kategorier: Udvalgte artikler » Interessante fakta
Antal visninger: 36129
Kommentarer til artiklen: 9
Transistor historie
En af de markante opfindelser fra det XX århundrede overvejes transistor opfindelseder kom til at udskifte de elektroniske lamper.
I lang tid var lamper den eneste aktive komponent i alle elektroniske enheder, skønt de havde mange mangler. Først og fremmest er det et stort strømforbrug, store dimensioner, kort levetid og lav mekanisk styrke. Disse mangler blev følt mere og mere skarpt med forbedring og sofistikering af elektronisk udstyr.
En revolutionerende revolution inden for radioteknik fandt sted, når forældede lamper blev erstattet af halvlederforstærkerenheder - transistorer, uden alle de nævnte ulemper.
Den første operationelle transistor blev født i 1947 takket være indsatsen fra medarbejdere i det amerikanske selskab Bell Telefon Laboratories. Deres navne er nu kendt over hele verden. Disse er forskere - fysikere W. Shockley, D. Bardin og W. Brighten. Allerede i 1956 blev alle tre tildelt Nobelprisen i fysik for denne opfindelse.
Men som mange store opfindelser blev transistoren ikke umiddelbart bemærket. Kun i en af de amerikanske aviser blev det nævnt, at Bell Phone Laboratories demonstrerede sin enhed kaldet en transistor. Det blev også sagt, at det kan bruges i nogle områder inden for elektroteknik i stedet for elektronrør.
Den viste transistor var i form af en lille metalcylinder 13 mm lang og blev demonstreret i en modtager, der ikke havde elektronrør. Derudover hævdede virksomheden, at enheden ikke kun kan bruges til forstærkning, men også til generering eller konvertering af et elektrisk signal.
Fig. 1. Den første transistor
Fig. 2. John Bardin, William Shockley og Walter Brattain. For samarbejde om at udvikle verdens første operationelle transistor i 1948 delte de Nobelprisen i 1956.
Men transistorens evner, som faktisk mange andre store opdagelser, blev ikke umiddelbart forstået og værdsat. For at vække interessen for den nye enhed annoncerede Bell den fast på seminarer og artikler og gav alle en licens til at fremstille den.
Producenter af elektroniske lamper så ikke en seriøs konkurrent inden for transistoren, fordi det var umuligt på én gang at slå en tredieårs historie med produktion af lamper med flere hundrede design og investeringer på flere millioner dollars i deres udvikling og produktion. Derfor trådte transistoren ind i elektronikken ikke så hurtigt, da æraen med elektronrør stadig var ved.
Fig. 3. Transistor og elektronisk lampe
Første trin til halvledere
Siden oldtiden blev to typer materialer hovedsageligt brugt i elektroteknik - ledere og dielektrik (isolatorer). Metaller, saltopløsninger og nogle gasser har evnen til at lede strøm. Denne evne skyldes tilstedeværelsen i lederne af gratis ladningsbærere - elektroner. I ledere løsnes elektroner ganske let fra atomet, men de metaller, der har lav modstand (kobber, aluminium, sølv, guld) er mest velegnede til at overføre elektrisk energi.
Isolatorer inkluderer stoffer med høj modstand, deres elektroner er meget tæt bundet til atomet. Disse er porcelæn, glas, gummi, keramik, plast. Der er derfor ingen gratis afgifter i disse stoffer, og der er derfor ingen elektrisk strøm.
Det er passende at huske ordlyden fra fysikbøger, at elektrisk strøm er retningsbevægelsen for elektrisk ladede partikler under påvirkning af et elektrisk felt. I isolatorer er der simpelthen intet at bevæge sig under påvirkning af et elektrisk felt.
I processen med at studere elektriske fænomener i forskellige materialer kunne nogle forskere imidlertid "føle" for halvledereffekter.For eksempel blev den første krystallinske detektor (diode) skabt i 1874 af den tyske fysiker Karl Ferdinand Brown baseret på kontakten mellem bly og pyrit. (Pyrit er en jernpyrit; når den rammer en stol, udskæres en gnist, hvorfor det fik navnet fra den græske ”fest” - ild). Senere har denne detektor med succes erstattet kohereren i de første modtagere, hvilket markant øgede deres følsomhed.
I 1907 fandt Beddecker, der studerede jodkobbers ledningsevne, at dens ledningsevne stiger 24 gange i nærvær af en uren urenhed, selvom jod i sig selv ikke er en leder. Men alle disse var tilfældige opdagelser, som ikke kunne gives en videnskabelig begrundelse. En systematisk undersøgelse af halvledere begyndte først i 1920 - 1930 år.
Et stort bidrag til studiet af halvledere blev ydet af en sovjetisk videnskabsmand ved det berømte Nizhny Novgorod radiolaboratorium O.V. Losev. Han gik ned i historien primært som opfinderen af cristadin (en oscillator og forstærker baseret på en diode) og en LED. Se mere om dette her: Historie om lysdioder. Glød af Losev.
Da morgentransportproduktionen var morgen, var den vigtigste halvleder Germanium (Ge). Med hensyn til energiforbrug er det meget økonomisk, spændingen til at låse dets pn-kryds ud er kun 0,1 ... 0,3 V, men mange parametre er ustabile, så det erstattede silicium (Si).
Temperaturen, hvorpå germanium-transistorer kan betjenes, er ikke over 60 grader, mens silicium-transistorer kan fortsætte med at arbejde ved 150. Silicium, som en halvleder, overgår Germanium i andre egenskaber, primært i frekvens.
Derudover er reserverne af silicium (almindeligt sand på stranden) i naturen ubegrænset, og teknologien til rengøring og forarbejdning af den er enklere og billigere end det sjældne i naturelementet i germanium. Den første siliciumtransistor optrådte kort efter den første germaniumtransistor - i 1954. Denne begivenhed indebar endda et nyt navn "siliciumtid", ikke at forveksle med stenen!
Fig. 4. Udviklingen af transistorer
Mikroprocessorer og halvledere. Silicon Age Sunset
Har du nogensinde spekuleret på, hvorfor næsten alle computere for nylig er blevet multi-core? Udtrykkene dual-core eller quad-core er fælles for alle. Faktum er, at stigningen i mikroprocessorens ydeevne ved at øge urfrekvensen og øge antallet af transistorer i en pakke for siliciumstrukturer er næsten tæt på grænsen.
En stigning i antallet af halvledere i et hus opnås ved at reducere deres fysiske dimensioner. I 2011 udviklede INTEL allerede en 32 nm procesteknologi, hvor transistorkanalens længde kun er 20 nm. En sådan reduktion medfører imidlertid ikke en mærkbar stigning i urfrekvensen, da det var op til 90 nm teknologi. Det er åbenlyst, at det er tid til at gå videre til noget fundamentalt nyt.
Fig. 5. Historie af transistorer
Graphene - fremtidens halvleder
I 2004 opdagede fysikere et nyt halvledermateriale. graphene. Denne vigtigste kandidat til siliciumerstatning er også et kulstofgruppemateriale. På basis af dette oprettes en transistor, der fungerer i tre forskellige tilstande.
Fig. 6. Graphene
Fig. 7. Billede af en feltgrafentransistor opnået ved hjælp af et scanningselektronmikroskop
Sammenlignet med eksisterende teknologier giver dette mulighed for at reducere antallet af transistorer i et tilfælde med nøjagtigt tre gange. Derudover kan, ifølge forskere, driftsfrekvenserne for det nye halvledermateriale nå op til 1000 GHz. Parametrene er selvfølgelig meget fristende, men indtil videre er den nye halvleder på udviklings- og studietrin, og silicium er stadig en arbejdshest. Hans alder er endnu ikke afsluttet.
Boris Aladyshkin
Se også på elektrohomepro.com
: