Ni nani aliyeunda transistor ya kwanza? Swali hili linasumbua watu wengi. Hati miliki ya kwanza ya kanuni ya transistor ya athari ya shamba iliwasilishwa nchini Kanada na mwanafizikia wa Austro-Hungarian Julius Edgar Lilienfeld mnamo Oktoba 22, 1925, lakini Lilienfeld hakuchapisha karatasi zozote za kisayansi kwenye vifaa vyake na kazi yake ilipuuzwa na tasnia. Kwa hivyo, transistor ya kwanza ulimwenguni imezama kwenye historia. Mnamo 1934, mwanafizikia wa Ujerumani Dk. Oskar Heil aliweka hati miliki ya FET nyingine. Hakuna ushahidi wa moja kwa moja kwamba vifaa hivi vilijengwa, lakini kazi ya baadaye katika miaka ya 1990 ilionyesha kuwa moja ya miundo ya Lilienfeld ilifanya kazi kama ilivyoelezwa na ikatoa matokeo makubwa. Sasa ni ukweli unaojulikana na unaokubalika kwa ujumla kwamba William Shockley na msaidizi wake Gerald Pearson waliunda matoleo ya kufanya kazi ya vifaa kutoka kwa hati miliki za Lilienfeld, ambayo, kwa kweli, haikutajwa kamwe katika karatasi zao za kisayansi za baadaye au nakala za kihistoria. Kompyuta za kwanza zilizobadilishwa, bila shaka, ziliundwa baadaye sana.
Bella Lab
Maabara ya Kengele yalifanya kazi kwenye kibadilishaji sauti kilichoundwa ili kuzalisha vichanganyiko vya "crystal" safi kabisa vinavyotumika katika usakinishaji wa rada kama sehemu ya kichanganya masafa. Sambamba na mradi huu, kulikuwa na wengine wengi, ikiwa ni pamoja na transistor ya diode ya germanium. Saketi za awali za mirija hazikuwa na uwezo wa kubadili haraka, na timu ya Bell ilitumia diodi za hali dhabiti badala yake. Kompyuta za kwanza za transistor zilifanya kazi kwa kanuni sawa.
Ugunduzi zaidi wa Shockley
Baada ya vita, Shockley aliamua kujaribu kutengeneza kifaa cha semiconductor kinachofanana na triode. Alipata ufadhili na nafasi ya maabara, na kisha akashughulikia shida na Bardeen na Bratten. Hatimaye John Bardeen alitengeneza tawi jipya la quantum mechanics linalojulikana kama fizikia ya uso ili kueleza kushindwa kwake mapema, na hatimaye wanasayansi hawa walifanikiwa kuunda kifaa cha kufanya kazi.
Ufunguo wa ukuzaji wa transistor ulikuwa uelewa zaidi wa mchakato wa uhamaji wa elektroni katika semicondukta. Ilithibitishwa kuwa ikiwa kulikuwa na njia fulani ya kudhibiti mtiririko wa elektroni kutoka kwa emitter hadi kwa mtozaji wa diode hii mpya iliyogunduliwa (iliyogunduliwa 1874, yenye hati miliki 1906), amplifier inaweza kujengwa. Kwa mfano, ukiweka waasiliani kila upande wa aina moja ya fuwele, hakuna mkondo utakaopita humo.
Kwa kweli, ilionekana kuwa ngumu sana kufanya. Ukubwakioo kingepaswa kuwa cha wastani zaidi, na idadi ya elektroni zinazodhaniwa (au mashimo) ambazo zinahitajika "kudungwa" ilikuwa kubwa sana, ambayo ingeifanya kuwa na maana kidogo kuliko amplifier kwa sababu ingehitaji mkondo mkubwa wa sindano. Walakini, wazo zima la diode ya fuwele lilikuwa kwamba fuwele yenyewe inaweza kushikilia elektroni kwa umbali mfupi sana, wakati iko karibu na kupungua. Inavyoonekana, ufunguo ulikuwa kuweka pini za kuingiza na kutoa karibu sana kwenye uso wa fuwele.
Kazi za Bratten
Bratten alianza kufanyia kazi kifaa kama hicho, na vidokezo vya mafanikio viliendelea kujitokeza huku timu ikishughulikia tatizo hilo. Uvumbuzi ni kazi ngumu. Wakati mwingine mfumo hufanya kazi, lakini kisha kushindwa mwingine hutokea. Wakati mwingine matokeo ya kazi ya Bratten ilianza kufanya kazi bila kutarajia katika maji, inaonekana kutokana na conductivity yake ya juu. Elektroni katika sehemu yoyote ya fuwele huhama kutokana na chaji zilizo karibu. Elektroni katika emitters au "mashimo" katika watoza kusanyiko moja kwa moja juu ya kioo, ambapo kupokea malipo kinyume, "floating" katika hewa (au maji). Hata hivyo, zinaweza kusukumwa nje ya uso kwa kutumia kiasi kidogo cha malipo kutoka popote pengine kwenye fuwele. Badala ya kuhitaji usambazaji mkubwa wa elektroni zilizodungwa, nambari ndogo sana katika sehemu inayofaa kwenye chip itafanya vivyo hivyo.
Tajriba mpya ya watafiti kwa kiasi fulani ilisaidia kutatuatatizo lililokutana hapo awali la eneo ndogo la udhibiti. Badala ya kutumia semiconductors mbili tofauti zilizounganishwa na eneo la kawaida lakini dogo, uso mmoja mkubwa utatumika. Matokeo ya emitter na mtoza yangekuwa juu, na waya wa kudhibiti ungewekwa kwenye msingi wa fuwele. Wakati mkondo ulipowekwa kwenye terminal ya "msingi", elektroni zingesukumwa kupitia kizuizi cha semiconductor na kukusanywa kwenye uso wa mbali. Ilimradi tu mtoaji na mtoaji walikuwa karibu sana, hii ingelazimika kutoa elektroni au mashimo ya kutosha kati yao ili kuanza kufanya kazi.
Bray Kujiunga
Shuhuda wa mapema wa jambo hili alikuwa Ralph Bray, mwanafunzi mchanga aliyehitimu. Alijiunga na ukuzaji wa transistor ya germanium katika Chuo Kikuu cha Purdue mnamo Novemba 1943 na akapewa kazi ngumu ya kupima upinzani wa uvujaji wa mguso wa chuma-semiconductor. Bray alipata hitilafu nyingi, kama vile vizuizi vya ndani vinavyostahimili upinzani mkubwa katika baadhi ya sampuli za germanium. Jambo la kushangaza zaidi lilikuwa upinzani mdogo sana uliozingatiwa wakati mipigo ya voltage ilitumiwa. Transistors za kwanza za Soviet zilitengenezwa kwa msingi wa maendeleo haya ya Amerika.
Muhtasari
Desemba 16, 1947, kwa kutumia mguso wa nukta mbili, mguso ulifanywa kwa uso wa germanium iliyotiwa mafuta hadi volti tisini, elektroliti ilioshwa hadi H2O, na kisha dhahabu fulani ikaanguka juu yake. Miguso ya dhahabu ilibanwa dhidi ya nyuso tupu. Mgawanyiko kati yavitone vilikuwa takriban sentimita 4 × 10-3. Nukta moja ilitumiwa kama gridi ya taifa na nukta nyingine kama sahani. Mkengeuko (DC) kwenye gridi ya taifa ulilazimika kuwa chanya ili kupata ongezeko la nishati ya volteji kwenye upendeleo wa sahani wa takriban volti kumi na tano.
Uvumbuzi wa transistor ya kwanza
Kuna maswali mengi yanayohusiana na historia ya utaratibu huu wa miujiza. Baadhi yao wanajulikana kwa msomaji. Kwa mfano: kwa nini transistors ya kwanza ya USSR PNP-aina? Jibu la swali hili liko katika mwendelezo wa hadithi hii yote. Bratten na H. R. Moore walionyesha kwa wafanyakazi wenzake na wasimamizi kadhaa katika Bell Labs alasiri ya Desemba 23, 1947, matokeo ambayo walikuwa wameyapata, ndiyo maana siku hii mara nyingi hujulikana kama tarehe ya kuzaliwa kwa transistor. Transistor ya PNP-contact germanium ilifanya kazi kama amplifier ya hotuba na faida ya nguvu ya 18. Hili ndilo jibu la swali kwa nini transistors ya kwanza ya USSR walikuwa PNP-aina, kwa sababu walinunuliwa kutoka kwa Wamarekani. Mnamo 1956, John Bardeen, W alter Houser Bratten na William Bradford Shockley walitunukiwa Tuzo ya Nobel ya Fizikia kwa utafiti wao kuhusu semiconductors na ugunduzi wa athari ya transistor.
Watu kumi na wawili wana sifa ya kuhusika moja kwa moja katika uvumbuzi wa transistor katika Bell Labs.
Transistors za kwanza kabisa barani Ulaya
Wakati huohuo, baadhi ya wanasayansi wa Uropa walisisimka kuhusu wazo la vikuza sauti vya hali shwari. Mnamo Agosti 1948, wanafizikia wa Ujerumani Herbert F. Matare na Heinrich Welker, ambao walifanya kazi katika Compagnie des Freins et Signaux Westinghouse huko Aulnay-sous-Bois, Ufaransa, aliomba hati miliki ya amplifier kulingana na wachache wa kile walichokiita "transistor". Kwa sababu Bell Labs haikuchapisha transistor hadi Juni 1948, transistor ilizingatiwa kuwa imetengenezwa kwa kujitegemea. Mataré aliona kwanza athari za upitishaji maadili katika utengenezaji wa diodi za silicon kwa vifaa vya rada vya Ujerumani wakati wa Vita vya Kidunia vya pili. Transistors zilitengenezwa kibiashara kwa kampuni ya simu ya Ufaransa na jeshi, na mnamo 1953 redio ya serikali yenye transistor nne ilionyeshwa kwenye kituo cha redio huko Düsseldorf.
Maabara ya Simu ya Bell yalihitaji jina kwa uvumbuzi mpya: Semiconductor Triode, Tried States Triode, Crystal Triode, Solid Triode na Iotatron zote zilizingatiwa, lakini "transistor" iliyobuniwa na John R. Pierce ilikuwa mshindi wa wazi wa kura ya ndani (kiasi shukrani kwa ukaribu wa wahandisi wa Bell waliotengenezwa kwa kiambishi tamati cha "-historic").
Laini ya kwanza duniani ya uzalishaji wa transistor ilikuwa katika kiwanda cha Umeme cha Western Electric kwenye Union Boulevard huko Allentown, Pennsylvania. Uzalishaji ulianza tarehe 1 Oktoba 1951 kwa transistor ya uhakika ya kuwasiliana na germanium.
Matumizi mengine
Hadi mwanzoni mwa miaka ya 1950, transistor hii ilitumika katika aina zote za utengenezaji, lakini bado kulikuwa na matatizo makubwa kuzuia matumizi yake mapana, kama vile kuhisi unyevu na udhaifu wa nyaya zilizounganishwa kwenye fuwele za germanium.
Shockley alishutumiwa mara kwa marawizi kwa sababu ya ukweli kwamba kazi yake ilikuwa karibu sana na kazi ya mhandisi mkuu, lakini asiyetambuliwa wa Hungarian. Lakini mawakili wa Bell Labs walisuluhisha suala hilo haraka.
Hata hivyo, Shockley alikasirishwa na mashambulizi kutoka kwa wakosoaji na akaamua kuonyesha ni nani alikuwa ubongo halisi wa epic yote kuu ya uvumbuzi wa transistor. Miezi michache tu baadaye, aligundua aina mpya kabisa ya transistor na "muundo wa sandwich" wa kipekee. Fomu hii mpya ilikuwa ya kutegemewa zaidi kuliko mfumo dhaifu wa mawasiliano ya uhakika, na ilikuwa ni fomu hii ambayo iliishia kutumika katika transistors zote za miaka ya 1960. Muda si muda ilikuza na kuwa kifaa cha makutano ya bipolar, ambayo ikawa msingi wa transistor ya kwanza ya bipolar.
Kifaa tuli cha induction, dhana ya kwanza ya transistor ya masafa ya juu, ilivumbuliwa na wahandisi wa Kijapani Jun-ichi Nishizawa na Y. Watanabe mnamo 1950 na hatimaye iliweza kuunda mifano ya majaribio mnamo 1975. Ilikuwa transistor yenye kasi zaidi katika miaka ya 1980.
Maendeleo zaidi yalijumuisha vifaa vilivyounganishwa vilivyopanuliwa, transistor ya kizuizi cha uso, uenezaji, tetrode na pentode. Silicon ya kueneza "mesa transistor" ilitengenezwa mnamo 1955 huko Bell na inapatikana kibiashara kutoka Fairchild Semiconductor mnamo 1958. Nafasi ilikuwa aina ya transistor iliyotengenezwa miaka ya 1950 kama uboreshaji wa kipenyo cha mguso wa uhakika na transistor ya aloi ya baadaye.
Mnamo 1953, Filco ilitengeneza eneo la kwanza duniani la masafa ya juukifaa kizuizi, ambayo pia ilikuwa transistor ya kwanza inayofaa kwa kompyuta za kasi. Redio ya kwanza duniani ya gari inayobadilikabadilika, iliyotengenezwa na Philco mwaka wa 1955, ilitumia transistors za kuzuia uso katika mzunguko wake.
Kutatua matatizo na kuyafanyia kazi upya
Pamoja na ufumbuzi wa matatizo ya udhaifu, tatizo la usafi lilibakia. Kuzalisha germanium ya usafi unaohitajika kumeonekana kuwa changamoto kubwa na kupunguza idadi ya transistors ambazo zinaweza kufanya kazi kutoka kwa kundi fulani la nyenzo. Unyeti wa halijoto ya germanium pia ulipunguza matumizi yake.
Wanasayansi wamekisia kuwa silicon itakuwa rahisi kutengeneza, lakini ni wachache wamegundua uwezekano huo. Morris Tanenbaum katika Bell Laboratories walikuwa wa kwanza kutengeneza transistor ya silicon inayofanya kazi mnamo Januari 26, 1954. Miezi michache baadaye, Gordon Teal, akifanya kazi peke yake katika Texas Instruments, alitengeneza kifaa sawa. Vifaa hivi vyote vilitengenezwa kwa kudhibiti utumiaji wa fuwele za silikoni moja kwani zilikuzwa kutoka kwa silicon iliyoyeyuka. Mbinu ya juu zaidi ilitengenezwa na Morris Tanenbaum na Calvin S. Fuller katika Bell Laboratories mapema 1955 kwa uenezaji wa gesi uchafu wa wafadhili na wa kukubali kuwa fuwele za silikoni za fuwele.
Transistors za athari za uwanja
FET ilipewa hati miliki kwa mara ya kwanza na Julis Edgar Lilienfeld mwaka wa 1926 na Oskar Hale mwaka wa 1934, lakini vifaa vya vitendo vya semiconductor (transistor athari ya uga wa mpito [JFET]) vilitengenezwa.baadaye, baada ya athari ya transistor kuzingatiwa na kufafanuliwa na timu ya William Shockley katika Bell Labs mnamo 1947, baada tu ya kipindi cha hataza cha miaka ishirini kuisha.
Aina ya kwanza ya JFET ilikuwa Static Induction Transistor (SIT) iliyovumbuliwa na wahandisi wa Kijapani Jun-ichi Nishizawa na Y. Watanabe mwaka wa 1950. SIT ni aina ya JFET yenye urefu mfupi wa kituo. Transistor ya athari ya uwanja wa semiconductor ya metal-oxide-semiconductor (MOSFET), ambayo kwa kiasi kikubwa ilichukua nafasi ya JFET na kuathiri sana maendeleo ya vifaa vya kielektroniki, ilivumbuliwa na Dawn Kahng na Martin Atalla mnamo 1959.
FET zinaweza kuwa vifaa vingi vya chaji, ambamo mkondo wa umeme mara nyingi hubebwa na watoa huduma wengi, au vifaa vya wabebaji wa chaji kidogo, ambamo mkondo huo unaendeshwa na mtiririko wa watoa huduma wachache. Kifaa hiki kina chaneli inayotumika ambayo wabebaji wa chaji, elektroni au mashimo hutiririka kutoka chanzo hadi kwenye bomba la maji machafu. Chanzo na vituo vya kukimbia vinaunganishwa na semiconductor kupitia mawasiliano ya ohmic. Uendeshaji wa chaneli ni kipengele cha uwezo unaotumika kwenye lango na vituo vya chanzo. Kanuni hii ya uendeshaji ilizalisha transistors za kwanza za mawimbi yote.
FET zote zina vyanzo, mifereji ya maji na vituo vya lango ambavyo vinakaribiana na kitoa umeme, kikusanya na msingi cha BJT. FET nyingi zina terminal ya nne inayoitwa body, base, ground, au substrate. Terminal hii ya nne hutumikia kupendelea transistor katika huduma. Ni nadra kufanya matumizi yasiyo ya kawaida ya vituo vya mfuko katika nyaya, lakini uwepo wake ni muhimu wakati wa kuanzisha mpangilio wa kimwili wa mzunguko jumuishi. Ukubwa wa lango, urefu L katika mchoro, ni umbali kati ya chanzo na kukimbia. Upana ni upanuzi wa transistor katika mwelekeo perpendicular kwa sehemu ya msalaba katika mchoro (yaani ndani/nje ya skrini). Kawaida upana ni kubwa zaidi kuliko urefu wa lango. Urefu wa lango la 1 µm huweka kikomo masafa ya juu hadi takriban 5 GHz, kutoka 0.2 hadi 30 GHz.
