ประวัติทรานซิสเตอร์

หนึ่งในสิ่งประดิษฐ์ที่สำคัญของศตวรรษที่ XX ได้รับการพิจารณา การประดิษฐ์ทรานซิสเตอร์ใครมาแทนที่หลอดอิเล็กทรอนิกส์

เป็นเวลานานหลอดไฟเป็นส่วนประกอบที่ใช้งานได้ของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทุกชนิดถึงแม้ว่าพวกเขาจะมีข้อบกพร่องมากมาย ประการแรกคือการใช้พลังงานขนาดใหญ่ขนาดใหญ่อายุการใช้งานสั้นและความแข็งแรงทางกลต่ำ ข้อบกพร่องเหล่านี้มีความรู้สึกมากขึ้นเรื่อย ๆ ด้วยการปรับปรุงและความซับซ้อนของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

การปฏิวัติการปฏิวัติในวิศวกรรมวิทยุเกิดขึ้นเมื่อหลอดล้าสมัยถูกแทนที่ด้วยอุปกรณ์ขยายสัญญาณเซมิคอนดักเตอร์ - ทรานซิสเตอร์ปราศจากข้อเสียที่กล่าวถึงทั้งหมด

ทรานซิสเตอร์ปฏิบัติงานครั้งแรกเกิดขึ้นในปี 1947 ด้วยความพยายามของพนักงานของ Bell Phone Laboratories ของ บริษัท อเมริกัน ชื่อของพวกเขาเป็นที่รู้จักกันทั่วโลก นี่คือนักวิทยาศาสตร์ - นักฟิสิกส์ W. Shockley, D. Bardin และ W. Brighten ในปี 1956 ทั้งสามได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์สำหรับการประดิษฐ์นี้

แต่ก็เหมือนกับสิ่งประดิษฐ์ที่ยิ่งใหญ่มากมายทรานซิสเตอร์ไม่ได้ถูกสังเกตในทันที มีเพียงในหนังสือพิมพ์อเมริกันฉบับหนึ่งที่กล่าวว่า Bell Telephone Laboratories สาธิตอุปกรณ์ที่เรียกว่าทรานซิสเตอร์ มันก็บอกว่ามันสามารถนำมาใช้ในบางพื้นที่ของวิศวกรรมไฟฟ้าแทนหลอดอิเล็กตรอน

ทรานซิสเตอร์ที่แสดงนั้นอยู่ในรูปของกระบอกโลหะขนาดเล็กยาว 13 มม. และแสดงให้เห็นในเครื่องรับที่ไม่มีหลอดอิเล็กตรอน สำหรับทุกสิ่ง บริษัท อ้างว่าสามารถใช้อุปกรณ์นี้ไม่เพียง แต่สำหรับการขยาย แต่ยังสำหรับการสร้างหรือการแปลงสัญญาณไฟฟ้า

มะเดื่อ 1. ทรานซิสเตอร์ตัวแรก

มะเดื่อ 2. John Bardin, William Shockley และ Walter Brattain สำหรับความร่วมมือในการพัฒนาทรานซิสเตอร์ปฏิบัติงานครั้งแรกของโลกในปี 1948 พวกเขาแบ่งปันรางวัลโนเบลปี 1956

แต่ความสามารถของทรานซิสเตอร์ในฐานะของการค้นพบที่ยิ่งใหญ่อื่น ๆ นั้นยังไม่เป็นที่เข้าใจและชื่นชมในทันที เพื่อกระตุ้นความสนใจในอุปกรณ์ใหม่เบลล์ได้โฆษณาในงานสัมมนาและบทความอย่างแน่นหนาและอนุญาตให้ทุกคนได้รับใบอนุญาตในการผลิต

ผู้ผลิตหลอดอิเล็กทรอนิกส์ไม่เห็นคู่แข่งที่จริงจังในทรานซิสเตอร์เพราะมันเป็นไปไม่ได้เลยในคราวเดียวล้มลงโฉบเพื่อลดประวัติศาสตร์สามสิบปีของการผลิตโคมไฟหลายร้อยแบบและการลงทุนหลายล้านดอลลาร์ในการพัฒนาและการผลิต ดังนั้นทรานซิสเตอร์จึงเข้าสู่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ไม่เร็วนักเนื่องจากยุคของหลอดอิเล็กตรอนยังคงดำเนินอยู่

มะเดื่อ 3. ทรานซิสเตอร์และหลอดไฟอิเล็กทรอนิกส์

ขั้นตอนแรกสู่อุปกรณ์กึ่งตัวนำ

ตั้งแต่สมัยโบราณมีการใช้วัสดุสองประเภทส่วนใหญ่ในวิศวกรรมไฟฟ้า - ตัวนำและไดอิเล็กทริก (ฉนวน) โลหะสารละลายเกลือและก๊าซบางชนิดมีความสามารถในการทำกระแสไฟฟ้า ความสามารถนี้เกิดจากการมีอยู่ในตัวนำของตัวนำพาหะอิสระ - อิเล็กตรอน ในตัวนำนั้นอิเล็กตรอนหลุดออกจากอะตอมได้ง่าย แต่โลหะเหล่านั้นมีความต้านทานต่ำ (ทองแดงอลูมิเนียมเงินทอง) เหมาะที่สุดสำหรับการถ่ายโอนพลังงานไฟฟ้า

ฉนวนประกอบด้วยสารที่มีความต้านทานสูงอิเล็กตรอนจะถูกพันธะกับอะตอมอย่างแน่นหนา เหล่านี้คือเครื่องเคลือบดินเผา, แก้ว, ยาง, เซรามิกส์, พลาสติก ดังนั้นจึงไม่มีประจุฟรีในสารเหล่านี้ดังนั้นจึงไม่มีกระแสไฟฟ้า

มันเหมาะสมที่จะระลึกถึงถ้อยคำจากตำราฟิสิกส์ว่ากระแสไฟฟ้าเป็นการเคลื่อนที่แบบทิศทางของอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้า ในลูกถ้วยไม่มีอะไรจะเคลื่อนไหวภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้า

อย่างไรก็ตามในกระบวนการของการศึกษาปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าในวัสดุต่าง ๆ นักวิจัยบางคนสามารถ "รู้สึก" สำหรับผลเซมิคอนดักเตอร์ตัวอย่างเช่นเครื่องตรวจจับผลึกครั้งแรก (ไดโอด) ถูกสร้างขึ้นในปี 1874 โดยนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน Karl Ferdinand Brown จากการสัมผัสของตะกั่วและหนาแน่น (หนาแน่นเป็นไพไรต์เหล็กเมื่อมันกระทบกับเก้าอี้ประกายไฟจึงถูกแกะสลักซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้ได้ชื่อว่า "งานฉลอง" กรีก - ไฟ) ต่อมาเครื่องตรวจจับนี้ได้แทนที่ coherer ในตัวรับสัญญาณแรกซึ่งเพิ่มความไวของพวกเขาอย่างมีนัยสำคัญ

ในปี 1907 Beddecker ในขณะที่ศึกษาการนำไฟฟ้าของทองแดงไอโอดีนพบว่าค่าการนำไฟฟ้าเพิ่มขึ้น 24 เท่าเมื่อมีไอโอดีนไม่บริสุทธิ์แม้ว่าไอโอดีนเองจะไม่เป็นตัวนำ แต่ทั้งหมดนี้เป็นการค้นพบแบบสุ่มที่ไม่สามารถให้เหตุผลทางวิทยาศาสตร์ได้ การศึกษาระบบสารกึ่งตัวนำเริ่มต้นขึ้นในปี 2463 - 1930 ปี

การมีส่วนร่วมอย่างมากในการศึกษาเซมิคอนดักเตอร์ถูกสร้างขึ้นโดยนักวิทยาศาสตร์โซเวียตที่ห้องปฏิบัติการวิทยุ Nizhny Novgorod ที่มีชื่อเสียง O.V Losev. เขาลงไปในประวัติศาสตร์เป็นหลักในฐานะนักประดิษฐ์ของคริสตาดีน (ออสซิลเลเตอร์และเครื่องขยายเสียงตามไดโอด) และ LED ดูเพิ่มเติมเกี่ยวกับเรื่องนี้ที่นี่: ประวัติของ LEDs เรืองแสงของ Losev.

ในตอนเช้าของการผลิตทรานซิสเตอร์สารกึ่งตัวนำหลักคือเจอร์เมเนียม (Ge) ในแง่ของการใช้พลังงานมันประหยัดมาก ๆ แรงดันไฟฟ้าสำหรับปลดล็อก pn junction ของมันมีค่าเพียง 0.1 ... 0.3V แต่พารามิเตอร์จำนวนมากไม่เสถียรดังนั้นซิลิคอน (Si) จึงเข้ามาแทนที่

อุณหภูมิที่ทรานซิสเตอร์เจอร์เมเนียมทำงานได้ไม่เกิน 60 องศาในขณะที่ทรานซิสเตอร์ซิลิคอนสามารถทำงานต่อได้ที่ 150 ซิลิคอนในฐานะเซมิคอนดักเตอร์นั้นมีคุณสมบัติเหนือกว่าเจอร์เมเนียมในความถี่อื่น

นอกจากนี้การสงวนซิลิคอน (ทรายธรรมดาบนชายหาด) ในธรรมชาตินั้นไม่ จำกัด และเทคโนโลยีสำหรับการทำความสะอาดและการประมวลผลนั้นง่ายกว่าและราคาถูกกว่าธาตุธรรมชาติในเจอร์เมเนียม ทรานซิสเตอร์ซิลิคอนตัวแรกปรากฏขึ้นไม่นานหลังจากทรานซิสเตอร์เจอร์เมเนียมตัวแรก - ในปี 1954 เหตุการณ์นี้ทำให้เกิดชื่อใหม่ว่า "ยุคซิลิคอน" เพื่อไม่ให้สับสนกับหิน!

มะเดื่อ 4. วิวัฒนาการของทรานซิสเตอร์

ไมโครโปรเซสเซอร์และเซมิคอนดักเตอร์ พระอาทิตย์ตกดินยุคซิลิคอน

คุณเคยสงสัยหรือไม่ว่าทำไมเมื่อเร็ว ๆ นี้คอมพิวเตอร์เกือบทุกเครื่องจึงกลายเป็นมัลติคอร์? คำศัพท์ dual-core หรือ quad-core นั้นเป็นเรื่องธรรมดาสำหรับทุกคน ความจริงก็คือการเพิ่มประสิทธิภาพของไมโครโปรเซสเซอร์โดยการเพิ่มความถี่สัญญาณนาฬิกาและการเพิ่มจำนวนทรานซิสเตอร์ในหนึ่งแพ็คเกจสำหรับโครงสร้างซิลิกอนใกล้จะถึงขีด จำกัด แล้ว

การเพิ่มจำนวนของเซมิคอนดักเตอร์ในที่อยู่อาศัยเดียวทำได้โดยการลดขนาดทางกายภาพ ในปี 2554 INTEL ได้พัฒนาเทคโนโลยีการประมวลผลแบบ 32 นาโนเมตรซึ่งความยาวของช่องสัญญาณทรานซิสเตอร์มีเพียง 20 นาโนเมตร อย่างไรก็ตามการลดลงดังกล่าวไม่ทำให้ความถี่สัญญาณนาฬิกาเพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัดเนื่องจากเป็นเทคโนโลยีสูงสุด 90 นาโนเมตร เห็นได้ชัดว่าถึงเวลาแล้วที่จะก้าวไปสู่สิ่งใหม่ ๆ

มะเดื่อ 5. ประวัติทรานซิสเตอร์

กราฟีน - เซมิคอนดักเตอร์แห่งอนาคต

ในปี 2004 นักฟิสิกส์ค้นพบวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ใหม่ กราฟีน. ผู้สมัครที่สำคัญสำหรับการเปลี่ยนซิลิกอนนี้ยังเป็นวัสดุกลุ่มคาร์บอน บนพื้นฐานของมันทรานซิสเตอร์ถูกสร้างขึ้นที่ทำงานในโหมดที่แตกต่างกันสามโหมด

มะเดื่อ 6. กราฟีน

มะเดื่อ 7. ภาพของกราฟีนทรานซิสเตอร์ที่ได้จากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน

เมื่อเทียบกับเทคโนโลยีที่มีอยู่สิ่งนี้จะช่วยลดจำนวนทรานซิสเตอร์ในหนึ่งกรณีได้ถึงสามเท่า นอกจากนี้ตามที่นักวิทยาศาสตร์ระบุว่าความถี่ในการใช้งานของสารกึ่งตัวนำชนิดใหม่นั้นสามารถทำได้สูงถึง 1,000 GHz แน่นอนว่าพารามิเตอร์นั้นน่าดึงดูดมาก แต่จนถึงตอนนี้เซมิคอนดักเตอร์ใหม่อยู่ในขั้นตอนการพัฒนาและการศึกษาและซิลิคอนยังคงเป็นสิ่งที่ต้องทำงาน อายุของเขายังไม่สิ้นสุด

Boris Aladyshkin