Pe 16 decembrie 1947, fizicianul experimental Walter Brattain , lucrând cu teoreticianul John Bardeen , a asamblat primul tranzistor punctual funcțional . Șase luni mai târziu, dar înainte de publicarea lucrării lui Bardeen și Brattain, fizicienii germani Herbert Matareși Heinrich Welkera introdus un tranzistor punctual dezvoltat în Franța („tranzistron”) . Așadar, din încercările nereușite de a crea mai întâi un analog cu stare solidă a unei triode de vid și apoi un tranzistor cu efect de câmp , s-a născut primul tranzistor bipolar punct imperfect .
Tranzistorul punctual, care a fost produs în masă timp de aproximativ zece ani, s-a dovedit a fi o ramură fără margini a dezvoltării electronicii - a fost înlocuit cu tranzistori plani cu germaniu . Teoria joncțiunii pn și a tranzistorului plan a fost creată în 1948-1950 de William Shockley . Primul tranzistor de joncțiune a fost fabricat pe 12 aprilie 1950 prin creșterea topiturii . A fost urmat de tranzistorul de fuziune , tranzistorul „electrochimic” și tranzistorul de difuzie mesa .
În 1954, Texas Instruments a lansat primul tranzistor de siliciu . Descoperirea procesului de oxidare umedă a siliciului a făcut posibilă producerea primelor tranzistoare mesa de siliciu în 1958 iar în martie 1959 Jean Ernie a creat primul tranzistor planar de siliciu . Siliciul a înlocuit germaniul, iar procesul planar a devenit tehnologia principală de fabricare a tranzistorilor și a permis crearea de circuite integrate monolitice .
Potrivit lui Zhores Alferov , întrucât A.F.Ioffe a fost un pionier în cercetarea semiconductoarelor, dacă nu ar fi fost necesitatea creării de arme atomice, descoperirea tranzistorilor ar fi putut avea loc în URSS [1] .
În 1906 Greenleaf Pickarda patentat detectorul cu cristal de siliciu [2] . În 1910, William Eckles a descoperit că detectoarele cu cristale prezintă rezistență diferențială negativă în anumite condiții și, prin urmare, pot fi folosite pentru a genera oscilații și a amplifica semnale [3] . În 1922, O. V. Losev a demonstrat posibilitatea de a amplifica și genera oscilații electromagnetice pe un detector de cristal atunci când i se aplică o tensiune de polarizare constantă ( efect cristadyne ) [3] . Detectorul de zincit al lui Losev („kristadin”) a rămas operațional la frecvențe de până la 10 MHz [3] . Până la sfârșitul anilor 1920, detectoarele cristaline au fost înlocuite de tuburi cu vid , iar dezvoltarea acestei ramuri a fizicii semiconductoarelor s-a oprit.
În 1922-1927, Gröndal și Geiger au inventat și au pus în practică un redresor cu oxid de cupru , iar în anii 1930 a fost înlocuit cu un redresor cu seleniu mai avansat [4] . După cum a scris Walter Brattain , analogia dintre un redresor cu oxid cupros și o diodă în vid a fost evidentă pentru toți cei care au studiat semiconductori - și mulți dintre ei s-au gândit cum să introducă un al treilea electrod de control („ grilă ”) în redresor, făcând redresorul. un amplificator [5] . În 1925, fizicianul german Julius Lilienfeld a depus prima cerere de brevet pentru un amplificator solid format din straturi metalice și semiconductoare [6] [7] . Lilienfeld nu a putut să-și aducă propunerea nici măcar la stadiul de model: proiectul său nu a putut fi implementat în anii 1920 din cauza dezvoltării insuficiente a științei fundamentale [7] . În 1935, un alt fizician german, Oskar Heil , a brevetat principiul de funcționare al tranzistorului cu efect de câmp în Marea Britanie . În 1938, Robert Pohl și Rudolf Hilsch de la Universitatea din Göttingen au creat o „triodă” în stare solidă capabilă să amplifice un semnal de intrare care variază lent [6] . Amplificatorul lui Paul era prea lent, lucra doar la temperaturi ridicate și, prin urmare, nu avea nicio dezvoltare practică, iar Paul însuși nu dorea să facă lucrări aplicate, preferând știința fundamentală [8] . Toate aceste experimente nereușite au reprodus într-o oarecare măsură designul unei triode cu vid . Deci, în „trioda” lui Paul, electrodul de control era o rețea metalică cu ochiuri fine care controla câmpul din interiorul cristalului de bromură de potasiu [6] . Losev a menționat în 1939 lucrări la un semiconductor „sistem cu trei electrozi asemănător cu o triodă”, dar aceste lucrări nepublicate s-au pierdut [9] .
În timpul celui de -al Doilea Război Mondial, bugetele de cercetare au crescut de multe ori, dar, potrivit lui Peter Morris, s-a făcut prea puțin în fizica semiconductorilor. Toate realizările semnificative au fost asociate cu un ordin militar în două direcții în care tuburile cu vid erau neputincioase - detectarea radiației infraroșii și detectarea unui semnal reflectat în radar [10] . Emițătorii radarelor timpurii funcționau la frecvențe de până la 3 GHz, iar intervalul de frecvență al detectorilor cu diode în vid era limitat la 400 MHz [4] . În schimb, detectoarele cu semiconductori de contact puteau rectifica în mod eficient frecvențele microundelor , așa că, la sfârșitul anilor 1930, guvernele britanic, german și american au început proiecte masive de îmbunătățire a semiconductorilor. În cursul acestor studii, au fost investigate proprietățile fundamentale ale semiconductorilor și au fost puse bazele tehnologiei de producție a acestora, ceea ce a făcut posibilă producerea în masă a dispozitivelor semiconductoare [11] .
În 1936, directorul de cercetare al Bell Labs , Mervyn Kelly , l- a însărcinat pe William Shockley să exploreze posibilitatea construirii unor comutatoare în stare solidă care ar putea înlocui în cele din urmă releele electromecanice ale centralelor telefonice [12] . După ce am studiat lucrările publicate ale lui Paul, Ioffe și Davydov [aprox. 1] și rezultatele experimentelor lui Brattain, Shockley a concluzionat că este imposibil să se introducă un electrod de control într-o matrice semiconductoare [13] . În schimb, la 29 decembrie 1939, Shockley a formulat principiul de funcționare al unui tranzistor cu efect de câmp : curentul din canalul dintre doi electrozi ar trebui să fie controlat de un câmp extern creat de un al treilea electrod (de control) plasat în afara canalului [13]. ] . Shockley a sugerat construirea unei triode semiconductoare folosind oxid cupros studiat de Davydov , dar primele experimente s-au încheiat fără succes, iar apoi personalul Bell Labs a fost mobilizat pentru a rezolva problemele aplicate militare. Shockley a lucrat în 1940 la un proiect de uraniu, iar din 1942 până la sfârșitul războiului a fost angajat în sarcini practice de radar [aprox. 2] .
Un mic nucleu de fizicieni în stare solidă , care au rămas la Bell Labs după ce Shockley a plecat, a fost angajat în căutarea de materiale pentru detectarea frecvențelor de microunde în radar [14] . Russell Ohl , electrochimist și radioamator , a lucrat cu detectoare de siliciu încă din Marea Depresiune [15] . Considerând că comportamentul instabil al detectorilor timpurii se datorează purificării insuficiente de impurități, Ohl s-a concentrat asupra tehnologiilor de purificare și topire a siliciului [16] . În august 1939, Ohl, John Skaff și Henry Theuerer au efectuat prima topire în atmosferă de heliu [16] . Detectoarele din siliciu policristalin purificat până la 99,8% au fost destul de stabile [16] . Unele dintre ele au condus curentul într-o direcție (de la contact la cristal), altele - în cealaltă (de la cristal la contact), în timp ce polaritatea unei anumite instanțe a putut fi determinată doar experimental [16] . Presupunând că direcția de conducere este determinată doar de gradul de purificare a siliciului, Ohl a numit un tip „purificat” și celălalt „comercial” ( ing. purificat și comercial ) [16] .
În octombrie 1939, o probă ciudată a fost găsită printre blancurile pentru detectoare, ai căror parametri electrici se comportau atât de neregulat încât măsurătorile ulterioare păreau lipsite de sens [16] . Abia pe 23 februarie 1940, Ohl și-a luat timp să-l verifice personal [17] . S-a dovedit că proba a reacționat la lumină, iar gradul efectului fotoelectric observat a fost cu un ordin de mărime mai mare decât efectul fotoelectric în fotocelulele tradiționale [17] . Conductivitatea probei depindea nu numai de iluminare, ci și de temperatură și umiditate [17] . În ciuda opoziției șefului său, care era în dezacord cu Kelly, pe 6 martie, Ohl și-a demonstrat descoperirea lui Kelly și Walter Brattain [17] . Brattain a ghicit că efectul fotoelectric are loc pe o barieră invizibilă între două straturi de siliciu și că aceeași barieră ar trebui să redreseze curentul alternativ [17] . De aceea măsurarea conductivității pe curent alternativ a dat rezultate inexplicabile, fără sens [aprox. 3] .
Curând, Skaff și Ohl au văzut literalmente această barieră: gravarea cu acid azotic a deschis granița vizibilă dintre două straturi de siliciu [17] . Skaff și Ohl au dat acestor straturi denumiri noi: „p-type silicon” (din engleză pozitiv , pozitiv) și „n-type silicon” (negativ, negativ), în funcție de direcția curentului în detectoarele realizate din aceste straturi. [17] . Zona barieră se numește joncțiune pn [18] . Treptat, Ohl, Skaff și Theuerer au ajuns la înțelegerea că tipul de conductivitate a siliciului este determinat nu de puritatea acestuia, ci, dimpotrivă, de prezența impurităților caracteristice [18] . Elementele mai ușoare ale subgrupului de bor ar fi trebuit concentrate în stratul superior al topiturii, elementele mai grele ale subgrupului de azot - în centrul creuzetului [18] . Într-adevăr, analiza chimică a siliciului de tip p a relevat urme de bor și aluminiu , iar prezența fosforului în siliciul de tip n aproximativ purificat a fost simțită chiar și fără instrumente - fosfină a fost eliberată în timpul procesării unui astfel de siliciu [18] .
Printr-o decizie personală voită, Kelly a clasificat descoperirea joncțiunii pn [19] . Bell Labs a împărtășit de bunăvoie mostre de siliciu cu colegii americani și britanici, dar era exclusiv siliciu de tip p [19] . Ohl a fost personal responsabil pentru a se asigura că siliciul de tip n și joncțiunile pn nu părăsesc pereții companiei [19] . Shockley a aflat despre descoperirea lui Ohl abia pe 24 martie 1945, iar publicul larg pe 25 iunie 1946, când Ohl și Skaff au primit brevete pentru invențiile lor din 1940 [19] .
Independent de fizicienii americani, în 1941, V. E. Lashkarev a prezentat teoria „stratului de baring” și injectarea purtătorilor de sarcină la interfața dintre cupru și oxidul cupros. Lashkarev a sugerat că cele două tipuri de conductivitate detectate de o sondă termică într-un element de oxid de cupru sunt separate de un strat de tranziție ipotetic care împiedică curentul electric. Lucrările lui Lashkarev și K. M. Kosogonova („Investigarea straturilor de barieră prin metoda sondei termice” și „Influența impurităților asupra efectului fotoelectric al supapei în oxidul cupros”) au fost publicate în 1941 [20] .
În iunie 1945, Kelly a re-format Departamentul de Stat Solid, condus de Shockley și Stanley Morgan . Grupul a inclus Brattain, teoreticianul John Bardeen , experimentalistul Gerald Pearson, fizicianul Robert Gibney și inginerul electric Hilbert Moore [21] . Probele de semiconductor au fost realizate de William Pfann, John Skaff și Henry Theuerer [22] . Grupul se baza pe resursele unei organizații științifice uriașe la acea vreme - la sfârșitul anilor 1940, la Bell Labs lucrau 5.700 de oameni, dintre care aproximativ 2.000 erau profesioniști atestați [23] .
După ce a analizat descoperirile cercetătorilor de la Universitatea Purdue , Shockley a restrâns alegerea semiconductorilor la doi ( germaniu și siliciu ), iar în ianuarie 1946 a decis să se concentreze pe utilizarea efectului de câmp [24] . Cu toate acestea, experimentele au arătat că într-un semiconductor real, efectul câmpului a fost cu trei ordine de mărime [25] mai slab decât a prezis teorie [26] . Bardeen a explicat datele experimentale propunând ipoteza stărilor de suprafață, conform căreia la interfața dintre un semiconductor și un electrod metalic se formează o sarcină spațială , care neutralizează acțiunea unui câmp extern [26] .
În 1947, departamentul lui Shockley a căutat o soluție la problema încărcării în vrac, cu fiecare pas îndepărtându-se din ce în ce mai mult de conceptul FET. Shockley a scris în 1972 că, datorită lui Bardeen, „ne-am oprit din „fabricarea tranzistorului”. În schimb, am revenit la principiul pe care îl numesc „respect pentru latura științifică a problemei practice” [27] . În noiembrie 1947, Gibney a propus să aplice o tensiune de polarizare constantă „triodei” folosind un electrod de control punctual, separat de masa semiconductorului printr -un strat de electrolit [26] . Lucrările s-au accelerat dramatic: în noiembrie - decembrie, Bardeen, Gibney și Brattain au testat cel puțin cinci modele diferite ale „triodei”:
| Experimentele lui Brattain din noiembrie-decembrie 1947 [28] | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Data experimentului | Semiconductor | Dielectric | Câştig | gama de frecvente | Tensiune de polarizare [aprox. patru] | Note | |||
| Prin tensiune | Prin curent | Prin putere | Pe „scurgere” („colector”) | Pe „poartă” („emițător”) | |||||
| 21 noiembrie | siliciu policristalin de tip p | Apa distilata | Nu | da | da | <10 Hz | pozitiv | pozitiv | "Electrolytic FET", brevetul US 2.524.034 |
| 8 decembrie | Germaniu policristalin de tip n | Electrolit GU [aprox. 5] | da | Nu | da | <10 Hz | negativ | negativ | |
| 10 decembrie | Germaniu policristalin de tip n cu un strat subteran de tip p | da | da | da | <10 Hz | negativ | negativ | ||
| 15 decembrie | peliculă de oxid | da | Nu | Nu | 10 Hz - 10 kHz | pozitiv | negativ | ||
| 16 decembrie | Nu | Da [29] | Da [29] | 2 dB [30] | 1 kHz [30] | pozitiv | negativ | Invenția tranzistorului punctual. Brevetul SUA 2.524.035 | |
| 23 decembrie | 24 dB la 1 kHz [31] 20 dB la 10 MHz [32] |
Da [32] | 2 dB [31] | Până la 15 MHz [32] | |||||
Pe 8 decembrie, Shockley, Bardeen și Brattain au ajuns la concluzia că este necesar să se înlocuiască un semiconductor omogen cu o structură în două straturi, o placă de germaniu, pe suprafața căreia s-a format o joncțiune pn cu o tensiune mare de defalcare . 33] [29] . Pe 10 decembrie, „trioda electrolitică” a lui Bardeen și Brattain pe germaniu de tip n cu un strat invers de tip p a demonstrat un câștig de putere de aproximativ 6000 [34] . A fost inacceptabil de lent chiar și pentru amplificarea frecvențelor audio, așa că pe 12 decembrie, Bardeen a înlocuit electrolitul cu o peliculă subțire de oxid de germaniu . Experimentul din acea zi sa încheiat fără succes, probabil din cauza deteriorării peliculei în timpul spălării plăcii de germaniu [35] . Pe 15 decembrie, o instalație de film de oxid a demonstrat o amplificare dublă a tensiunii în domeniul de frecvență de până la 10 kHz [30] . După această experiență, Bardin a propus utilizarea a doi electrozi de contact - un control (emițător) și unul controlat (colector). Conform calculelor lui Bardeen, circuitul ar putea amplifica puterea cu o distanță între electrozi de nu mai mult de cinci microni (2*10 −4 inci) [36] [30] .
Pe 15 sau 16 decembrie 1947, Brattain a construit un ansamblu de contact dintr-o prismă triunghiulară din plastic cu o bandă de folie de aur lipită de ea [37] . Tăind cu grijă folia cu un brici, Brattain a obținut un spațiu între colector și emițător [37] cu o lățime de aproximativ 50 de microni [38] [39] . Pe 16 decembrie, Brattain a presat ansamblul de contact cu un gol pe suprafața unei plăci de germaniu [40] , creând primul tranzistor punct lucrabil [aprox. 6] . Pe 23 decembrie 1947, Brattain le-a demonstrat colegilor săi un amplificator de frecvență audio cu tranzistori cu o amplificare de cincisprezece ori mai mare de tensiune [aprox. 7] . La o frecvență de 10 MHz, câștigul a fost de 20 dB cu o putere de ieșire de 25 mW [32] . Pe 24 decembrie, Brattain a demonstrat primul oscilator tranzistor [32] .
Astfel, din încercările nereușite de a crea un tranzistor cu efect de câmp , a început dezvoltarea unui tranzistor bipolar [41] . Conducerea Bell Labs, realizând importanța evenimentului, a întărit departamentul Shockley cu specialiști și a clasificat proiectul pentru o vreme [31] . Publicul a aflat despre invenția tranzistorului la 30 iunie 1948 la o prezentare publică a tranzistorului la New York , programată pentru a coincide cu lansarea articolelor în Physical Review [22] . Cu o lună înainte de acest eveniment, Bell Labs a organizat un vot secret pentru a alege numele noului dispozitiv. După ce a eliminat „trioda semiconductoare” prea lungă ( trioda semiconductoare ), „trioda pe stări de suprafață” de fapt incorectă (trioda stărilor de suprafață ) și „iotatronul” de neînțeles ( iotatron ), Laboratoarele Bell au aprobat „tranzistorul” ( tranzistorul ) - de la englezii . transconductanță ( conductivitate ) sau transfer (transfer) și varistor ( varistor , rezistență controlată) [42] .
În 1944, fizicianul german Herbert Matharecare lucra în afara zidurilor Mănăstirii Lubejpentru a reduce zgomotul detectorilor cu microunde, a inventat „duodul” – un redresor cu semiconductor cu două puncte de contact [43] . Când se aplică acestor contacte aceeași tensiune de polarizare și tensiuni anti-fază ale oscilatorului local , „duodul” a suprimat zgomotul de înaltă frecvență al oscilatorului local [43] . Experimente pe germaniu policristalin de Heinrich Welkeriar siliciul de Karl Sailer a arătat că suprimarea eficientă a zgomotului era posibilă atunci când ambele contacte erau conectate la același cristal semiconductor [43] . Dacă distanța dintre contacte nu depășea 100 de microni, o modificare a tensiunii pe unul dintre contacte a dus la o modificare a curentului prin al doilea contact [43] . În ianuarie 1945, Matare a fugit spre vest de ofensiva sovietică , apoi a fost capturat de americani, dar în curând a fost eliberat [43] . Welker a continuat cercetările până în martie 1945. Indiferent de Shockley, și oarecum înaintea lui, Welker a venit cu conceptul unui tranzistor cu efect de câmp - și primele sale experimente s-au încheiat, de asemenea, cu eșec [44] .
În 1946, agenții francezi și britanici i-au urmărit pe Welker și Matara, i-au interogat despre evoluțiile germane în radar și le-au oferit un loc de muncă la filiala franceză a Westinghouse, unde producția de redresoare cu germaniu se desfășura la acea vreme [44] . Ambii au fost de acord: era imposibil să te angajezi în știință în Germania învinsă [44] . Welker și Matare au înființat un laborator la Aulnay-sous-Bois și au înființat producția de redresoare până la sfârșitul anului 1947 [44] . La sfârșitul anilor 1947 și 1948, Matare a revenit la tema „duodiodei”, iar Welker, la cererea lui Matare, s-a ocupat de purificarea germaniului [44] . În iunie 1948, înainte de publicarea invenției lui Bardeen și Brattain, o „duodă” îmbunătățită și de fapt un tranzistor punctual, Matare a demonstrat o amplificare stabilă [44] . În iulie 1948, ministrul francez al comunicațiilor Eugene Thomas a devenit interesat de opera lui Matare și Welker ., a dat noului dispozitiv și numele de „ transistron ” ( fr. transistron ) [45] . În mai 1949, Matare și Welker au anunțat începerea producției la scară mică de tranzistori pentru comunicații telefonice la distanță lungă [45] .
În 1948-1951, Bell Labs, sub conducerea lui Pfann, a încercat să stabilească producția în serie de tranzistoare punctiforme folosind tehnologia disponibilă a detectoarelor de radiații cu microunde de contact [46] . Succesul lui Pfann s-a datorat unei coincidențe: bronzul fosforic al contactelor colectorului a contaminat suprafața de germaniu cu atomi de fosfor, creând insule de conducție de tip n [46] . Semnificația difuziei atomilor de cupru , care au creat insule de tip p, a fost clarificată câțiva ani mai târziu de lucrările lui Calvin Fuller[47] . Tranzistorul Pfann a fost de fapt o structură PNPN cu patru straturi, care, în anumite circumstanțe, a demonstrat rezistență negativă care este neobișnuită pentru tranzistoarele „adevărate” [46] . Producția în serie a tranzistorului „tip A” la Western Electric a început în 1951 și în aprilie 1952 a atins nivelul de 8400 de tranzistori pe lună [48] . Producția a fost laborioasă, costisitoare, iar reproductibilitatea parametrilor tranzistorului a fost inacceptabil de scăzută [46] . Comportarea tranzistoarelor depindea nu numai de temperatură, ci și de umiditatea aerului [48] . Pentagonul a urmărit îndeaproape dezvoltarea tehnologiei, dar a refuzat să achiziționeze echipamente pe dispozitive nesigure [49] . În ciuda faptului că în 1951 tranzistorul punctual era deja învechit [50] , producția de „tip A” a continuat timp de aproape zece ani [46] , deoarece tranzistoarele ulterioare pe cristale crescute și tranzistoarele din aliaj erau inferioare „tipului A” în proprietăți de frecvență. De-a lungul deceniului, potrivit lui Shockley, succesul producției a depins de „ vrăjitorie misterioasă ” [51] .
Matare și Welker au început producția de „tranzistroni” în 1949, iar în 1950 au demonstrat lui Shockley și Brattain funcționarea amplificatoarelor cu tranzistori pe o linie telefonică Franța- Alger [45] . Americanii au devenit precauți: datorită tehnologiei de asamblare mai avansate, „tranzistronele” erau considerate dispozitive mai fiabile [52] . Cu toate acestea, guvernul francez a încetat curând să-i sprijine pe Matare și Welker, iar aceștia s-au întors în Germania [45] . În 1952-1953, Matare, cu sprijinul lui Jacob Michael, a produs acolo un lot experimental de „tranzistroni” și a prezentat publicului un receptor radio cu patru tranzistori (primul receptor american cu tranzistori Regency TR-1 a fost lansat un an mai târziu) [45] . Compania americană Clevite (viitorul proprietar al Shockley Semiconductor Laboratory ) a cumpărat compania de la Michael, iar apoi a redus producția în Germania [45] . Matare s-a mutat în SUA, Welker a condus cercetarea semiconductorilor la Siemens [45] .
În 1949, Elmar Frank și Jan Tauc au produs în Republica Cehă un lot de tranzistoare operaționale din germaniu german capturat, folosind propria lor metodă (mai avansată decât cea americană) de formare a contactelor [53] . În Uniunea Sovietică , A. V. Krasilov și S. G. Madoyan au creat primul tranzistor punctual în 1949, iar primele mostre industriale au intrat în serie în 1950-1952 [54] .
În 1951, guvernul SUA a cerut AT&T să licențieze tehnologia tuturor companiilor americane interesate fără drepturi de autor . Până în vara anului 1952, 26 de companii americane și 14 străine cumpăraseră o licență (așa-numita „ carte de 25.000 USD ”) , dar încercările lor de a reproduce tranzistorul punctual nu au avut succes. CBS-Hytron a reușit să producă în masă un tranzistor punctual în 1951 și și-a întrerupt producția un an mai târziu [56] . Hughes Aircraft a încercat fără succes să facă tranzistoare din granule individuale de germaniu policristalin și în cele din urmă a abandonat proiectul [53] . Philips , datorită legăturilor de dinainte de război cu Bell, a obținut o licență înaintea concurenților, dar nu a început producția de masă a tranzistoarelor punctiforme decât în 1953, concomitent cu tranzistoare din aliaj mai avansate [57] .
În URSS, prima lucrare de cercetare asupra unei triode semiconductoare a fost efectuată la NII-160 (acum NPP Istok ) de studenta absolventă a Institutului de Tehnologie Chimică din Moscova Susanna Gukasovna Madoyan. Structura de laborator a tranzistorului (punctului) a fost lansată în februarie 1949. [58] Producția în serie a tranzistoarelor punctiforme (TS1 - TS7) a început în 1953, planare ( P1 ) - în 1955.
Principala descoperire creativă a venit nu atunci când încercam să inventez tranzistorul, ci când proiectam o configurație pentru experimente cu fenomene de suprafață în tranzistoarele punctuale. Mi-am dat deodată seama că structura experimentală era tranzistorul. Ea a fost patentată ca tranzistor plan [aprox. 8] . Eram deprimat că, știind tot ce este necesar pentru această invenție, nu puteam conecta părțile întregului timp de un an întreg - până când un iritant a apărut în fața unui tranzistor punctual. — William Shockley, 1972
Text original (engleză)[ arataascunde] Cea mai importantă descoperire inventiva a mea nu a venit în timp ce încercam să inventez un tranzistor, ci în timp ce proiectam un experiment pentru a diagnostica incisiv fenomenele de suprafață ale tranzistorilor cu contact punctual. Structura pe care am conceput-o, mi-am dat seama brusc, era ea însăși un tranzistor. A fost brevetat ca tranzistor de joncțiune. Am fost dezamăgit să realizez că de cel puțin un an cunoșteam toate conceptele necesare pentru invenție, dar nu le-am pus cap la cap până când tranzistorul cu contact punctual nu a oferit stimulul provocator. [51] .Tranzistorul punctual al lui Bardeen și Brattain a fost un mister pentru creatorii săi. Era clar doar că inventatorii nu au creat un tranzistor cu efect de câmp ipotetic , ci altceva. Pe 27 decembrie 1947, Bardeen și Brattain au trimis un articol la Physical Review despre invenție, explicând funcționarea tranzistorului prin efectele pielii într-un semiconductor [59] . Într-o cerere de brevet din 26 februarie 1948, aceștia au dat o altă explicație, presupunând existența unei bariere în volumul unui semiconductor, asemănătoare cu bariera Schottky la interfața dintre un semiconductor și un metal [60] . Potrivit lui Bo Loek , nicio explicație nu a ținut apă. Niciunul dintre manuscrisele lui Bardeen și Brattain nu a menționat purtători minoritari și injecție de sarcină, concepte fără de care era imposibil de descris comportamentul unui tranzistor [61] .
Soluția fusese deja notă în caietele lui Shockley - primele schițe ale teoriei joncțiunii pn în germaniu au fost create de Shockley încă din aprilie 1947 [62] [63] . La 8 decembrie 1947, după ce a discutat cu Bardeen și Brattain structura unei „triode” promițătoare, Shockley a revenit la dezvoltarea teoretică a unui amplificator bazat pe joncțiuni pn [64] . În ultima săptămână a anului 1947, a trecut mental prin multe configurații, dar toate, inclusiv circuitul tranzistorului bipolar , nu au rezistat analizei critice [64] . Abia în ianuarie 1948 Shockley și-a dat seama că modelul pe care l-a folosit nu ținea cont de injectarea unor purtători de încărcare minori în bază [64] . Luând în considerare mecanismul de injecție, modelul este complet funcțional. Nu mai târziu de 23 ianuarie 1948, Shockley a întocmit o cerere de brevet pentru un tranzistor bipolar (viitor brevet american 2.569.347) [64] și și-a oficializat ideile într-o teorie completă [65] . În această lucrare, Shockley a abandonat în cele din urmă încercările de a crea un tranzistor cu efect de câmp și a descris un dispozitiv care nu exista încă cu două joncțiuni pn paralele - un tranzistor bipolar plan . Pentru prima dată, astfel de afirmații acum familiare, dar nu evidente în 1948, au apărut în el, cum ar fi nevoia de polarizare directă a joncțiunii emițătorului pn și polarizare inversă a joncțiunii colectorului [46] .
La 26 iunie 1948, Bell Labs a depus o cerere de brevet pentru invenția unui tranzistor de joncțiune [62] , dar teoria din spatele acestuia a fost anunțată public abia un an mai târziu (16-18 iunie 1949) - după ce experimentul a confirmat teoria [66] . În iulie 1949, Shockley și-a publicat teoria în Bell System Technical Journal.[67] , iar în noiembrie 1950 a fost publicată opusul lui Shockley , Electrons and Holes in Semiconductor [68] (în traducerea rusă din 1953 „Theory of Electronic Semiconductors: Applications to the Theory of Tranzistors” [69] ). Potrivit lui Zh. I. Alferov , cartea lui Shockley a devenit „o carte de referință pe ambele maluri ale Oceanului Atlantic” [70] . Trebuie remarcat faptul că Shockley a descris exact tranzistorul planar (tranzistor pe joncțiuni pn, tranzistor joncțiune ing . ), și nimeni nu a creat teoria unui tranzistor punct și kristadinul lui Losev [71] [9] . Esența fizică a primului tranzistor al lui Bardeen și Brattain rămâne un subiect de controversă: este posibil ca proprietățile reale ale plăcii de germaniu folosite să fi diferit semnificativ de ceea ce au presupus experimentatorii [72] . Este imposibil de verificat acest lucru, deoarece primul tranzistor original a fost pierdut de mult [72] .
Publicația l-a stabilit pe Shockley drept autoritatea de necontestat în fizica semiconductoarelor și l-a adus în conflict cu Bardeen, care a părăsit Bell Labs în 1951 pentru a se concentra pe cercetarea supraconductivității [50] . Relațiile dintre Shockley și Bardeen s-au normalizat parțial abia după ce Bardeen, Brattain și Shockley au primit Premiul Nobel pentru Fizică pentru 1956 [73] . Al patrulea co-inventator principal, Robert Gibney, a părăsit Bell Labs la începutul anului 1948 și nu a primit Premiul Nobel [59] . Ulterior, activismul public al lui Shockley și atenția presei au contribuit la ideea că Shockley ar fi luat credit pentru realizările lui Bardeen, Brattain și alții . De fapt, Shockley, în schimb, a clarificat întotdeauna sfera propriei contribuții [74] , excluzându-se pe sine din lista inventatorilor și incluzându-l pe Gibney [12] . Shockley a apărat cu scrupulozitate drepturile colegilor săi, chiar și ale celor de care (precum Robert Noyce ) s-a despărțit pentru totdeauna [aprox. 9] .
În septembrie 1948 [75] doi tehnologi Bell Labs, Gordon Teal , s-au întâlnit întâmplător într-un autobuz din New York.și John Little [76] . În această conversație obișnuită, s-a născut ideea de a produce monocristale de germaniu „tranzistor” prin metoda de mult cunoscută Czochralski [76] . În decembrie 1949, Teal, Little și Ernie Buhler au construit prima instalație experimentală pentru desenarea monocristalelor, încă foarte mici, nu mai mult de 50 mm lungime și 10 mm lățime [76] . Dacă un cristal de tip n a servit drept sămânță la tragerea unui cristal dintr-o topitură de germaniu de tip p, atunci s-a format o joncțiune pn netedă în interiorul tijei [76] . Valoarea semiconductoarelor monocristaline în 1949 nu era evidentă – Shockley însuși s-a opus creșterii cristalelor, crezând că un tranzistor poate fi realizat și dintr-un material policristalin de înaltă calitate, dar ieftin [77] [78] . Cu toate acestea, joncțiunea pn crescută a făcut posibilă verificarea experimentală a teoriei lui Shockley [76] .
12 aprilie 1950 Morgan Sparksa crescut o structură NPN cu trei straturi prin metoda Teal-Little [79] . Mai întâi, o regiune colector de tip n cu rezistență scăzută a fost scoasă din topitură [76] . Apoi, o tabletă dintr-o impuritate acceptoare a fost aruncată în topitură , care a fost dizolvată într-un strat subțire de suprafață al topiturii, formând astfel un strat de bază cu o grosime de 25 până la 100 de microni. Imediat după crearea bazei, o granulă de impuritate donor a fost aruncată în topitură pentru a dopa emițătorul. Structura NPN cu trei straturi rezultată a fost tăiată din cristal, tăiată în coloane longitudinale și gravată în acid pentru a elimina defectele de suprafață [80] . Cea mai dificilă operație a fost sudarea prin rezistență a unui fir de aur de 50 de microni cu un strat de bază de 25 de microni - pentru aceasta s-au folosit micromanipulatoare de precizie și un aliaj special de aur- galiu . Impuritatea de galiu introdusă în siliciu în timpul sudării a extins stratul p aproape de suprafață al bazei, prevenind scurtcircuitarea colectorului și emițătorului [81] . Producția în masă de tranzistoare de joncțiune cultivate cu germaniu - primele tranzistoare bipolare Shockley cu drepturi depline - a început în 1951 la Western Electric.
Datorită suprafeței mari de joncțiune, tranzistoarele bazate pe joncțiuni crescute aveau proprietăți de frecvență mai proaste decât cele punctate. Dar din același motiv, tranzistoarele crescute puteau trece curenți de multe ori mai mari, cu zgomot semnificativ mai mic [77] , iar parametrii lor erau relativ stabili - atât de mult încât a devenit posibil să le enumerăm cu încredere în cărțile de referință [49] . În toamna anului 1951, Pentagonul, care s-a abținut de la achiziționarea de tranzistoare punctuale, a anunțat începerea unui program de tranzistorizare care promitea economii multiple în ceea ce privește masa și volumul echipamentelor de bord [82] . Bell Labs a răspuns lansând un nou program de producție care vizează producerea a un milion de tranzistori pe lună [49] . Cu toate acestea, intervalul de temperatură al tranzistoarelor cu germaniu era prea îngust pentru scopuri militare - tranzistorizarea rachetelor americane a fost amânată până la lansarea tranzistoarelor de siliciu „la temperatură înaltă” [83] .
Primul tranzistor de siliciu crescut a fost realizat la Texas Instruments de același Teal în aprilie 1954 [84] . Datorită reactivității sale ridicate și punctului de topire mai mare decât germaniul, tehnologia cu siliciu din anii 1950 a rămas în urmă cu cea a germaniului. Teal și-a amintit că la o conferință a Institutului de Ingineri Radio din mai 1954, unul după altul, colegii au raportat despre dificultățile insurmontabile în lucrul cu siliciu - până când însuși Teal a demonstrat publicului un tranzistor de siliciu funcțional [83] . Trei ani următori, când Texas Instruments era singurul furnizor de tranzistori de siliciu din lume, au făcut compania bogată și a făcut-o cel mai mare furnizor de semiconductori [83] .
În 1950, Hall și Dunlop au propus formarea de joncțiuni pn prin fuziune, iar primele tranzistoare practice de fuziune au fost lansate de General Electric în 1952 [85] . În centrul unui tranzistor tipic din aliaj de tip PNP se afla o placă subțire de germaniu de tip n care a servit drept bază. Aceste plăci au fost aliate cu margele de indiu sau arsenic și apoi recoapte la o temperatură de aproximativ 600°C. Cu alegerea corectă a orientării plachetei, s-au format în ele straturi epitaxiale strict paralele de germaniu de tip n recristalizat. Grosimea bazei a fost stabilită de timpul de recoacere. Placa a fost montată pe fitingurile de susținere ale carenei într-un mediu fără oxigen ( azot sau argon ), iar apoi carena a fost sudată ermetic. Etanșarea nu a putut înlocui pasivarea corespunzătoare a suprafeței joncțiunilor pn, astfel încât parametrii tranzistorilor din aliaj au fost instabili în timp [86] . Aproape toate tranzistoarele din aliaj erau fabricate din germaniu - implementarea tehnologiei aliajelor în siliciu s-a dovedit a fi prea complicată și costisitoare [87] .
Tranzițiile dintre zonele de tip p și de tip n în tranzistoarele din aliaj au fost ascuțite (în trepte), în contrast cu tranzițiile netede ale tranzistoarelor crescute. Datorită caracteristicii de joncțiune a emițătorului în trepte, tranzistoarele din aliaj aveau un câștig de curent mai mare și erau comutatoare mai eficiente în circuitele digitale. Caracteristica în trepte a joncțiunii colectoare, dimpotrivă, a dat naștere la proprietăți nedorite - capacitate Miller ridicată , interval de frecvență îngust (până la 10 MHz), autoexcitare a amplificatoarelor [88] . Frecvența de funcționare limită a tranzistoarelor din aliaj a fost mai mare decât cea a tranzistoarelor bazate pe joncțiuni crescute, dar totuși inferioară tranzistoarelor punctiforme [87] .
La mijlocul anilor 1950, James Earlya propus diverse opțiuni pentru structurile de aliaje asimetrice (PNIP, NPIN), care au făcut posibilă extinderea gamei de frecvență până la 200 MHz. Potrivit lui Ian Ross, Early a fost a doua persoană după Shockley care a propus o structură fundamental nouă pentru tranzistor [89] , dar a făcut-o prea târziu. Până la sfârșitul anilor 1960, tranzistoarele Earley, care erau inferioare în toate privințele tranzistorilor de difuzie, au fost întrerupte [88] [90] .
În 1950, un grup de specialiști Bell Labs condus de Calvin Fullera început cercetările privind difuzia impurităților în germaniu pentru a dezvolta măsuri împotriva contaminării cristalelor cu impurități nedorite. Lucrarea lui Fuller s-a dezvoltat într-un studiu cuprinzător al difuziei din medii solide și gazoase și a adus un rezultat secundar - crearea unei celule solare eficiente de siliciu [47] . La începutul anului 1954, Shockley a sugerat utilizarea difuziei Fuller pentru a forma joncțiuni pn cu o adâncime dată și un profil de concentrație de impurități [91] .
În martie 1955, Shockley, George Daisy și Charles Lee au depus o cerere de brevet pentru tehnologia de producție în masă pentru tranzistorul de difuzie [91] . În acest proces, o masă de pelete monocristaline de germaniu de tip p, viitori tranzistori, a fost plasată simultan în cuptorul de difuzie. Apoi, arsenul a fost difuzat timp de 15 minute la 800°C , care a format un strat de tip n (bază) pe suprafața tabletei. Un strat subțire de aluminiu a fost aplicat pe suprafața fiecărei tablete folosind un șablon - tamponul de contact al viitorului emițător. În timpul recoacerii, atomii de aluminiu au difuzat în germaniu, creând un strat subțire de tip p în interiorul bazei (emițătorul însuși). Contactul electric cu colectorul, ascuns în interiorul stratului de difuzie al bazei, a fost creat prin lipirea cristalului pe corpul tranzistorului cu lipire care conține indiu . Indiul, difuzând în germaniu, a schimbat conductivitatea stratului de bază de la tipul n înapoi la tipul p, „împingând” ușor stratul de bază din zona de lipit [92] . Aspectul tabletei, lipită pe o bază plată, semăna cu mesele comune în sud-vestul Statelor Unite ( spaniolă: mesa ), motiv pentru care tranzistorii de acest tip au devenit cunoscuți ca tranzistori mesa [93] . Tehnologia lui Daisy, Lee și Shockley a intrat în producție la Western Electric , dar nu a intrat pe piața liberă - toate tranzistoarele produse au fost distribuite între Western Electric și un cerc restrâns de clienți militari [93] .
În 1957, Philips și-a dezvoltat propria tehnologie mesa, așa-numitul proces „pushed- out base” (POB ) . În acest proces, difuzia atât a impurităților acceptoare (stratul de bază de tip p) cât și a donorului (stratul emițător de tip n) a fost produsă din picăturile de plumb dopate depuse pe o granulă de germaniu de tip n. Tranzistoarele de acest tip aveau o frecvență de tăiere a câștigului de până la 200 MHz și au fost utilizate pe scară largă în primele televizoare cu semiconductor tub . Succesul comercial al tehnologiei POB a jucat o glumă crudă lui Philips: compania sa concentrat pe îmbunătățirea tehnologiilor cu germaniu și a rămas cu mult în urma americanilor și a Siemens în siliciu [94] .
La începutul anului 1955 în cuptorul de difuzie al lui Karl Frosch, care a lucrat la Bell Labs pe problemele difuzării în siliciu, a avut loc o fulgerare accidentală de hidrogen [95] . O parte din hidrogenul din cuptor a ars odată cu eliberarea de vapori de apă , placheta de siliciu experimentală a fost acoperită cu un strat subțire de dioxid de siliciu [95] . În următorii doi ani, Frosch și asistentul său Lincoln Derick, cu participarea lui Moll, Fuller și Holonyak au studiat în detaliu procesul de oxidare termică umedă și l-au adus în producția industrială [96] [97] . Spre deosebire de oxidarea uscată imprevizibilă de atunci într-o atmosferă de oxigen , oxidarea umedă cu vapori de apă s-a dovedit a fi un proces ușor reproductibil, iar straturile de oxid rezultate au fost uniforme și suficient de puternice [95] . Ei au reținut în mod fiabil atomii de aliere grele (de exemplu, antimoniul ) și, prin urmare, ar putea servi ca o mască eficientă, rezistentă la căldură pentru difuzia selectivă a impurităților [95] .
Frosch a prevăzut introducerea pe scară largă a măștilor de oxid selectiv încă din 1955, dar s-a oprit la un pas de ideea integrării [95] . Holonyak a scris în 2003 că descoperirea lui Frosch „a făcut ca toate celelalte tehnici de difuzie să fie învechite” și a înlăturat bariera finală în calea proiectării circuitelor integrate [96] . Cu toate acestea, Frosch a greșit când a decis că oxidul nu era capabil să întârzie difuzia fosforului . Straturile subțiri de oxid folosite de Frosch au lăsat într-adevăr atomii de fosfor să treacă, dar la începutul anului 1958 Chi-Tang Saa constatat că un strat suficient de gros de oxid este, de asemenea, capabil să rețină fosforul [98] . Această greșeală a întârziat cu mai mult de un an începutul lucrării practice a lui Jean Herney privind tehnologia plană [98] .
Munca lui Frosch a rămas un secret interior la Bell Labs până când a fost publicată pentru prima dată în Journal of the Electrochemical Society în vara anului 1957 [99] . Cu toate acestea, William Shockley, care a plecat în California în 1954 și a fost concediat oficial de la Bell Labs în septembrie 1955 [100] , era cu siguranță la curent cu munca lui Frosch. Shockley a rămas recenzent și consultant pentru Bell Labs, primind în mod regulat știri despre cele mai recente lucrări ale corporației, prezentându-le angajaților săi [101] . Două dintre cele mai importante tehnologii ale Bell Labs, încă nepublicate în 1956, oxidarea umedă și fotolitografia , erau introduse în producția pilot la Shockley Semiconductor Laboratory [101] . The Treacherous Eight , care l-a părăsit pe Shockley pentru a fonda Fairchild Semiconductor , a luat deja cu ei o cunoaștere de lucru a acestor tehnologii [102] .
În august 1958, Fairchild Semiconductor a introdus Gordon Moore 2N696, primul tranzistor mesa siliciu și primul tranzistor mesa vândut pe piața liberă din SUA [103] . Tehnologia producției sale a fost fundamental diferită de procesele „tablete” ale Bell Labs și Philips prin aceea că prelucrarea a fost efectuată cu plăci întregi, netăiate, folosind fotolitografie și oxidare umedă Frosch [104] . Imediat înainte de tăierea plachetei în tranzistoare individuale, a fost efectuată operația de gravare adâncă ( ing. mesaing ) a plachetei, separând insulele mesa (viitoarele tranzistoare) prin caneluri adânci [105] .
Tehnologia Fairchild a îmbunătățit semnificativ productivitatea, dar a fost foarte riscantă pentru timpul său: o singură greșeală în etapele de difuzie, placare și gravare a plăcilor a dus la moartea întregului lot [105] . Fairchild a rezistat acestor teste, rămânând timp de aproape un an și jumătate singurul furnizor de tranzistori mesa pe piața liberă. 2N696 se compară favorabil cu cei mai apropiați concurenți ai săi ( tranzistoarele din aliaj Texas Instruments ) printr-o combinație de putere mai mare și viteză bună în circuitele digitale și, prin urmare, a devenit pentru o vreme „tranzistorul universal” al complexului militar-industrial american [106] . În calcul, 2N696 nu a funcționat la fel de bine din cauza timpului lung de oprire [107] . În noiembrie 1958 - ianuarie 1959, Jean Ernie a găsit o soluție la problema - alierea colectoarelor cu aur [108] . Soluția lui Ernie a fost complet ilogică, de necrezut: anterior se credea că aurul „ucide” câștigul tranzistorului [109] . Cu toate acestea, tranzistoarele PNP dopate cu aur ale lui Ernie, lansate la începutul anului 1959, au avut un câștig constant ridicat, au depășit tranzistoarele cu germaniu în viteză și au rămas inaccesibile concurenților până la mijlocul anilor 1960 [110] . Fairchild, ocolind Texas Instruments, a devenit liderul absolut în industrie și a deținut conducerea până în iulie 1967 [111] .
Tehnologia Mesa a oferit dezvoltatorilor o flexibilitate fără precedent în specificarea caracteristicilor joncțiunilor pn și a făcut posibilă creșterea tensiunii admisibile a colectorului la câțiva kilovolți [112] și a frecvenței de operare la 1 GHz [113] , dar a avut și dezavantaje fatale. Nu permitea formarea de rezistențe și, prin urmare, nu era adecvată pentru producerea de circuite integrate [114] . Straturile groase colectoare au avut o rezistență ohmică mare și, ca urmare, răspunsuri la impuls departe de optim [115] . Principala problemă a tranzistorilor mesa a fost că ieșirea joncțiunii colectorului pn către „peretele” pur al mesei nu a fost protejată de contaminanți - ca urmare, fiabilitatea tranzistorilor mesa a fost mai proastă decât cea a tranzistorilor din aliaj care le-au precedat. [114] . Particulele microscopice atrase de cristal de câmpul electric au deviat joncțiunea colectorului și au redus câștigul și tensiunea de defalcare. Moore și-a amintit că atunci când o tensiune inversă a fost aplicată colectorului, aceste particule, încălzite de curentul de scurgere, au strălucit literalmente [116] . A fost imposibil să se protejeze pereții mesei cu un strat de oxid, deoarece oxidarea a necesitat încălzire la temperaturi care depășesc temperatura de topire a aluminiului a plăcuțelor de contact.
Încă de la 1 decembrie 1957, Ernie ia propus lui Robert Noyce procesul planar , un înlocuitor promițător pentru tehnologia mesa. Potrivit lui Ernie, structura plană ar fi trebuit să fie formată din două difuzii succesive, creând mai întâi un strat de bază și apoi un strat emițător încorporat în acesta. Ieșirile joncțiunilor colectorului și emițătorului către suprafața superioară a cristalului au fost izolate de mediul extern printr-un strat de oxid „murdar”, care a servit drept mască pentru a doua difuzie (emițător) [102] . Această propunere a lui Ernie, precum și alierea cu aur, a contrazis opinia general acceptată de atunci [117] . Fuller, Frosch și alți ingineri Bell Labs credeau că un oxid „murdar” într-un tranzistor finit este inacceptabil, deoarece atomii de impurități ar pătrunde inevitabil din oxid în siliciu, încălcând profilul de joncțiune pn specificat [117] . Ernie a dovedit că această opinie era eronată: predecesorii nu au ținut cont de faptul că în timpul difuziei, impuritatea nu numai că intră adânc în cristal, ci se răspândește și lateral sub masca de oxid [118] . Suprapunerea măștii peste joncțiunea pn reală (ascunsă) este suficient de mare, astfel încât difuzia din oxid în cristal poate fi neglijată [118] .
În următoarele șase luni, Ernie și Noyce nu au revenit la tema plană [119] . Potrivit lui Riordan, întârzierea s-a datorat imperfecțiunii procesului litografic Fairchild: tehnologia din 1957-1958 nu a permis patru fotolitografii și două difuzii cu un randament acceptabil , așa că Ernie și Noyce nu au revenit la tema plană în următorul șase luni [119] . În mai 1958, au aflat că Martin Attala de la Bell Labs lucra și la pasivarea stratului de oxid [120] . Ernie, care nu a vrut să renunțe la inițiativa concurenților, a preluat dioda plană, iar din ianuarie 1959 s-a concentrat pe fabricarea unui tranzistor NPN plan - succesorul lui 2N696 [120] . 2 martie 1959 Ernie a creat primul tranzistor planar experimental [121] . Până la 12 martie 1959, Ernie era convins că noul dispozitiv era mai rapid decât tranzistoarele mesa, avea curenți de scurgere de o mie de ori mai mici și, în același timp, era protejat în mod fiabil de particulele străine [122] .
Potrivit lui Arjun Saxena , a existat și un motiv fundamental pentru întârziere. Conform lucrărilor lui Carl Frosch, stratul de oxid nu putea servi drept mască pentru difuzia atomilor de fosfor ușor - și anume, fosforul a fost necesar de către Ernie pentru al doilea, emițător, difuzie [98] . 2 martie 1959 (sau câteva zile mai târziu) fostul coleg al lui Ernie la Shockley Chi-Tan Sale-a povestit lui Ernie și Noyce despre experiența sa de difuzare [98] . S-a dovedit că un strat de oxid suficient de gros poate întârzia eficient difuzia fosforului [98] . Tocmai aceste cunoștințe au stimulat activitatea lui Ernie în prima jumătate a lunii martie 1959 [98] .
Moore și Noyce, care de fapt au condus Fairchild [aprox. 10] , a decis să treacă la tehnologia plană, dar lansarea într-o serie s-a dovedit a fi neașteptat de dificilă [123] . Fairchild nu a lansat primele tranzistoare plane 2N1613 produse în masă până în aprilie 1960 [124] . Pe 26 mai 1960, Jay Last , care lucra pentru Fairchild, a creat primul circuit integrat planar bazat pe ideile lui Noyce [125] , iar în octombrie 1960 Fairchild a anunțat abandonarea completă a tranzistoarelor mesa [126] . De atunci, procesul planar a rămas principala modalitate de fabricare a tranzistoarelor și, de fapt, singura modalitate de fabricare a circuitelor integrate [127] .
Îmbunătățirea tranzistoarelor bipolare a continuat în două direcții - o creștere a frecvenței de funcționare (viteza de comutare) și o creștere a disipării puterii [128] . Aceste două obiective au cerut de la dezvoltatori soluții tehnice care se exclud reciproc: funcționarea la frecvențe înalte implică o zonă minimă de joncțiune și o grosime minimă a bazei, în timp ce funcționarea la curenți mari, dimpotrivă, necesită o zonă mare de joncțiune [128] . Prin urmare, în anii 1960, dispozitivele de putere și de înaltă frecvență s-au dezvoltat în moduri independente [128] . În 1961, tranzistoarele de siliciu Fairchild 2N709, proiectate de Ernie pentru Seymour Cray , au depășit pentru prima dată tranzistoarele cu germaniu în viteza de comutare [129] . Până la sfârșitul anilor 1960, tranzistoarele experimentale au atins frecvențe de funcționare de 10 GHz, egalând viteza celor mai bune tuburi cu microunde [113] .
Puterea disipată de primele tipuri de tranzistoare nu a depășit 100 mW [128] . În 1952, a fost creat primul „tranzistor de putere” cu o putere de disipare de 10 wați. Era un tranzistor obișnuit din aliaj de germaniu, lipit pe o bază de cupru, care era atașat la un radiator masiv [130] . În 1954, a fost dezvoltat un tranzistor de douăzeci de wați cu un curent maxim de colector de 1 A [130] . Frecvența limită de amplificare a acestor tranzistoare nu a depășit 100 kHz, iar temperatura de funcționare a cristalului a fost de 80°C [130] . Curentul de funcționare și câștigul au fost scăzute datorită rezistenței de bază scăzute, de aproximativ 30 Ohm [130] .
La sfârșitul anilor 1950, dezvoltatorii de tranzistori de mare putere au trecut la tehnologiile de difuzie și au abandonat germaniul în favoarea siliciului, care poate funcționa la temperaturi de până la 150 °C [131] . În 1963, a apărut primul tranzistor de putere epitaxial cu o rezistență de bază de aproximativ 1 Ω, ceea ce a făcut posibilă controlul curenților de 10 A sau mai mult [130] . În 1965, RCA a lansat primul tranzistor multi-emițător cu topologie mozaic [130] , în același an, au apărut tranzistoarele mesa de putere cu o tensiune admisibilă de 1 kV [131] . În 1970, intervalul de frecvență de operare al tranzistoarelor experimentale de mare putere a atins 2 GHz cu o putere disipată de 100 W [131] . În același timp, la sfârșitul anilor 1960 și începutul anilor 1970, a început trecerea de la carcase din metal ( TO3 , TO36, TO66) la carcase din plastic ( TO220 și analogi) [113] .
În paralel cu îmbunătățirea tranzistorului bipolar, au continuat lucrările la tranzistoarele cu efect de câmp [132] . Timp de zece ani (1948-1958) a rămas ineficientă din cauza lipsei dielectricilor corespunzători [132] . Apoi evenimentele s-au accelerat brusc. În 1958, Stanislav Tezner a produs la filiala franceză a General Electric „Technitron” ( Technitron ) - primul tranzistor cu efect de câmp din aliaj produs în masă [132] . Era un dispozitiv de germaniu imperfect, caracterizat prin curenți mari de scurgere cu o pantă redusă a caracteristicii [132] . În 1959, RCA a lansat un FET cu peliculă subțire de sulfură de cadmiu [132] . În 1960, American Crystalonics a lansat un tranzistor cu efect de câmp din aliaj pn-jonction serial cu un nivel de zgomot mai mic decât cel al tranzistoarelor bipolare. În 1962, Texas Instruments a lansat primul FET planar cu joncțiune pn.
Cele mai importante evenimente, ca cu zece ani mai devreme, au avut loc între zidurile Bell Labs. În 1959 , Martin Attala a propus să crească porți FET din dioxid de siliciu; dispozitivele de acest tip se numesc structuri MOS [132] . În același an, Attala și Dion Kang au creat primul MOSFET funcțional [133] . Invenția nu a interesat managementul Bell, dar RCA și Fairchild au început să experimenteze activ cu tehnologia MOS încă din 1960, iar în 1962 RCA a fabricat primul cip MOS experimental cu șaisprezece tranzistoare [133] . În 1963 Chin-Tang Sași Frank Wanlacecircuitul MOS complementar propus [134] . Primele MOSFET RCA și Fairchild produse în serie au intrat pe piață în 1964, în același an, General Microelectronics a lansat primul IC MOS, în anii 1970 MOS IC-urile au cucerit piețele de cip de memorie și microprocesoare , iar la începutul secolului 21, ponderea Microcipurile MOS au ajuns la 99% din numărul total de circuite integrate (CI) produse [133] .
Shockley, W. Theory of pn jonctions in Semiconductors and pn Junction Transistors // The Bell System Technical Journal. - 1949. - Vol. 28. - P. 435-48. Arhivat din original pe 21 iulie 2013.
Alferov, Zh. I. Succesul Skolkovo poate fi atins dacă știința din țară începe să se dezvolte din nou . Rusia Sovietică (29 aprilie 2011). Preluat la 20 martie 2012. Arhivat din original la 5 august 2012.
