Kdo je ustvaril prvi tranzistor? To vprašanje skrbi veliko ljudi. Prvi patent za princip poljskega tranzistorja je v Kanadi vložil avstro-ogrski fizik Julius Edgar Lilienfeld 22. oktobra 1925, vendar Lilienfeld ni objavil nobenih znanstvenih člankov o svojih napravah in njegovo delo je industrija ignorirala. Tako je prvi tranzistor na svetu potonil v zgodovino. Leta 1934 je nemški fizik dr. Oskar Heil patentiral še en FET. Ni neposrednih dokazov, da so bile te naprave izdelane, vendar je kasnejše delo v 90. letih prejšnjega stoletja pokazalo, da je ena od Lilienfeldovih zasnov delovala, kot je opisano, in prinesla bistvene rezultate. Zdaj je že dobro znano in splošno sprejeto dejstvo, da sta William Shockley in njegov pomočnik Gerald Pearson ustvarila delovne različice aparata iz Lilienfeldovih patentov, kar seveda ni bilo nikoli omenjeno v nobenem njihovem kasnejšem znanstvenem ali zgodovinskem članku. Prvi tranzistorizirani računalniki so bili seveda zgrajeni veliko pozneje.
Bella Lab
Bell Labs je delal na tranzistorju, zgrajenem za proizvodnjo izjemno čistih germanijevih "kristalnih" mešalnih diod, ki se uporabljajo v radarskih napravah kot del frekvenčnega mešalnika. Vzporedno s tem projektom je bilo veliko drugih, vključno z germanijevim diodnim tranzistorjem. Zgodnja vezja na osnovi cevi niso imela hitrega preklapljanja, ekipa Bell pa je namesto tega uporabljala polprevodniške diode. Prvi tranzistorski računalniki so delovali na podobnem principu.
Nadaljnje raziskovanje Shockleyja
Po vojni se je Shockley odločil, da bo poskusil zgraditi polprevodniško napravo, podobno triodi. Zagotovil je financiranje in laboratorijski prostor, nato pa je delal na problemu z Bardeenom in Brattenom. John Bardeen je sčasoma razvil novo vejo kvantne mehanike, znano kot površinska fizika, da bi pojasnil svoje zgodnje neuspehe, in tem znanstvenikom je na koncu uspelo ustvariti delujočo napravo.
Ključ za razvoj tranzistorja je bilo nadaljnje razumevanje procesa mobilnosti elektronov v polprevodniku. Dokazano je bilo, da če obstaja način za nadzor pretoka elektronov od emiterja do kolektorja te na novo odkrite diode (odkrita 1874, patentirana 1906), bi lahko zgradili ojačevalnik. Na primer, če postavite kontakte na obe strani ene vrste kristala, tok ne bo tekel skozi njo.
Pravzaprav se je izkazalo, da je to zelo težko narediti. Velikostkristal bi moral biti bolj povprečen, število domnevnih elektronov (ali lukenj), ki jih je bilo treba "vbrizgati", pa je bilo zelo veliko, zaradi česar bi bil manj uporaben kot ojačevalnik, ker bi zahteval velik injekcijski tok. Vendar pa je bila celotna ideja kristalne diode, da lahko kristal sam zadrži elektrone na zelo kratki razdalji, medtem ko je skoraj na robu izčrpanja. Očitno je bilo ključno, da so vhodni in izhodni zatiči zelo blizu drug drugemu na površini kristala.
Bratten's Works
Bratten je začel delati na takšni napravi in namigi o uspehu so se še naprej pojavljali, ko je ekipa delala na težavi. Izum je trdo delo. Včasih sistem deluje, potem pa pride do druge napake. Včasih so rezultati Brattenovega dela nepričakovano začeli delovati v vodi, očitno zaradi njene visoke prevodnosti. Elektroni v katerem koli delu kristala migrirajo zaradi bližnjih nabojev. Elektroni v oddajnikih ali "luknjah" v kolektorjih so se nabrali neposredno na vrhu kristala, kjer prejmejo nasproten naboj in "plavajo" v zraku (ali vodi). Vendar pa bi jih bilo mogoče potisniti s površine z nanosom majhne količine naboja od kjer koli drugje na kristalu. Namesto da bi zahtevali veliko zalogo vbrizganih elektronov, bo zelo majhno število na pravem mestu na čipu naredilo isto stvar.
Nova izkušnja raziskovalcev je do neke mere pomagala rešitiprej naletel na problem majhnega nadzornega območja. Namesto da bi morali uporabiti dva ločena polprevodnika, povezana s skupnim, a majhnim območjem, bo uporabljena ena velika površina. Izhodi oddajnika in kolektorja bi bili na vrhu, krmilna žica pa bi bila nameščena na dnu kristala. Ko bi na "osnovni" terminal uporabili tok, bi se elektroni potisnili skozi polprevodniški blok in zbrali na oddaljeni površini. Dokler sta bila emiter in kolektor zelo blizu, bi to moralo zagotoviti dovolj elektronov ali lukenj med njima, da bi lahko začeli prevajati.
Bray Joining
Zgodnja priča tega pojava je bil Ralph Bray, mlad podiplomski študent. Novembra 1943 se je pridružil razvoju germanijevega tranzistorja na univerzi Purdue in dobil težko nalogo merjenja odpornosti proti puščanju kontakta kovina-polprevodnik. Bray je v nekaterih vzorcih germanija odkril številne anomalije, kot so notranje pregrade z visokim uporom. Najbolj radoveden pojav je bil izjemno nizek upor, opažen pri uporabi napetostnih impulzov. Prvi sovjetski tranzistorji so bili razviti na podlagi tega ameriškega razvoja.
preboj
16. decembra 1947 je bil z uporabo dvotočkovnega stika vzpostavljen stik z germanijevo površino, anodizirano na devetdeset voltov, elektrolit je bil izperjen v H2O in nato nekaj zlata je padlo na lise. Zlati kontakti so bili pritisnjeni ob gole površine. Razdelitev medpike so bile približno 4 × 10-3 cm Ena pika je bila uporabljena kot mreža, druga pa kot plošča. Deviacija (DC) na omrežju je morala biti pozitivna, da dobimo napetostni dobiček moči na plošči za približno petnajst voltov.
Izum prvega tranzistorja
Obstaja veliko vprašanj, povezanih z zgodovino tega čudežnega mehanizma. Nekatere od njih so bralcu znane. Na primer: zakaj so bili prvi tranzistorji ZSSR tipa PNP? Odgovor na to vprašanje se skriva v nadaljevanju celotne te zgodbe. Bratten in H. R. Moore sta popoldne 23. decembra 1947 več kolegom in menedžerjem v Bell Labs demonstrirala rezultat, ki so ga dosegli, zato se ta dan pogosto imenuje rojstni datum tranzistorja. Germanijev tranzistor s PNP-kontaktom je deloval kot govorni ojačevalnik z močjo 18. To je odgovor na vprašanje, zakaj so bili prvi tranzistorji ZSSR tipa PNP, ker so jih kupili od Američanov. Leta 1956 so John Bardeen, W alter Houser Bratten in William Bradford Shockley prejeli Nobelovo nagrado za fiziko za svoje raziskave polprevodnikov in odkritje učinka tranzistorja.
Dvanajst ljudi je zaslužnih za neposredno vpletenost v izum tranzistorja v Bell Labs.
Prvi tranzistorji v Evropi
Ob tem so nekateri evropski znanstveniki navdušeni nad idejo o polprevodniških ojačevalnikih. Avgusta 1948 sta nemška fizika Herbert F. Matare in Heinrich Welker, ki sta delala v Compagnie des Freins et Signaux Westinghouse v Aulnay-sous-Bois, Francija, je zaprosil za patent za ojačevalnik, ki temelji na manjšini tistega, kar so imenovali "tranzistor". Ker je Bell Labs tranzistorja objavil šele junija 1948, je veljalo, da je tranzistor neodvisno razvit. Mataré je najprej opazil učinke transkonduktivnosti pri proizvodnji silicijevih diod za nemško radarsko opremo med drugo svetovno vojno. Tranzistorji so bili komercialno izdelani za francosko telefonsko podjetje in vojsko, leta 1953 pa je bil na radijski postaji v Düsseldorfu demonstriran štiritranzistorski polprevodniški radio.
Bell Telephone Laboratories je potreboval ime za nov izum: polprevodniška trioda, trioda preizkušenih držav, kristalna trioda, trdna trioda in jotatron, toda "tranzistor", ki ga je skoval John R. Pierce, je bil očitni zmagovalec notranje glasovanje (delno zahvaljujoč bližini, ki so jo inženirji Bella razvili za pripono "-historic").
Prva svetovna komercialna proizvodna linija tranzistorjev je bila v tovarni Western Electric na Union Boulevardu v Allentownu v Pensilvaniji. Proizvodnja se je začela 1. oktobra 1951 s točkovnim germanijevim tranzistorjem.
Nadaljnja prijava
Do zgodnjih petdesetih let prejšnjega stoletja so ta tranzistor uporabljali v vseh vrstah proizvodnje, vendar so še vedno obstajale velike težave, ki so preprečevale njegovo širšo uporabo, kot sta občutljivost na vlago in krhkost žic, pritrjenih na kristale germanija.
Shockleyja so pogosto obtožiliplagiat zaradi dejstva, da je bilo njegovo delo zelo blizu delu velikega, a nepriznanega madžarskega inženirja. Toda odvetniki Bell Labs so težavo hitro rešili.
Kljub temu je bil Shockley ogorčen nad napadi kritikov in se je odločil pokazati, kdo je bil resnični možgani celotnega velikega epa izuma tranzistorja. Le nekaj mesecev pozneje je izumil popolnoma nov tip tranzistorja z zelo svojevrstno "sendvič strukturo". Ta nova oblika je bila veliko bolj zanesljiva od krhkega sistema točkovnega stika in prav ta oblika je bila uporabljena v vseh tranzistorjih šestdesetih let prejšnjega stoletja. Kmalu se je razvil v bipolarni spojni aparat, ki je postal osnova za prvi bipolarni tranzistor.
Statično indukcijsko napravo, prvi koncept visokofrekvenčnega tranzistorja, sta izumila japonska inženirja Jun-ichi Nishizawa in Y. Watanabe leta 1950 in je končno lahko ustvarila eksperimentalne prototipe leta 1975. To je bil najhitrejši tranzistor v osemdesetih letih.
Nadaljnji razvoj je vključeval razširjene sklopljene naprave, tranzistor s površinsko pregrado, difuzijo, tetrodo in pentodo. Difuzijski silicijev "mesa tranzistor" je bil razvit leta 1955 pri Bellu in komercialno na voljo pri Fairchild Semiconductor leta 1958. Vesolje je bila vrsta tranzistorja, razvita v petdesetih letih prejšnjega stoletja kot izboljšava v primerjavi s točkovnim kontaktnim tranzistorjem in kasnejšim tranzistorjem iz zlitine.
Leta 1953 je Filco razvil prvo visokofrekvenčno površino na svetupregradna naprava, ki je bila tudi prvi tranzistor, primeren za hitre računalnike. Prvi tranzistorizirani avtoradio na svetu, ki ga je izdelal Philco leta 1955, je v svojem vezju uporabljal površinske pregradne tranzistorje.
Reševanje in predelava problemov
Z rešitvijo problemov krhkosti je ostal problem čistoče. Proizvodnja germanija zahtevane čistosti se je izkazala za velik izziv in je omejila število tranzistorjev, ki bi lahko dejansko delovali iz dane serije materiala. Temperaturna občutljivost germanija je prav tako omejila njegovo uporabnost.
Znanstveniki domnevajo, da bi bilo silicij lažje izdelati, a le malo jih je raziskalo to možnost. Morris Tanenbaum pri Bell Laboratories je bil prvi, ki je razvil delujoč silicijev tranzistor 26. januarja 1954. Nekaj mesecev pozneje je Gordon Teal, ki je delal sam pri Texas Instruments, razvil podobno napravo. Obe napravi sta bili izdelani z nadzorovanjem dopinga posameznih kristalov silicija, ko so bili vzgojeni iz staljenega silicija. Višjo metodo sta razvila Morris Tanenbaum in Calvin S. Fuller pri Bell Laboratories v začetku leta 1955 s plinasto difuzijo donorskih in akceptorskih nečistoč v monokristalne silicijeve kristale.
Tranzistorji z učinkom polja
FET sta prvič patentirala Julis Edgar Lilienfeld leta 1926 in Oskar Hale leta 1934, vendar so bile razvite praktične polprevodniške naprave (tranzistorji z učinkom prehodnega polja [JFET]).kasneje, potem ko je ekipa Williama Shockleyja v Bell Labs leta 1947 opazila in pojasnila učinek tranzistorja, takoj po izteku dvajsetletnega patentnega obdobja.
Prva vrsta JFET je bil statični indukcijski tranzistor (SIT), ki sta ga leta 1950 izumila japonska inženirja Jun-ichi Nishizawa in Y. Watanabe. SIT je vrsta JFET s kratko dolžino kanala. Kovinski oksid-polprevodniški polprevodniški polprevodniški tranzistor (MOSFET), ki je v veliki meri izpodrinil JFET in močno vplival na razvoj elektronske elektronike, sta izumila Dawn Kahng in Martin Atalla leta 1959.
FET-ji so lahko naprave z večinskim polnjenjem, v katerih tok prenašajo pretežno večinski nosilci, ali naprave z manjšim nosilcem naboja, pri katerih tok poganja predvsem tok manjšinskega nosilca. Naprava je sestavljena iz aktivnega kanala, skozi katerega tečejo nosilci naboja, elektroni ali luknje iz vira v kanalizacijo. Izhodni in odtočni terminali so povezani s polprevodnikom preko ohmskih kontaktov. Prevodnost kanala je funkcija potenciala, ki se uporablja na terminalih vrat in vira. To načelo delovanja je povzročilo nastanek prvih vseh valovnih tranzistorjev.
Vsi FET imajo priključke za izvor, odtok in vrata, ki približno ustrezajo oddajniku, kolektorju in bazi BJT. Večina FET-jev ima četrti terminal, imenovan telo, osnova, ozemljitev ali substrat. Ta četrti terminal služi za pristranskost tranzistorja v obratovanje. Redko je netrivialna uporaba paketnih terminalov v vezjih, vendar je njegova prisotnost pomembna pri nastavitvi fizične postavitve integriranega vezja. Velikost vrat, dolžina L v diagramu, je razdalja med virom in odtokom. Širina je razširitev tranzistorja v smeri, ki je pravokotna na presek na diagramu (tj. v/iz zaslona). Običajno je širina veliko večja od dolžine vrat. Dolžina vrat 1 µm omejuje zgornjo frekvenco na približno 5 GHz, od 0,2 do 30 GHz.
