Изобретение транзистора привело к появлению чего
Изобретение транзистора. Как был изобретен транзистор?
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 лампы
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.
Первый транзистор
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.
Изобретение транзистора, 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.
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 транзистора
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».
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.
Изобретение транзистора на основе графена
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.
Видео
История транзистора и транзисторного компьютера
Главное меню » Компьютеры » История транзистора и транзисторного компьютера
Рассвет транзисторов
Транзисторы – это полупроводниковые устройства, которые выполняют две основные функции в электронной схеме – усилитель и переключатель. До эры транзисторов электронные лампы в основном использовались в качестве усилителя или переключателя в первой половине двадцатого века. Однако требования к высокому рабочему напряжению, высокое энергопотребление и высокое тепловыделение привели к тому, что электронные лампы со временем стали неэффективными и ненадежными. Не говоря уже о том, что эти трубки громоздкие и хрупкие, потому что корпус сделан из стекла. Чтобы решить эту дилемму, разные производители провели годы исследований в поисках подходящей замены.
Наконец, в декабре 1947 года трое физиков из Bell Laboratories успешно изобрели первый рабочий транзистор. Джон Бардин, Уолтер Браттейн и Уильям Шокли потратили годы исследований, чтобы наконец разработать рабочий точечный транзистор. В 1948 году Шокли усовершенствовал устройство, превратив его в транзистор с биполярным переходом, который широко использовался в 1950-х годах. Их изобретение было настолько важным, что Бардин, Браттейн и Шокли были удостоены известной Нобелевской премии 1956 года.
Эволюция транзисторов
Как и любое другое устройство, транзисторы претерпели несколько нововведений. Еще в конце 1950-х годов германий сыграл решающую роль в разработке транзисторов. Однако транзисторы на основе германия имеют серьезные недостатки, такие как утечка тока и непереносимость температур выше 75 ° C. Кроме того, германий редок и дорог. Это побудило исследователей Bell Labs искать лучшую альтернативу.
Гордон Тил – громкое имя в эволюции транзисторов. Американский инженер Bell Labs, Тил разработал метод производства чистых кристаллов германия, которые будут использоваться в транзисторах на основе германия. Точно так же Тил экспериментировал с кремнием в качестве возможной замены германия. В 1953 году он вернулся в Техас после того, как ему предложили должность директора по исследованиям в Texas Instruments (TI). Используя свой опыт и знания в области полупроводниковых кристаллов, он продолжил работу над очищенным кремнием как заменой германия. В апреле 1954 года Тил и его команда в TI разработали первый кремниевый транзистор, о котором было объявлено миру в мае того же года. Благодаря своим превосходным характеристикам кремний постепенно вытеснил германий в качестве полупроводника, используемого для транзисторов.
С появлением кремниевых транзисторов исследователи Bell Labs достигли еще одного прорыва, разработав транзистор, который может превзойти по характеристикам транзистор с биполярным переходом. В 1959 году Мохамед Аталла и Давон Канг изобрели полевой транзистор металл-оксид-полупроводник (MOSFET) с более низким энергопотреблением и большей плотностью, чем биполярный транзистор. Эти ценные характеристики значительно сделали полевой МОП-транзистор, который с тех пор стал самым широко производимым устройством в истории.
Преобразование компьютерных технологий
Изобретение транзисторов также было революционным в миниатюризации компьютеров. Как и в более ранних электронных устройствах, в компьютерах первого поколения в качестве переключателей и усилителей использовались электронные лампы. После появления транзисторов производители также использовали небольшие устройства для создания более эффективных компьютеров меньшего размера. В последующие годы электронные лампы были полностью заменены транзисторами, что привело к появлению второго поколения транзисторных компьютеров.
Первым компьютером, в котором использовались транзисторы, был Транзисторный компьютер Манчестерского университета. Транзисторный компьютер был построен в качестве прототипа, состоящего из транзисторов с 92 точками контакта и 550 диодов, и был полностью введен в эксплуатацию в 1953 году. В 1955 году была представлена полноразмерная версия этого компьютера с транзисторами с 200 точками контакта и 1300 диодами. Хотя в большинстве схем использовались транзисторы, это устройство не считалось полностью транзисторным компьютером, поскольку в его тактовом генераторе все еще использовались электронные лампы.
В середине 1950-х годов начали появляться похожие машины. Позже дизайн Манчестерского университета был принят компанией Metropolitan-Vickers, которая в 1956 году произвела семь машин, использующих биполярные переходные транзисторы. Однако устройство под названием Metrovick 950 не было коммерчески доступным и использовалось только внутри компании. Аналогичным образом, Bell Labs изобрела устройство TRADIC в 1954 году, но, как и в случае с транзисторным компьютером, TRADIC использовал вакуумные лампы в качестве тактовой энергии.
Развитие конструкции транзисторов привело к серьезным изменениям в конструкции компьютеров. Производство компьютеров на транзисторах росло со временем, поскольку технология стала доступной на рынке. В конце концов, интегральные схемы были приняты в 1960-х, уступив место третьему поколению компьютеров.
Маленький размер, большие изменения
Транзисторы стали выдающимися с момента их изобретения более 70 лет назад. Эта технология подтолкнула изобретение и развитие многих других электронных устройств. Скромный размер транзистора не скрывает его вклада в развитие технологий. Транзистор, несомненно, изменил облик электронных схем и привел к значительным изменениям в мире, особенно в компьютерных технологиях.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Транзисторы и их изобретение
Возможно, самое важное изобретение прошлого века — открытие транзисторов часто цитируется как пример того, как научные исследования могут привести к глобальным коммерческим продуктам. Замена вакуумных ламп в 1950— х годах на транзисторы в конечном итоге породила интегральные схемы и микропроцессоры — сердце полупроводниковой промышленности, которая сейчас генерирует годовой объем продаж более 400 миллиардов долларов.
Эти твердотельные электронные устройства разрешили общаться друг с другом по компьютерным сетям по всему земному шару. Открытие транзисторов удачно назвали «нервной клеткой» информационной эпохи.
На самом деле история этого изобретения гораздо более запутана и интересна, чем дается этим линейным описанием, которое упускает из виду сложное взаимодействие научных, технологических, социальных и личных интересов и разработок.
Эти и многие другие факторы способствовали изобретению не одного, а двух совершенно разных типов транзисторов.
Точечный транзистор с точечным контактом имел ограниченное производство и никогда не достигал коммерческого успеха. Вместо этого именно этот переходный тип транзистора сделал возможной современную полупроводниковую промышленность, внес решающий вклад в рост таких компаний, как Texas Instruments, SONY и Fairchild Semiconductor.
Учитывая огромное влияние транзистора, удивительно, как мало исследований было посвящено истории открытия транзисторов.
Теория твердого тела до открытия транзистора
Открытие транзисторов сыграло послевоенное понимание физики твердого тела.
Квантовая теория твердого тела была достаточно хорошо изучена к середине 1930-х годов, когда полупроводники стали представлять интерес для промышленных ученых, ищущих твердотельные альтернативы вакуумным ламповым усилителям и электромеханическим реле.
В середине 1930-х годов было широко признано, что поведение полупроводников обусловлено примесями в кристаллах, хотя это было скорее качественное, чем количественное понимание. В литературе можно найти двойственные различия между «избыточными» и «дефектными» полупроводниками. Считалось, что их различное поведение является результатом добавления электронов в зону проводимости или удаления из валентной зоны примесными атомами, находящимися в кристаллической решетке. Было несколько твердотельных электронных устройств в использовании к середине 1930-х годов, особенно медно-оксидный выпрямитель, над которым американский физик Браттейн много работал в лаборатории Белла. Изготовленные путем выращивания оксидного слоя на меди, эти выпрямители использовались в преобразователях переменного тока в постоянный, в фотометрах и в качестве ‘варисторов’ в телефонных схемах, изготовленных для системы Bell. Но
исследования полупроводников оставались скорее искусством, чем наукой, пока не вмешалась Вторая мировая война.
Во время войны полупроводниковые элементы кремний и германий применялись в кристаллических выпрямителях, которые могли бы работать на гигагерцовых частотах, необходимых для радиолокационных приемников.
Руководствуясь этим требованием, технология этих двух полупроводниковых материалов продвинулась вперед по широкому фронту.
Там, где до войны было трудно получить кремний с содержанием примесей менее одного процента, впоследствии компания DuPont выпускала 99,999 процента чистого кремния. Технология легирования кремния и германия элементами из третьего и пятого столбцов периодической таблицы (такими как бор и фосфор) для получения полупроводниковых материалов p-типа и n-типа стало хорошо понятным.
Кроме того, p-n—переход был открыт в 1940 году в лаборатории Bell Labs Расселом Олом, хотя его поведение не было хорошо изучено и не использовалось в устройствах к концу войны.
Появление транзистора
И точечный и переходный транзистор появились из программы фундаментальных исследований по физике твердого тела, которую Мервин Келли, тогдашний исполнительный вице-президент Bell Labs, инициировал в 1945 году. Он признал, что великие достижения военного времени в области полупроводниковых технологий создали почву для электронных достижений, которые могли бы резко улучшить телефонную связь. В частности, он искал твердотельные устройства для замены вакуумных ламп и электромеханических реле, которые служили усилителями и переключателями в телефонной системе Bell.
Изобретатель транзистора Джо Бартин
Американский физик Джо Бартин в своих первых испытаниях, сделанных 16 декабря 1947 года на поверхности германиевой пластины, создал первый работоспособный точечный транзистор. Он выполнял функцию как усиление напряжения, так и мощности на частотах до 1000 Гц. Транзистор наконец-то родился.
Через неделю после этого, 23 декабря 1947 года, устройство было официально продемонстрировано руководителям лаборатории Bell Labs в схеме, которая позволяла им слышать усиленную речь в наушниках.
Изобретатель транзистора Джо Бартин является самым титулованным ученым мира имеющим две Нобелевские премии по физике (1956 — за открытие транзисторного эффекта, 1972 — за теорию сверхпроводимости).
Транзисторы – сейчас отличаются между собой размерами, формами, типами. Но принцип работы после открытия транзисторов практически одинаковый.
Предназначение транзистора
Данный элемент может выполнять такие основные функции:
Это лишь несколько функций, но транзисторы имеют гораздо больше возможностей. Все зависит от типа изделия.
Разновидности транзисторов
Выделяют несколько вариантов:
masterok
masterokМастерок.жж.рф
Хочу все знать
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.
Рождение твердотельной электроники можно отнести к 1833 году. Именно тогда Майкл Фарадей, экспериментируя с сульфидом серебра, обнаружил, что проводимость данного вещества (а это был, как мы теперь называем, полупроводник) растет с повышением температуры, в противоположность проводимости металлов, которая в данном случае уменьшается. Почему так происходит? С чем это связано? На эти вопросы Фарадей ответить не смог.
Тонкий металлический проводник, с помощью которого осуществлялся контакт с поверхностью кристалла, внешне очень напоминал кошачий ус.
Кристаллический детектор Пикарда так и стали называть —кошачий ус.
Чтобы вдохнуть жизнь в детектор Пикарда и заставить его устойчиво работать, требовалось найти наиболее чувствительную точку на поверхности кристалла. Сделать это было непросто. На свет появляется множество хитроумных конструкций кошачего уса облегчающих поиск заветной точки, но стремительный выход на авансцену радиотехники электронных ламп надолго отправляет детектор Пикарда за кулисы.
И все же кошачий ус намного проще и меньше вакуумных диодов, к тому же намного эффективнее на высоких частотах. А что если заменить вакуумный триод, на котором была основана вся радиоэлектроника того времени, на полупроводник? Возможно ли это? В начале ХХ века подобный вопрос не давал покоя многим ученым.
Советская Россия. 1918 год. По личному распоряжению Ленина в Нижнем Новгороде создается радиотехническая лаборатория. Новая власть остро нуждается в беспроволочной телеграфной связи. К работе в лаборатории привлекаются лучшие радиоинженеры того времени — М. А. Бонч-Бруевич, В. П. Вологдин, В. К. Лебединский, В. В. Татаринов и многие другие. Приезжает в Нижний Новгород и Олег Лосев.
После окончания Тверского реального училища в 1920 году и неудачного поступления в Московский институт связи Лосев согласен на любую работу, только бы приняли в лабораторию. Его берут посыльным. Общежития посыльным не полагается.
17-летний Лосев готов жить в помещении лаборатории, на лестничной площадке перед чердаком, только бы заниматься любимым делом.
С раннего возраста он страстно увлекался радиосвязью. В годы Первой мировой войны в Твери была построена радиоприемная станция. В ее задачи входило принимать сообщения от союзников России по Антанте и далее по телеграфу передавать их в Петроград. Лосев часто бывал на радиостанции, знал многих сотрудников, помогал им и не мыслил свою дальнейшую жизнь без радиотехники. В Нижнем Новгороде у него не было ни семьи, ни нормального быта, но было главное — возможность общаться со специалистами в области радиосвязи, перенимать их опыт и знания. После выполнения необходимых работ в лаборатории ему разрешали заниматься самостоятельным экспериментированием.
В то время интерес к кристаллическим детекторам практически отсутствовал. В лаборатории никто особо не занимался этой темой. Приоритет в исследованиях был отдан радиолампам. Лосеву очень хотелось работать самостоятельно. Перспектива получить ограниченный участок работы по лампам его никак не вдохновляет. Может быть, именно по этой причине он выбирает для своих исследований кристаллический детектор. Его цель — усовершенствовать детектор, сделать его более чувствительным и стабильным в работе. Приступая к экспериментам, Лосев ошибочно предполагал, что в связи с тем, что некоторые контакты между металлом и кристаллом не подчиняются закону Ома, то вполне вероятно, что в колебательном контуре, подключенном к такому контакту, могут возникнуть незатухающие колебания.
В то время уже было известно, что для самовозбуждения одной лишь нелинейности вольтамперной характеристики недостаточно, должен обязательно присутствовать падающий участок. Любой грамотный специалист не стал бы ожидать усиления от детектора. Но вчерашний школьник ничего этого не знает. Он меняет кристаллы, материал иглы, аккуратно фиксирует получаемые результаты и в один прекрасный день обнаруживает искомые активные точки у кристаллов, которые обеспечивают генерацию высокочастотных сигналов.
Все с детства знают, что то-то и то-то невозможно, но всегда находится невежда, который этого не знает, он-то и делает открытие — шутил Эйнштейн.
Свои первые исследования генераторных кристаллов Лосев производил на простейшей схеме.
Испытав большое количество кристаллических детекторов, Лосев выяснил, что лучше всего генерируют колебания кристаллы цинкита, подвергнутые специальной обработке. Для получения качественных материалов он разрабатывает технологию приготовления цинкита методом сплавливания в электрической дуге естественных кристаллов. При паре цинкит — угольное острие, при подаче напряжения в10 В получался радиосигнал с длиной волны 68 м. При снижении генерации реализуется усилительный режим детектора.
Первыми изобретенными транзисторами, как ни странно, были полевые. Австро-венгерский физик Юлий Эдгар Лилиенфельд в 1928 году запатентовал принцип работы полевого транзистора, который основан на электростатическом эффекте поля. Полевые транзисторы намного опередили биполярные, может быть из-за более простого принципа их работы. Сам полевой транзистор был запатентован в 1934 году немецким физиком Оскаром Хейлом.
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.
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.
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.
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.
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.
Поначалу при производстве транзисторов лишь каждый пятый получался не бракованным, но технология быстро развивалась. Уже в 1953 году вышел первый транзисторный слуховой аппарат, который ознаменовал начало коммерческого применения нового радиоэлемента. Через год в продажу поступил транзисторный радиоприемник.
В 1956 году Джон Бардин, Уильям Шокли и Уолтер Брайтейн были удостоены нобелевской премии за свое открытие. В 1958 году, когда пара транзисторов была помещена на один кремниевый кристалл, в мире появилась первая интегральная схема. Сегодня на одном кристалле их помещается более миллиарда.
С изобретением транзистора маховик научно-технического прогресса был запущен с новой силой. В 1960 году Sony выпустила портативный телевизор. В 1971 появился карманный калькулятор. В 1983 году с изобретением мобильного телефона началась эра мобильной связи.
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.
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.