Transistör geçmişi

XX yüzyılın önemli icatlarından biri kabul edilir transistör buluşuelektronik lambaların yerini almaya geldi.

Uzun bir süre, lambalar, birçok eksiklikleri olmasına rağmen, tüm elektronik cihazların tek aktif bileşeniydi. Her şeyden önce, büyük bir güç tüketimi, büyük boyutlar, kısa ömür ve düşük mekanik güçtür. Bu eksiklikler, elektronik ekipmanın iyileştirilmesi ve sofistike hale getirilmesiyle giderek daha keskin bir şekilde hissedildi.

Radyo mühendisliğinde devrim niteliğinde bir devrim, eski lambaların yerini bahsedilen dezavantajlardan yoksun yarı iletken amplifikatör cihazları - transistörler ile değiştirdiğinde meydana geldi.

İlk operasyonel transistör, 1947'de Amerikan şirketi Bell Telephone Laboratories'in çalışanlarının çabaları sayesinde doğdu. İsimleri artık tüm dünyada biliniyor. Bunlar bilim adamları - fizikçiler W. Shockley, D. Bardin ve W. Brighten. Zaten 1956'da, üçüne de bu buluş için Nobel Fizik Ödülü verildi.

Ancak, birçok büyük buluş gibi, transistör hemen fark edilmedi. Sadece Amerikan gazetelerinden birinde Bell Telephone Laboratories'in transistör adı verilen cihazını gösterdiği belirtildi. Ayrıca elektron tüpleri yerine elektrik mühendisliğinin bazı alanlarında kullanılabileceği söylenmiştir.

Gösterilen transistör 13 mm uzunluğunda küçük bir metal silindir formundaydı ve elektron tüpleri olmayan bir alıcıda gösterilmiştir. Şirket, her şey için, cihazın sadece amplifikasyon için değil, aynı zamanda bir elektrik sinyalinin üretilmesi veya dönüştürülmesi için de kullanılabileceğini iddia etti.

Şek. 1. İlk transistör

Şek. 2. John Bardin, William Shockley ve Walter Brattain. 1948'de dünyanın ilk operasyonel transistörünü geliştirmedeki işbirlikleri için 1956 Nobel Ödülü'nü paylaştılar.

Ancak, transistörün yetenekleri, diğer birçok büyük keşifte olduğu gibi, hemen anlaşılmadı ve takdir edilmedi. Yeni cihaza ilgi uyandırmak için Bell, seminerlerde ve makalelerde sıkıca reklamını yaptı ve herkese bu cihazı üretme lisansı verdi.

Elektronik lamba üreticileri, transistörde ciddi bir rakip görmedi, çünkü bir kerede, birkaç yüz tasarımlı lamba üretiminin otuz yıllık geçmişini ve bunların geliştirilmesine ve üretimine multimilyon dolarlık yatırımları iskonto etmek imkansızdı. Bu nedenle, transistör elektronlara o kadar hızlı girmedi, çünkü elektron tüpleri dönemi hala devam ediyordu.

Şek. 3. Transistör ve elektronik lamba

Yarı İletkenlere İlk Adımlar

Eski zamanlardan beri, elektrik mühendisliğinde iki tür malzeme kullanıldı - iletkenler ve dielektrikler (yalıtkanlar). Metaller, tuz çözeltileri ve bazı gazlar akım iletme yeteneğine sahiptir. Bu yetenek, serbest yük taşıyıcılarının - elektronların iletkenlerinden kaynaklanmaktadır. İletkenlerde elektronlar atomdan kolayca ayrılır, ancak düşük dirence sahip olan metaller (bakır, alüminyum, gümüş, altın) elektrik enerjisini aktarmak için en uygundur.

İzolatörler yüksek dirençli maddeler içerir, elektronları atoma çok sıkı bir şekilde bağlanır. Bunlar porselen, cam, kauçuk, seramik, plastik. Bu nedenle, bu maddelerde ücretsiz yük yoktur ve bu nedenle elektrik akımı yoktur.

Fizik ders kitaplarındaki ifadeleri, elektrik akımının, elektrik yüklü parçacıkların bir elektrik alanının etkisi altında yönlü hareketi olduğu hatırlamak uygundur. İzolatörlerde, bir elektrik alanının etkisi altında hareket edecek hiçbir şey yoktur.

Bununla birlikte, çeşitli materyallerde elektrik olaylarını inceleme sürecinde, bazı araştırmacılar yarı iletken etkileri için "hissedebildi".Örneğin, ilk kristal dedektör (diyot), 1874'te Alman fizikçi Karl Ferdinand Brown tarafından kurşun ve pirit temasına dayanarak oluşturuldu. (Pirit demir bir pirittir; bir sandalyeye çarptığında bir kıvılcım oyulur, bu yüzden adını Yunan “bayramından - ateşten alır). Daha sonra, bu dedektör, ilk alıcılardaki tutarlılığı başarıyla değiştirdi, bu da hassasiyetlerini önemli ölçüde artırdı.

1907'de Beddecker, iyot bakırının iletkenliğini incelerken, iyotun kendisi bir iletken olmamasına rağmen, iletkenliğinin bir iyot safsızlığı varlığında 24 kat arttığını buldu. Ancak bunların hepsi, bilimsel bir gerekçe verilemeyen rastgele keşiflerdi. Yarı iletkenlerin sistematik bir çalışması sadece 1920'de başladı - 1930 yıl.

Yarıiletkenlerin çalışmasına büyük bir katkı, ünlü Nizhny Novgorod radyo laboratuvarı O.V.'de bir Sovyet bilim adamı tarafından yapıldı. Losev. Tarihte öncelikle cristadine (bir diyot bazlı bir osilatör ve amplifikatör) ve bir LED'in mucidi olarak düştü. Bununla ilgili daha fazla bilgiyi burada bulabilirsiniz: LED'lerin geçmişi. Losev'in Parıltısı.

Transistör üretiminin başlangıcında, ana yarı iletken germanyum (Ge) idi. Enerji tüketimi açısından, çok ekonomiktir, pn bağlantısının kilidini açmak için voltaj sadece 0.1 ... 0.3V'dir, ancak birçok parametre kararsızdır, bu nedenle yerini silikon (Si) almıştır.

Germanyum transistörlerinin çalışabildiği sıcaklık 60 dereceden fazla değildir, silikon transistörler 150'de çalışmaya devam edebilir. Yarı iletken olarak silikon, başta frekans olmak üzere diğer özelliklerde germanyumdan daha fazladır.

Ayrıca, doğadaki silikon rezervleri (plajda sıradan kum) sınırsızdır ve temizleme ve işleme teknolojisi, germanyumun doğadaki nadir elementinden daha basit ve daha ucuzdur. İlk silikon transistör, ilk germanyum transistöründen kısa bir süre sonra ortaya çıktı - 1954'te. Bu olay, taşla karıştırılmaması gereken yeni bir “silikon çağı” adını bile getirdi!

Şek. 4. Transistörlerin evrimi

Mikroişlemciler ve yarı iletkenler. Silikon Çağı Gün Batımı

Son zamanlarda neredeyse tüm bilgisayarların neden çok çekirdekli olduğunu merak ettiniz mi? Çift çekirdekli veya dört çekirdekli terimler herkes için ortaktır. Gerçek şu ki, silikon yapılar için saat frekansını artırarak ve tek bir paketteki transistör sayısını artırarak mikroişlemci performansındaki artış neredeyse sınıra yakındır.

Bir muhafazadaki yarı iletkenlerin sayısında bir artış, fiziksel boyutlarını azaltarak elde edilir. 2011'de INTEL, transistör kanalı uzunluğunun sadece 20 nm olduğu 32 nm'lik bir proses teknolojisi geliştirdi. Bununla birlikte, böyle bir azalma 90 nm teknolojiye kadar olduğu için saat frekansında belirgin bir artış sağlamaz. Temelde yeni bir şeye geçmenin zamanı geldi.

Şek. 5. Transistörlerin tarihçesi

Grafen - geleceğin yarı iletkeni

2004 yılında fizikçiler yeni bir yarı iletken malzeme keşfettiler. grafen. Silikon replasmanı için bu büyük aday aynı zamanda bir karbon grubu malzemesidir. Temel olarak, üç farklı modda çalışan bir transistör oluşturulur.

Şek. 6. Grafen

Şek. 7. Bir tarama elektron mikroskobu kullanılarak elde edilen bir alan grafen transistörünün görüntüsü

Mevcut teknolojilerle karşılaştırıldığında, bu, bir durumda transistör sayısının tam olarak üç kat azaltılmasına izin verecektir. Ek olarak, bilim adamlarına göre, yeni yarı iletken malzemenin çalışma frekansları 1000 GHz'e kadar ulaşabilir. Parametreler, elbette, çok caziptir, ancak şu ana kadar yeni yarı iletken geliştirme ve çalışma aşamasındadır ve silikon hala bir işgücüdür. Onun yaşı henüz sona ermedi.

Boris Aladyshkin 

Comments

[#1]

Bununla birlikte, ses teknolojisinde lambalara geri dönüş vardır, çünkü bir tüp amplifikatörünün sesi bir transistörün sesiyle karşılaştırılamaz.

[#2]

volfram, Lamba teknolojisine geri dönmeye gelince, çok tartışmalı bir açıklama yaptınız. Sadece sübjektif olarak lambaların daha iyi olduğunu düşünen insanlar var, hepsi bu. "Herhangi bir karşılaştırmaya gitmez" gerçeği hakkında söyleyemem. Bu sadece bir alışkanlık.

[#3 Vlad]

Yine de, lambanın sesi transistörlerden daha iyidir. Ve bu "öznel olarak" değil, gerçek bir gerçektir. Şimdi eski hobi bile yeniden canlandı - tüp amplifikatörlerin tasarımı. Bu konuyla ilgili her türlü yeni kitap yazılıyor, birçok insan delilik noktasına kadar forumlarda oturuyor. Herkes mükemmel ses ister. Bu işteki lambalar ihtiyacınız olan şey!

[#4 Alexander Molokov]

Vlad, bir link ver ya da bu kitaplardan herhangi birinin adını ver. Ancak bunlar ciddi yayınlardır ve "kapakları yırtıp" ve "gerçekten" nasıl olduğunu söylemeye teşebbüs etmezler. Böylece teorik gerekçe: "bu yüzden, lambalar daha iyidir çünkü ..."

[#5 Vadim]

“Yarı iletken sistemlerin sesinin eşi görülmemiş bir netliğine maruz kalan dinleyiciler, yine de olumsuz yönlere dikkat çekti. Bu tür bazı kararlarla karşılaşılabilir.“ Lamba cihazının sesi yumuşak, kadife, transistör - keskin, can sıkıcı görünüyor. ”“ Lamba alıcısının sesi serbestçe akıyor, transistör. “Sanki bir engeli aşmak gibi.” “Bir tüp aparatını, transistörü hızlı bir şekilde lastikleri dinlemek ve dinlemek istiyorum.” Elbette, konu transistörlerin kendilerinin özel bir “sesi” içinde değildi. Bulgular açıklığa kavuşturuldu, derin negatif geri beslemeli devrelerin çalışmasının özelliklerinde yatıyorlar (ve bu tür bağlantılar olmadan yarı iletken amplifikatörler kabul edilemez, bunlar özellikle transistörlerin özellikleridir.) Bu nedenle, transistör sondajı ve tamamen tüp devreleri mümkündür. “transistör sesi” ile mücadele için önlemler. Ses tutkunları, sesin olumsuz özelliklerinin tamamen ortadan kaldırılamayacağından emindir ve sofistike kulak, geri beslemesi olmayan tüp amplifikatörlerin sesine yadsınamaz bir avantaj sağlar. . " (Gavrilov S. A. "Lamba Devresi Mühendisliği Sanatı" 2012).

[#6 Alexander Molokov]

“Bariyeri kıran” ses “sert ve can sıkıcı”. Bir tüp - "yumuşak ve kadife." Ve bu nesnel farklılıklar mı? Müzik tutkunları - öyle, hatta söylemiyorlar.

Yemek yemenin her küçük şeyin önemli olduğu bir ritüel olduğu marketlere benziyor. Ve böylece ışık loş olmalı, bulaşıklar beyaz olmalı, bıçak sağda uzanmalı ve soldaki çatal (ya da tam tersi? - köpek onu tanıyor). Ancak, gıda aynıdır. Ve ses ekipmanı ile aynı sorun. Olumsuz bağlantılar açıkça iş başında değil.

[#7 Vlad]

Vadim tarafından sağlanan metnin, tüp amplifikatörlerin transistör olanlara göre avantajını kanıtlamadığını kabul ediyorum. Kendim birkaç kaynağa daha baktım (G.S. Gendin, Jones Morgan'ın kitapları). Hiçbir yerde gerçek araştırma hakkında veri yoktur. Ancak lamba modasını global olarak değerlendirirseniz, buradaki ana hile, tüp amplifikatörlerin büyük bir Çin konveyöründe yapılan monoton ve kasvetli transistör cihazlarının aksine ince ayar ve ayarlama gerektiren el yapımı bir sanat, elit bir ürün gibi olması. ... Lamba teknolojisinin ateşli hayranları silikon diyotları bile kullanmazlar - sadece lambalar! Yani, bu bir ideoloji, ancak seçilmiş ve pahalı el yapımı şeyler hakkında çok şey anlayanlar için bir ideolojidir. Hayatta zamana tabi olmayan şeyler için daima bir yer olmalı! Lambanın sesi elbette transistörlerden daha güzel bir büyüklük sırası verir

[#8 Alexander Molokov]

İşte burada. Bir sesin "güzelliği", içinde bir ruhun varlığı ve diğer benzer şeyler hiçbir enstrümanla ölçülemez. Onları herhangi bir doğrulukla kurmak imkansızdır, yani bu bir ideolojidir. Din bile, belki. Ancak ideoloji ve din öznel şeylerdir. Ne onaylanamaz ne de çürütülemez. Tanrı'nın varlığı gibi.

[#9]

Enerji tasarruflu lambalarda bir transistör D13009 ile tanıştım, ancak üzerinde bir veri kalkanı bulamıyorum. Ne tür bir transistör, nerede ve hangi kalitede hala kullanılabilir? Lütfen e-posta ile cevap verin.