Kush krijoi transistorin e parë? Kjo pyetje shqetëson shumë njerëz. Patenta e parë për parimin e transistorit të efektit në terren u depozitua në Kanada nga fizikani austro-hungarez Julius Edgar Lilienfeld më 22 tetor 1925, por Lilienfeld nuk publikoi asnjë punim shkencor në pajisjet e tij dhe puna e tij u injorua nga industria. Kështu, tranzistori i parë në botë është zhytur në histori. Në vitin 1934, fizikani gjerman Dr. Oskar Heil patentoi një tjetër FET. Nuk ka asnjë provë të drejtpërdrejtë që këto pajisje ishin ndërtuar, por puna e mëvonshme në vitet 1990 tregoi se një nga dizajnet e Lilienfeld funksionoi siç përshkruhet dhe dha një rezultat të konsiderueshëm. Tani është një fakt i njohur dhe përgjithësisht i pranuar se William Shockley dhe ndihmësi i tij Gerald Pearson krijuan versione pune të aparatit nga patentat e Lilienfeld, të cilat, natyrisht, nuk u përmendën kurrë në asnjë nga punimet e tyre të mëvonshme shkencore ose artikuj historikë. Kompjuterët e parë të tranzistorizuar, natyrisht, u ndërtuan shumë më vonë.
Bella Lab
Bell Labs punoi në një tranzistor të ndërtuar për të prodhuar dioda mikser "kristal" jashtëzakonisht të pastër të germaniumit të përdorura në instalimet e radarëve si pjesë e mikserit të frekuencës. Paralelisht me këtë projekt, kishte shumë të tjerë, duke përfshirë tranzistorin me diodë germanium. Qarqet e hershme të bazuara në tuba nuk kishin aftësi të ndërrimit të shpejtë, dhe ekipi Bell përdori dioda në gjendje të ngurtë në vend të tyre. Kompjuterët e parë me tranzistor funksionuan në një parim të ngjashëm.
Eksplorim i mëtejshëm i Shockley
Pas luftës, Shockley vendosi të përpiqej të ndërtonte një pajisje gjysmëpërçuese të ngjashme me triodën. Ai siguroi fondet dhe hapësirën laboratorike, dhe më pas punoi për problemin me Bardeen dhe Bratten. John Bardeen përfundimisht zhvilloi një degë të re të mekanikës kuantike të njohur si fizika e sipërfaqes për të shpjeguar dështimet e tij të hershme, dhe këta shkencëtarë përfundimisht arritën të krijonin një pajisje pune.
Çelësi për zhvillimin e tranzistorit ishte kuptimi i mëtejshëm i procesit të lëvizshmërisë së elektroneve në një gjysmëpërçues. U vërtetua se nëse do të kishte ndonjë mënyrë për të kontrolluar rrjedhën e elektroneve nga emetuesi në kolektor të kësaj diode të sapo zbuluar (zbuluar 1874, patentuar 1906), mund të ndërtohej një përforcues. Për shembull, nëse vendosni kontakte në të dyja anët e një lloji kristali, asnjë rrymë nuk do të rrjedhë nëpër të.
Në fakt, doli të ishte shumë e vështirë për t'u bërë. Permasakristali do të duhej të ishte më mesatar, dhe numri i elektroneve (ose vrimave) të supozuara që duheshin "injektuar" ishte shumë i madh, gjë që do ta bënte atë më pak të dobishëm se sa një amplifikator, sepse do të kërkonte një rrymë të madhe injektimi. Sidoqoftë, e gjithë ideja e diodës kristal ishte që vetë kristali mund të mbante elektronet në një distancë shumë të shkurtër, ndërsa ishte pothuajse në prag të varfërimit. Me sa duket, çelësi ishte mbajtja e kunjave të hyrjes dhe daljes shumë afër njëri-tjetrit në sipërfaqen e kristalit.
Punët e Bratten
Bratten filloi të punonte në një pajisje të tillë dhe sugjerimet e suksesit vazhduan të shfaqen ndërsa ekipi punonte për problemin. Shpikja është punë e vështirë. Ndonjëherë sistemi funksionon, por më pas ndodh një dështim tjetër. Ndonjëherë rezultatet e punës së Bratten filluan të funksionojnë papritur në ujë, me sa duket për shkak të përçueshmërisë së tij të lartë. Elektronet në çdo pjesë të kristalit migrojnë për shkak të ngarkesave të afërta. Elektronet në emetues ose "vrima" në kolektorë grumbullohen drejtpërdrejt në majë të kristalit, ku marrin ngarkesën e kundërt, "lundruese" në ajër (ose ujë). Megjithatë, ato mund të shtyhen nga sipërfaqja duke aplikuar një sasi të vogël ngarkese nga kudo tjetër në kristal. Në vend që të kërkojë një furnizim të madh elektronesh të injektuara, një numër shumë i vogël në vendin e duhur në çip do të bëjë të njëjtën gjë.
Përvoja e re e studiuesve në një farë mase ndihmoi për të zgjidhurproblemi i hasur më parë i një zone të vogël kontrolli. Në vend që të përdorni dy gjysmëpërçues të veçantë të lidhur nga një zonë e përbashkët por e vogël, do të përdoret një sipërfaqe e madhe. Daljet e emetuesit dhe kolektorit do të jenë në krye, dhe teli i kontrollit do të vendoset në bazën e kristalit. Kur një rrymë aplikohej në terminalin "bazë", elektronet do të shtyheshin përmes bllokut gjysmëpërçues dhe do të mblidheshin në sipërfaqen e largët. Për sa kohë që emetuesi dhe kolektori ishin shumë afër, kjo do të duhej të siguronte mjaftueshëm elektrone ose vrima ndërmjet tyre për të filluar përcjelljen.
Bray Joining
Një dëshmitar i hershëm i këtij fenomeni ishte Ralph Bray, një student i ri i diplomuar. Ai iu bashkua zhvillimit të tranzistorit të germaniumit në Universitetin Purdue në nëntor 1943 dhe iu dha detyra e vështirë për të matur rezistencën ndaj rrjedhjeve të një kontakti metal-gjysmëpërçues. Bray gjeti shumë anomali, të tilla si barriera të brendshme me rezistencë të lartë në disa mostra të germaniumit. Fenomeni më kurioz ishte rezistenca jashtëzakonisht e ulët e vërejtur kur u aplikuan impulset e tensionit. Transistorët e parë sovjetikë u zhvilluan në bazë të këtyre zhvillimeve amerikane.
Përparim
16 dhjetor 1947, duke përdorur një kontakt me dy pika, kontakti u bë me një sipërfaqe germanium të anodizuar në nëntëdhjetë volt, elektroliti u la në H2O, dhe më pas i ra njolla pak ar. Kontaktet prej ari u shtypën në sipërfaqe të zhveshura. Ndarja ndërmjetpikat ishin rreth 4 × 10-3 cm. Njëra pikë përdorej si rrjet dhe tjetra si pjatë. Devijimi (DC) në rrjet duhej të ishte pozitiv për të marrë një fitim të fuqisë së tensionit në të gjithë paragjykimin e pllakës prej rreth pesëmbëdhjetë volt.
Shpikja e tranzistorit të parë
Ka shumë pyetje që lidhen me historinë e këtij mekanizmi mrekulli. Disa prej tyre janë të njohura për lexuesin. Për shembull: pse ishin transistorët e parë të llojit PNP të BRSS? Përgjigja për këtë pyetje qëndron në vazhdimin e gjithë kësaj historie. Bratten dhe H. R. Moore u demonstruan disa kolegëve dhe menaxherëve në Bell Labs pasditen e 23 dhjetorit 1947, rezultatin që kishin arritur, prandaj kjo ditë shpesh quhet data e lindjes së tranzistorit. Një transistor gjermaniumi me kontakt PNP funksionoi si përforcues i të folurit me fuqi 18. Kjo është përgjigja e pyetjes pse transistorët e parë të BRSS ishin të tipit PNP, sepse ishin blerë nga amerikanët. Në vitin 1956, John Bardeen, W alter Houser Bratten dhe William Bradford Shockley u nderuan me Çmimin Nobel në Fizikë për kërkimin e tyre mbi gjysmëpërçuesit dhe zbulimin e efektit të transistorit.
Dymbëdhjetë njerëz vlerësohen si të përfshirë drejtpërdrejt në shpikjen e tranzistorit në Bell Labs.
Tranzistorët e parë në Evropë
Në të njëjtën kohë, disa shkencëtarë evropianë u emocionuan për idenë e amplifikatorëve në gjendje të ngurtë. Në gusht 1948, fizikanët gjermanë Herbert F. Matare dhe Heinrich Welker, të cilët punuan në Compagnie des Freins et Signaux Westinghouse në Aulnay-sous-Bois, Francë, aplikoi për një patentë për një përforcues bazuar në një pakicë të asaj që ata e quanin "tranzistor". Për shkak se Bell Labs nuk e publikoi tranzitorin deri në qershor 1948, transistori u konsiderua i zhvilluar në mënyrë të pavarur. Mataré së pari vëzhgoi efektet e transpërcueshmërisë në prodhimin e diodave të silikonit për pajisjet gjermane të radarit gjatë Luftës së Dytë Botërore. Transistorët u bënë komercialisht për kompaninë telefonike franceze dhe ushtrinë, dhe në vitin 1953 një radio me katër tranzistorë u demonstrua në një radio stacion në Düsseldorf.
Laboratorët e telefonit Bell kishin nevojë për një emër për një shpikje të re: Trioda gjysmëpërçuese, Trioda e shteteve të sprovuara, Trioda e kristalit, Trioda e ngurtë dhe Jotatron u konsideruan të gjitha, por "transistori" i shpikur nga John R. Pierce ishte fituesi i qartë i një vota e brendshme (pjesërisht falë afërsisë së inxhinierëve Bell të zhvilluar për prapashtesën "-historike").
Linja e parë komerciale e prodhimit të transistorëve në botë ishte në uzinën Western Electric në bulevardin Union në Allentown, Pensilvani. Prodhimi filloi më 1 tetor 1951 me një tranzistor germanium kontaktues.
Aplikim i mëtejshëm
Deri në fillim të viteve 1950, ky tranzistor përdorej në të gjitha llojet e prodhimit, por kishte ende probleme të rëndësishme që pengonin përdorimin më të gjerë të tij, si ndjeshmëria ndaj lagështirës dhe brishtësia e telave të lidhur me kristalet e germaniumit.
Për Shockley akuzohej shpeshplagjiaturë për faktin se puna e tij ishte shumë afër punës së inxhinierit të madh, por të panjohur hungarez. Por avokatët e Bell Labs e zgjidhën shpejt çështjen.
Megjithatë, Shockley u zemërua nga sulmet e kritikëve dhe vendosi të demonstronte se kush ishte truri i vërtetë i gjithë eposit të madh të shpikjes së tranzistorit. Vetëm disa muaj më vonë, ai shpiku një lloj krejtësisht të ri të tranzistorit me një "strukturë sanduiç" shumë të veçantë. Kjo formë e re ishte shumë më e besueshme se sistemi i brishtë i kontaktit me pikë dhe ishte kjo formë që përfundoi duke u përdorur në të gjithë transistorët e viteve 1960. Shpejt u zhvillua në aparatin e kryqëzimit bipolar, i cili u bë baza për transistorin e parë bipolar.
Pajisja e induksionit statik, koncepti i parë i transistorit me frekuencë të lartë, u shpik nga inxhinierët japonezë Jun-ichi Nishizawa dhe Y. Watanabe në 1950 dhe më në fund ishte në gjendje të krijonte prototipe eksperimentale në 1975. Ishte transistori më i shpejtë në vitet 1980.
Zhvillimet e mëtejshme përfshinin pajisje të bashkuara të zgjatura, transistor pengues sipërfaqësor, difuzion, tetrode dhe pentodë. Silikoni i difuzionit "mesa transistor" u zhvillua në 1955 në Bell dhe i disponueshëm komercialisht nga Fairchild Semiconductor në 1958. Hapësira ishte një lloj transistori i zhvilluar në vitet 1950 si një përmirësim mbi transistorin e kontaktit me pikë dhe transistorin e mëvonshëm të aliazhit.
Në vitin 1953, Filco zhvilloi sipërfaqen e parë në botë me frekuencë të lartëpajisje barriere, e cila ishte gjithashtu tranzistori i parë i përshtatshëm për kompjuterë me shpejtësi të lartë. Radioja e parë e makinave me transistor në botë, e prodhuar nga Philco në 1955, përdori transistorë sipërfaqësor pengues në qarkun e saj.
Zgjidhja dhe ripërpunimi i problemit
Me zgjidhjen e problemeve të brishtësisë, problemi i pastërtisë mbeti. Prodhimi i germaniumit të pastërtisë së kërkuar doli të ishte një sfidë e madhe dhe kufizoi numrin e transistorëve që mund të punonin në të vërtetë nga një grup i caktuar materiali. Ndjeshmëria ndaj temperaturës së germaniumit gjithashtu kufizoi dobinë e tij.
Shkencëtarët kanë spekuluar se silikoni do të ishte më i lehtë për t'u prodhuar, por pak e kanë eksploruar mundësinë. Morris Tanenbaum në Bell Laboratories ishte i pari që zhvilloi një transistor silikoni funksional më 26 janar 1954. Disa muaj më vonë, Gordon Teal, duke punuar vetë në Texas Instruments, zhvilloi një pajisje të ngjashme. Të dyja këto pajisje u bënë duke kontrolluar dopingun e kristaleve të vetme të silikonit pasi ato rriteshin nga silikoni i shkrirë. Një metodë më e lartë u zhvillua nga Morris Tanenbaum dhe Calvin S. Fuller në Bell Laboratories në fillim të vitit 1955 me anë të difuzionit të gaztë të papastërtive të donatorëve dhe pranuesve në kristale silikoni me një kristal.
Tranzistorë me efekt në terren
FET u patentua për herë të parë nga Julis Edgar Lilienfeld në 1926 dhe Oskar Hale në 1934, por pajisjet praktike gjysmëpërçuese (tranzistorë me efekt të fushës së tranzicionit [JFET]) u zhvilluanmë vonë, pasi efekti i tranzitorit u vëzhgua dhe u shpjegua nga ekipi i William Shockley në Bell Labs në 1947, vetëm pasi kishte skaduar periudha njëzetvjeçare e patentës.
Lloji i parë i JFET ishte transistori me induksion statik (SIT) i shpikur nga inxhinierët japonezë Jun-ichi Nishizawa dhe Y. Watanabe në 1950. SIT është një lloj JFET me një gjatësi kanali të shkurtër. Transistori me efekt në terren gjysmëpërçues metal-oksid-gjysëmpërçues (MOSFET), i cili kryesisht zëvendësoi JFET dhe ndikoi thellësisht në zhvillimin e elektronikës, u shpik nga Dawn Kahng dhe Martin Atalla në vitin 1959.
FET mund të jenë pajisje të ngarkesës së shumicës, në të cilat rryma bartet kryesisht nga transportuesit më të shumtë, ose pajisje transportuese më të vogla të ngarkesës, në të cilat rryma drejtohet kryesisht nga rryma e transportuesit të pakicës. Pajisja përbëhet nga një kanal aktiv përmes të cilit transportuesit e ngarkesës, elektronet ose vrimat rrjedhin nga burimi në kanalizim. Terminalet e burimit dhe kullimit janë të lidhura me gjysmëpërçuesin përmes kontakteve omike. Përçueshmëria e kanalit është një funksion i potencialit të aplikuar nëpër terminalet e portës dhe burimit. Ky parim i funksionimit shkaktoi transistorët e parë me të gjitha valët.
Të gjithë FET kanë terminale burimi, kullimi dhe porta që përafërsisht korrespondojnë me emetuesin, kolektorin dhe bazën e BJT. Shumica e FET-ve kanë një terminal të katërt të quajtur trup, bazë, tokë ose nënshtresë. Ky terminal i katërt shërben për të anuar tranzistorin në shërbim. Është e rrallë të bësh përdorim jo të parëndësishëm të terminaleve të paketave në qarqe, por prania e tij është e rëndësishme kur vendosni paraqitjen fizike të një qarku të integruar. Madhësia e portës, gjatësia L në diagram, është distanca midis burimit dhe kullimit. Gjerësia është zgjerimi i tranzistorit në një drejtim pingul me seksionin kryq në diagram (d.m.th. brenda / jashtë ekranit). Zakonisht gjerësia është shumë më e madhe se gjatësia e portës. Një gjatësi e portës prej 1 µm kufizon frekuencën e sipërme në afërsisht 5 GHz, nga 0,2 në 30 GHz.
