• Новости
• Блоги
• Аналитика
• Новости компаний
• В СНГ и в мире
• Анонсы

Юбилей: транзистору исполнилось 60

В конце 1947 г. состоялась первая демонстрация физического эффекта, названного транзисторным. Изобретение транзистора ознаменовало начало эпохи информатики.

Во второй половине 1940-х гг. началась разработка масштабных телекоммуникационных проектов: радио, телефонии, телевидения. Только что окончилась Вторая мировая война, Европа лежала в руинах, и фактически единственным исполнителем этих планов могли стать и стали США – их территория осталась незатронутой боями, а научно-промышленный потенциал резко вырос благодаря притоку европейских специалистов и исследованиям в области атомного оружия, радиолокации, СВЧ-электроники. В самих США застрельщиком телекоммуникационного прорыва стала ведущая в этой сфере фирма «Белл телефон», которая выдвинула проект глобальной связи, т.е. связи любого жителя Земли с кем и когда угодно. Первые же оценки показали, что главным препятствием на пути этого престижного проекта станет несовершенство электронных ламп и электромеханических реле – необходимо было создать принципиально новые, не вакуумные и не механические, твердотельные элементы для усиления и коммутации электрических сигналов. К этому времени благодаря разработкам полупроводниковых детекторов для радиолокаторов уже были достигнуты значительные успехи в получении совершенных кристаллов полупроводников, лучшими оказались германий и кремний.

Через два года напряженной работы

искомый физический эффект, названный транзисторным, был открыт, его первая, внутрифирменная, демонстрация состоялась 23 декабря 1947 г. Тогда же был представлен и работающий на этом эффекте прибор – точечный транзистор, запатентованный Дж. Бардином и У. Браттейном. Он представлял собой кристалл германия («база»), к которому были прижаты рядом друг с другом две пружинящие иголочки («эмиттер» и «коллектор») – включая их в электрическую схему в различных комбинациях можно было получить усиление электрической мощности, тока, напряжения. Хотя принцип был успешно продемонстрирован, сразу же стало очевидно, что точечный транзистор весьма несовершенен и громоздок, ненадежен, невоспроизводим по характеристикам, которые к тому же с течением времени непрогнозируемо «ползут». И уже через месяц руководитель группы У. Шокли, блестящий знаток теории полупроводников, предложил принципиально новый плоскостной транзистор, в котором вместо ненадежных иголочек использовались р-п-переходы – специальные зоны, сформированные внутри кристалла германия.

На общественной презентации в Нью-Йорке 30 июня 1948 г. демонстрировался только точечный транзистор, новое подхватили несколько американских фирм, прибор оказался удобным для слуховых аппаратов и другой миниатюрной аппаратуры, его начали производить и это продолжалось в течение нескольких лет, пока он не уступил место изобретению Шокли.

Первые образцы плоскостных транзисторов

были изготовлены в 1950 г., сразу же получили широкое применение, в том числе и для военных целей в Корейской войне (1950-53 гг.). Но война обнаружила и их слабые стороны – недостаточно высокую рабочую температуру и заметную нестабильность характеристик во времени, поэтому с середины 1950-х гг. стали переходить на кремний. После разработки в 1958-59 гг. планарной технологии, объединившей высокопрецизионные методы групповой обработки кремниевых пластин, такие, как эпитаксия, диффузия, фотолитография, напыление тонких пленок и др., достоинства транзисторов проявились в полной мере. Сверхминиатюрность, ничтожная потребляемая мощность, высокое быстродействие, стойкость к жестким механическим воздействиям, практически абсолютная надежность и неограниченная долговечность, низкая стоимость – все это не могло идти ни в какое сравнение с теми же характеристиками электронных ламп и реле. Но еще важнее оказалась способность транзисторов к интеграции в микросхемы, первые дееспособные образцы которых были созданы в 1959-60 гг. И в своей дальнейшей истории транзистор стал приходить к пользователю главным образом в составе микросхемы, но от этого его значимость не уменьшилась.

Революционная роль изобретения транзистора в радиоэлектронике, вычислительной технике, телевидении, связи, военной электронике стали очевидны еще до начала века интегральных схем, и в 1956 г. Дж. Бардин, У. Браттейн, У. Шокли были удостоены Нобелевской премии «за исследование полупроводников и открытие транзисторного эффекта».

Наша страна

несмотря на жесточайшую послевоенную разруху оперативно и первой в Европе отреагировала на сообщения об изобретении транзистора. Этому способствовали давние традиции, сложившиеся у нас в полупроводниковой науке и технике. Напомним, что еще в 1922 году юный радиолюбитель О. Лосев в Нижегородской лаборатории обнаружил, что некоторые специальные образцы карбидокремниевых точечных детекторов способны проявлять усилительные свойства. Радиоприемники, основанные на этом эффекте и получившие в мире название «кристадины Лосева», с успехом изготавливались в течение нескольких лет, но были вытеснены радиоламповыми приемниками. В 1930-е годы мировую известность приобрела полупроводниковая школа ленинградского академика А.Ф. Иоффе, выполнившая ряд фундаментальных исследований в области термо- и фотоэлектрических свойств полупроводников. С конца войны технологические разработки германиевых и кремниевых детекторов  для радиолокации активно проводились под руководством С.Г. Калашникова в Москве и А.В. Красилова в подмосковном Фрязино.

По инициативе академика А.И. Берга, идейного лидера тогдашней радиоэлектроники, и  А.И. Шокина, руководителя электронной промышленности, воспроизведение точечного транзистора было поручено А.В. Красилову, что и состоялось весной 1949 года. Дальнейшие разработки транзисторов проводились уже в специально созданном (в 1953 г.) НИИ полупроводниковой электроники (ныне НПП «Пульсар»). В 1953-54 гг. в содружестве с учеными Академии наук были воспроизведены и первые германиевые плоскостные транзисторы П1.  Во второй половине 1950-х гг. в полупроводники пришло  много молодых талантливых разработчиков и наряду с воспроизведением американских аналогов у нас начали появляться собственные оригинальные разработки, превосходящие мировой уровень, такие как сплавно-диффузионные и термоконверсионные транзисторы. Характерно, что в передатчике первого искусственного спутника Земли (1957 г.) были использованы именно сплавно-диффузионные транзисторы П401 – наши успехи в космосе и в транзисторах явились миру одновременно.
* * *      
Создание транзисторов, их теории и технологии породило веер изобретений в самых разных сферах твердотельной электроники: это тиристоры и силовые транзисторы для электротехники, приборы с зарядовой связью для видеокамер, светодиоды, полупроводниковые лазеры, не говоря уже о микросхемах. Изобретение транзистора ознаменовало начало века информатики.