Qui va crear el primer transistor? Aquesta pregunta preocupa a molta gent. La primera patent del principi del transistor d'efecte de camp la va presentar al Canadà el físic austrohongarès Julius Edgar Lilienfeld el 22 d'octubre de 1925, però Lilienfeld no va publicar cap article científic sobre els seus dispositius i el seu treball va ser ignorat per la indústria. Així, el primer transistor del món s'ha enfonsat a la història. El 1934, el físic alemany Dr. Oskar Heil va patentar un altre FET. No hi ha evidència directa que aquests dispositius es van construir, però treballs posteriors a la dècada de 1990 van demostrar que un dels dissenys de Lilienfeld funcionava tal com es descriu i va donar un resultat substancial. Ara és un fet conegut i acceptat generalment que William Shockley i el seu assistent Gerald Pearson van crear versions de treball de l'aparell a partir de les patents de Lilienfeld, que, per descomptat, mai es van esmentar en cap dels seus articles científics o articles històrics posteriors. Els primers ordinadors transistoritzats, és clar, es van construir molt més tard.
Bella Lab
Bell Labs va treballar en un transistor construït per produir díodes mescladors de "cristall" de germani extremadament purs utilitzats en instal·lacions de radar com a part del mesclador de freqüència. Paral·lelament a aquest projecte, n'hi havia molts d' altres, inclòs el transistor de díode de germani. Els primers circuits basats en tubs no tenien capacitat de commutació ràpida i l'equip de Bell va utilitzar díodes d'estat sòlid. Els primers ordinadors de transistors funcionaven amb un principi similar.
Més exploració de Shockley
Després de la guerra, Shockley va decidir intentar construir un dispositiu semiconductor semblant a un triode. Va aconseguir el finançament i l'espai del laboratori, i després va treballar en el problema amb Bardeen i Bratten. John Bardeen finalment va desenvolupar una nova branca de la mecànica quàntica coneguda com a física de superfície per explicar els seus primers fracassos, i aquests científics finalment van aconseguir crear un dispositiu de treball.
La clau per al desenvolupament del transistor va ser la millor comprensió del procés de mobilitat d'electrons en un semiconductor. Es va demostrar que si hi havia alguna manera de controlar el flux d'electrons de l'emissor al col·lector d'aquest díode recent descobert (descobert el 1874, patentat el 1906), es podria construir un amplificador. Per exemple, si col·loqueu contactes a banda i banda d'un tipus de cristall, no hi passarà corrent.
De fet, va resultar molt difícil de fer. La midael cristall hauria de ser més mitjà, i el nombre de suposats electrons (o forats) que calia "injectar" era molt gran, cosa que el faria menys útil que un amplificador perquè requeriria un gran corrent d'injecció. No obstant això, la idea del díode de cristall era que el propi cristall podia contenir electrons a una distància molt curta, mentre estava gairebé a punt d'esgotar-se. Pel que sembla, la clau era mantenir els pins d'entrada i de sortida molt a prop els uns dels altres a la superfície del cristall.
Obres de Bratten
Bratten va començar a treballar en aquest dispositiu i van continuar apareixent pistes d'èxit mentre l'equip treballava en el problema. La invenció és un treball dur. De vegades el sistema funciona, però després es produeix un altre error. De vegades, els resultats del treball de Bratten van començar a funcionar de manera inesperada a l'aigua, pel que sembla a causa de la seva alta conductivitat. Els electrons de qualsevol part del cristall migren a causa de les càrregues properes. Els electrons dels emissors o "forats" dels col·lectors s'acumulen directament a la part superior del cristall, on reben la càrrega oposada, "flotant" a l'aire (o aigua). Tanmateix, es podrien treure de la superfície aplicant una petita quantitat de càrrega des de qualsevol altre lloc del cristall. En lloc de requerir una gran quantitat d'electrons injectats, un nombre molt petit al lloc correcte del xip farà el mateix.
La nova experiència dels investigadors va ajudar en certa mesura a resoldre'lsel problema trobat anteriorment d'una petita àrea de control. En lloc d'haver d'utilitzar dos semiconductors separats connectats per una àrea comuna però petita, s'utilitzarà una superfície gran. Les sortides de l'emissor i del col·lector estarien a la part superior i el cable de control es col·locaria a la base del cristall. Quan s'aplicava un corrent al terminal "base", els electrons serien empès a través del bloc de semiconductors i es recollien a la superfície llunyana. Mentre l'emissor i el col·lector estiguessin molt a prop, això hauria de proporcionar prou electrons o forats entre ells per començar a conduir.
Unió a Bray
Un dels primers testimonis d'aquest fenomen va ser Ralph Bray, un jove estudiant graduat. Es va unir al desenvolupament del transistor de germani a la Universitat de Purdue el novembre de 1943 i se li va donar la difícil tasca de mesurar la resistència a les fuites d'un contacte metall-semiconductor. Bray va trobar moltes anomalies, com ara barreres internes d' alta resistència en algunes mostres de germani. El fenomen més curiós va ser la resistència excepcionalment baixa observada quan es van aplicar polsos de tensió. Els primers transistors soviètics es van desenvolupar sobre la base d'aquests desenvolupaments nord-americans.
Avenç
16 de desembre de 1947, utilitzant un contacte de dos punts, es va fer contacte amb una superfície de germani anoditzada a noranta volts, l'electròlit es va rentar a H2O i després hi va caure una mica d'or. Els contactes d'or es van pressionar contra superfícies nues. Divisió entreels punts feien uns 4 × 10-3 cm. Un punt s'utilitzava com a quadrícula i l' altre com a placa. La desviació (DC) a la xarxa havia de ser positiva per obtenir un guany de potència de tensió a través de la polarització de la placa d'uns quinze volts.
Invenció del primer transistor
Hi ha moltes preguntes relacionades amb la història d'aquest mecanisme miraculos. Alguns d'ells són coneguts per al lector. Per exemple: per què els primers transistors de l'URSS eren de tipus PNP? La resposta a aquesta pregunta es troba en la continuació de tota aquesta història. Bratten i H. R. Moore van demostrar a diversos col·legues i directius de Bell Labs la tarda del 23 de desembre de 1947, el resultat que havien aconseguit, motiu pel qual aquest dia sovint es coneix com la data de naixement del transistor. Un transistor de germani de contacte PNP funcionava com a amplificador de veu amb un guany de potència de 18. Aquesta és la resposta a la pregunta per què els primers transistors de l'URSS eren de tipus PNP, perquè es van comprar als nord-americans. El 1956, John Bardeen, W alter Houser Bratten i William Bradford Shockley van rebre el Premi Nobel de Física per la seva investigació sobre els semiconductors i el descobriment de l'efecte transistor.
Dotze persones han estat directament implicades en la invenció del transistor als laboratoris Bell.
Els primers transistors d'Europa
Al mateix temps, alguns científics europeus es van entusiasmar amb la idea dels amplificadors d'estat sòlid. L'agost de 1948, els físics alemanys Herbert F. Matare i Heinrich Welker, que treballaven a la Compagnie des Freins et Signaux Westinghouse a Aulnay-sous-Bois, França, va sol·licitar una patent per a un amplificador basat en una minoria del que van anomenar "transistor". Com que Bell Labs no va publicar el transistor fins al juny de 1948, el transistor es va considerar desenvolupat de manera independent. Mataré va observar per primera vegada els efectes de la transconductància en la producció de díodes de silici per a equips de radar alemanys durant la Segona Guerra Mundial. Els transistors es van fabricar comercialment per a la companyia telefònica francesa i l'exèrcit, i el 1953 es va demostrar una ràdio d'estat sòlid de quatre transistors en una estació de ràdio de Düsseldorf.
Bell Telephone Laboratories necessitava un nom per a un nou invent: Semiconductor Triode, Tried States Triode, Crystal Triode, Solid Triode i Iotatron, però el "transistor" encunyat per John R. Pierce va ser el clar guanyador d'un vot intern (en part gràcies a la proximitat que els enginyers de Bell van desenvolupar per al sufix "-històric").
La primera línia de producció de transistors comercials del món va ser a la planta de Western Electric a Union Boulevard a Allentown, Pennsilvània. La producció va començar l'1 d'octubre de 1951 amb un transistor de germani de contacte puntual.
Més sol·licitud
Fins a principis de la dècada de 1950, aquest transistor s'utilitzava en tot tipus de fabricació, però encara hi havia problemes importants que impedien el seu ús més ampli, com ara la sensibilitat a la humitat i la fragilitat dels cables units als cristalls de germani.
Shockley va ser acusat sovintplagi pel fet que la seva obra era molt propera a l'obra del gran, però no reconegut enginyer hongarès. Però els advocats de Bell Labs van resoldre ràpidament el problema.
No obstant això, Shockley es va indignar pels atacs de la crítica i va decidir demostrar qui era l'autèntic cervell de tota la gran èpica de la invenció del transistor. Només uns mesos després, va inventar un tipus de transistor completament nou amb una "estructura sandvix" molt peculiar. Aquesta nova forma era molt més fiable que el fràgil sistema de punt de contacte, i va ser aquesta forma la que es va acabar utilitzant en tots els transistors dels anys 60. Aviat es va convertir en l'aparell d'unió bipolar, que es va convertir en la base del primer transistor bipolar.
El dispositiu d'inducció estàtica, el primer concepte del transistor d' alta freqüència, va ser inventat pels enginyers japonesos Jun-ichi Nishizawa i Y. Watanabe el 1950 i finalment va poder crear prototips experimentals el 1975. Va ser el transistor més ràpid de la dècada de 1980.
Els desenvolupaments posteriors van incloure dispositius acoblats estès, transistor de barrera superficial, difusió, tetrode i pentode. El "transistor mesa" de silici de difusió va ser desenvolupat el 1955 a Bell i disponible comercialment a Fairchild Semiconductor el 1958. L'espai va ser un tipus de transistor desenvolupat a la dècada de 1950 com a millora respecte al transistor de contacte puntual i al posterior transistor d'aliatge.
El 1953, Filco va desenvolupar la primera superfície d' alta freqüència del móndispositiu de barrera, que també va ser el primer transistor adequat per a ordinadors d' alta velocitat. La primera ràdio de cotxe transistoritzada del món, fabricada per Philco l'any 1955, utilitzava transistors de barrera superficial als seus circuits.
Resolució de problemes i reelaboració
Amb la solució dels problemes de fragilitat es va mantenir el problema de la neteja. La producció de germani de la puresa requerida va resultar ser un repte important i va limitar el nombre de transistors que realment podrien funcionar a partir d'un lot determinat de material. La sensibilitat a la temperatura del germani també limitava la seva utilitat.
Els científics han especulat que el silici seria més fàcil de fabricar, però pocs han explorat la possibilitat. Morris Tanenbaum dels Bell Laboratories va ser el primer a desenvolupar un transistor de silici que funcionava el 26 de gener de 1954. Uns mesos més tard, Gordon Teal, treballant pel seu compte a Texas Instruments, va desenvolupar un dispositiu similar. Tots dos dispositius es van fabricar controlant el dopatge de cristalls de silici únics a mesura que es van fer créixer a partir de silici fos. Morris Tanenbaum i Calvin S. Fuller van desenvolupar un mètode superior als Laboratoris Bell a principis de 1955 mitjançant la difusió gasosa d'impureses donants i acceptores en cristalls de silici d'un sol cristall.
Transistors d'efecte de camp
El FET va ser patentat per primera vegada per Julis Edgar Lilienfeld el 1926 i Oskar Hale el 1934, però es van desenvolupar dispositius semiconductors pràctics (transistors d'efecte de camp de transició [JFET])més tard, després que l'equip de William Shockley a Bell Labs observés i expliqués l'efecte del transistor l'any 1947, just després d'haver expirat el període de vint anys de la patent.
El primer tipus de JFET va ser el transistor d'inducció estàtica (SIT) inventat pels enginyers japonesos Jun-ichi Nishizawa i Y. Watanabe el 1950. SIT és un tipus de JFET amb una longitud de canal curta. El transistor d'efecte de camp semiconductor d'òxid metàl·lic (MOSFET), que va suplantar en gran mesura el JFET i va influir profundament en el desenvolupament de l'electrònica, va ser inventat per Dawn Kahng i Martin Atalla el 1959.
Els FET poden ser dispositius de càrrega majoritària, en què el corrent és transportat principalment per portadors majoritaris, o dispositius portadors de càrrega menor, en què el corrent és impulsat principalment pel flux de portadors minoritaris. El dispositiu consisteix en un canal actiu a través del qual flueixen portadors de càrrega, electrons o forats des de la font fins al clavegueram. Els terminals de font i drenatge es connecten al semiconductor mitjançant contactes òhmics. La conductància del canal és una funció del potencial aplicat a través dels terminals de la porta i la font. Aquest principi de funcionament va donar lloc als primers transistors de tota ona.
Tots els FET tenen terminals de font, drenatge i porta que corresponen aproximadament a l'emissor, el col·lector i la base del BJT. La majoria dels FET tenen un quart terminal anomenat cos, base, terra o substrat. Aquest quart terminal serveix per polaritzar el transistor en servei. És rar fer un ús no trivial de terminals de paquet en circuits, però la seva presència és important quan es configura la disposició física d'un circuit integrat. La mida de la porta, la longitud L del diagrama, és la distància entre la font i el desguàs. L'amplada és l'expansió del transistor en una direcció perpendicular a la secció transversal del diagrama (és a dir, dins/fora de la pantalla). En general, l'amplada és molt més gran que la longitud de la porta. Una longitud de porta d'1 µm limita la freqüència superior a aproximadament 5 GHz, de 0,2 a 30 GHz.
