Transistor geschiedenis

Een van de belangrijke uitvindingen van de XX eeuw wordt beschouwd transistor uitvindingdie kwamen om de elektronische lampen te vervangen.

Lange tijd waren lampen de enige actieve component van alle elektronische apparaten, hoewel ze veel tekortkomingen hadden. Allereerst is het een groot stroomverbruik, grote afmetingen, korte levensduur en lage mechanische sterkte. Deze tekortkomingen werden steeds scherper gevoeld met de verbetering en verfijning van elektronische apparatuur.

Een revolutionaire revolutie in radiotechniek vond plaats toen verouderde lampen werden vervangen door halfgeleiderversterkers - transistoren, verstoken van alle genoemde nadelen.

De eerste operationele transistor werd geboren in 1947, dankzij de inspanningen van medewerkers van het Amerikaanse bedrijf Bell Telephone Laboratories. Hun namen zijn nu over de hele wereld bekend. Dit zijn wetenschappers - natuurkundigen W. Shockley, D. Bardin en W. Brighten. Al in 1956 ontvingen ze alle drie de Nobelprijs voor de natuurkunde voor deze uitvinding.

Maar, zoals vele grote uitvindingen, werd de transistor niet onmiddellijk opgemerkt. Alleen in een van de Amerikaanse kranten werd vermeld dat Bell Telephone Laboratories zijn apparaat demonstreerde als transistor. Er werd ook gezegd dat het op sommige gebieden van elektrotechniek kan worden gebruikt in plaats van elektronenbuizen.

De getoonde transistor had de vorm van een kleine metalen cilinder van 13 mm lang en werd aangetoond in een ontvanger zonder elektronenbuizen. Voor al het andere beweerde het bedrijf dat het apparaat niet alleen kan worden gebruikt voor versterking, maar ook voor het genereren of omzetten van een elektrisch signaal.

Fig. 1. De eerste transistor

Fig. 2. John Bardin, William Shockley en Walter Brattain. Voor hun samenwerking bij de ontwikkeling van 's werelds eerste operationele transistor in 1948 deelden ze de Nobelprijs van 1956.

Maar de mogelijkheden van de transistor, zoals inderdaad van vele andere grote ontdekkingen, werden niet onmiddellijk begrepen en gewaardeerd. Om interesse in het nieuwe apparaat te wekken, heeft Bell het krachtig geadverteerd op seminars en artikelen, en iedereen een licentie verleend om het te produceren.

Fabrikanten van elektronische lampen zagen geen serieuze concurrent in de transistor, omdat het in één klap meteen onmogelijk was om de dertig-jarige geschiedenis van de productie van lampen van enkele honderden ontwerpen en miljoenen investeringen in hun ontwikkeling en productie te verdisconteren. Daarom kwam de transistor niet zo snel de elektronica binnen, omdat het tijdperk van elektronenbuizen nog steeds aan de gang was.

Fig. 3. Transistor en elektronische lamp

Eerste stappen naar halfgeleiders

Sinds de oudheid werden twee soorten materialen voornamelijk gebruikt in de elektrotechniek - geleiders en diëlektrica (isolatoren). Metalen, zoutoplossingen en sommige gassen kunnen stroom geleiden. Dit vermogen is te wijten aan de aanwezigheid in de geleiders van vrije ladingdragers - elektronen. In geleiders worden elektronen vrij gemakkelijk losgemaakt van het atoom, maar die metalen met een lage weerstand (koper, aluminium, zilver, goud) zijn het meest geschikt voor het overbrengen van elektrische energie.

Isolatoren bevatten stoffen met een hoge weerstand, hun elektronen zijn zeer nauw gebonden aan het atoom. Dit zijn porselein, glas, rubber, keramiek, plastic. Daarom zijn er geen gratis kosten in deze stoffen, wat betekent dat er ook geen elektrische stroom is.

Het is gepast om de bewoordingen uit natuurkundeboeken te herinneren dat elektrische stroom de richtingbeweging is van elektrisch geladen deeltjes onder invloed van een elektrisch veld. In isolatoren valt er simpelweg niets te bewegen onder invloed van een elektrisch veld.

Tijdens het bestuderen van elektrische fenomenen in verschillende materialen, konden sommige onderzoekers echter "voelen" voor halfgeleidereffecten.De eerste kristallijne detector (diode) werd bijvoorbeeld in 1874 gecreëerd door de Duitse natuurkundige Karl Ferdinand Brown op basis van het contact van lood en pyriet. (Pyriet is een ijzeren pyriet; wanneer het een stoel raakt, wordt een vonk uitgesneden, daarom kreeg het de naam van het Griekse "feest" - vuur). Later heeft deze detector met succes de coherer in de eerste ontvangers vervangen, waardoor hun gevoeligheid aanzienlijk is toegenomen.

In 1907 ontdekte Beddecker, dat de geleidbaarheid van jodiumkoper bestudeerde, dat zijn geleidbaarheid 24-voudig toeneemt in aanwezigheid van een jodiumonzuiverheid, hoewel jodium zelf geen geleider is. Maar dit waren allemaal willekeurige ontdekkingen die geen wetenschappelijke rechtvaardiging konden krijgen. Een systematische studie van halfgeleiders begon pas in 1920 - 1930 jaar.

Een grote bijdrage aan de studie van halfgeleiders werd geleverd door een Sovjetwetenschapper in het beroemde radiolaboratorium O.V. van Nizhny Novgorod. Losev. Hij ging de geschiedenis in vooral als de uitvinder van cristadine (een oscillator en versterker op basis van een diode) en een LED. Lees hier meer over: Geschiedenis van LED's. Glow of Losev.

Aan het begin van de transistorproductie was de belangrijkste halfgeleider germanium (Ge). In termen van energieverbruik is het zeer zuinig, de spanning voor het ontgrendelen van de pn-junctie is slechts 0,1 ... 0,3 V, maar veel parameters zijn onstabiel, dus het heeft silicium (Si) vervangen.

De temperatuur waarbij germaniumtransistoren werken, is niet meer dan 60 graden, terwijl siliciumtransistoren bij 150 kunnen blijven werken. Silicium overtreft als halfgeleider germanium in andere eigenschappen, voornamelijk in frequentie.

Bovendien zijn de reserves van silicium (gewoon zand op het strand) in de natuur onbeperkt, en de technologie voor het reinigen en verwerken ervan is eenvoudiger en goedkoper dan het zeldzame element van germanium in de natuur. De eerste siliciumtransistor verscheen kort na de eerste germaniumtransistor - in 1954. Deze gebeurtenis bracht zelfs een nieuwe naam "siliciumtijdperk" met zich mee, niet te verwarren met de steen!

Fig. 4. De evolutie van transistoren

Microprocessors en halfgeleiders. Silicium Age Sunset

Heb je je ooit afgevraagd waarom recent bijna alle computers multi-core zijn geworden? De termen dual-core of quad-core zijn voor iedereen gangbaar. Het feit is dat de toename in microprocessorprestaties door het verhogen van de klokfrequentie en het verhogen van het aantal transistors in één pakket, voor siliciumstructuren bijna de limiet bereikt.

Een toename van het aantal halfgeleiders in één behuizing wordt bereikt door hun fysieke afmetingen te verminderen. In 2011 ontwikkelde INTEL al een 32 nm-procestechnologie waarbij de lengte van het transistorkanaal slechts 20 nm is. Een dergelijke afname leidt echter niet tot een merkbare toename van de klokfrequentie, aangezien het tot 90 nm technologie was. Het is duidelijk dat het tijd is om verder te gaan met iets fundamenteel nieuws.

Fig. 5. Geschiedenis van transistoren

Grafeen - de halfgeleider van de toekomst

In 2004 ontdekten natuurkundigen een nieuw halfgeleidermateriaal. grafeen. Deze belangrijke kandidaat voor vervanging van silicium is ook een koolstofgroepmateriaal. Op basis hiervan wordt een transistor gecreëerd die in drie verschillende modi werkt.

Fig. 6. Grafeen

Fig. 7. Afbeelding van een veldgrafietransistor verkregen met behulp van een scanning-elektronenmicroscoop

In vergelijking met bestaande technologieën zal dit het mogelijk maken om het aantal transistors in één geval met precies drie keer te verminderen. Volgens wetenschappers kunnen bovendien de werkfrequenties van het nieuwe halfgeleidermateriaal oplopen tot 1000 GHz. De parameters zijn natuurlijk erg verleidelijk, maar tot nu toe bevindt de nieuwe halfgeleider zich in de ontwikkelings- en studiefase en is silicium nog steeds een werkpaard. Zijn leeftijd is nog niet afgelopen.

Boris Aladyshkin 

Comments

[#1]

Niettemin is er in geluidstechnologie een terugkeer naar lampen, omdat het geluid van een buizenversterker niet kan worden vergeleken met het geluid van een transistor.

[#2]

Volfram, Wat betreft de terugkeer naar de lamptechnologie, je hebt een te controversieel statement gemaakt. Er zijn gewoon mensen die subjectief denken dat lampen beter zijn, dat is alles. Over het feit dat 'niet naar een vergelijking gaat', zou ik niet zeggen. Dit is gewoon een gewoonte.

[#3 Vlad]

Toch is het geluid van de lamp beter dan transistors. En dit is niet "subjectief lijkt", maar een reëel feit. Nu is zelfs de oude hobby nieuw leven ingeblazen - het ontwerp van buizenversterkers. Er worden allerlei nieuwe boeken over dit onderwerp geschreven, veel mensen zitten op forums tot het punt van waanzin. Iedereen wil het perfecte geluid. Lampen in deze branche zijn precies wat u nodig hebt!

[#4 Alexander Molokov]

Vlad, geef een link of de naam van een van deze boeken. Alleen dat dit serieuze publicaties waren en geen pogingen om "de covers te scheuren" en te vertellen hoe het "in feite" is. Zodat de theoretische rechtvaardiging is: "zo en zo, lampen zijn beter omdat ..."

[#5 Vadim]

"Luisteraars, onderdrukt door de ongekende helderheid van het geluid van halfgeleidersystemen, merkten desalniettemin negatieve aspecten op. Je zou zulke oordelen kunnen tegenkomen." Het geluid van het lampapparaat lijkt zacht, fluweel, transistor - scherp, vervelend. "" Het geluid van de lampontvanger stroomt vrij, transistor "Het is alsof een obstakel wordt doorbroken." "Ik wil luisteren naar en luisteren naar een buisapparaat, de transistor raakt snel moe." Natuurlijk was de kwestie niet in een speciaal "klinkend" geluid van de transistors zelf. De bevindingen zijn verduidelijkt, ze liggen in de bijzonderheden van de werking van circuits met diepe negatieve feedbacks (en zonder dergelijke verbindingen kunnen halfgeleiderversterkers niet acceptabel werken, dit zijn vooral de kenmerken van de transistors.) Trouwens, om deze reden klinken transistorgeluiden en puur buiscircuits mogelijk. maatregelen om "transistorgeluid" te bestrijden. Audiofielen zijn ervan overtuigd dat de negatieve eigenschappen van geluid niet volledig kunnen worden geëlimineerd, en het geavanceerde oor geeft een onmiskenbaar voordeel aan het geluid van buizenversterkers die geen feedback hebben " (Gavrilov S. A. "The Art of Lamp Circuit Engineering" 2012).

[#6 Alexander Molokov]

Het geluid "het doorbreken van de barrière" is "hard en vervelend." Een buis - "zacht en fluweel." En zijn dit objectieve verschillen? Audiofielen - dat zijn ze, en ze vertellen het niet eens.

Het zijn net supermarkten waarvoor eten een ritueel is waarbij elk klein ding telt. En dus moet het licht zwak zijn, de schotels wit, het mes moet rechts liggen en de vork links (of omgekeerd? - de hond kent hem). Het eten is echter hetzelfde. En met geluidsapparatuur dezelfde problemen. Negatieve connecties zijn duidelijk niet aan het werk.

[#7 Vlad]

Ik ben het ermee eens dat de door Vadim verstrekte tekst niet het voordeel van buisversterkers ten opzichte van transistors bewijst. Ik heb zelf nog een paar bronnen bekeken (boeken van G.S. Gendin, Jones Morgan). Er zijn nergens gegevens over echt onderzoek. Maar als je de lampmode globaal beoordeelt, is de belangrijkste truc hier dat buisversterkers als kunst zijn, een elite-item, een handgemaakt stuk dat fijnafstemming en aanpassing vereist, in tegenstelling tot monotone en sombere transistorapparaten gemaakt op een grote Chinese transportband ... Vurige fans van lamptechnologie gebruiken zelfs geen siliciumdioden - alleen lampen! Dat wil zeggen, het is eerder een ideologie, maar een ideologie voor de uitverkorenen en begrip in dure handgemaakte dingen. Er moet altijd een plek zijn in het leven voor dingen die niet aan tijd onderhevig zijn! Welnu, het geluid van de lamp geeft natuurlijk een orde van grootte mooier dan transistoren

[#8 Alexander Molokov]

Hier is het. De 'schoonheid' van geluid, de aanwezigheid van zielen en andere soortgelijke dingen kan met geen enkel instrument worden gemeten. Het is onmogelijk om ze met enige nauwkeurigheid vast te stellen, wat betekent dat het een ideologie is. Zelfs religie misschien. Maar ideologie en religie zijn subjectieve dingen. Ze kunnen niet worden bevestigd of weerlegd. Zoals het bestaan ​​van god.

[#9]

Ik heb een transistor D13009 ontmoet in spaarlampen, maar ik kan er geen gegevensafscherming op vinden. Wat voor soort transistor is het, waar en in welke kwaliteit kan het nog worden gebruikt? Beantwoord deze per e-mail.