kategorier: Utvalgte artikler » Interessante fakta
Antall visninger: 36129
Kommentarer til artikkelen: 9
Transistor historie
En av de viktigste oppfinnelsene fra det XX århundre blir vurdert transistor oppfinnelsesom kom for å erstatte de elektroniske lampene.
I lang tid var lamper den eneste aktive komponenten i alle elektroniske enheter, selv om de hadde mange mangler. For det første er det et stort strømforbruk, store dimensjoner, kort levetid og lav mekanisk styrke. Disse manglene ble merket mer og mer kraftig med forbedring og sofistikering av elektronisk utstyr.
En revolusjonerende revolusjon innen radioteknikk skjedde da utdaterte lamper ble erstattet av halvlederforsterkende enheter - transistorer, uten alle de nevnte ulempene.
Den første operasjonelle transistoren ble født i 1947, takket være innsatsen fra ansatte i det amerikanske selskapet Bell Telephone Laboratories. Navnene deres er nå kjent over hele verden. Dette er forskere - fysikere W. Shockley, D. Bardin og W. Brighten. Allerede i 1956 ble alle tre tildelt Nobelprisen i fysikk for denne oppfinnelsen.
Men som mange store oppfinnelser ble ikke transistoren umiddelbart lagt merke til. Bare i en av de amerikanske avisene ble det nevnt at Bell Phone Laboratories demonstrerte enheten sin kalt en transistor. Det ble også sagt at det kan brukes i noen områder innen elektroteknikk i stedet for elektronrør.
Den viste transistoren var i form av en liten metallsylinder 13 mm lang og ble demonstrert i en mottaker som ikke hadde elektronrør. For alt annet hevdet selskapet at enheten ikke bare kan brukes til forsterkning, men også til generering eller konvertering av et elektrisk signal.
Fig. 1. Den første transistoren
Fig. 2. John Bardin, William Shockley og Walter Brattain. For samarbeidet med å utvikle verdens første operative transistor i 1948 delte de Nobelprisen i 1956.
Men egenskapene til transistoren, som faktisk mange andre store funn, ble ikke umiddelbart forstått og verdsatt. For å vekke interesse for den nye enheten, reklamerte Bell den for fast på seminarer og artikler, og ga alle lisenser til å produsere den.
Produsentene av elektroniske lamper så ikke en seriøs konkurrent i transistoren, fordi det med en gang var umulig å umuliggjøre den tretti år lange historien om produksjon av lamper med flere hundre design, og investeringer på flere millioner dollar i deres utvikling og produksjon. Derfor kom transistoren inn i elektronikken ikke så raskt, siden epoken for elektronrør fortsatt pågikk.
Fig. 3. Transistor og elektronisk lampe
Første trinn til halvledere
Siden eldgamle tider ble to typer materialer hovedsakelig brukt i elektroteknikk - ledere og dielektrikk (isolatorer). Metaller, saltløsninger og noen gasser har evnen til å lede strøm. Denne evnen skyldes tilstedeværelsen i lederne av gratis ladningsbærere - elektroner. I ledere løsnes elektronene ganske enkelt fra atomet, men de metallene som har lav motstand (kobber, aluminium, sølv, gull) er mest egnet for å overføre elektrisk energi.
Isolatorer inkluderer stoffer med høy motstand, elektronene deres er veldig tett bundet til atomet. Dette er porselen, glass, gummi, keramikk, plast. Derfor er det ingen gratis avgifter i disse stoffene, og det er derfor ingen elektrisk strøm.
Det er passende å minne om ordlyden fra fysikkens lærebøker at elektrisk strøm er retningsbevegelsen til elektrisk ladede partikler under påvirkning av et elektrisk felt. I isolatorer er det rett og slett ingenting å bevege seg under påvirkning av et elektrisk felt.
I prosessen med å studere elektriske fenomener i forskjellige materialer, var det imidlertid noen forskere som var i stand til å "føle" seg for halvledereffekter.For eksempel ble den første krystallinske detektoren (dioden) opprettet i 1874 av den tyske fysikeren Karl Ferdinand Brown basert på kontakten mellom bly og pyritt. (Pyrite er en jernpyritt; når den treffer en stol, kuttes en gnist ut, og det er grunnen til at den fikk navnet fra den greske "festen" - ild). Senere erstattet denne detektoren kohereren med suksess i de første mottakerne, noe som økte følsomheten deres betydelig.
I 1907 fant Beddecker, som studerte konduktiviteten til jodkobber, at ledningsevnen øker 24 ganger i nærvær av en jodforurensning, selv om jod i seg selv ikke er en leder. Men alle disse var tilfeldige funn som ikke kunne gis en vitenskapelig begrunnelse. En systematisk studie av halvledere begynte først i 1920 - 1930 år.
Et stort bidrag til studiet av halvledere ble gitt av en sovjetisk forsker ved det berømte Nizhny Novgorod radiolaboratorium O.V. Losev. Han gikk ned i historien først og fremst som oppfinneren av cristadine (en oscillator og forsterker basert på en diode) og en LED. Se mer om dette her: Historie om lysdioder. Glow of Losev.
I begynnelsen av transistorproduksjonen var den viktigste halvlederen germanium (Ge). Når det gjelder energiforbruk er det veldig økonomisk, spenningen for å låse opp pn-krysset er bare 0,1 ... 0,3V, men mange parametere er ustabile, så den erstattet silisium (Si).
Temperaturen som germium-transistorer kan brukes på er ikke mer enn 60 grader, mens silisium-transistorer kan fortsette å fungere ved 150. Silisium, som halvleder, overgår germanium i andre egenskaper, hovedsakelig i frekvens.
I tillegg er reservene av silisium (vanlig sand på stranden) i naturen ubegrenset, og teknologien for rengjøring og prosessering av den er enklere og billigere enn det sjeldne i naturelementet i germanium. Den første silisiumtransistoren dukket opp like etter den første germaniumtransistoren - i 1954. Denne hendelsen innebar til og med et nytt navn “silicon age”, for ikke å forveksle med steinen!
Fig. 4. Utviklingen av transistorer
Mikroprosessorer og halvledere. Silicon Age Sunset
Har du noen gang lurt på hvorfor nesten alle datamaskiner nylig har blitt flerkjerne? Begrepene dual-core eller quad-core er felles for alle. Fakta er at økningen i mikroprosessorytelse ved å øke klokkefrekvensen og øke antallet transistorer i en pakke for silisiumstrukturer er nesten nær grensen.
En økning i antall halvledere i ett hus oppnås ved å redusere deres fysiske dimensjoner. I 2011 utviklet INTEL allerede en prosessteknologi på 32 nm der transistorkanalens lengde bare er 20 nm. En slik nedgang fører imidlertid ikke til en merkbar økning i klokkefrekvensen, da det var opp til 90 nm teknologi. Det er åpenbart at det er på tide å gå videre til noe grunnleggende nytt.
Fig. 5. Historie om transistorer
Graphene - fremtidens halvleder
I 2004 oppdaget fysikere et nytt halvledermateriale. graphene. Denne viktigste kandidaten for silisiumerstatning er også et karbongruppemateriale. På grunnlag av dette opprettes en transistor som fungerer i tre forskjellige moduser.
Fig. 6. Graphene
Fig. 7. Bilde av en feltgrafentransistor oppnådd ved hjelp av et skanningselektronmikroskop
Sammenlignet med eksisterende teknologier, vil dette gjøre det mulig å redusere antall transistorer i ett tilfelle med nøyaktig tre ganger. I tillegg, ifølge forskere, kan driftsfrekvensene for det nye halvledermaterialet nå opp til 1000 GHz. Parametrene er selvfølgelig veldig fristende, men så langt er den nye halvlederen på utviklings- og studietrinn, og silisium er fortsatt en arbeidshest. Alderen hans er ennå ikke avsluttet.
Boris Aladyshkin
Se også på elektrohomepro.com
: