История крупнейшего открытия 20-го века – транзистора

Самый первый транзистор - основополагающий строительный блок, на котором, можно сказать, основана вся современная цивилизация - был создан в лаборатории Bell Labs компании AT&T 23 декабря 1947 года.

Этот первый транзистор был огромен и совсем не был похож на миллионы транзисторов, которые можно обнаружить, вскрыв современный процессор (всё равно вы их не увидите при размере в 22 нанометра). Хотя история о том, как из первых гигантских транзисторов получились нанометровые, весьма интересна, сегодня мы рассмотрим другую тему: как вообще инженеры Bell Labs додумались до транзистора.

Работа транзистора целиком основана на классе материалов под названием полупроводники, о котором химикам и инженерам известно с середины 19-го столетия. В 1833 году Майкл Фарадей заметил, что у сульфида серебра при нагревании снижается электрическое сопротивление (у металлов, как правило, увеличивается). В 1880 году Александр Грэхем Белл используется селен - полупроводник, который вырабатывает электричество, когда на него падает свет - для передачи звука на расстоянии при помощи устройства, получившего название фотофон.

Настоящей анализ полупроводников начинается в 1920-х годах, когда учёные попытались понять, почему и за счёт чего класс материалов, которые, казалось бы, относятся к металлам, ведёт себя совершенно иначе, чем нормальные металлы. Со Второй мировой войной и появлением радиолокационных и других радиотехнологий, полупроводники постепенно становились серьёзным бизнесом. Особенно когда после войны полупроводники начала исследовать Bell Labs; тогда мир стал узнавать о свойствах полупроводников и как управлять ими.

В частности, Уолтер Браттейн, Джон Бардин и Уильям Шокли из Bell Labs решили исследовать объёмные и поверхностные свойства кремния и германия. В результате серии экспериментов исследователи открыли, что при приложении небольшого количества электроэнергии к поверхности германия можно увеличить поток электроэнергии через второй контур, который также подключён к германию - другими словами, открыли усилитель. Самые ранние усилители из германия применяли жидкие электролиты, которые высыхали и могли переключаться только на низких частотах. 23 декабря 1947 года, вместо электролита были использованы позолоченные контакты - таким образом, родился первый транзистор. На рисунке 1 германий находится под материалом в форме треугольника. Золотые контакты тут не видно.

В то время как Шокли хотел назвать разработку полевым транзистором, Юлий Эдгар Лилиенфельд запатентовал такое название ещё в 1925 году, хотя такого устройства он не создавал. В результате, Bell Labs выбрала название транзистор и открыла «эффект транзистора» - за который в 1956 году Браттейн, Бардин и Шокли получили Нобелевскую премию по физике.

К 1953 году были созданы первые германиевые высокопроизводительные транзисторы, способные переключаться на частоте 60 МГц; они были впервые использованы в автомобильных радиоприемниках, они же впервые могли применяться в компьютерах. Первый кремниевый транзистор не был изготовлен до 1954 года той же Bell Labs, в этом же году компания Texas Instruments создала первый коммерческий транзистор, пригодный для массового производства.

Наконец, в 1960 году Bell Labs выпустила первый MOSFET-транзистор (металл - оксид - полупроводник). За последние 50 лет почти все выпускаемые транзисторы относятся к категории MOSFET с теми или иными вариациями. Далее уже идёт отдельная история разработки микропроцессоров и в игру вступает закон Мура.