История открытия p-n перехода, или с чего начинался транзистор. Транзистор кто придумалТранзисторПредисловиеИзобретение транзистора около 60 лет назад стало важнейшим фактором, стимулировавшим внедрение многих инноваций и развитие новых технологий. Именно транзистор – крошечное устройство, элемент микросхемы, действующий подобно миниатюрному выключателю, и тем самым позволяющий реализовывать алгоритмы обработки информации обеспечил феноменальный триумф компьютеров. Если бы не он, ваш компьютер был бы грудой металлолома размером с трехэтажный дом, а ноутбуки можно было бы увидеть только в фантастических сериалах. Телевизоры все еще работали бы на электронных лампах, а мобильные телефоны еще носились бы за спиной как полевые рации. Без лишней скромности можно сказать, что это изобретение изменило мир. С чего же все начиналось? Изобретение транзистораОфициальной датой появления на свет первого транзистора считается 23 декабря (по Другим данным – 16 декабря) 1947 года. Авторами этого замечательного изобретения стали сотрудники научно-исследовательского центра Bell Labs американские физики Уильям Шокли (William Shockley), Джон Бардин (John Bardeen) и Уолтер Браттейн (Walter Brattain). Правда, первоначально ученая общественность встретила это изобретение достаточно прохладно, но уже в 1956 году все три американца были удостоены Нобелевской премии в области физики. Ну, а само название – “транзистор” придумал их коллега Джон Пирс (John R. Pierce). В мае 1948 года он победил во внутреннем конкурсе, организованном среди сотрудников лаборатории, на самое удачное название изобретения, которому на тот момент исполнилось всего несколько месяцев.Слово “transistor” образовано путем соединения двух терминов: “transconductance” (активная межэлектродная проводимость) и “variable resistor” или “varistor” (переменное сопротивление, варистор). Транзистор, по существу, делает то же, что и обычный выключатель: включает и выключает ток. Положение “включено” для транзистора означает “1″, положение выключено – “0″. Огромное количество транзисторов интегральной микросхемы генерирует единицы и нули, которые складываются в понятный компьютеру бинарный код, который компьютер использует в процессе вычислений, обработки текста, воспроизведения фильмов и аудио. Современные транзисторы могут включаться-выключаться 300 миллиардов раз в секунду.Прежде, чем появился транзистор, его роль выполняла вакуумная трубка. Когда она гасла, это означало «0», когда включалась – «1».Технология была малоэффективной, для того, чтобы выполнить простейшее математическое действие, требовалось множество таких трубок. Очень быстро транзистор позволил полностью отказаться от использования вакуумных трубок. Быстрое распространениеЧтобы максимально ускорить популяризацию транзисторов, в научно-исследовательском центре Bell Labs было принято решение продать лицензию на транзисторные технологии. Лицензию стоимостью 25000 долларов США приобрели двадцать шесть компаний. Однако, для коммерческого успеха транзисторных технологий нужно было привлечь внимание массовой аудитории. Это стало возможным, благодаря транзисторным радиоприемникам. Первая модель такого устройства, Одержавшая аж четыре транзистора, была представлена в октябре 1954 года. Этим сразу воспользовалась молодежь, получившая возможность вырваться из-под родительской опеки и самоутвердиться с помощью новой субкультуры.Так, портативное радио стимулировало новую революцию и в музыке – в эфире повсеместно зазвучал рок-н-ролл! С появлением портативного радиоприемника радиоманы обрели возможность слушать музыку и получать информацию в любом месте. Подобно транзисторному радиоприемнику, транзисторы начали вытеснять громоздкие и хрупкие лампы с невероятной скоростью. Интегральная микросхемаК концу 50-х годов транзистор “обосновался” в радиоприемниках, телефонах и ЭВМ, и хотя его размеры были намного меньше, чем у электронных ламп, для создания нового поколения электронных устройств этого было явно недостаточно. Чтобы реализовать огромный вычислительный потенциал транзисторов, приспособить их для массового производства и снизить стоимость, потребовалось еще одно важное изобретение. В 1958 году Джек Килби (Jack Kilby) из компании Texas Instruments и Роберт Нойс (Robert Noyce) из компании Fairchild Semiconductor, ставший впоследствии одним из отцов-основателей корпорации Intel, изобрели способ объединения большого числа полупроводниковых транзисторов в одну интегральную схему.Это был гигантский шаг вперед – ведь прежде отдельные компоненты электрической схемы приходилось соединять вручную. У микросхем было два преимущества: более низкая стоимость и более высокая производительность. Оба преимущества явились следствием миниатюризации, которая обеспечивала сокращение размеров устройств и необычайную динамичность производственного процесса. “Закон Мура”Гордон Мур (Gordon Moore), который в 1968 году вместе с Нойсом основал процессорный гигант “Inter, в одной из журнальных статей сформулировал прогноз, опубликованный в 1965 году и получивший название “закон Мура”. Согласно этому закону, число транзисторов в микросхеме должно было удваиваться каждые полтора-два года, что в свою очередь, обеспечивало бы повышение вычислительной мощности и снижение стоимости продукта при его массовом производстве. Возможность размещения множества компактных элементов на поверхности малого раз мера, оказалась решающим фактором для успешного продвижения микросхем.Производителям микросхем удается поддерживать этот экспоненциальный рост плотности размещения транзисторов в микросхеме на протяжении десятков лет. Первый компьютерный микропроцессор корпорации Intel 4004, выпущенный в 1971 году, содержал 2300 транзисторов. В 1989 году в процессоре Intel 486 их было уже 1 200 000, а в 2000 году процессор Intel Pentium 4-преодолел рубеж в 42 миллиона. Новый четырехъядерный процессор Intel Core 2 Extreme, созданный на базе 45-нанометровой производственной технологии, содержит 320 миллионов транзисторов. Существует ли предел?Закону Мура постоянно предсказывают кончину. Бесконечный рост числа транзисторов в микросхеме невозможен – и все-таки производителям процессоров до сих пор удается обходить ограничение. В сентябре прошлого года Гордон Мур заявил, что у закона его имени есть все шансы оставаться в силе еще как минимум лет 10-15, но затем могут возникнуть новые фундаментальные барьеры на пути его реализации. Так или иначе, но этот самый известный закон компьютерного мира XX века ждали трудные времена. Битва за миниатюризацию исчерпала возможности одного из наиболее критических компонентов транзистора: прослойки из диоксида кремния (Si02), служившей изолирующим слоем между затвором транзистора и его каналом, по которому течет ток, когда транзистор включен.С каждым новым поколением процессоров этот изолирующий слой становился все более тонким – пока два поколения назад его толщина не достигла значения 1,2 нм, или 5 атомов. Инженеры Intel уже не смогли сделать этот слой тоньше хотя бы еще на один атом. По мере уменьшения толщины изолирующего слоя рос ток утечки. Изолирующий слой начал пропускать ток внутрь транзистора, поведение устройства изменилось, оно стало рассеивать все большее количество энергии. В результате выросло потребление тока процессором, при его работе выделялось дополнительное количество тепла. Преодоление фундаментального предела: гафний вместо кремнияУтечка тока в транзисторе стала серьезнейшей проблемой полупроводниковой отрасли: без прорыва в этой области давно предсказанный фундаментальный предел становился непреодолимым. Причем, это означало не только конец закона Мура – цифровая революция последних десятилетий внезапно бы прекратилась. Компьютерные процессоры, практически удваивавшие свою производительность каждые 24 месяца, могли исчезнуть навсегда!Чтобы найти выход из кризиса, нужно было увеличить толщину изолирующего слоя, но изготавливать этот более толстый слой из другого материала с более высоким коэффициентом диэлектрической проницаемости (high-k) для сохранения характера взаимодействия затвора и канала. В январе 2007 года корпорация Intel объявила, что впервые за сорок лет изолирующий слой будет состоять не из оксида кремния, а из материала на основе гафния, превосходящего кремний по электрическим свойствам и позволяющего снизить ток утечки в десять раз. Сам Гордон Мур назвал это крупное достижение “самым важным изменением транзисторных технологий с конца шестидесятых годов”. Однако данный прорыв решал проблему лишь наполовину. Новый материал оказался несовместимым с важным компонентом транзистора – с затвором. Еще хуже то, что транзисторы с новым изолирующим материалом работали менее эффективно, чем со старым. Тогда было предложено заменить и материал затвора: корпорация Intel открыла уникальное сочетание металлов, состав которого держится в строгом секрете. Что мы имеем на сегодня?12 ноября 2007 года корпорация Intel представила новое поколение процессоров на основе этих материалов и 45-нанометровой производственной технологии – Core 2 Duo, Core 2 Extreme, Core 2 Quad. Новая производственная технология, более тонкая, чем предыдущая 65-нанометровая, позволила Intel почти вдвое увеличить число транзисторов, размещаемых на той же площади кристалла – теперь можно было выбирать между увеличением общего числа транзисторов и уменьшением размеров процессора. Новым транзисторам требуется на 30% меньше энергии для включения и выключения. В итоге, новое поколение процессоров Intel, изготовленных по 45-нанометровой производственной технологии, не только демонстрирует рекордную производительность, но и знаменует прорыв в области энергопотребления.Повышение вычислительной мощности, являющееся следствием закона Мура, позволяет человечеству эффективнее просчитывать пути разрешения важнейших стоящих перед ним проблем: вменение климата, наследственные болезни, тайны генетики и др. Современные пути и темпы решения подобных проблем еще пять лет назад трудно было себе даже представить. Новые приложения помогают изменить нашу жизнь и сделать ее еще более безопасной… Исследователи не думают, что в ближайшем будущем появится технология, которая сможет соперничать со стариной транзистором.Вице-президент Intel Уилл Своуп считает транзистор величайшим изобретением человечества (интересно, была бы у него работа, если бы не этот кусочек металла). Он сказал, что раньше за один раз получалось делать один транзистор. Сейчас за один раз делается один миллиард. Он прошел путь от лабораторного экземпляра, работающего в одиночку, до устройства, способного связываться с 800 миллионами таких же, и все они могут уместиться на 10-копеечной монете. В Intel верят, что с помощью транзисторов в любом сотовом телефоне появится устный переводчик, который в реальном времени будет переводить голос вашего друга из Китая, Индии, или любой другой страны на ваш родной язык. Нет ни одного устройства в мире, которое за этот срок настолько бы усовершенствовалось. Ни одно устройство в мире не развивалось с такой скоростью!
Количество транзисторов в процессоре:
Процессоры и производственная технология (техпроцесс):
А. Оселедько
hardwareguide.ru История открытия p-n перехода, или с чего начинался транзистор1956 год. В Стокгольмском концертом зале три американских ученых Джон Бардин, Вильям Шокли и Уолтер Браттейн получают Нобелевскую премию «за исследования полупроводников и открытие транзисторного эффекта» - настоящий прорыв в области физики. Отныне их имена навсегда вписаны в мировую науку. Но более чем за 15 лет до этого, в начале 1941 года молодой украинский ученый Вадим Лашкарев экспериментально обнаружил и описал в своей статье физическое явление, которое, как оказалось, впоследствии получило название p-n переход (p-positive, n-negative). Он же в своей статье раскрыл и механизм инжекции - важнейшего явления, на основе которого действуют полупроводниковые диоды и транзисторы. Официально история транзистора звучит так: первое сообщение в печати о появлении полупроводникового усилителя-транзистора появилось в американской прессе в июле 1948 года. Его изобретатели – американские ученые Бардин и Браттейн. Они пошли по пути создания так называемого точечного транзистора на базе кристалла германия n-типа. Первый обнадеживающий результат они получили в конце 1947 г. Однако прибор вел себя неустойчиво, его характеристики отличались непредсказуемостью, и поэтому практического применения точечный транзистор не получил. Прорыв произошел в 1951 году, когда Вильям Шокли создал свой более надежный плоскостной транзистор n-p-n типа, который состоял из трех слоев германия n, p и n типа, общей толщиной 1 см. Уже через несколько лет значимость изобретения американских ученых стала очевидной, и они были отмечены Нобелевской премией. Задолго до этого, еще перед началом Великой Отечественной войны в 1941 году Лашкарев проводит серию успешных экспериментов и открывает р-n переход и раскрывает механизм электронно-дырочной диффузии, на основе которых под его руководством в начале 50-х годов, были созданы первые в Украине (тогда часть СССР) полупроводниковые триоды - транзисторы. Говоря научным языком, p-n переход – это область пространства на стыке двух полупроводников p- и n-типа, в которой происходит переход от одного типа проводимости к другому. Электрическая проводимость материала зависит от того, насколько прочно ядра его атомов удерживают электроны. Так, большинство металлов являются хорошими проводниками, поскольку имеют огромное количество слабосвязанных с атомным ядром электронов, которые легко притягиваются положительными зарядами и отталкиваются отрицательными. Движущиеся электроны и есть носители электрического тока. С другой стороны, изоляторы, не пропускают ток, так как электроны в них прочно связаны с атомами и не реагируют на воздействие внешнего электрического поля. Полупроводники ведут себя иначе. Атомы в кристаллах полупроводников образуют решетку, внешние электроны которой связаны силами химической природы. В чистом виде полупроводники подобны изоляторам: они или плохо проводят ток, или не проводят вообще. Но стоит добавить в кристаллическую решетку небольшое количество атомов определенных элементов (примесей), как их поведение кардинально меняется. В некоторых случаях атомы примеси связываются с атомами полупроводника, образуя лишние электроны, избыток свободных электронов придает полупроводнику отрицательный заряд. В других случаях атомы примеси создают так называемые "дырки", способные "поглощать" электроны. Таким образом возникает недостаток электронов и полупроводник становится положительно заряженным. При соответствующих условиях полупроводники могут проводить электрический ток. Но в отличие от металлов они проводят его двояким образом. Отрицательно заряженный полупроводник стремится избавиться от лишних электронов, это проводимость n-типа (от negative - отрицательный). Носителями заряда в полупроводниках такого типа являются электроны. С другой стороны, положительно заряженные полупроводники притягивают электроны, заполняя "дырки". Но, когда заполняется одна "дырка" рядом возникает другая - покинутая электроном. Таким образом, "дырки" создают поток положительного заряда, который направлен в сторону, противоположную движению электронов. Это проводимость р-типа (от positive - положительный). В полупроводниках обоих типов так называемые не основные носители заряда (электроны в полупроводниках р-типа и "дырки" в полупроводниках п-типа) поддерживают ток в направлении, обратном движению основных носителей заряда. Внесение примесей в кристаллы германия или кремния позволяет создать полупроводниковые материалы с желаемыми электрическими свойствами. Например, введение незначительного количества фосфора порождает свободные электроны, и полупроводник приобретает проводимость n-типа. Добавление атомов бора, наоборот, создает дырки, и материал становится полупроводником р-типа. В дальнейшем оказалось, что полупроводник, в который введены примеси, обретает свойство пропускать электрический ток, т.е. обладает проводимостью, величина которой может при определенном воздействии изменяется в широких пределах. Когда в США был найден способ для осуществления такого воздействия электрическим путем, появился транзистор (от первоначального названия трансрезистор). Тот факт, что 1941 году Лашкарев опубликовал результаты своих открытий в статьях «Исследование запирающих слоев методом термозонда» и «Влияние примесей на вентильный фотоэффект в закиси меди» (в соавторстве со своей коллегой К.М. Косоноговой), в связи с военным временем не попал в поле зрения научного мира. Предположительно, начавшаяся «холодная война» и опустившийся на Советский Союз «железный занавес» сыграли свою роль в том, что Лашкарев так и не стал Нобелевским лауреатом. Кстати сказать, Лашкарев разработал, находясь в Сибири во время войны, купроксные диоды, которые применялись в армейских радиостанциях и добился их промышленного выпуска. В дополнение к двум первым работам, Лашкарев в соавторстве с В.И.Ляшенко в 1950 году опубликовал статью «Электронные состояния на поверхности полупроводника», в которой были описаны результаты исследований поверхностных явлений в полупроводниках, ставшие основой работы интегральных схем на базе полевых транзисторов. В 50-е годы Лашкареву также удалось решить проблему массовой выбраковки монокристаллов германия. Он по новому сформулировал технические требования к этому элементу, так как предыдущие были неоправданно завышены. Тщательные исследования, проведенные Лашкаревым и Миселюком в Институте физики АН УССР в Киеве, показали, что уже достигнутый уровень технологии монокристаллов германия позволял создать точечные диоды и триоды с необходимыми характеристиками. Это позволило ускорить промышленный выпуск первых в бывшем СССР германиевых диодов и транзисторов. Так, именно под руководством Лашкарева в начале 50-х в СССР было организовано производство первых точечных транзисторов. Сформированная В.Е. Лашкаревым научная школа в области физики полупроводников становится одной из ведущих в СССР. Признанием выдающихся результатов стало создание в 1960 г. Института полупроводников АН УССР, который возглавил В.Е. Лашкарев. “Настанет время, когда на этом кристаллике, что нам показал Вадим Евгеньевич, можно будет разместить всю ЭВМ!”, - напророчил академик Сергей Лебедев, создавший первый в континентальной Европе компьютер - МЭСМ. Так и случилось. Но это произошло через двадцать с лишним лет, когда появились большие интегральные схемы БИС, содержащие на кристалле десятки и сотни тысяч транзисторов, а позднее - сверхбольшие интегральные схемы СБИС со многими миллионами компонентов на кристалле, открывшие человеку путь в информационную эру. ru.uacomputing.com А правда, что первый транзистор изобрёл русский инженер Лосев?Что значит quot;изобрлquot; транзистор? Ни одно из изобретений не появляется на пустом месте, не бывает так, что вот не было, не было, а потом кто-то гениальный взял и изобрл сразу в окончательном виде. Любые изобретения создаются на основе изучения и понимания законов физики, химии и прочих наук. Русский инженер Лосев одним из первых В МИРЕ начал заниматься исследованиями полупроводников, изучал физические явления при прохождении электрического тока через полупроводники. Можно сказать, что благодаря его пионерским исследованиям полупроводников такими исследованиями занялись и другие физики и инженеры, в результате чего и были созданы транзисторы. Нет, неправда. Да, Лосев эспериментировал с различными материалами, которые можно назвать полупроводниками (в современной терминологии это полупроводники типа A2B6). Ему даже удалось собрать усилительный мприбор на одной из таких конструкций. Но принципиальной отличительной особенность всех его приборов было наличие ОДНОГО контакта то есть это были диоды, а не транзисторы. Училение достигалось благодаря наличи падающего участка вотльт-амперной характеристики - тот же принцип, что используется и в туннельных диодах или лямбда-диодах. Первый же настоящий транзистор, то есть элемент, в котором есть управляющий электрод, влияющий на прохождение тока между двумя другими контактами (то есть прибор принципиально трхвыводный), предложил в 1925 году австрийский инженер Юлий Лилиенфельд. Это был прототип того, что спейчас известно как МОП-транзистор. А первый патент на МОП-транзистор был выдан в 1934 году в Германии. В том же, что касается современных полупроводников (германия и кремния), гораздо больший вклад, причм теоретический, а не инженерный (не эмпирический), внесли Френкель и Иоффе, нежели Лосев. В том, что касается именно quot;транзисторного эффектаquot;, или хотя бы усиления сигналов, он, как теперь стало понятно, занимался тупиковым направлением. При всех несомненных его талантах. info-4all.ru
completerepair.ru ТРАНЗИСТОР - ЧТО ТАКОЕ? КТО ТАКОЙ?Кто из ребят не видел маленьких карманных радиоприёмников! Удобная, приятная вещь. В лесу, на лодке, в трамвае — везде можно слушать музыку или репортаж о футбольном матче. Многие ребята слышали также, что такие приёмники называют транзисторами. Что же значит это слово и почему ещё недавно никто его не знал?
Долгое время вакуумная лампа была основой всей радиотехники. Но вот немногим меньше двадцати лет назад у неё появился соперник — полупроводниковый радиоприбор. В рассказе «ПОЛУПРОВОДНИК » ты мог прочесть о его замечательных свойствах. Например, если в КРИСТАЛЛЕ полупроводника создать два слоя с разными примесями или даже с одной, но в разных количествах, то граница между этими слоями начинает пропускать ток лишь в одну сторону. Это и есть кристаллический диод — выпрямитель, или детектор. Если же в кристалле три слоя: в середине одного рода, а по краям два других, одинаковых, получится уже триод, или транзистор. Такой прибор может усиливать электрические колебания или служить их генератором, производителем. Поскольку триоды — самые распространённые радиоприборы и в каждом приёмнике большинство ламп — триоды, то новые приёмники—на полупроводниках— стали называть транзисторными или просто транзисторами.
Размеры транзистора очень малы. Есть транзисторы, у которых толщина слоёв в сотни раз тоньше человеческого волоса. Не в каждый микроскоп можно разглядеть такие детали прибора. Сейчас радиоаппаратура часто делается целиком на транзисторах и на ещё более новых полупроводниковых приборах. Даже в больших приёмниках транзисторов бывает больше, чем радиоламп.
www.what-who.com |
|
||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||
|
Прежде чем ответить на этот вопрос, давай вспомним кое-что из рассказа «РАДИО». Если ты его уже прочёл, то знаешь, какой хитроумный прибор радиолампа. Знаешь и о том, что радиолампы бывают разные. Но в каждой лампе один из электродов—это обязательно катод— накалённая проволочка, испускающая ЭЛЕКТРОНЫ. Чтобы электроны могли беспрепятственно двигаться в лампе, из неё выкачивают воздух—получается вакуумная лампа.
У транзистора огромные преимущества перед радиолампой. Например, у него нет накалённого катода, который быстро разрушается и перестаёт излучать электроны. Поэтому транзистор служит в десятки раз дольше. Он не тратит энергию на подогрев катода и потому экономичен. Он всегда готов к действию, тогда как радиолампе нужно время для разогрева катода. Транзистор не нуждается в вакууме, не боится тряски и ударов.
