Wie het die eerste transistor geskep? Hierdie vraag bekommer baie mense. Die eerste patent vir die veldeffek-transistorbeginsel is op 22 Oktober 1925 deur die Oostenryks-Hongaarse fisikus Julius Edgar Lilienfeld in Kanada ingedien, maar Lilienfeld het geen wetenskaplike artikels oor sy toestelle gepubliseer nie en sy werk is deur die industrie geïgnoreer. So het die wêreld se eerste transistor in die geskiedenis gesink. In 1934 het die Duitse fisikus dr. Oskar Heil nog 'n VOO gepatenteer. Daar is geen direkte bewyse dat hierdie toestelle gebou is nie, maar latere werk in die 1990's het getoon dat een van Lilienfeld se ontwerpe gewerk het soos beskryf en 'n aansienlike resultaat opgelewer het. Dit is nou 'n bekende en algemeen aanvaarde feit dat William Shockley en sy assistent Gerald Pearson werkende weergawes van die apparaat uit Lilienfeld se patente geskep het, wat natuurlik nooit in enige van hul latere wetenskaplike referate of historiese artikels genoem is nie. Die eerste getransistoriseerde rekenaars is natuurlik baie later gebou.
Bella Lab
Bell Labs het gewerk aan 'n transistor wat gebou is om uiters suiwer germanium-"kristal"-mengerdiodes te vervaardig wat in radarinstallasies as deel van die frekwensiemenger gebruik word. Parallel met hierdie projek was daar baie ander, insluitend die germaniumdiode-transistor. Vroeë buis-gebaseerde stroombane het nie vinnige skakelvermoë gehad nie, en die Bell-span het eerder vastestofdiodes gebruik. Die eerste transistorrekenaars het op 'n soortgelyke beginsel gewerk.
Verdere verkenning van Shockley
Ná die oorlog het Shockley besluit om 'n triode-agtige halfgeleiertoestel te probeer bou. Hy het die befondsing en laboratoriumruimte beveilig, en toe saam met Bardeen en Bratten aan die probleem gewerk. John Bardeen het uiteindelik 'n nuwe tak van kwantummeganika bekend as oppervlakfisika ontwikkel om sy vroeë mislukkings te verduidelik, en hierdie wetenskaplikes het uiteindelik daarin geslaag om 'n werkende toestel te skep.
Die sleutel tot die ontwikkeling van die transistor was die verdere begrip van die proses van elektronmobiliteit in 'n halfgeleier. Dit is bewys dat as daar een of ander manier was om die vloei van elektrone van emittor na versamelaar van hierdie nuut ontdekte diode (ontdek 1874, gepatenteer 1906) te beheer, 'n versterker gebou kan word. As jy byvoorbeeld kontakte aan weerskante van een tipe kristal plaas, sal geen stroom daardeur vloei nie.
Om die waarheid te sê, dit blyk baie moeilik te wees om te doen. Die groottedie kristal sou meer gemiddeld moes wees, en die aantal veronderstelde elektrone (of gate) wat "ingespuit" moes word, was baie groot, wat dit minder bruikbaar as 'n versterker sou maak omdat dit 'n groot inspuitstroom sou vereis. Die hele idee van die kristaldiode was egter dat die kristal self elektrone op 'n baie kort afstand kon hou, terwyl dit amper op die rand van uitputting was. Blykbaar was die sleutel om die invoer- en uitsetpenne baie naby aan mekaar op die oppervlak van die kristal te hou.
Bratten's Works
Bratten het aan so 'n toestel begin werk, en wenke van sukses het aanhou verskyn terwyl die span aan die probleem gewerk het. Uitvinding is harde werk. Soms werk die stelsel, maar dan vind 'n ander fout plaas. Soms het die resultate van Bratten se werk onverwags in water begin werk, blykbaar weens die hoë geleidingsvermoë. Elektrone in enige deel van die kristal migreer as gevolg van nabygeleë ladings. Die elektrone in die uitstralers of "gate" in die versamelaars het direk bo-op die kristal opgehoop, waar hulle die teenoorgestelde lading ontvang, "sweef" in die lug (of water). Hulle kan egter van die oppervlak af gestoot word deur 'n klein hoeveelheid lading van enige ander plek op die kristal toe te pas. In plaas daarvan om 'n groot voorraad ingespuite elektrone te benodig, sal 'n baie klein aantal op die regte plek op die skyfie dieselfde ding doen.
Die nuwe ervaring van navorsers het tot 'n mate gehelp om op te losdie voorheen ondervind probleem van 'n klein beheer area. In plaas daarvan om twee afsonderlike halfgeleiers te gebruik wat deur 'n gemeenskaplike maar klein area verbind is, sal een groot oppervlak gebruik word. Die emittor- en versamelaaruitsette sal aan die bokant wees, en die beheerdraad sal aan die basis van die kristal geplaas word. Wanneer 'n stroom aan die "basis" terminaal toegepas word, sal die elektrone deur die halfgeleierblok gedruk word en op die verre oppervlak versamel word. Solank as wat die emittor en versamelaar baie naby was, sou dit genoeg elektrone of gate tussen hulle moes verskaf om te begin gelei.
Bray Joining
'n Vroeë getuie van hierdie verskynsel was Ralph Bray, 'n jong gegradueerde student. Hy het in November 1943 by die ontwikkeling van die germanium-transistor by die Purdue-universiteit aangesluit en het die moeilike taak gekry om die lekweerstand van 'n metaal-halfgeleierkontak te meet. Bray het baie anomalieë gevind, soos interne hoë-weerstand hindernisse in sommige germanium monsters. Die mees eienaardige verskynsel was die buitengewoon lae weerstand wat waargeneem is wanneer spanningspulse toegepas is. Die eerste Sowjet-transistors is op grond van hierdie Amerikaanse ontwikkelings ontwikkel.
Deurbraak
16 Desember 1947, met behulp van 'n tweepunt-kontak, is kontak gemaak met 'n germanium-oppervlak wat geanodiseer is tot negentig volt, die elektroliet is in H2O gewas, en toe 'n bietjie goud het op die kolle geval. Goue kontakte is teen kaal oppervlaktes gedruk. Verdeling tussendie kolletjies was ongeveer 4 × 10-3 cm Een kol is as 'n rooster gebruik en die ander kol as 'n plaat. Die afwyking (GS) op die rooster moes positief wees om 'n spanningskragtoename oor die plaatvoorspanning van ongeveer vyftien volt te kry.
Uitvinding van die eerste transistor
Daar is baie vrae wat verband hou met die geskiedenis van hierdie wondermeganisme. Sommige van hulle is bekend aan die leser. Byvoorbeeld: hoekom was die eerste transistors van die USSR PNP-tipe? Die antwoord op hierdie vraag lê in die voortsetting van hierdie hele verhaal. Bratten en H. R. Moore het op die middag van 23 Desember 1947 aan verskeie kollegas en bestuurders by Bell Labs die resultaat gedemonstreer wat hulle bereik het, en daarom word daar dikwels na hierdie dag verwys as die geboortedatum van die transistor. 'n PNP-kontak-germanium-transistor het as 'n spraakversterker gewerk met 'n drywingstoename van 18. Dit is die antwoord op die vraag waarom die eerste transistors van die USSR PNP-tipe was, want hulle is by die Amerikaners gekoop. In 1956 is John Bardeen, W alter Houser Bratten en William Bradford Shockley met die Nobelprys in Fisika bekroon vir hul navorsing oor halfgeleiers en die ontdekking van die transistor-effek.
Twaalf mense word erken dat hulle direk betrokke was by die uitvinding van die transistor by Bell Labs.
Die heel eerste transistors in Europa
Terselfdertyd het sommige Europese wetenskaplikes opgewonde geraak oor die idee van vastetoestandversterkers. In Augustus 1948 het die Duitse fisici Herbert F. Matare en Heinrich Welker, wat by die Compagnie des Freins et Signaux Westinghouse in Aulnay-sous- gewerk het. Bois, Frankryk, het aansoek gedoen vir 'n patent vir 'n versterker gebaseer op 'n minderheid van wat hulle "transistor" genoem het. Omdat Bell Labs die transistor eers in Junie 1948 gepubliseer het, is die transistor as onafhanklik ontwikkel beskou. Mataré het die eerste keer die uitwerking van transgeleiding in die vervaardiging van silikondiodes vir Duitse radartoerusting tydens die Tweede Wêreldoorlog waargeneem. Transistors is kommersieel gemaak vir die Franse telefoonmaatskappy en die weermag, en in 1953 is 'n vier-transistor vastestaatradio by 'n radiostasie in Düsseldorf gedemonstreer.
Bell Telephone Laboratories het 'n naam nodig vir 'n nuwe uitvinding: Halfgeleier Triode, Tried States Triode, Crystal Triode, Solid Triode en Iotatron is almal oorweeg, maar "transistor" wat deur John R. Pierce geskep is, was die duidelike wenner van 'n interne stemming (gedeeltelik te danke aan die nabyheid wat Bell-ingenieurs ontwikkel het vir die "-historiese" agtervoegsel).
Die wêreld se eerste kommersiële transistor-produksielyn was by die Western Electric-aanleg op Union Boulevard in Allentown, Pennsylvania. Produksie het op 1 Oktober 1951 begin met 'n puntkontak germanium-transistor.
Verdere aansoek
Tot die vroeë 1950's is hierdie transistor in alle vorme van vervaardiging gebruik, maar daar was steeds aansienlike probleme wat die wyer gebruik daarvan verhoed het, soos sensitiwiteit vir vog en die broosheid van drade wat aan germaniumkristalle geheg is.
Shockley is dikwels daarvan beskuldigplagiaat weens die feit dat sy werk baie na aan die werk van die groot, maar onerkende Hongaarse ingenieur was. Maar Bell Labs-prokureurs het die kwessie vinnig opgelos.
Nietemin, Shockley was woedend oor die aanvalle van kritici en het besluit om te demonstreer wie die werklike brein van die hele groot epos van die uitvinding van die transistor was. Net 'n paar maande later het hy 'n heeltemal nuwe tipe transistor met 'n baie eienaardige "toebroodjiestruktuur" uitgevind. Hierdie nuwe vorm was baie meer betroubaar as die brose puntkontakstelsel, en dit was hierdie vorm wat uiteindelik in alle transistors van die 1960's gebruik is. Dit het gou ontwikkel tot die bipolêre aansluitingsapparaat, wat die basis vir die eerste bipolêre transistor geword het.
Die statiese induksietoestel, die eerste konsep van die hoëfrekwensie-transistor, is in 1950 deur Japannese ingenieurs Jun-ichi Nishizawa en Y. Watanabe uitgevind en kon uiteindelik in 1975 eksperimentele prototipes skep. Dit was die vinnigste transistor in die 1980's.
Verdere ontwikkelings het uitgebreide gekoppelde toestelle, oppervlakversperringstransistor, diffusie, tetrode en pentode ingesluit. Die diffusiesilikoon "mesa transistor" is in 1955 by Bell ontwikkel en in 1958 kommersieel beskikbaar by Fairchild Semiconductor. Ruimte was 'n tipe transistor wat in die 1950's ontwikkel is as 'n verbetering bo die puntkontaktransistor en die latere allooitransistor.
In 1953 het Filco die wêreld se eerste hoëfrekwensie-oppervlak ontwikkelversperringstoestel, wat ook die eerste transistor was wat geskik was vir hoëspoedrekenaars. Die wêreld se eerste getransistoriseerde motorradio, wat in 1955 deur Philco vervaardig is, het oppervlakversperringstransistors in sy stroombane gebruik.
Probleemoplossing en herwerk
Met die oplossing van die probleme van broosheid, het die probleem van netheid gebly. Die vervaardiging van germanium van die vereiste suiwerheid was 'n groot uitdaging en het die aantal transistors beperk wat werklik uit 'n gegewe bondel materiaal kon werk. Die temperatuursensitiwiteit van germanium het ook die bruikbaarheid daarvan beperk.
Wetenskaplikes het bespiegel dat silikon makliker sou wees om te vervaardig, maar min het die moontlikheid ondersoek. Morris Tanenbaum by Bell Laboratories was die eerste wat 'n werkende silikontransistor op 26 Januarie 1954 ontwikkel het. 'n Paar maande later het Gordon Teal, wat op sy eie by Texas Instruments gewerk het, 'n soortgelyke toestel ontwikkel. Albei hierdie toestelle is gemaak deur die doping van enkelsilikonkristalle te beheer soos hulle uit gesmelte silikon gekweek is. 'n Hoër metode is vroeg in 1955 deur Morris Tanenbaum en Calvin S. Fuller by Bell Laboratories ontwikkel deur gasdiffusie van skenker- en aanvaarder-onsuiwerhede in enkelkristal silikonkristalle.
Veldeffektransistors
Die FET is vir die eerste keer deur Julis Edgar Lilienfeld in 1926 en Oskar Hale in 1934 gepatenteer, maar praktiese halfgeleiertoestelle (oorgangsveldeffektransistors [JFET]) is ontwikkellater, nadat die transistor-effek in 1947 deur William Shockley se span by Bell Labs waargeneem en verduidelik is, net nadat die twintigjarige patenttydperk verstryk het.
Die eerste tipe JFET was die Statiese Induksie Transistor (SIT) wat in 1950 deur Japannese ingenieurs Jun-ichi Nishizawa en Y. Watanabe uitgevind is. SIT is 'n tipe JFET met 'n kort kanaallengte. Die metaal-oksied-halfgeleier-halfgeleier-veldeffek-transistor (MOSFET), wat die JFET grootliks vervang het en die ontwikkeling van elektroniese elektronika ingrypend beïnvloed het, is in 1959 deur Dawn Kahng en Martin Atalla uitgevind.
VOO's kan meerderheidladingstoestelle wees, waarin stroom hoofsaaklik deur meerderheiddraers gedra word, of minderladingdraerstoestelle, waarin stroom hoofsaaklik deur minderheidsdraervloei aangedryf word. Die toestel bestaan uit 'n aktiewe kanaal waardeur ladingdraers, elektrone of gate van die bron na die riool vloei. Die bron- en afvoerterminale is deur ohmiese kontakte aan die halfgeleier verbind. Die kanaalgeleiding is 'n funksie van die potensiaal wat oor die hek- en bronterminale toegepas word. Hierdie beginsel van werking het aanleiding gegee tot die eerste all-golf transistors.
Alle VOO's het bron-, drein- en hekterminale wat rofweg ooreenstem met die BJT se uitstraler, versamelaar en basis. Die meeste VOO's het 'n vierde terminaal genaamd liggaam, basis, grond of substraat. Hierdie vierde terminaal dien om die transistor in diens te stel. Dit is selde om nie-onbelangrike gebruik te maak van pakketterminale in stroombane, maar die teenwoordigheid daarvan is belangrik wanneer die fisiese uitleg van 'n geïntegreerde stroombaan opgestel word. Die grootte van die hek, die lengte L in die diagram, is die afstand tussen die bron en die drein. Breedte is die uitbreiding van die transistor in 'n rigting loodreg op die deursnit in die diagram (d.i. in/uit die skerm). Gewoonlik is die breedte baie groter as die lengte van die hek. 'n Heklengte van 1 µm beperk die boonste frekwensie tot ongeveer 5 GHz, van 0.2 tot 30 GHz.
