Название «транзистор» происходит от английского слова TRANsferreSISTance, а суффикс «OR» соответствует ранним радиоэлементам — «термистор и варистор» и было дано Джоном Пирсом. Название основано на том, что устройством можно управлять, изменяя его сопротивление.
Транзисторы и их изобретение
Возможно, самое важное изобретение прошлого века, открытие транзистора, часто приводится в качестве примера того, как научные исследования могут привести к созданию коммерческих продуктов мирового масштаба. Когда в 1950-х годах вакуумные лампы были заменены транзисторами, появились интегральные схемы и микропроцессоры, ставшие основой полупроводниковой промышленности, годовой объем продаж которой сегодня составляет более 400 миллиардов долларов.
Эта твердотельная электроника позволила компьютерным сетям по всему миру общаться друг с другом. Изобретение транзистора метко назвали «нервной клеткой» информационного века.
На самом деле, история этого изобретения гораздо сложнее и интереснее, чем это линейное описание, которое игнорирует сложное взаимодействие научных, технологических, социальных и личных интересов и событий.
Эти и многие другие факторы способствовали изобретению не одного, а двух совершенно разных типов транзисторов.
- Первый тип транзистора типа «точка-точка» был разработан американскими физиками Дж. Бардином и Уолтером Братштейном в декабре 1947 года.
- Второй тип плоского или планарного транзистора был разработан месяц спустя американцем Уильямом Шокли, который изготовил его из сплава.
Транзистор с точечным контактом был выпущен в ограниченном количестве и не имел коммерческого успеха. Вместо этого, именно транзистор переходного типа позволил создать современную полупроводниковую промышленность и сыграл важную роль в росте таких компаний, как Texas Instruments, SONY и Fairchild Semiconductor. Учитывая огромную важность транзистора, удивительно, как мало исследований было проведено по истории открытия транзистора.
И точечный транзистор, и транзистор с переходом возникли в результате фундаментальной программы исследования физики твердого тела, инициированной в 1945 году Мервином Келли, тогдашним исполнительным вице-президентом Bell Labs. Он признал, что значительные достижения в полупроводниковой технологии во время войны заложили основу для электронных разработок, которые могли значительно улучшить телефонную связь. В частности, он искал полупроводниковые устройства для замены вакуумных трубок и электромеханических реле, которые служили усилителями и переключателями в телефонной системе Bell.
Изобретатель транзистора Джо Бартин
Американский физик Джо Бартин создал первый работающий транзистор типа «точка-точка», проведя первые эксперименты на поверхности германиевой пластины 16 декабря 1947 г. Он использовался для усиления напряжения и мощности на частотах до 1000 Гц. Наконец-то родился транзистор.
Неделю спустя, 23 декабря 1947 года, устройство было официально представлено руководителям Bell Labs в виде схемы, позволяющей слышать усиленную речь через наушники.
Изобретатель транзистора, Джо Бартин, является самым титулованным ученым в мире, получившим две Нобелевские премии по физике (в 1956 году за открытие транзисторного эффекта, в 1972 году за теорию сверхпроводимости).
Транзисторы — теперь различаются по размеру, форме и типу. Но принцип работы после открытия транзисторов почти не изменился.
Предназначение транзистора
Этот элемент может выполнять следующие основные функции
- Усилитель сигнала,
- Переключатель. Для управления лампами, двигателями и другими устройствами. Транзистор способен выключить лампочку,
- инвертор. В этом режиме транзистор отключает ток при отсутствии входного напряжения на затворе.
Это лишь несколько функций, но транзисторы имеют гораздо больше возможностей. Это зависит от типа продукта.
Открытие транзисторов повлияло на понимание физики твердого тела в послевоенный период. Квантовая теория твердого тела была достаточно хорошо изучена к середине 1930-х годов, когда полупроводники заинтересовали промышленных ученых, искавших альтернативу ламповым усилителям и электромеханическим реле.
Потесненная лампа
К середине двадцатого века казалось, что электронная лампа навсегда заняла свое место в радиоэлектронике. Он работал везде: в радиоприемниках и телевизорах, магнитофонах и радарах. Радиоэлектронная трубка вывела кристаллический детектор Брауна из уравнения, и его место осталось только в детекторах-приемниках. Он также мог конкурировать с кристаллической трубкой Лосева, которая была прототипом будущего полупроводникового транзистора.
Реплика первого в мире работающего транзистора.
Но у него был один существенный недостаток — ограниченный срок службы. Потребность в новом элементе с неограниченным сроком службы становилась все более актуальной в радиоэлектронике. Однако, как ни парадоксально, развитие полупроводниковых приборов тормозили не только объективные причины, но и субъективные — инерция мышления ученых. Достаточно сказать, что лабораторию американской телефонной компании Bell, где проводились исследования с высокочистым германием, коллеги пренебрежительно называли «лачугой из лишнего материала».
Давние конкуренты
Когда они впервые увидели германиевую пластину с прикрепленными к ней проводниками, эксперты сказали: «Такое примитивное устройство никогда не сможет заменить лампочку». Вопреки всему, первая публичная демонстрация твердотельного усилителя, точечного транзистора, состоялась в Bell Telephone Company 30 июня 1948 года. Она была разработана годом ранее сотрудниками Джоном Бардином и Уолтером Браттейном под руководством Уильяма Шокли.
Транзисторный радиоприемник 1959 года
Когда репортер спросил его: «Как вы это сделали?», Уильям Шокли ответил: «Транзистор — это результат комбинации человеческих усилий, необходимости и обстоятельств».
Название «транзистор» происходит от английского слова TRANsferreSISTance, а суффикс «OR» соответствует ранним радиоэлементам — «термистор и варистор» и было дано Джоном Пирсом. Название основано на том, что устройством можно управлять, изменяя его сопротивление.
Бардин Шокли и Браттейн в Лабораториях Белла, 1948 год
В 1956 году за это открытие трое американских ученых были удостоены Нобелевской премии по физике. Интересно, что Джон Бардин, который опоздал на пресс-конференцию, чтобы получить приз, вошел в зал и, извиняясь, сказал: «Извините, но это не моя вина, что я не успел в гараж. Транзистор в электронном замке был сломан».
Транзисторы в музыке
Уильям Шокли не остановился на достигнутом и разработал еще несколько типов транзисторов. Корпоративные эксперты скептически отнеслись к его усилиям. Японская компания SONY оказалась более дальновидной и лицензировала эти транзисторы.
Транзистор еще не полностью заменил транзистор. Вероятно, можно предположить, что полупроводники и электронные лампы будут сосуществовать еще долгое время, не заменяя друг друга, а дополняя друг друга и занимая то место в радиоэлектронике, где они оказывают наибольшее влияние.
Современное устройство транзистора Бардина и Браттейна.
Музыкальная индустрия не является исключением, потому что звучание транзисторов и ламп сильно отличается. Очевидно, что выбор методик, основанных на таких разных элементах, также должен быть разным. Конечно, лампа предпочтительнее в одних случаях, а транзистор — в других.
С помощью современной электроники можно заставить транзисторный инструмент звучать тепло, а ламповый — аутентично. Такая технология существует, но она очень дорогая.
Есть надежда, что транзистор и трубка будут жить вместе в будущем, дополняя друг друга и радуя потребителей. Отзывы о комбинированных инструментах сегодня очень обнадеживающие.
Настоящая революция в радиотехнике произошла, когда вместо старых ламп стали использовать твердотельные усилители — транзисторы. У них не было этих недостатков.
Полезный триод
Если бы транзистор не был изобретен, современная медиа- и компьютерная индустрия, вероятно, никогда бы не существовала. Уменьшение размеров бытовой техники либо вообще не произошло бы, либо происходило бы очень медленно. Компьютеры были созданы для решения одной конкретной проблемы. Программисты в основном будут математиками и математическими оптимизаторами.
Там, где это было возможно, использовались механические средства передачи информации — например, перфокарты и перфоленты. В офисах, вероятно, вместо компьютеров были бы калькуляторы и пишущие машинки. Жидкокристаллические экраны и телевизоры, вероятно, не были бы изобретены.
Как однажды сказал генеральный директор Microsoft Билл Гейтс: «Без изобретения транзистора персональный компьютер в том виде, в котором мы его знаем, скорее всего, не существовал бы».
Многие достижения в области фундаментальных исследований также будут недоступны, так как требуют слишком больших вычислительных мощностей.
Цифровой век
Человечество постоянно занято тем, что пытается уместить как можно больше транзисторов на полупроводниковых подложках — и по той же цене.
Закон, установленный Гордоном Муром в 1965 году, согласно которому количество транзисторов на чипе удваивается каждые два года, а стоимость снижается на 50 процентов, соблюдается уже более сорока лет. Как пишет газета Los Angeles Times, сегодня мы платили бы за автомобиль меньше, чем за кусок пиццы, если бы автомобили дешевели так быстро.
Сегодня на одном чипе находится до миллиарда необходимых переключателей. Каждую секунду создается полмиллиарда новых МОП-транзисторов. Ежегодно производятся миллиарды чипов. Общее количество транзисторов в них в 10 000 раз превышает количество муравьев на Земле и в 10 миллионов раз — количество звезд в галактике Млечный Путь.
Удивительно, однако, то, что за шестьдесят лет никто так и не представил такую многообещающую технологию, как транзистор в противовес лампочке. Исследователи прогнозируют, что потенциал транзистора сохранится еще от 15 до 20 лет.
Страшно представить, что тогда появится в лабораториях и сколько времени это займет.
