Первый успешный транзистор: контактный транзистор 1947 года.

Введение

Первый успешный тип транзистора, разработанный в 1947 году.

Точечный транзистор был первым типом транзистора, успешная демонстрация которого состоялась. Он был разработан исследователями Джоном Бардином и Уолтером Браттейном в лабораториях Белла в декабре 1947 года. Они работали в группе под руководством физика Уильяма Шокли. Группа совместно работала над экспериментами и теориями эффектов электрического поля в твердых телах с целью замены вакуумных ламп на более компактные устройства, потребляющие меньше энергии. Критический эксперимент, проведенный 16 декабря 1947 года, заключался в использовании блока германия – полупроводника – с двумя очень близко расположенными золотыми контактами, прижимаемыми пружиной. Браттейн прикрепил небольшую полоску золотой фольги к вершине пластикового треугольника, что по сути являлось точечным диодом. Затем он аккуратно разрезал золото на кончике треугольника, создав два электрически изолированных золотых контакта, расположенных очень близко друг к другу. В куске германия использовался поверхностный слой с избытком электронов. Когда электрический сигнал проходил через золотую фольгу, он внедрял электронные дырки (места, где не хватает электронов), формируя тонкий слой с дефицитом электронов. Небольшой положительный ток, приложенный к одному из контактов, влиял на ток, протекавший между другим контактом и основанием, на котором был закреплен блок германия. Фактически, небольшое изменение тока в первом контакте вызывало большее изменение тока во втором контакте, что означало, что устройство являлось усилителем. Низкоточный входной терминал точечного транзистора – это эмиттер, а высокоточный выходной терминал – это база и коллектор. Это отличается от более позднего типа биполярного транзистора, изобретенного в 1951 году, который работает по тому же принципу, что и современные транзисторы: низкоточный входной терминал – это база, а два высокоточных выходных терминала – это эмиттер и коллектор. Точечный транзистор был коммерциализирован и продавался компаниями Western Electric и другими, но в конечном итоге был вытеснен биполярным транзистором, который было легче производить и который был более надежным. Точечный транзистор оставался в производстве примерно до 1966 года, когда на рынке доминировал кремниевый планарный транзистор.

The point contact transistor was the first type of transistor to be successfully demonstrated. It was developed by research scientists John Bardeen and Walter Brattain at Bell Laboratories in December 1947. They worked in a group led by physicist William Shockley. The group had been working together on experiments and theories of electric field effects in solid state materials, with the aim of replacing vacuum tubes with a smaller device that consumed less power. The critical experiment, carried out on December 16, 1947, consisted of a block of germanium, a semiconductor, with two very closely spaced gold contacts held against it by a spring. Brattain attached a small strip of gold foil over the point of a plastic triangle—a configuration which is essentially a point contact diode. He then carefully sliced through the gold at the tip of the triangle. This produced two electrically isolated gold contacts very close to each other. The piece of germanium used a surface layer with an excess of electrons. When an electric signal traveled in through the gold foil, it injected electron holes (points which lack electrons). This created a thin layer which had a scarcity of electrons. A small positive current applied to one of the two contacts had an influence on the current which flowed between the other contact and the base upon which the block of germanium was mounted. In fact, a small change in the first contact current caused a greater change in the second contact current; thus it was an amplifier. The low current input terminal into the point contact transistor is the emitter, while the output high current terminals are the base and collector. This differs from the later type of bipolar junction transistor invented in 1951 that operates as transistors still do, with the low current input terminal as the base and the two high current output terminals as the emitter and collector. The point contact transistor was commercialized and sold by Western Electric and others but was eventually superseded by the bipolar junction transistor, which was easier to manufacture and more rugged. The point contact transistor did still remain in production until around 1966, by which time the silicon planar transistor was dominating the market.

Формирование

В то время как точечные транзисторы обычно нормально работали, когда металлические контакты просто располагались близко друг к другу на германиевом базовом кристалле, было желательно добиться максимально возможного коэффициента усиления по току α. Для повышения коэффициента усиления по току α в точечном транзисторе использовался короткий импульс высокого тока для изменения свойств контактной точки коллектора – метод, называемый "электрическим формованием". Обычно это осуществлялось путем заряда конденсатора определенной ёмкости до определенного напряжения, а затем его разряда между коллекторным и базовым электродами. Формование сопровождалось значительным процентом брака, поэтому многие коммерческие транзисторы в корпусах приходилось выбрасывать. Хотя эффекты формования понимались эмпирически, точную физику процесса так и не удалось адекватно изучить, и, следовательно, не была разработана четкая теория для его объяснения или предоставления рекомендаций по его улучшению. В отличие от более поздних полупроводниковых приборов, точечный транзистор мог быть изготовлен даже любителем, начиная с германиевого точечного диода в качестве исходного материала (можно было использовать даже перегоревший диод; и транзистор можно было переформировать, если он повреждался, несколько раз при необходимости).