İlk transistörü kim yarattı? Bu soru birçok insanı endişelendiriyor. Alan etkili transistör prensibi için ilk patent 22 Ekim 1925'te Avusturya-Macaristanlı fizikçi Julius Edgar Lilienfeld tarafından Kanada'da dosyalandı, ancak Lilienfeld cihazları hakkında herhangi bir bilimsel makale yayınlamadı ve çalışmaları endüstri tarafından göz ardı edildi. Böylece dünyanın ilk transistörü tarihe gömüldü. 1934'te Alman fizikçi Dr. Oskar Heil başka bir FET'in patentini aldı. Bu cihazların yapıldığına dair doğrudan bir kanıt yok, ancak daha sonra 1990'larda yapılan çalışmalar, Lilienfeld'in tasarımlarından birinin tanımlandığı gibi çalıştığını ve önemli bir sonuç verdiğini gösterdi. William Shockley ve asistanı Gerald Pearson'ın cihazın çalışan versiyonlarını Lilienfeld'in patentlerinden oluşturdukları artık iyi bilinen ve genel olarak kabul edilen bir gerçektir ve elbette daha sonraki bilimsel makalelerinde veya tarihi makalelerinde hiç bahsedilmemiştir. İlk transistörlü bilgisayarlar elbette çok daha sonra yapıldı.
Bella Laboratuvarı
Bell Labs, frekans karıştırıcısının bir parçası olarak radar kurulumlarında kullanılan son derece saf germanyum "kristal" karıştırıcı diyotları üretmek için yapılmış bir transistör üzerinde çalıştı. Bu projeye paralel olarak, germanyum diyot transistörü de dahil olmak üzere birçok başka proje vardı. İlk tüp tabanlı devrelerin hızlı anahtarlama özelliği yoktu ve Bell ekibi bunun yerine katı hal diyotları kullandı. İlk transistörlü bilgisayarlar benzer bir prensipte çalıştı.
Shockley'in daha fazla keşfi
Savaştan sonra Shockley, triyot benzeri bir yarı iletken cihaz yapmaya karar verdi. Finansmanı ve laboratuvar alanını güvence altına aldı ve ardından Bardeen ve Bratten ile sorun üzerinde çalıştı. John Bardeen sonunda ilk başarısızlıklarını açıklamak için yüzey fiziği olarak bilinen yeni bir kuantum mekaniği dalı geliştirdi ve bu bilim adamları sonunda çalışan bir cihaz yaratmayı başardılar.
Transistörün geliştirilmesinin anahtarı, bir yarı iletkende elektron hareketliliği sürecinin daha iyi anlaşılmasıydı. Bu yeni keşfedilen diyotun (1874'te keşfedildi, 1906'da patentlendi) emitörden toplayıcıya elektron akışını kontrol etmenin bir yolu olsaydı, bir amplifikatör inşa edilebileceği kanıtlandı. Örneğin, kontakları bir tür kristalin her iki tarafına da yerleştirirseniz, içinden akım geçmez.
Aslında bunu yapmak çok zor çıktı. Boyutkristalin daha ortalama olması gerekirdi ve "enjekte edilmesi" gereken varsayılan elektronların (veya deliklerin) sayısı çok fazlaydı, bu da onu bir amplifikatörden daha az kullanışlı hale getirecekti çünkü büyük bir enjeksiyon akımı gerektirdi. Bununla birlikte, kristal diyotun tüm fikri, kristalin kendisinin neredeyse tükenme eşiğindeyken elektronları çok kısa bir mesafede tutabilmesiydi. Görünüşe göre, anahtar, giriş ve çıkış pinlerini kristalin yüzeyinde birbirine çok yakın tutmaktı.
Bratten'in Eserleri
Bratten böyle bir cihaz üzerinde çalışmaya başladı ve ekip sorun üzerinde çalışırken başarının ipuçları yüzeye çıkmaya devam etti. Buluş zor iştir. Bazen sistem çalışır, ancak daha sonra başka bir arıza meydana gelir. Bazen Bratten'in çalışmasının sonuçları, görünüşe göre yüksek iletkenliği nedeniyle suda beklenmedik bir şekilde çalışmaya başladı. Kristalin herhangi bir yerindeki elektronlar, yakındaki yükler nedeniyle göç eder. Yayıcılardaki elektronlar veya toplayıcılardaki "delikler", doğrudan kristalin üstünde birikir ve burada zıt yükü alırlar, havada (veya suda) "yüzer". Bununla birlikte, kristalin herhangi bir yerinden küçük bir miktar yük uygulanarak yüzeyden itilebilirler. Büyük miktarda enjekte edilmiş elektron kaynağına ihtiyaç duymak yerine, çip üzerinde doğru yerde bulunan çok küçük bir sayı aynı şeyi yapacaktır.
Araştırmacıların yeni deneyimi bir dereceye kadar sorunun çözülmesine yardımcı olduDaha önce karşılaşılan küçük bir kontrol alanı sorunu. Ortak ama küçük bir alanla birbirine bağlanan iki ayrı yarı iletken kullanmak yerine, büyük bir yüzey kullanılacaktır. Verici ve toplayıcı çıkışları en üstte olacak ve kontrol teli kristalin tabanına yerleştirilecekti. "Temel" terminale bir akım uygulandığında, elektronlar yarı iletken bloğun içinden itilir ve uzak yüzeyde toplanır. Verici ve toplayıcı çok yakın olduğu sürece, bu, iletkenliği başlatmak için aralarında yeterli elektron veya boşluk sağlamalıdır.
Bray Birleştirme
Bu fenomenin erken tanığı genç bir yüksek lisans öğrencisi olan Ralph Bray'di. Kasım 1943'te Purdue Üniversitesi'nde germanyum transistör geliştirme çalışmalarına katıldı ve kendisine metal-yarı iletken kontağının kaçak direncini ölçmek gibi zor bir görev verildi. Bray, bazı germanyum örneklerinde dahili yüksek dirençli bariyerler gibi birçok anormallik buldu. En ilginç fenomen, voltaj darbeleri uygulandığında gözlemlenen olağanüstü düşük dirençti. İlk Sovyet transistörleri, bu Amerikan gelişmeleri temelinde geliştirildi.
Çığır açan
16 Aralık 1947, iki noktalı bir temas kullanılarak doksan volta anotlanmış bir germanyum yüzeyi ile temas yapıldı, elektrolit H2O ile yıkandı ve ardından üzerine bir miktar altın düştü. Altın kontaklar çıplak yüzeylere bastırıldı. arasındaki bölmenoktalar yaklaşık 4 × 10-3 cm idi. Bir nokta ızgara olarak ve diğer nokta plaka olarak kullanıldı. Plaka sapması boyunca yaklaşık on beş voltluk bir voltaj güç kazancı elde etmek için şebekedeki sapmanın (DC) pozitif olması gerekiyordu.
İlk transistörün icadı
Bu mucize mekanizmasının tarihiyle ilgili birçok soru var. Bazıları okuyucuya tanıdık geliyor. Örneğin: neden SSCB PNP tipinin ilk transistörleriydi? Bu sorunun cevabı tüm hikayenin devamında saklı. Bratten ve H. R. Moore 23 Aralık 1947 günü öğleden sonra Bell Laboratuarlarında birkaç meslektaşına ve yöneticiye elde ettikleri sonucu gösterdiler, bu yüzden bu güne genellikle transistörün doğum tarihi denir. PNP kontaklı bir germanyum transistörü, 18 güç kazancı olan bir konuşma amplifikatörü olarak çalıştı. Bu, SSCB'nin ilk transistörlerinin Amerikalılardan satın alındıkları için neden PNP tipi olduğu sorusunun cevabı. 1956'da John Bardeen, W alter Houser Bratten ve William Bradford Shockley, yarı iletkenler üzerindeki araştırmaları ve transistör etkisinin keşfi nedeniyle Nobel Fizik Ödülü'ne layık görüldü.
On iki kişi Bell Laboratuarlarında transistörün icadına doğrudan dahil olmakla tanınır.
Avrupa'daki ilk transistörler
Aynı zamanda, bazı Avrupalı bilim adamları katı hal yükselteçleri fikri konusunda heyecanlandılar. Ağustos 1948'de, Aulnay-sous-'daki Compagnie des Freins et Signaux Westinghouse'da çalışan Alman fizikçiler Herbert F. Matare ve Heinrich Welker. Bois, Fransa, "transistör" adını verdikleri azınlığa dayanan bir amplifikatör için patent başvurusunda bulundu. Bell Labs, transistörü Haziran 1948'e kadar yayınlamadığından, transistörün bağımsız olarak geliştirilmiş olduğu kabul edildi. Mataré, ilk olarak II. Dünya Savaşı sırasında Alman radar ekipmanı için silikon diyot üretiminde transkondüktansın etkilerini gözlemledi. Transistörler ticari olarak Fransız telefon şirketi ve ordu için yapıldı ve 1953'te Düsseldorf'taki bir radyo istasyonunda dört transistörlü katı hal radyosu gösterildi.
Bell Telephone Laboratories yeni bir buluş için bir isme ihtiyaç duyuyordu: Semiconductor Triode, Tried States Triode, Crystal Triode, Solid Triode ve Iotatron'un tümü düşünüldü, ancak John R. Pierce tarafından icat edilen "transistör", açık ara kazanan oldu. dahili oylama (kısmen Bell mühendislerinin "-tarihi" son eki için geliştirdiği yakınlık sayesinde).
Dünyanın ilk ticari transistör üretim hattı, Pennsylvania, Allentown'daki Union Bulvarı'ndaki Western Electric fabrikasındaydı. Üretim 1 Ekim 1951'de nokta temaslı germanyum transistör ile başladı.
Daha fazla uygulama
1950'lerin başına kadar, bu transistör her türlü imalatta kullanılıyordu, ancak yine de neme karşı hassasiyet ve germanyum kristallerine bağlı tellerin kırılganlığı gibi daha geniş kullanımını engelleyen önemli sorunlar vardı.
Shockley sık sıkçalışmalarının büyük, ancak tanınmayan Macar mühendisin çalışmasına çok yakın olması nedeniyle intihal. Ancak Bell Labs avukatları sorunu çabucak çözdü.
Yine de, Shockley eleştirmenlerin saldırılarına çok kızdı ve transistörün icadıyla ilgili tüm büyük destanın gerçek beyninin kim olduğunu göstermeye karar verdi. Sadece birkaç ay sonra, çok tuhaf bir "sandviç yapısı" olan tamamen yeni bir transistör tipi icat etti. Bu yeni form, kırılgan nokta temas sisteminden çok daha güvenilirdi ve 1960'ların tüm transistörlerinde kullanılmaya başlanan bu form oldu. Kısa süre sonra ilk bipolar transistörün temeli haline gelen bipolar bağlantı aparatına dönüştü.
Statik indüksiyon cihazı, yüksek frekanslı transistörün ilk konsepti, 1950'de Japon mühendisler Jun-ichi Nishizawa ve Y. Watanabe tarafından icat edildi ve nihayet 1975'te deneysel prototipler oluşturabildi. 1980'lerin en hızlı transistörüydü.
Diğer gelişmeler arasında genişletilmiş eşleştirilmiş cihazlar, yüzey bariyerli transistör, difüzyon, tetrode ve pentot yer aldı. Difüzyon silikon "mesa transistör" 1955'te Bell'de geliştirildi ve 1958'de Fairchild Semiconductor'dan ticari olarak temin edildi. Uzay, 1950'lerde nokta temaslı transistör ve sonraki alaşım transistör üzerinde bir gelişme olarak geliştirilen bir tür transistördü.
1953'te Filco dünyanın ilk yüksek frekanslı yüzeyini geliştirdiaynı zamanda yüksek hızlı bilgisayarlar için uygun olan ilk transistör olan bariyer cihazı. 1955'te Philco tarafından üretilen dünyanın ilk transistörlü araba radyosu, devrelerinde yüzey bariyerli transistörler kullandı.
Problem çözme ve yeniden çalışma
Kırılganlık sorunlarının çözümü ile temizlik sorunu kaldı. Gerekli saflıkta germanyum üretmenin büyük bir zorluk olduğu ortaya çıktı ve belirli bir malzeme partisinden gerçekten çalışabilecek transistörlerin sayısını sınırladı. Germanyumun sıcaklık hassasiyeti de kullanışlılığını sınırladı.
Bilim adamları silikonun üretilmesinin daha kolay olacağını tahmin ettiler, ancak çok azı bu olasılığı araştırdı. 26 Ocak 1954'te Bell Laboratuvarlarında çalışan Morris Tanenbaum, çalışan bir silikon transistör geliştiren ilk kişilerdi. Birkaç ay sonra, Texas Instruments'ta kendi başına çalışan Gordon Teal, benzer bir cihaz geliştirdi. Bu cihazların her ikisi de, erimiş silikondan büyütüldükleri için tekli silikon kristallerinin dopinginin kontrol edilmesiyle yapılmıştır. Daha yüksek bir yöntem, 1955'in başlarında, Bell Laboratuvarlarında, donör ve alıcı safsızlıkların tek kristal silikon kristallerine gaz difüzyonuyla Morris Tanenbaum ve Calvin S. Fuller tarafından geliştirildi.
Alan etkili transistörler
FET ilk olarak 1926'da Julis Edgar Lilienfeld ve 1934'te Oskar Hale tarafından patentlendi, ancak pratik yarı iletken cihazlar (geçiş alanı etkili transistörler [JFET]) geliştirildidaha sonra, transistör etkisinin 1947'de William Shockley'in ekibi tarafından Bell Laboratuvarlarında gözlemlenip açıklanmasından sonra, yirmi yıllık patent süresinin dolmasından hemen sonra.
İlk JFET türü, 1950'de Japon mühendisler Jun-ichi Nishizawa ve Y. Watanabe tarafından icat edilen Statik İndüksiyon Transistörü (SIT) idi. SIT, kısa kanal uzunluğuna sahip bir JFET türüdür. JFET'in yerini alan ve elektronik elektroniğin gelişimini derinden etkileyen metal oksit yarı iletken yarı iletken alan etkili transistör (MOSFET), 1959'da Dawn Kahng ve Martin Atalla tarafından icat edildi.
FET'ler, akımın ağırlıklı olarak çoğunluk taşıyıcılar tarafından taşındığı çoğunluk şarj cihazları veya akımın öncelikle azınlık taşıyıcı akışı tarafından yönlendirildiği daha az şarj taşıyıcı cihazlar olabilir. Cihaz, kaynaktan kanalizasyona yük taşıyıcıların, elektronların veya deliklerin aktığı aktif bir kanaldan oluşur. Kaynak ve boş altma terminalleri, omik kontaklar aracılığıyla yarı iletkene bağlanır. Kanal iletkenliği, kapı ve kaynak terminalleri boyunca uygulanan potansiyelin bir fonksiyonudur. Bu çalışma prensibi, ilk tüm dalga transistörlerini ortaya çıkardı.
Tüm FET'lerde, BJT'nin emitörü, toplayıcısı ve tabanına kabaca karşılık gelen kaynak, tahliye ve kapı terminalleri bulunur. Çoğu FET'in gövde, taban, toprak veya altlık adı verilen dördüncü bir terminali vardır. Bu dördüncü terminal, transistörü hizmete sokmaya yarar. Devrelerde paket terminallerin önemsiz olmayan kullanımı nadirdir, ancak varlığı, bir entegre devrenin fiziksel düzenini kurarken önemlidir. Kapının boyutu, şemadaki L uzunluğu, kaynak ile drenaj arasındaki mesafedir. Genişlik, transistörün diyagramdaki enine kesite dik bir yönde genişlemesidir (yani ekranın içinde/dışında). Genellikle genişlik, kapının uzunluğundan çok daha büyüktür. 1 µm'lik bir geçit uzunluğu, üst frekansı 0,2'den 30 GHz'e kadar yaklaşık 5 GHz ile sınırlar.
