğursuzluq baş verir. Bəzən Brattenin işinin nəticələri suda gözlənilmədən işləməyə başladı, görünür, yüksək keçiricilik qabiliyyətinə görə. Kristalın hər hansı bir hissəsindəki elektronlar yaxınlıqdakı yüklərə görə köç edir. Emitentlərdəki elektronlar və ya kollektorlardakı "deşiklər" birbaşa kristalın üstündə toplanır, burada əks yükü qəbul edirlər, havada (və ya suda) "üzərlər". Bununla belə, kristalın hər hansı bir yerindən az miqdarda yük tətbiq etməklə onları səthdən itələmək olar. Böyük bir inyeksiya edilmiş elektron təchizatı tələb etmək əvəzinə, çipin doğru yerində çox az sayda elektron eyni şeyi edəcək.
Tədqiqatçıların yeni təcrübəsi müəyyən dərəcədə həll etməyə kömək etdikiçik bir nəzarət sahəsinin əvvəllər qarşılaşdığı problem. Ümumi, lakin kiçik bir sahə ilə birləşdirilmiş iki ayrı yarımkeçirici istifadə etmək əvəzinə, bir böyük səth istifadə ediləcək. Emitent və kollektor çıxışları yuxarıda, idarəetmə teli isə kristalın altında yerləşdiriləcək. "Baza" terminalına cərəyan tətbiq edildikdə, elektronlar yarımkeçirici blokdan itələnəcək və uzaq səthdə toplanacaqdı. Nə qədər ki, emitent və kollektor çox yaxın idilər, bu, keçirməyə başlamaq üçün onların arasında kifayət qədər elektron və ya dəlik təmin etməlidir.
Bray Qoşulması
Bu fenomenin ilk şahidi gənc aspirant Ralf Bray idi. O, 1943-cü ilin noyabrında Purdue Universitetində germanium tranzistorunun yaradılmasında iştirak etdi və ona metal-yarımkeçirici kontaktının sızma müqavimətini ölçmək kimi çətin tapşırıq verildi. Bray bəzi germanium nümunələrində daxili yüksək müqavimətli maneələr kimi bir çox anomaliya aşkar etdi. Ən maraqlı hadisə, gərginlik impulsları tətbiq edildikdə müşahidə edilən olduqca aşağı müqavimət idi. İlk sovet tranzistorları Amerikanın bu inkişafları əsasında hazırlanmışdır.
İrəliləmə
16 dekabr 1947-ci ildə iki nöqtəli kontaktdan istifadə edərək doxsan volta anodlaşdırılmış germanium səthi ilə əlaqə quruldu, elektrolit H2O ilə yuyuldu və sonra bir neçə qızıl onun ləkələrinə düşdü. Qızıl kontaktlar çılpaq səthlərə basıldı. Arasında bölmənöqtələr təqribən 4 × 10-3 sm idi. Bir nöqtə tor, digər nöqtə isə boşqab kimi istifadə edilmişdir. Şəbəkədəki sapma (DC) təxminən on beş voltluq boşqab meylində gərginlik gücü qazancını əldə etmək üçün müsbət olmalıdır.
İlk tranzistorun ixtirası
Bu möcüzə mexanizminin tarixi ilə bağlı çoxlu suallar var. Onlardan bəziləri oxucuya tanışdır. Məsələn: SSRİ-nin ilk tranzistorları niyə PNP tipli idi? Bu sualın cavabı bütün bu hekayənin davamındadır. Bratten və H. R. Mur 23 dekabr 1947-ci ildə günortadan sonra Bell Laboratoriyasında bir neçə həmkarlarına və menecerlərinə əldə etdikləri nəticəni nümayiş etdirdilər, buna görə də bu günə tez-tez tranzistorun doğum tarixi deyilir. PNP-kontaktlı germanium tranzistoru nitq gücləndiricisi kimi 18 güc artımı ilə işləyirdi. Bu, SSRİ-nin ilk tranzistorlarının niyə PNP tipli olması sualına cavabdır, çünki onlar amerikalılardan alınıb. 1956-cı ildə John Bardeen, W alter Houser Bratten və William Bradford Shockley yarımkeçiricilər üzərində apardıqları tədqiqatlara və tranzistor effektinin kəşfinə görə fizika üzrə Nobel mükafatına layiq görüldülər.
Bell Labs-da tranzistorun ixtirasında birbaşa iştirak edən on iki nəfər hesab olunur.
Avropada ilk tranzistorlar
Eyni zamanda bəzi avropalı alimlər bərk cisim gücləndiriciləri ideyası ilə bağlı həyəcanlandılar. 1948-ci ilin avqustunda Aulnay-sous-dakı Compagnie des Freins et Signaux Westinghouse-da işləyən alman fizikləri Herbert F. Matare və Heinrich Welker. Bois, Fransa, "tranzistor" adlandırdıqları bir azlığa əsaslanan gücləndirici üçün patent üçün müraciət etdi. Bell Labs 1948-ci ilin iyun ayına qədər tranzistoru nəşr etmədiyi üçün tranzistor müstəqil olaraq hazırlanmış hesab olunurdu. Matare ilk dəfə İkinci Dünya Müharibəsi zamanı alman radar avadanlıqları üçün silikon diodların istehsalında keçiriciliyin təsirini müşahidə etdi. Tranzistorlar kommersiya məqsədi ilə Fransız telefon şirkəti və hərbçilər üçün hazırlanmışdı və 1953-cü ildə Düsseldorfdakı radiostansiyada dörd tranzistorlu bərk radiostansiya nümayiş etdirildi.
Bell Telefon Laboratoriyalarına yeni ixtira üçün bir ad lazım idi: Yarımkeçirici Triod, Sınaq Ştatları Triodu, Kristal Triod, Bərk Triod və İotatron hesab olunurdu, lakin Con R. Pirs tərəfindən icad edilən "tranzistor" bir ixtiranın açıq qalibi oldu. daxili səsvermə (qismən Bell mühəndislərinin "-tarixi" şəkilçisi üçün hazırladığı yaxınlıq sayəsində).
Dünyada ilk kommersiya tranzistor istehsalı xətti Pensilvaniya ştatının Allentown şəhərindəki Union Bulvarında yerləşən Western Electric zavodunda idi. İstehsal 1 oktyabr 1951-ci ildə nöqtə kontaktlı germanium tranzistoru ilə başladı.
Əlavə müraciət
1950-ci illərin əvvəllərinə qədər bu tranzistor bütün istehsal növlərində istifadə olunurdu, lakin nəmə qarşı həssaslıq və germanium kristallarına birləşdirilmiş naqillərin kövrəkliyi kimi onun daha geniş istifadəsinə mane olan əhəmiyyətli problemlər hələ də var idi.
Şokli tez-tez ittiham olunurduişinin böyük, lakin tanınmamış macar mühəndisinin işinə çox yaxın olması səbəbindən plagiat. Lakin Bell Labs hüquqşünasları problemi tez həll etdilər.
Bununla belə, Şokli tənqidçilərin hücumlarından qəzəbləndi və tranzistorun ixtirasının bütün böyük dastanının əsl beyninin kim olduğunu nümayiş etdirməyə qərar verdi. Cəmi bir neçə aydan sonra o, çox özünəməxsus “sendviç strukturu” olan tamamilə yeni tipli tranzistor ixtira etdi. Bu yeni forma kövrək nöqtə-təmas sistemindən daha etibarlı idi və 1960-cı illərin bütün tranzistorlarında istifadə edilən bu forma idi. Tezliklə o, ilk bipolyar tranzistor üçün əsas olan bipolyar birləşmə aparatına çevrildi.
Yüksək tezlikli tranzistorun ilk konsepsiyası olan statik induksiya cihazı 1950-ci ildə yapon mühəndisləri Jun-ichi Nishizawa və Y. Vatanabe tərəfindən icad edilmiş və nəhayət 1975-ci ildə eksperimental prototiplər yarada bilmişdir. 1980-ci illərdə ən sürətli tranzistor idi.
Əlavə inkişaflara genişləndirilmiş birləşdirilmiş cihazlar, səth maneə tranzistoru, diffuziya, tetrod və pentod daxildir. Diffuziya silisium "mesa tranzistoru" 1955-ci ildə Bell-də hazırlanmış və 1958-ci ildə Fairchild Semiconductor-dan kommersiya olaraq əldə edilmişdir. Kosmos 1950-ci illərdə nöqtə kontakt tranzistoru və sonrakı ərinti tranzistoru üzərində təkmilləşdirmə kimi hazırlanmış bir tranzistor növü idi.
1953-cü ildə Filco dünyanın ilk yüksək tezlikli səthini hazırladı.maneə cihazı, eyni zamanda yüksək sürətli kompüterlər üçün uyğun olan ilk tranzistor idi. 1955-ci ildə Philco tərəfindən istehsal edilən dünyanın ilk tranzistorlu avtomobil radiosu öz sxemində yerüstü maneə tranzistorlarından istifadə etdi.
Problemin həlli və yenidən işləmə
Kövrəklik problemlərinin həlli ilə təmizlik problemi qaldı. Tələb olunan saflıqda germanium istehsalı böyük problem oldu və müəyyən bir material partiyasından həqiqətən işləyə bilən tranzistorların sayını məhdudlaşdırdı. Germaniumun temperatur həssaslığı da onun faydalılığını məhdudlaşdırırdı.
Alimlər silisiumun istehsalının daha asan olacağına dair fərziyyələr irəli sürdülər, lakin çox az adam bu ehtimalı araşdırdı. Bell Laboratories-dən Morris Tanenbaum 26 yanvar 1954-cü ildə işləyən silikon tranzistoru ilk dəfə inkişaf etdirdi. Bir neçə ay sonra Texas Instruments-da təkbaşına işləyən Gordon Teal oxşar cihaz hazırladı. Bu cihazların hər ikisi ərimiş silisiumdan yetişdirilərkən tək silikon kristallarının dopinqinə nəzarət etməklə hazırlanmışdır. Daha yüksək üsul 1955-ci ilin əvvəlində Bell Laboratories-də Morris Tanenbaum və Calvin S. Fuller tərəfindən donor və qəbuledici çirklərin monokristal silisium kristallarına qaz diffuziyası yolu ilə işlənib hazırlanmışdır.
Sahə effektli tranzistorlar
FET ilk dəfə 1926-cı ildə Julis Edqar Lilienfeld və 1934-cü ildə Oskar Hale tərəfindən patentləşdirilmiş, lakin praktik yarımkeçirici cihazlar (keçid sahəsi effektli tranzistorlar [JFET]) hazırlanmışdır.daha sonra tranzistor effekti 1947-ci ildə Bell Labs-da William Shockley komandası tərəfindən müşahidə edildikdən və izah edildikdən sonra, iyirmi illik patent müddəti bitdikdən dərhal sonra.
JFET-in ilk növü 1950-ci ildə yapon mühəndisləri Jun-ichi Nishizawa və Y. Vatanabe tərəfindən icad edilmiş Statik İnduksiya Transistoru (SIT) idi. SIT qısa kanal uzunluğuna malik JFET növüdür. JFET-i böyük ölçüdə əvəz edən və elektron elektronikanın inkişafına dərindən təsir edən metal-oksid-yarımkeçirici yarımkeçirici sahə effektli tranzistor (MOSFET) 1959-cu ildə Dawn Kahng və Martin Atalla tərəfindən icad edilmişdir.
FET-lər cərəyanın əsasən əksər daşıyıcılar tərəfindən daşındığı əksər yük cihazları və ya cərəyanın əsasən azlıq daşıyıcı axını ilə idarə olunduğu daha az yük daşıyıcısı cihazları ola bilər. Cihaz yük daşıyıcılarının, elektronların və ya deşiklərin mənbədən kanalizasiyaya axdığı aktiv bir kanaldan ibarətdir. Mənbə və drenaj terminalları ohmik kontaktlar vasitəsilə yarımkeçirici ilə birləşdirilir. Kanalın keçiriciliyi qapı və mənbə terminallarında tətbiq olunan potensialın funksiyasıdır. Bu iş prinsipi ilk tam dalğalı tranzistorların yaranmasına səbəb oldu.
Bütün FET-lərdə təxminən BJT-nin emitentinə, kollektoruna və bazasına uyğun gələn mənbə, drenaj və qapı terminalları var. Əksər FET-lərin gövdə, əsas, torpaq və ya substrat adlı dördüncü terminalı var. Bu dördüncü terminal tranzistoru işə salmağa xidmət edir. Sxemlərdə paket terminallarından qeyri-trivial istifadə etmək nadirdir, lakin inteqral sxemin fiziki sxemini qurarkən onun mövcudluğu vacibdir. Qapının ölçüsü, diaqramda L uzunluğu, mənbə ilə drenaj arasındakı məsafədir. Genişlik, tranzistorun diaqramdakı kəsişməyə perpendikulyar istiqamətdə genişlənməsidir (yəni ekranın içərisinə / xaricinə). Adətən eni qapının uzunluğundan çox böyükdür. 1 µm-lik qapı uzunluğu yuxarı tezliyi təxminən 5 GHz, 0,2 ilə 30 GHz arasında məhdudlaşdırır.
