Транзистору шестьдесят
Сначала для усиления электрических сигналов, производящих звук, служил угольный микрофон. К началу 20-го века электронные лампы с термокатодом (или электронные лампы) использовались для усиления во многих видах оборудования, от телефонных систем до радиоприемников.
Некоторые читатели могут вспомнить, как в первой половине прошлого века ламповые радиоприемники перед началом вещания должны были немного нагреться. Мерцание этих приборов могло создавать уютную атмосферу, но их трудно было переносить. А электронные лампы не только выделяли тепло: они еще были большими и хрупкими. Это продолжалось до 40-х годов 20 века, когда наступил перелом. Он сделал возможным сегодняшний цифровой мир.
Происхождение имени
Руководители Bell Telephone Laboratories попросили своих сотрудников назвать новое изобретение и приняли предложение Джона Р. Пирса. Так, транзистор получил описание как «сокращение двух слов: transconductance (или transfer - активная межэлектродная проводимость, или передача) и varistor (регулируемый резистор)".
Исследования полупроводников
Некоторые материалы могут и проводить электричество, и оказывать сопротивление току. Называемые полупроводниками, они содержат германий и кремний. Под воздействием электрических полей они могут или усиливать или создавать замыкание цепи. Применение кристаллов для приема радиоволн началоcm в конце XIX века, а исследования в области применения таких «твердотельных» материалов проводились в 20-30 годах XX века. Однако механизм их работы не был до конца понятен. Кто мог тогда представить, что персональные компьютеры будут умешаться в изящную дамскую сумочку, а компьютерная помощь будет требоваться людям чуть не чаще, чем помощь скорая медицинская.
В 1945 году группа физиков в компании Bell Telephone Laboratories, в Нью Джерси, США, получила задание изучить эту проблему. Группу возглавляли Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Брэттейн. Спустя два года Бардин и Брэттейн открыли метод усилительной схемы при помощи германия, который они показали руководству Bell в декабре 1947 года. Позднее она получила название транзистора – так что в 2007 году исполнилось 60 лет одному из наиболее важных компонентов технологии, которые были когда-либо изобретены.
Как это работало
Первый точечно-контактный транзистор состоял из двух очень близко расположенных золотых контактов, размещенных напротив блока из германия, поверхностный слой которого имел избыток электронов. Когда электрический сигнал проходил через золотую фольгу, он пробивал «дыры» в блоке. Небольшое изменение в токе, применяемом к металлическому основанию под германием, вызывало большее изменение в потоке между двумя контактами.
В 1956 году Бардин, Брэттейн и Шокли разделили Нобелевскую премию в области физики «за их исследования полупроводников и открытие эффекта транзистора». Это устройство работает потому, что чистый германий или кремний являются хорошими изоляторами. Н если их заразить, или «смешать» с другими веществами, они будут или производить избыток отрицательно заряженных электронов, или забирать электроны из полупроводника для производства «дыр», которые могут нести положительных заряд. Если напротив полупроводника с отрицательными носителями поместить отрицательный электрод, ток будет блокирован. Изолирующая способность может быть удалена при помощи введенных электричеством положительных «дыр», которые притягивают отрицательные носители.
Первый в мире транзистор был «точечно-контактного» типа. Он был заменен «плоскостным транзистором», изобретенным Шокли в 1948 году, и который представлял собой «бутерброд» из трех слоев германия. Это блокировало электрический ток в оба направления, пока небольшой разряд не применялся к среднему слою для пропускания гораздо большего тока через все устройство. Таким образом, транзистор мог работать и как переключатель и как усилитель. Новая технология могла производить контролируемую проводимость – при небольшой цене, небольшой мощности, малых размерах и хорошей живучести.
Мобильное устройство для массового рынка
В 1954 году был запущен в производство транзисторный радиоприемник «Regency TR-1», став первым в мире устройством мобильной связи, выпускаемым серийно
Сначала транзисторы применялись в слуховых аппаратах. Затем, в 1953 году, немецкой компанией Intermetall на Радиовыставке в Дюссельдорфе был продемонстрирован первый в мире транзисторный радиоприемник. Фактически он использовал четыре «транзистрона», изобретенных независимо немецкими физиками Гербертом Ф. Матаре и Генрихом Велькером.
На следующий год в США Texas Instruments и Industrial Development Engineering Associates, объединились для создания «Regency TR-1», который рекламировался как «первый в мире карманный радиоприемник».
Эта портативность начала революцию. Радиоприемник перестал быть предметом мебели из гостиной; теперь это было персональное устройство. TR-1 был маленьким, но дорогим (49,95 долларов США, или примерно 400 долларов США на сегодняшний день), и он вскоре уступил транзисторным радиоприемникам, выпускаемым в Японии. Тем не менее, с частями, специально сконструированными для его размеров, TR-1 объявил о начале эры миниатюрных электронных компонентов.
Транзисторная технология имела и другие, имеющие широкие перспективы, эффекты. Эксперт по первым транзисторным радиоприемникам, д-р Стивен Рейер, профессор факультета по электротехнике и вычислительной технике в Школе машиностроения в Милуоки, США, охарактеризовал TR-1 как «в некотором смысле действительно предвозвестника начала эры информации. То есть, многие электронные устройства, которые у нас есть сегодня, основаны на транзисторах, в той ил иной степени, - или на отдельных транзисторах, например, радио, или, как в случае с персональными компьютерами, многих миллионах транзисторов, встроенных в интегральные микросхемы».
По направлению к Силиконовой Долине
Использование транзисторов на основе кремния, интегральных микросхем (или микрочипов) произвело революцию в мире компьютеров. Ее возглавлял Уильям Шокли. После увольнения из Bell Labs в 1955 году, он стоял во главе компании по исследованию и производству полупроводников в Маунтин Вью, Калифорния, США. Коллеги объединились для создания Fairchild Semiconductor Corporation, которая разработала некоторые первые интегральные микросхемы в месте, ставшем частью «Силиконовой долины»
Позже Шокли стал профессором в близлежащем Стэндфордском университете. В 2002 году там была проведена конференция для того, чтобы вспомнить о том времени. Там подтвердили (вот ответ на вопрос в прошлом номере Pioneers’ Page), что «Шокли был человеком, который принес кремний в Силиконовую долину».
Перевод на русский язык
Центр технического перевода АНО "РЧЦ МО"
Прочитать статью в оригинале
Вернуться к содержанию проекта "Связь времен"
Вернуться на главную
