Sino ang lumikha ng unang transistor? Ang tanong na ito ay nag-aalala sa maraming tao. Ang unang patent para sa field effect transistor principle ay inihain sa Canada ng Austro-Hungarian physicist na si Julius Edgar Lilienfeld noong Oktubre 22, 1925, ngunit hindi naglathala si Lilienfeld ng anumang mga siyentipikong papel sa kanyang mga device at ang kanyang trabaho ay hindi pinansin ng industriya. Kaya, ang unang transistor sa mundo ay lumubog sa kasaysayan. Noong 1934, nag-patent ng isa pang FET ang German physicist na si Dr. Oskar Heil. Walang direktang katibayan na ang mga device na ito ay ginawa, ngunit sa paglaon ng trabaho noong 1990s ay nagpakita na ang isa sa mga disenyo ng Lilienfeld ay gumana tulad ng inilarawan at nagbunga ng isang malaking resulta. Isa na ngayong kilala at karaniwang tinatanggap na katotohanan na si William Shockley at ang kanyang assistant na si Gerald Pearson ay lumikha ng mga gumaganang bersyon ng apparatus mula sa mga patent ni Lilienfeld, na, siyempre, ay hindi kailanman nabanggit sa alinman sa kanilang mga huling siyentipikong papel o makasaysayang mga artikulo. Ang mga unang transistorized na computer, siyempre, ay ginawa sa ibang pagkakataon.
Bella Lab
Bell Labs ay gumawa sa isang transistor na ginawa upang makagawa ng napakadalisay na germanium "crystal" mixer diode na ginagamit sa mga pag-install ng radar bilang bahagi ng frequency mixer. Parallel sa proyektong ito, marami pang iba, kabilang ang germanium diode transistor. Ang mga naunang tube-based na circuit ay walang mabilis na kakayahan sa paglipat, at ang Bell team ay gumamit ng solid-state diode sa halip. Ang mga unang transistor computer ay gumagana sa isang katulad na prinsipyo.
Karagdagang paggalugad ng Shockley
Pagkatapos ng digmaan, nagpasya si Shockley na subukang gumawa ng mala-triode na semiconductor device. Na-secure niya ang pagpopondo at espasyo sa lab, at pagkatapos ay nagtrabaho sa problema kasama sina Bardeen at Bratten. Sa kalaunan ay nakabuo si John Bardeen ng bagong sangay ng quantum mechanics na kilala bilang surface physics upang ipaliwanag ang kanyang mga naunang pagkabigo, at kalaunan ay nagtagumpay ang mga siyentipikong ito sa paglikha ng gumaganang device.
Ang susi sa pagbuo ng transistor ay ang karagdagang pag-unawa sa proseso ng electron mobility sa isang semiconductor. Napatunayan na kung mayroong ilang paraan upang makontrol ang daloy ng mga electron mula sa emitter patungo sa kolektor nitong bagong natuklasang diode (natuklasan noong 1874, na-patent noong 1906), maaaring magtayo ng isang amplifier. Halimbawa, kung maglalagay ka ng mga contact sa magkabilang gilid ng isang uri ng kristal, walang agos na dadaloy dito.
Sa katunayan, naging napakahirap gawin. Ang sukatang kristal ay kailangang maging mas karaniwan, at ang bilang ng mga dapat na electron (o mga butas) na kailangang "i-inject" ay napakalaki, na gagawing hindi gaanong kapaki-pakinabang kaysa sa isang amplifier dahil mangangailangan ito ng malaking kasalukuyang iniksyon. Gayunpaman, ang buong ideya ng crystal diode ay ang kristal mismo ay maaaring humawak ng mga electron sa napakaikling distansya, habang halos nasa bingit ng pagkaubos. Malamang, ang susi ay panatilihing napakalapit sa isa't isa ang input at output pin sa ibabaw ng kristal.
Bratten's Works
Si Bratten ay nagsimulang gumawa sa naturang device, at ang mga pahiwatig ng tagumpay ay patuloy na lumabas habang ang team ay gumagawa ng problema. Ang imbensyon ay mahirap na trabaho. Minsan gumagana ang system, ngunit may isa pang kabiguan na nangyayari. Minsan ang mga resulta ng trabaho ni Bratten ay nagsimulang gumana nang hindi inaasahan sa tubig, tila dahil sa mataas na kondaktibiti nito. Ang mga electron sa anumang bahagi ng kristal ay lumilipat dahil sa mga kalapit na singil. Ang mga electron sa mga emitters o "mga butas" sa mga kolektor ay direktang naipon sa ibabaw ng kristal, kung saan natatanggap nila ang kabaligtaran na singil, "lumulutang" sa hangin (o tubig). Gayunpaman, maaari silang itulak mula sa ibabaw sa pamamagitan ng paglalapat ng isang maliit na halaga ng singil mula sa kahit saan pa sa kristal. Sa halip na mangailangan ng malaking supply ng mga injected electron, isang napakaliit na numero sa tamang lugar sa chip ang gagawa ng parehong bagay.
Ang bagong karanasan ng mga mananaliksik sa ilang sukat ay nakatulong sa paglutasang dating nakatagpo na problema ng isang maliit na control area. Sa halip na gumamit ng dalawang magkahiwalay na semiconductor na konektado ng isang karaniwan ngunit maliit na lugar, isang malaking ibabaw ang gagamitin. Ang mga output ng emitter at collector ay nasa itaas, at ang control wire ay ilalagay sa base ng kristal. Kapag ang isang kasalukuyang ay inilapat sa "base" terminal, ang mga electron ay itulak sa pamamagitan ng semiconductor block at kinokolekta sa malayong ibabaw. Hangga't ang emitter at collector ay napakalapit, ito ay kailangang magbigay ng sapat na mga electron o butas sa pagitan ng mga ito upang magsimulang magsagawa.
Bray Joining
Ang isang maagang saksi sa hindi pangkaraniwang bagay na ito ay si Ralph Bray, isang batang nagtapos na estudyante. Sumali siya sa pagbuo ng germanium transistor sa Purdue University noong Nobyembre 1943 at binigyan ng mahirap na gawain ng pagsukat ng leakage resistance ng isang metal-semiconductor contact. Nakakita si Bray ng maraming anomalya, gaya ng mga panloob na hadlang na may mataas na resistensya sa ilang sample ng germanium. Ang pinaka-nakakagulat na kababalaghan ay ang pambihirang mababang pagtutol na naobserbahan kapag ang mga pulso ng boltahe ay inilapat. Ang mga unang transistor ng Sobyet ay binuo batay sa mga pag-unlad ng Amerika na ito.
Breakthrough
Disyembre 16, 1947, gamit ang two-point contact, ang contact ay ginawa gamit ang germanium surface na anodized sa siyamnapung volts, ang electrolyte ay hinugasan sa H2O, at pagkatapos ilang ginto ang nahulog sa mga spot nito. Ang mga gintong kontak ay idiniin sa mga hubad na ibabaw. Dibisyon sa pagitanang mga tuldok ay humigit-kumulang 4 × 10-3 cm. Ginamit ang isang tuldok bilang grid at ang isa pang tuldok bilang plato. Kailangang positibo ang deviation (DC) sa grid para makakuha ng boltahe na power gain sa plate bias na humigit-kumulang labinlimang volts.
Pag-imbento ng unang transistor
Maraming tanong na konektado sa kasaysayan ng mekanismong ito ng himala. Ang ilan sa kanila ay pamilyar sa mambabasa. Halimbawa: bakit ang mga unang transistor ng USSR PNP-type? Ang sagot sa tanong na ito ay nasa pagpapatuloy ng buong kwentong ito. Ipinakita nina Bratten at H. R. Moore sa ilang mga kasamahan at tagapamahala sa Bell Labs noong hapon ng Disyembre 23, 1947, ang resulta na kanilang nakamit, kaya naman ang araw na ito ay madalas na tinutukoy bilang petsa ng kapanganakan ng transistor. Ang isang PNP-contact germanium transistor ay nagtrabaho bilang isang speech amplifier na may power gain na 18. Ito ang sagot sa tanong kung bakit ang mga unang transistor ng USSR ay PNP-type, dahil binili sila mula sa mga Amerikano. Noong 1956, sina John Bardeen, W alter Houser Bratten at William Bradford Shockley ay ginawaran ng Nobel Prize sa Physics para sa kanilang pananaliksik sa semiconductors at sa pagtuklas ng transistor effect.
Labindalawang tao ang kinikilalang direktang kasangkot sa pag-imbento ng transistor sa Bell Labs.
Ang pinakaunang transistor sa Europe
Kasabay nito, natuwa ang ilang European scientist sa ideya ng solid-state amplifier. Noong Agosto 1948, ang mga German physicist na sina Herbert F. Matare at Heinrich Welker, na nagtrabaho sa Compagnie des Freins et Signaux Westinghouse sa Aulnay-sous-Ang Bois, France, ay nag-aplay para sa isang patent para sa isang amplifier batay sa isang minorya ng tinatawag nilang "transistor". Dahil hindi nai-publish ng Bell Labs ang transistor hanggang Hunyo 1948, ang transistor ay itinuturing na independiyenteng binuo. Unang naobserbahan ni Mataré ang mga epekto ng transconductance sa paggawa ng mga silicon diode para sa kagamitang radar ng Aleman noong Ikalawang Digmaang Pandaigdig. Ang mga transistor ay komersyal na ginawa para sa kumpanya ng teleponong Pranses at sa militar, at noong 1953 ay ipinakita ang isang four-transistor solid state radio sa isang istasyon ng radyo sa Düsseldorf.
Bell Telephone Laboratories ay nangangailangan ng pangalan para sa isang bagong imbensyon: Semiconductor Triode, Tried States Triode, Crystal Triode, Solid Triode at Iotatron ay lahat ay isinasaalang-alang, ngunit ang "transistor" na nilikha ni John R. Pierce ang malinaw na nagwagi ng isang panloob na boto (bahagyang salamat sa kalapitan na binuo ng mga inhinyero ng Bell para sa "-historic" suffix).
Ang unang commercial transistor production line sa mundo ay nasa Western Electric plant sa Union Boulevard sa Allentown, Pennsylvania. Nagsimula ang produksyon noong Oktubre 1, 1951 gamit ang isang point contact germanium transistor.
Karagdagang aplikasyon
Hanggang sa unang bahagi ng 1950s, ginamit ang transistor na ito sa lahat ng uri ng pagmamanupaktura, ngunit mayroon pa ring malalaking problema na pumipigil sa mas malawak na paggamit nito, gaya ng sensitivity sa moisture at ang hina ng mga wire na nakakabit sa germanium crystals.
Madalas na inaakusahan si Shockleyplagiarism dahil sa ang katunayan na ang kanyang trabaho ay napakalapit sa gawa ng mahusay, ngunit hindi kinikilalang Hungarian engineer. Ngunit mabilis na naayos ng mga abogado ng Bell Labs ang isyu.
Gayunpaman, nagalit si Shockley sa mga pag-atake ng mga kritiko at nagpasya na ipakita kung sino ang tunay na utak ng buong mahusay na epiko ng pag-imbento ng transistor. Pagkalipas lamang ng ilang buwan, nag-imbento siya ng isang ganap na bagong uri ng transistor na may kakaibang "sandwich structure". Ang bagong form na ito ay mas maaasahan kaysa sa marupok na point-contact system, at ang form na ito ang ginamit sa lahat ng transistor noong 1960s. Hindi nagtagal, naging bipolar junction apparatus ito, na naging batayan para sa unang bipolar transistor.
Ang static induction device, ang unang konsepto ng high frequency transistor, ay naimbento ng mga Japanese engineer na sina Jun-ichi Nishizawa at Y. Watanabe noong 1950 at sa wakas ay nakagawa ng mga eksperimentong prototype noong 1975. Ito ang pinakamabilis na transistor noong 1980s.
Kabilang ang mga karagdagang pagpapaunlad ng mga extended coupled na device, surface barrier transistor, diffusion, tetrode at pentode. Ang diffusion silicon na "mesa transistor" ay binuo noong 1955 sa Bell at komersyal na magagamit mula sa Fairchild Semiconductor noong 1958. Ang space ay isang uri ng transistor na binuo noong 1950s bilang isang pagpapabuti sa point contact transistor at sa susunod na alloy transistor.
Noong 1953, binuo ng Filco ang unang high-frequency surface sa mundobarrier device, na siya ring unang transistor na angkop para sa mga high-speed na computer. Ang unang transistorized car radio sa mundo, na ginawa ng Philco noong 1955, ay gumamit ng surface barrier transistor sa circuitry nito.
Paglutas ng problema at muling gawain
Sa solusyon sa mga problema ng kahinaan, nanatili ang problema sa kalinisan. Ang paggawa ng germanium ng kinakailangang kadalisayan ay napatunayang isang malaking hamon at limitado ang bilang ng mga transistor na maaaring aktwal na gumana mula sa isang partikular na batch ng materyal. Nilimitahan din ng sensitivity ng temperatura ng germanium ang pagiging kapaki-pakinabang nito.
Nag-isip ang mga siyentipiko na ang silicon ay magiging mas madaling gawin, ngunit kakaunti ang nag-explore ng posibilidad. Si Morris Tanenbaum sa Bell Laboratories ang unang bumuo ng gumaganang silicon transistor noong Enero 26, 1954. Pagkalipas ng ilang buwan, si Gordon Teal, na nagtatrabaho nang mag-isa sa Texas Instruments, ay nakabuo ng katulad na aparato. Ang parehong mga aparatong ito ay ginawa sa pamamagitan ng pagkontrol sa doping ng mga solong kristal na silikon habang sila ay lumaki mula sa tinunaw na silikon. Ang isang mas mataas na paraan ay binuo nina Morris Tanenbaum at Calvin S. Fuller sa Bell Laboratories noong unang bahagi ng 1955 sa pamamagitan ng gas diffusion ng mga donor at acceptor impurities sa iisang kristal na silicon na kristal.
Field effect transistors
Ang FET ay unang na-patent ni Julis Edgar Lilienfeld noong 1926 at Oskar Hale noong 1934, ngunit ang mga praktikal na semiconductor device (transition field effect transistors [JFET]) ay binuonang maglaon, pagkatapos na maobserbahan at maipaliwanag ang epekto ng transistor ng koponan ni William Shockley sa Bell Labs noong 1947, pagkatapos lamang mag-expire ang dalawampung taong patent period.
Ang unang uri ng JFET ay ang Static Induction Transistor (SIT) na naimbento ng mga Japanese engineer na sina Jun-ichi Nishizawa at Y. Watanabe noong 1950. Ang SIT ay isang uri ng JFET na may maikling haba ng channel. Ang metal-oxide-semiconductor semiconductor field-effect transistor (MOSFET), na higit na pumalit sa JFET at lubos na nakaimpluwensya sa pagbuo ng electronics, ay naimbento nina Dawn Kahng at Martin Atalla noong 1959.
Ang FET ay maaaring karamihan sa mga device na nagcha-charge, kung saan ang kasalukuyang ay pangunahing dinadala ng karamihan sa mga carrier, o mga mas mababang charge na carrier device, kung saan ang kasalukuyang ay pangunahing hinihimok ng minority carrier flow. Binubuo ang device ng isang aktibong channel kung saan dumadaloy ang mga charge carrier, electron, o mga butas mula sa source papunta sa sewer. Ang source at drain terminal ay konektado sa semiconductor sa pamamagitan ng ohmic contact. Ang channel conductance ay isang function ng potensyal na inilapat sa buong gate at source terminal. Ang prinsipyong ito ng pagpapatakbo ay nagbunga ng unang all-wave transistor.
Lahat ng FET ay may source, drain, at gate terminal na halos tumutugma sa emitter, collector, at base ng BJT. Karamihan sa mga FET ay may pang-apat na terminal na tinatawag na katawan, base, lupa, o substrate. Ang ikaapat na terminal na ito ay nagsisilbing bias ang transistor sa serbisyo. Ito ay bihirang gumawa ng di-maliit na paggamit ng mga terminal ng pakete sa mga circuit, ngunit ang presensya nito ay mahalaga kapag nagse-set up ng pisikal na layout ng isang integrated circuit. Ang laki ng gate, ang haba L sa diagram, ay ang distansya sa pagitan ng pinagmulan at ng alisan ng tubig. Ang lapad ay ang pagpapalawak ng transistor sa direksyon na patayo sa cross section sa diagram (i.e. in/out ng screen). Karaniwan ang lapad ay mas malaki kaysa sa haba ng gate. Nililimitahan ng haba ng gate na 1 µm ang upper frequency sa humigit-kumulang 5 GHz, mula 0.2 hanggang 30 GHz.
