1947. december 16-án Walter Brattain kísérleti fizikus, John Bardeen teoretikussal együttműködve összeállította az első működőképes ponttranzisztort . Hat hónappal később, de még Bardeen és Brattain munkáinak publikálása előtt Herbert Matare német fizikusés Heinrich Welkerbevezetett egy Franciaországban kifejlesztett ponttranzisztort ("tranzisztron") . Tehát a sikertelen kísérletekből, hogy először egy vákuumtrióda szilárdtest- analógját , majd egy térhatású tranzisztort hozzon létre , megszületett az első tökéletlen pontú bipoláris tranzisztor .
A körülbelül tíz évig tömegesen gyártott ponttranzisztor az elektronika fejlődésének zsákutcájának bizonyult - germánium sík tranzisztorokra cserélték. A pn átmenet és a sík tranzisztor elméletét 1948-1950 között William Shockley alkotta meg . Az első csomóponti tranzisztort 1950. április 12-én gyártották olvadéknövekedéssel . Ezt követte a fúziós tranzisztor , az "elektrokémiai" tranzisztor és a diffúziós mesa tranzisztor .
1954-ben a Texas Instruments kiadta az első szilícium tranzisztort. A szilícium nedves oxidációs eljárásának felfedezése lehetővé tette az első szilícium mesa tranzisztorok gyártását 1958-ban és 1959 márciusában Jean Ernie megalkotta az első szilícium sík tranzisztort . A szilícium kiszorította a germániumot, és a planáris eljárás vált a tranzisztorok főbb gyártási technológiájává, és lehetővé tette a monolitikus integrált áramkörök létrehozását .
Zhores Alferov szerint , mivel A. F. Ioffe úttörő volt a félvezetőkutatásban, ha nem lett volna szükség atomfegyverek létrehozására, a tranzisztorok felfedezése megtörténhetett volna a Szovjetunióban [1] .
1906-ban Greenleaf Pickardszabadalmaztatta a szilíciumkristály detektort [2] . 1910-ben William Eckles felfedezte, hogy a kristálydetektorok bizonyos körülmények között negatív differenciális ellenállást mutatnak, és ezért felhasználhatók oszcillációk generálására és jelek erősítésére [3] . 1922-ben O. V. Losev bebizonyította az elektromágneses rezgések felerősítésének és generálásának lehetőségét egy kristálydetektoron, ha állandó előfeszítő feszültséget kapcsolnak rá ( cristadyne-effektus ) [3] . Losev cinkitdetektora ("krisztadin") 10 MHz -ig működött [3] . Az 1920-as évek végére a kristályos detektorokat felváltották a vákuumcsövek , és a félvezetőfizika ezen ágának fejlődése megtorpant.
1922-1927-ben Gröndal és Geiger feltalált és a gyakorlatba bevezetett egy réz-oxid egyenirányítót , majd az 1930-as években egy fejlettebb szelén egyenirányítóra cserélték [4] . Ahogy Walter Brattain írta, a réz-oxid egyenirányító és a vákuumdióda közötti analógia mindenki számára nyilvánvaló volt, aki a félvezetőket tanulmányozta – és sokan azon gondolkodtak, hogyan lehet egy harmadik, vezérlő elektródát („ grid ”) bevezetni az egyenirányítóba, így az egyenirányítót létrehozni. egy erősítő [5] . 1925-ben Julius Lilienfeld német fizikus nyújtotta be az első szabadalmi bejelentést egy fém- és félvezetőrétegekből álló szilárdtest-erősítőre [6] [7] . Lilienfeld még a modell stádiumába sem tudta hozni javaslatát: projektjét az 1920-as években az alaptudomány elégtelen fejlettsége miatt nem tudták megvalósítani [7] . 1935-ben egy másik német fizikus, Oskar Heil szabadalmaztatta a térhatású tranzisztor működési elvét az Egyesült Királyságban . 1938-ban Robert Pohl és Rudolf Hilsch a Göttingeni Egyetemen létrehoztak egy szilárdtest "triódát", amely képes egy lassan változó bemeneti jelet felerősíteni [6] . Paul erősítője túl lassú volt, csak magas hőmérsékleten működött, ezért gyakorlati fejlesztése nem volt, Paul pedig maga nem akart alkalmazott munkát végezni, inkább az alaptudományt részesítette előnyben [8] . Mindezek a sikertelen kísérletek bizonyos mértékig a vákuumtrióda tervét reprodukálták . Tehát Paul „triódájában” a vezérlőelektróda egy finomhálós fémrács volt, amely a kálium-bromid kristály belsejében lévő mezőt szabályozta [6] . Losev 1939-ben említette a félvezető „triódához hasonló háromelektródos rendszerrel” kapcsolatos munkáját, de ezek a kiadatlan munkák elvesztek [9] .
A második világháború alatt a kutatási költségvetések sokszorosára nőttek, de Peter Morris szerint túl keveset tettek a félvezetőfizikában. Minden jelentős eredmény egy katonai parancshoz kapcsolódott két irányban, amelyben a vákuumcsövek tehetetlenek voltak - az infravörös sugárzás észlelése és a visszavert jel észlelése radarban [10] . A korai radarok emitterei 3 GHz-ig terjedő frekvencián működtek, a vákuumdióda detektorok frekvenciatartománya 400 MHz-re korlátozódott [4] . Ezzel szemben az érintkező félvezető detektorok hatékonyan tudták egyenirányítani a mikrohullámú frekvenciákat , ezért az 1930-as évek végén a brit, német és amerikai kormányok hatalmas projektekbe kezdtek a félvezetők fejlesztésére. E vizsgálatok során a félvezetők alapvető tulajdonságait vizsgálták és lefektették gyártástechnológiájuk alapjait, amelyek lehetővé tették a félvezető eszközök tömeggyártását [11] .
1936-ban a Bell Labs kutatási igazgatója, Mervyn Kelly megbízta William Shockley -t, hogy vizsgálja meg a szilárdtest-kapcsolók építésének lehetőségét, amelyek végül helyettesíthetik a telefonközpontok elektromechanikus relékét [12] . Paul, Ioffe és Davydov publikált műveit tanulmányozva [kb. 1] és Brattain kísérleteinek eredményei alapján Shockley arra a következtetésre jutott, hogy lehetetlen vezérlőelektródát bevinni egy félvezető tömbbe [13] . Ehelyett 1939. december 29-én Shockley megfogalmazta a térhatású tranzisztor működési elvét : a két elektróda közötti csatorna áramát a csatornán kívül elhelyezett harmadik (vezérlő) elektróda által létrehozott külső térrel kell szabályozni [13]. ] . Shockley azt javasolta, hogy készítsenek egy félvezető-triódát a Davydov által tanulmányozott réz-oxid felhasználásával , de az első kísérletek sikertelenül végződtek, majd a Bell Labs személyzetét mozgósították katonai alkalmazási problémák megoldására. Shockley 1940-ben egy uránprojekten dolgozott, majd 1942-től a háború végéig gyakorlati radarfeladatokkal foglalkozott [kb. 2] .
A szilárdtest-fizikusok egy kis magja , akik Shockley távozása után a Bell Labsnál maradtak, a mikrohullámú frekvenciák radarban történő észleléséhez szükséges anyagok keresésével foglalkozott [14] . Russell Ohl elektrokémikus és rádióamatőr a nagy gazdasági világválság óta dolgozik szilíciumdetektorokkal [15] . Abban a hitben, hogy a korai detektorok instabil viselkedését a szennyeződésektől való elégtelen tisztítás okozta, Ohl a szilícium tisztítására és olvasztására szolgáló technológiákra összpontosított [16] . 1939 augusztusában Ohl, John Skaff és Henry Theuerer végezte el az első olvasztást hélium atmoszférában [16] . A 99,8%-ig tisztított polikristályos szilíciumból készült detektorok meglehetősen stabilak voltak [16] . Némelyikük az egyik irányba (érintkezőtől a kristályig), mások a másik irányba (kristálytól az érintkezőig) vezették az áramot, míg egy adott példány polaritását csak kísérleti úton lehetett meghatározni [16] . Feltételezve, hogy a vezetés irányát csak a szilícium tisztítási foka határozza meg, Ohl az egyik típust "tisztított"-nak, a másikat "kereskedelmi"-nek nevezte ( eng. purified and trade ) [16] .
1939 októberében egy furcsa mintát találtak a detektorok üres mintái között, amelyek elektromos paraméterei olyan hibásan viselkedtek, hogy a további mérések értelmetlennek tűntek [16] . Ohl csak 1940. február 23-án szakított időt arra, hogy személyesen megvizsgálja [17] . Kiderült, hogy a minta fényre reagált, és a megfigyelt fotoelektromos hatás mértéke egy nagyságrenddel magasabb volt, mint a hagyományos fotocellákban [17] . A minta vezetőképessége nemcsak a megvilágítástól függött, hanem a hőmérséklettől és a páratartalomtól is [17] . A Kellyvel összetűzött főnöke ellenkezése ellenére Ohl március 6-án bemutatta felfedezését Kellynek és Walter Brattainnek [17] . Brattain úgy sejtette, hogy a fotoelektromos hatás valamilyen láthatatlan gáton lép fel két szilíciumréteg között, és hogy ugyanez a gát egyenirányítja a váltakozó áramot [17] . Éppen ezért a váltóáramú vezetőképesség mérés megmagyarázhatatlan, értelmetlen eredményeket adott [kb. 3] .
Hamarosan Skaff és Ohl szó szerint meglátta ezt az akadályt: a salétromsavas maratás megnyitotta a látható határt két szilíciumréteg között [17] . Skaff és Ohl új neveket adtak ezeknek a rétegeknek: „p-type szilícium” (az angol pozitív , pozitív szóból) és „n-type szilícium” (negatív, negatív), attól függően, hogy az ezekből a rétegekből készült detektorokban milyen áram folyik. [17] . A gátzónát pn-átmenetnek nevezzük [18] . Ohl, Skaff és Theuerer fokozatosan arra a következtetésre jutott, hogy a szilícium vezetőképességének típusát nem a tisztasága határozza meg, hanem éppen ellenkezőleg, a jellegzetes szennyeződések jelenléte [18] . A bór alcsoport könnyebb elemeinek az olvadék felső rétegében, a nitrogén alcsoport nehezebb elemeinek - a tégely közepén - kellett volna koncentrálódniuk [18] . Valójában a p-típusú szilícium kémiai elemzése bór és alumínium nyomait tárta fel , és a foszfor jelenléte a durván tisztított n-típusú szilíciumban még műszerek nélkül is érezhető volt – az ilyen szilícium feldolgozása során foszfin szabadult fel [18] .
Kelly személyes szándékos döntésével minősítette a pn-elágazás felfedezését [19] . A Bell Labs szívesen osztott meg szilícium mintákat amerikai és brit kollégáival, de ez kizárólag p-típusú szilícium volt [19] . Ohl személyesen volt felelős azért, hogy n-típusú szilícium és pn csomópontok ne hagyják el a vállalat falait [19] . Shockley csak 1945. március 24-én, a nagyközönség pedig 1946. június 25-én szerzett tudomást Ohl felfedezéséről, amikor Ohl és Skaff szabadalmat kapott 1940-es találmányaira [19] .
Az amerikai fizikusoktól függetlenül, 1941-ben V. E. Laskarev bemutatta a "korlátozó réteg" elméletét és a töltéshordozók befecskendezését a réz és a réz-oxid határfelületére. Lashkarev azt javasolta, hogy a hőszondával egy réz-oxid elemben észlelt kétféle vezetőképességet egy hipotetikus átmeneti réteg választja el, amely megakadályozza az elektromos áramot. Lashkarev és K. M. Kosogonova munkái ("A zárórétegek vizsgálata hőszondás módszerrel" és "Szennyeződések hatása a réz-oxid szelep fotoelektromos hatására") 1941-ben jelentek meg [20] .
1945 júniusában Kelly újra megalakította a Solid State Department-t Shockley és Stanley Morgan vezetésével . A csoportba tartozott Brattain, John Bardeen teoretikus , Gerald Pearson kísérletező, Robert Gibney fizikus és Hilbert Moore villamosmérnök [21] . A félvezető mintákat William Pfann készítette, John Skaff és Henry Theuerer [22] . A csoport akkoriban egy hatalmas tudományos szervezet erőforrásaira támaszkodott - az 1940-es évek végén 5700 ember dolgozott a Bell Labsnál, ebből körülbelül 2000 okleveles szakember [23] .
A Purdue Egyetem kutatóinak eredményeinek áttekintése után Shockley kettőre szűkítette a félvezetők választékát ( germánium és szilícium ), és 1946 januárjában úgy döntött, hogy a térhatás alkalmazására összpontosít [24] . Kísérletek azonban kimutatták, hogy egy valós félvezetőben a térhatás három nagyságrenddel [25] gyengébb volt az elmélet által megjósoltnál [26] . Bardeen a kísérleti adatokat a felületi állapotok hipotézisével magyarázta, mely szerint a félvezető és a fémelektróda határfelületén tértöltés képződik , amely semlegesíti a külső tér hatását [26] .
1947 folyamán Shockley részlege megoldást keresett a tömeges töltés problémájára, és minden lépésben egyre távolabb került a FET koncepciótól. Shockley 1972-ben azt írta, hogy Bardeennek köszönhetően "felhagytunk a tranzisztor gyártásával". Ehelyett visszatértünk ahhoz az elvhez, amelyet "a gyakorlati probléma tudományos oldalának tiszteletben tartásának" nevezek [27] . 1947 novemberében Gibney azt javasolta, hogy állandó előfeszítő feszültséget alkalmazzanak a "triódára" egy pontvezérlő elektróda segítségével, amelyet elektrolitréteg választ el a félvezető tömegétől [26] . A munka drámaian felgyorsult: november-december között Bardeen, Gibney és Brattain legalább öt különböző dizájnt tesztelt a „triódból”:
| Brattain kísérletei 1947. november-decemberben [28] | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Kísérlet dátuma | Félvezető | Dielektromos | Nyereség | frekvenciatartomány | Előfeszítő feszültség [kb. négy] | Megjegyzések | |||
| Feszültség szerint | Áram szerint | Erővel | A "lefolyón" ("gyűjtő") | A "kapun" ("kibocsátó") | |||||
| november 21 | p-típusú polikristályos szilícium | Desztillált víz | Nem | Igen | Igen | <10 Hz | pozitív | pozitív | "Electrolytic FET", US 2,524,034 szabadalom |
| december 8 | Polikristályos n-típusú germánium | Elektrolit GU [kb. 5] | Igen | Nem | Igen | <10 Hz | negatív | negatív | |
| december 10 | Polikristályos n-típusú germánium p-típusú felszín alatti réteggel | Igen | Igen | Igen | <10 Hz | negatív | negatív | ||
| december 15 | oxid film | Igen | Nem | Nem | 10 Hz - 10 kHz | pozitív | negatív | ||
| december 16 | Nem | igen [29] | igen [29] | 2 dB [30] | 1 kHz [30] | pozitív | negatív | A ponttranzisztor feltalálása. US 2,524,035 számú szabadalom | |
| december 23 | 24 dB 1 kHz-en [31] 20 dB 10 MHz-en [32] |
igen [32] | 2 dB [31] | 15 MHz-ig [32] | |||||
December 8-án Shockley, Bardeen és Brattain arra a következtetésre jutott, hogy egy homogén félvezetőt kétrétegű szerkezetre, germánium lemezre kell cserélni, amelynek felületén nagy áttörési feszültségű pn átmenet alakult ki [ 33] [29] . December 10-én Bardeen és Brattain „elektrolitikus triódája” n-típusú germániumon inverz p-típusú réteggel mintegy 6000-es teljesítménynövekedést mutatott [34] . Még a hangfrekvenciák erősítéséhez is elfogadhatatlanul lassú volt, ezért december 12-én a Bardeen az elektrolitot vékony germánium-oxid filmre cserélte . Az aznapi kísérlet sikertelenül végződött, valószínűleg a germániumlemez mosása közbeni film sérülése miatt [35] . December 15-én egy oxidfilm-beállítás kétszeres feszültségerősítést mutatott ki a 10 kHz-ig terjedő frekvenciatartományban [30] . Ezt a tapasztalatot követően Bardin két érintkező elektróda - egy vezérlő (emitter) és egy vezérelt (kollektor) - használatát javasolta . Bardeen számításai szerint az áramkör legfeljebb öt mikron (2* 10-4 hüvelyk) elektródatávolsággal képes felerősíteni a teljesítményt [36] [30] .
1947. december 15-én vagy 16-án Brattain egy műanyag háromszög alakú prizmából épített egy érintkezőszerelvényt, amelyre egy aranyfólia csíkot ragasztott [37] . A fóliát borotvával óvatosan levágva Brattain körülbelül 50 mikron szélességű rést kapott a kollektor és az emitter között [37] [38] [39] . December 16-án Brattain az érintkezőszerelvényt réssel egy germánium lemez felületére préselte [40] , létrehozva az első működőképes ponttranzisztort [kb. 6] . 1947. december 23-án Brattain bemutatott kollégáinak egy tranzisztoros hangfrekvenciás erősítőt tizenötszörös feszültségerősítéssel [kb. 7] . 10 MHz frekvencián az erősítés 20 dB volt, 25 mW kimenő teljesítménnyel [32] . December 24-én Brattain bemutatta az első tranzisztoros oszcillátort [32] .
Így a térhatású tranzisztor létrehozására tett sikertelen kísérletekből egy bipoláris tranzisztor kifejlesztése kezdődött [41] . A Bell Labs vezetése, felismerve az esemény fontosságát, szakemberekkel megerősítette a Shockley osztályt, és egy időre besorolta a projektet [31] . A közönség 1948. június 30-án értesült a tranzisztor feltalálásáról a tranzisztor nyilvános bemutatóján New Yorkban , amelyet a Physical Review [22] cikkeinek megjelenésére időzítettek . Egy hónappal az esemény előtt a Bell Labs titkos szavazást tartott az új készülék nevének kiválasztására. A túl hosszú „félvezető trióda” ( félvezető trióda ), a ténylegesen helytelen „felületi állapotok trióda” ( felületi állapotok trióda ) és az érthetetlen „iotatron” ( iotatron ) elvetése után a Bell Labs jóváhagyta a „tranzisztort” ( tranzisztor ) - az angolok. transzkonduktivitás ( vezetőképesség ) vagy transzfer (transzfer) és varisztor ( varisztor , szabályozott ellenállás) [42] .
1944-ben Herbert Mathare német fizikusakik a Lubezh-i kolostor falain kívül dolgoztaka mikrohullámú detektorok zajának csökkentésére feltalálta a „duode”-t – egy két pontérintkezős félvezető egyenirányítót [43] . Ha ezekre az érintkezőkre a helyi oszcillátor azonos előfeszítő feszültségét és ellenfázisú feszültségét alkalmazzuk , a „duode” elnyomta a helyi oszcillátor nagyfrekvenciás zaját [43] . Heinrich Welker kísérletei polikristályos germániummalKarl Sailer szilíciuma pedig megmutatta, hogy hatékony zajelnyomás lehetséges, ha mindkét érintkezőt ugyanahhoz a félvezető kristályhoz csatlakoztatták [43] . Ha az érintkezők közötti távolság nem haladja meg a 100 mikront, az egyik érintkező feszültségének változása a második érintkezőn keresztüli áram változásához vezetett [43] . 1945 januárjában Matare nyugatra menekült a szovjet offenzíva elől , majd az amerikaiak elfogták, de hamarosan szabadon engedték [43] . Welker 1945 márciusáig folytatta a kutatást. Shockleytől függetlenül, és valamivel előtte, Welker előállt a térhatású tranzisztor koncepciójával – és első kísérletei is kudarccal végződtek [44] .
1946-ban francia és brit ügynökök nyomára bukkantak Welkernek és Matarának, kihallgatták őket a radar német fejlesztéseiről, és állást ajánlottak nekik a Westinghouse franciaországi fiókjában, ahol akkoriban a germánium egyenirányítók gyártása bontakozott ki [44] . Mindketten egyetértettek: a legyőzött Németországban lehetetlen tudományosan foglalkozni [44] . Welker és Matare laboratóriumot állított fel Aulnay-sous-Bois- ban , és 1947 végéig beindította az egyenirányítók gyártását [44] . 1947 és 1948 fordulóján Matare visszatért a „duodióda” témájához, Welker pedig Matare kérésére a germánium tisztításával foglalkozott [44] . 1948 júniusában, Bardeen és Brattain találmányának, a továbbfejlesztett „duodának”, sőt egy ponttranzisztornak a közzététele előtt a Matare stabil erősítést mutatott be [44] . 1948 júliusában a francia kommunikációs miniszter, Eugene Thomas érdeklődni kezdett Matare és Welker munkái iránt ., az új eszköznek a " transistron " nevet is adta ( fr. transistron ) [45] . 1949 májusában Matare és Welker bejelentette a távolsági telefonkommunikációhoz szükséges tranzisztorok kisüzemi gyártásának megkezdését [45] .
1948-1951-ben a Bell Labs Pfann vezetésével a kontakt mikrohullámú sugárzásérzékelők elérhető technológiájának felhasználásával ponttranzisztorok sorozatgyártását próbálta létrehozni [46] . Pfann sikere egy véletlennek volt köszönhető: a kollektor érintkezők foszforbronzja foszforatomokkal szennyezte a germánium felületét, n-típusú vezetési szigeteket hozva létre [46] . A p-típusú szigeteket létrehozó rézatomok diffúziójának jelentőségét néhány évvel később Calvin Fuller munkája tisztázta.[47] . A Pfann tranzisztor valójában egy négyrétegű PNPN szerkezet volt, amely bizonyos körülmények között negatív ellenállást mutatott , ami szokatlan az "igazi" tranzisztoroknál [46] . Az "A típusú" tranzisztor sorozatgyártása a Western Electricnél 1951-ben kezdődött, és 1952 áprilisában érte el a havi 8400 tranzisztoros szintet [48] . A gyártás fáradságos, költséges volt, a tranzisztorparaméterek reprodukálhatósága pedig elfogadhatatlanul alacsony volt [46] . A tranzisztorok viselkedése nemcsak a hőmérséklettől, hanem a levegő páratartalmától is függ [48] . A Pentagon szorosan követte a technológia fejlődését, de nem volt hajlandó megbízhatatlan eszközökön berendezéseket vásárolni [49] . Annak ellenére, hogy 1951-ben a ponttranzisztor már elavult volt [50] , az „A típusú” gyártása csaknem tíz évig folytatódott [46] , mivel az ezt követő, kifejlett kristályokon és ötvözetből készült tranzisztorok gyengébbek voltak, mint az „A típusú” tranzisztorok. frekvencia tulajdonságai. Shockley szerint az évtized során a produkció sikere a „titokzatos boszorkányságon ” [51] függött .
Matare és Welker 1949-ben kezdték meg a "tranzisztronok" gyártását, 1950-ben pedig bemutatták Shockley-nak és Brattainnak a tranzisztoros erősítők működését egy Franciaország- Algír telefonvonalon [45] . Az amerikaiak óvatosak lettek: a fejlettebb összeszerelési technológia miatt a "tranzisztronok" megbízhatóbb eszközöknek számítottak [52] . A francia kormány azonban hamarosan abbahagyta Matare és Welker támogatását, és visszatértek Németországba [45] . 1952-1953-ban a Matare Jacob Michael támogatásával kísérleti "tranzisztronokat" állított elő, és bemutatott egy négytranzisztoros rádióvevőt (az első amerikai tranzisztoros vevőkészülék , a Regency TR-1 egy évvel később jelent meg). [45] . Az amerikai Clevite cég (a Shockley Semiconductor Laboratory leendő tulajdonosa ) megvásárolta a céget Michaeltől, majd visszafogta a németországi termelést [45] . Matare az USA-ba költözött, Welker a Siemens félvezetőkutatásának vezetője volt [45] .
1949-ben Elmar Frank és Jan Tauc saját (az amerikaiaknál fejlettebb) kapcsolatteremtési módszerükkel egy köteg működő tranzisztort állított elő a Cseh Köztársaságban elfogott német germániumból [53] . A Szovjetunióban A. V. Krasilov és S. G. Madoyan megalkotta az első ponttranzisztort 1949-ben, az első ipari minták pedig 1950-1952-ben kerültek sorozatba [54] .
1951-ben az Egyesült Államok kormánya megkövetelte az AT&T -től, hogy jogdíjmentesen engedélyezze technológiáját minden érdekelt amerikai vállalat számára . 1952 nyarára 26 amerikai és 14 külföldi cég vásárolt licencet (az úgynevezett „25 000 dolláros könyvet”) , de a ponttranzisztor reprodukálására tett kísérletük nem járt sikerrel. A CBS-Hytronnak 1951-ben sikerült tömegesen gyártania egy ponttranzisztort, majd egy évvel később leállította a gyártását [56] . A Hughes Aircraft sikertelenül próbált tranzisztorokat készíteni egyes polikristályos germániumszemcsékből, és végül felhagyott a projekttel [53] . A Philips , a háború előtti kapcsolatoknak köszönhetően a Bell-lel, a versenytársak előtt szerzett licencet, de csak 1953-ban kezdte meg a ponttranzisztorok tömeggyártását, egyidejűleg fejlettebb ötvözet tranzisztorokkal [57] .
A Szovjetunióban az első félvezető-triódával kapcsolatos kutatást az NII-160-ban (ma Istok atomerőmű ) végezte a Moszkvai Vegyipari Technológiai Intézet végzős hallgatója , Susanna Gukasovna Madoyan. A tranzisztor (pont) laboratóriumi elrendezését 1949 februárjában indították el. [58] A ponttranzisztorok (TS1 - TS7) sorozatgyártása 1953-ban, a síkbeli ( P1 ) - 1955-ben kezdődött.
A fő kreatív áttörést nem a tranzisztor feltalálása hozta meg, hanem amikor egy elrendezést terveztem a ponttranzisztorok felületi jelenségeivel kapcsolatos kísérletekhez. Hirtelen eszembe jutott, hogy a kísérleti szerkezet a tranzisztor. Ő volt az, akit sík tranzisztorként szabadalmaztattak [kb. 8] . Nyomasztó volt, hogy tudván mindent, ami ehhez a találmányhoz szükséges, egy teljes éven keresztül nem tudtam összekapcsolni az egész részeit - amíg egy ponttranzisztor előtt irritáló nem jelent meg. - William Shockley, 1972
Eredeti szöveg (angol)[ showelrejt] A legfontosabb feltalálói áttörésem nem a tranzisztor feltalálása közben jött, hanem a pontérintkezős tranzisztorok felületi jelenségeinek precíz diagnosztizálására irányuló kísérlet megtervezése közben. Hirtelen rájöttem, hogy az általam kidolgozott szerkezet maga egy tranzisztor. Csomó tranzisztorként szabadalmaztatták. Zavarba ejtett, amikor rájöttem, hogy legalább egy éve ismerem a találmányhoz szükséges összes fogalmat, de addig nem raktam össze, amíg a pontérintkezős tranzisztor nem adta a kihívást jelentő ingert. [51] .A Bardeen és Brattain ponttranzisztor rejtély volt alkotói számára. Csak az volt világos, hogy a feltalálók nem hipotetikus térhatástranzisztort hoztak létre , hanem valami mást. 1947. december 27-én Bardeen és Brattain egy cikket nyújtott be a Physical Review -nak a találmányról, amelyben a tranzisztor működését a félvezetőben lévő bőrhatásokkal magyarázzák [59] . Egy 1948. február 26-i szabadalmi bejelentésben más magyarázatot adtak, feltételezve a félvezető térfogatában a Schottky-gáthoz hasonló gát létezését a félvezető és a fém határfelületén [60] . Bo Loek szerint egyik magyarázat sem állt meg. Bardeen és Brattain egyik kézirata sem említette a kisebbségi hordozókat és a töltésinjektálást, olyan fogalmakat, amelyek nélkül lehetetlen leírni a tranzisztor viselkedését [61] .
A megoldást már feljegyezték Shockley jegyzetfüzeteibe – a germánium pn-átmenet elméletének első vázlatait Shockley készítette már 1947 áprilisában [62] [63] . 1947. december 8-án, miután Bardeennel és Brattainnel megbeszélték egy ígéretes "trióda" felépítését, Shockley visszatért a pn átmeneteken alapuló erősítő elméleti fejlesztéséhez [64] . 1947 utolsó hetében mentálisan sok konfiguráción ment keresztül, de mindegyik, beleértve a bipoláris tranzisztor áramkört is, nem bírta ki a kritikai elemzést [64] . Shockley csak 1948 januárjában vette észre, hogy az általa használt modell nem vette figyelembe kisebb töltéshordozók befecskendezését az alapba [64] . A befecskendezési mechanizmus figyelembevételével a modell teljes mértékben működőképessé vált. Legkésőbb 1948. január 23-án Shockley szabadalmi kérelmet készített egy bipoláris tranzisztorra (a jövőbeli US szabadalom 2 569 347) [64] , és elképzeléseit teljes elméletté formálta [65] . Ebben a munkában Shockley végül felhagyott a térhatású tranzisztor létrehozására tett kísérletekkel, és leírt egy olyan eszközt, amely még nem létezett két párhuzamos pn átmenettel - egy sík bipoláris tranzisztorral . Először jelentek meg benne olyan ma már ismert, de 1948-ban nem nyilvánvaló kijelentések, mint például az emitter pn átmenet közvetlen előfeszítésének szükségessége és a kollektor átmenet fordított torzítása [46] .
1948. június 26-án a Bell Labs szabadalmi kérelmet nyújtott be egy csomóponti tranzisztor feltalálására [62] , de a mögötte álló elméletet csak egy évvel később (1949. június 16-18.) jelentették be nyilvánosan – miután a kísérlet megerősítette az elméletet. [66] . Shockley 1949 júliusában publikálta elméletét a Bell System Technical Journal-ban.[67] , 1950 novemberében pedig megjelentShockley Magnum opusa , az Electrons and Holes in Semiconductor [68] (az 1953-as "Theory of Electronic Semiconductors: Applications to the Theory of Transistors" [69] orosz fordításában ). Zh. I. Alferov szerintShockley könyve "referenciakönyvvé vált az Atlanti-óceán mindkét partján" [70] . Megjegyzendő, hogy Shockley pontosan leírta a sík tranzisztort (tranzisztor pn átmeneteken, eng. junction tranzisztor ), és senki sem alkotta meg a ponttranzisztor és a Losev-krisztadin elméletét [71] [9] . Bardeen és Brattain első tranzisztorának fizikai lényege továbbra is vita tárgyát képezi: lehetséges, hogy a felhasznált germániumlemez tényleges tulajdonságai jelentősen eltértek attól, amit a kísérletezők feltételeztek [72] . Ezt lehetetlen ellenőrizni, mivel az eredeti első tranzisztor már rég elveszett [72] .
A kiadvány Shockley-t a félvezetőfizika vitathatatlan tekintélyévé tette, és összeütközésbe hozta Bardeennel, aki 1951-ben elhagyta a Bell Labs-t, hogy a szupravezetési kutatásokra összpontosítson [50] . A Shockley és Bardeen közötti kapcsolatok részben csak azután normalizálódtak, hogy Bardeen, Brattain és Shockley 1956 -ban megkapta a fizikai Nobel-díjat [73] . A negyedik fő feltaláló, Robert Gibney 1948 elején elhagyta a Bell Labs-t, és nem kapott Nobel-díjat [59] . Ezt követően Shockley nyilvános aktivizmusa és a média figyelme hozzájárult ahhoz az elképzeléshez , hogy Shockley állítólag elismerte Bardeen, Brattain és mások teljesítményét . Valójában Shockley viszont mindig tisztázta saját hozzájárulásának terjedelmét [74] , kizárva magát a feltalálók listájáról, és beemelte Gibney-t [12] . Shockley lelkiismeretesen védte kollégái jogait, még azokat is, akikkel (mint Robert Noyce ) örökre szakított [kb. 9] .
1948 szeptemberében [75] a Bell Labs két technológusa, Gordon Teal véletlenül találkozott egy New York-i buszon.és John Little [76] . Ebben a kötetlen beszélgetésben született meg az ötlet, hogy „tranzisztoros” germánium monokristályokat állítsanak elő a régóta ismert Czochralski-módszerrel [76] . 1949 decemberében Teal, Little és Ernie Buhler megépítette az első kísérleti üzemet egykristályok rajzolására, még mindig nagyon kicsi, legfeljebb 50 mm hosszú és 10 mm széles [76] . Ha egy p-típusú germánium olvadékból kristályt húzva egy n-típusú kristály szolgált magként, akkor a rúd belsejében sima pn átmenet alakult ki [76] . Az egykristályos félvezetők értéke 1949-ben nem volt nyilvánvaló – Shockley maga is ellenezte a kristályok növekedését, mivel úgy vélte, hogy jó minőségű, de olcsó polikristályos anyagból is lehet tranzisztort készíteni [77] [78] . Azonban a kifejlett pn átmenet tette lehetővé Shockley elméletének kísérleti igazolását [76] .
1950. április 12. Morgan SparksTeal-Little módszerrel háromrétegű NPN szerkezetet növesztett [79] . Először egy kis ellenállású n-típusú kollektor tartományt húztunk ki az olvadékból [76] . Ezután egy akceptor szennyező tablettát dobtak az olvadékba , amelyet az olvadék vékony felületi rétegében feloldottak, így 25-100 mikron vastagságú alapréteget képeztek. Közvetlenül az alap létrehozása után egy donor szennyeződés pelletet dobtak az olvadékba , hogy adalékolják az emittert. A kapott háromrétegű NPN szerkezetet kivágtuk a kristályból, hosszanti oszlopokra fűrészeltük, és savval marattuk a felületi hibák kiküszöbölésére [80] . A legnehezebb művelet egy 50 mikronos aranyhuzal ellenálláshegesztése volt 25 mikronos alapréteggel - ehhez precíziós mikromanipulátorokat és speciális arany - gallium ötvözetet használtak . A hegesztés során a szilíciumba bevitt gallium-szennyeződés kitágította az alap felületközeli p-rétegét, megakadályozva a kollektor és az emitter rövidzárlatát [81] . A germániumból előállított csomóponti tranzisztorok – az első teljes értékű Shockley bipoláris tranzisztorok – tömeggyártása 1951-ben kezdődött a Western Electricnél.
A nagy csomóponti terület miatt a kifejlett csomópontokon alapuló tranzisztorok rosszabb frekvenciatulajdonságokkal rendelkeztek, mint a pontozottak. Ugyanebből az okból kifolyólag a kifejlett tranzisztorok többszörösen nagyobb áramot tudtak átengedni, lényegesen kisebb zaj mellett [77] , és paramétereik viszonylag stabilak voltak – olyannyira, hogy lehetővé vált a referenciakönyvekben való magabiztos felsorolásuk [49] . 1951 őszén a Pentagon, amely tartózkodott a ponttranzisztorok vásárlásától, bejelentette egy tranzisztorizációs program elindítását, amely többszörös megtakarítást ígért a fedélzeti berendezések tömegében és térfogatában [82] . A Bell Labs válaszul egy új gyártási programot indított el, amelynek célja havi egymillió tranzisztor legyártása [49] . A germánium tranzisztorok hőmérsékleti tartománya azonban túl szűk volt katonai célokra - az amerikai rakéták tranzisztorizálását elhalasztották a "magas hőmérsékletű" szilícium tranzisztorok megjelenéséig [83] .
Az első kifejlesztett szilícium tranzisztort a Texas Instruments -nél ugyanaz a Teal készítette 1954 áprilisában [84] . Magas reakciókészsége és a germániumnál magasabb olvadáspontja miatt a szilícium technológia az 1950-es években elmaradt a germániumétól. Teal felidézte, hogy a Rádiómérnökök Intézetének 1954 májusában tartott konferenciáján a kollégák egymás után számoltak be a szilíciummal végzett munka leküzdhetetlen nehézségeiről – egészen addig, amíg maga Teal be nem mutatott a nyilvánosságnak egy működő szilícium tranzisztort [83] . Három következő év, amikor a Texas Instruments volt az egyetlen szilícium tranzisztor szállító a világon, gazdaggá tette a vállalatot, és a félvezetők legnagyobb szállítójává tette [83] .
Hall és Dunlop 1950-ben javasolta a pn átmenetek fúziós létrehozását, és az első gyakorlati fúziós tranzisztorokat a General Electric bocsátotta ki 1952-ben [85] . Egy tipikus PNP-típusú ötvözet tranzisztor szívében egy vékony, n-típusú germániumlemez volt, amely alapként szolgált. Ezeket a lemezeket indium- vagy arzéngyöngyökkel ötvözték, majd körülbelül 600 °C hőmérsékleten lágyították. Az ostya orientáció helyes megválasztásával szigorúan párhuzamos epitaxiális rétegek alakultak ki bennük az átkristályosított n-típusú germániumból. Az alapvastagságot az izzítási idő határozta meg. A lemezt oxigénmentes környezetben ( nitrogén vagy argon ) a hajótest tartószerelvényeire szerelték fel, majd a hajótestet hermetikusan hegesztették. A tömítés nem pótolhatta a pn-átmenetek felületének megfelelő passziválását , így az ötvözött tranzisztorok paraméterei idővel instabilok voltak [86] . Szinte minden ötvözött tranzisztor germániumból készült – az ötvözettechnológia szilíciumban való megvalósítása túl bonyolultnak és költségesnek bizonyult [87] .
Az ötvözött tranzisztorok p-típusú és n-típusú zónái közötti átmenetek élesek (lépcsőzetesek), ellentétben a kifejlett tranzisztorok sima átmeneteivel. A lépcsőzetes emitter átmenet karakterisztikája miatt az ötvözet tranzisztorok nagyobb áramerősséggel rendelkeztek, és hatékonyabb kapcsolók voltak a digitális áramkörökben. A kollektor-átmenet lépcsőzetes jellemzője éppen ellenkezőleg, nemkívánatos tulajdonságokat eredményezett - nagy Miller-kapacitás , szűk frekvenciatartomány (10 MHz-ig), az erősítők öngerjesztése [88] . Az ötvözött tranzisztorok korlátozó működési frekvenciája magasabb volt, mint a megnövekedett csomópontokon alapuló tranzisztoréké, de még mindig alacsonyabb a ponttranzisztorokénál [87] .
Az 1950-es évek közepén James Earlykülönféle lehetőségeket javasolt az aszimmetrikus ötvözetszerkezetekre (PNIP, NPIN), amelyek lehetővé tették a frekvenciatartomány 200 MHz-ig történő bővítését. Ian Ross szerint Early volt a második személy Shockley után, aki alapvetően új struktúrát javasolt a tranzisztorhoz [89] , de ezt túl későn tette meg. Az 1960-as évek végére megszűntek az Earley tranzisztorok, amelyek minden tekintetben rosszabbak voltak a diffúziós tranzisztoroknál [88] [90] .
1950-ben a Bell Labs szakembereinek egy csoportja Calvin Fuller vezetésévelmegkezdte a germániumban található szennyeződések diffúziójának kutatását, hogy intézkedéseket dolgozzanak ki a kristályok nem kívánt szennyeződésekkel való szennyeződése ellen. Fuller munkája a szilárd és gáznemű közegek diffúziójának átfogó vizsgálatává fejlődött, és egy mellékeredményt hozott - egy hatékony szilícium napelem létrehozását [47] . 1954 elején Shockley a Fuller-diffúzió használatát javasolta adott mélységű és szennyeződéskoncentráció-profilú pn átmenetek kialakítására [91] .
1955 márciusában Shockley, George Daisy és Charles Lee szabadalmi kérelmet nyújtottak be a diffúziós tranzisztor tömeggyártási technológiájára [91] . Ebben az eljárásban p-típusú germánium egykristályos pelleteket, jövőbeli tranzisztorokat helyeztek el egyidejűleg a diffúziós kemencébe. Ezután 15 percig 800 °C -on arzént diffundáltunk , amely n-típusú réteget (alapot) képez a tabletta felületén. Minden tabletta felületére vékony alumíniumréteget vittek fel sablon segítségével - a jövőbeli emitter érintkezési felülete. Az izzítás során az alumíniumatomok germániummá diffundáltak, vékony p-típusú réteget hozva létre az alapon belül (maga az emitter). Az alap diffúziós rétegében rejtett kollektorral való elektromos érintkezés úgy jött létre, hogy a kristályt indiumot tartalmazó forraszanyaggal a tranzisztor testéhez forrasztották . A germániumba diffundáló indium az alapréteg vezetőképességét n-típusról vissza p-típusra változtatta, finoman "kinyomva" az alapréteget a forrasztási zónából [92] . A lapos alapra forrasztott tábla megjelenése az Egyesült Államok délnyugati részén elterjedt mesa-ra emlékeztetett ( spanyolul: mesa ), ezért az ilyen típusú tranzisztorok mesa tranzisztorok néven váltak ismertté [93] . Daisy, Lee és Shockley technológiáját a Western Electric gyártotta , de nem lépett ki a nyílt piacra – az összes gyártott tranzisztort maga a Western Electric és a katonai ügyfelek szűk köre osztották szét [93] .
1957-ben a Philips kifejlesztette saját mesa technológiáját, az úgynevezett „pushed- out base” (POB ) eljárást . Ebben az eljárásban az akceptor (p-típusú alapréteg) és a donor (n-típusú emitterréteg) szennyeződések diffúzióját is előállították n-típusú germániumpelletre felvitt adalékolt ólomcseppekből . Az ilyen típusú tranzisztorok vágási erősítési frekvenciája 200 MHz-ig terjedt, és széles körben használták az első csöves félvezető televíziókban . A POB-technológia kereskedelmi sikere kegyetlen tréfát játszott a Philips-szel: a vállalat a germánium-technológiák fejlesztésére összpontosított, és szilíciumban messze lemaradt az amerikaiaktól és a Siemens -től [94] .
1955 elején Karl Frosch diffúziós kemencéjében, aki a Bell Labs-nál dolgozott a szilíciummá való diffúzió problémáin, véletlenül felvillant a hidrogén [95] . A kemencében lévő hidrogén egy része vízgőz felszabadulásával kiégett , a kísérleti szilícium ostyát vékony szilícium-dioxid réteg borította [95] . A következő két évben Frosch és asszisztense Lincoln Derick, Moll részvételével, Fuller és Holonyak részletesen tanulmányozta a nedves termikus oxidáció folyamatát, és ipari termelésbe vitte [96] [97] . Ellentétben az akkoriban megjósolhatatlan oxigénatmoszférában végbemenő száraz oxidációval, a vízgőzzel történő nedves oxidáció könnyen reprodukálható folyamatnak bizonyult, a keletkező oxidrétegek egyenletesek és kellően erősek [95] . Megbízhatóan megtartották a nehéz ötvözőatomokat (például az antimont ), ezért hatékony, hőálló maszkként szolgálhattak a szennyeződések szelektív diffúziójához [95] .
Frosch már 1955-ben előre látta a szelektív oxidmaszkok széles körű bevezetését, de egy lépéssel megállt az integráció gondolatától [95] . Holonyak 2003-ban azt írta, hogy Frosch felfedezése "az összes többi diffúziós technikát elavulttá tette", és megszüntette az integrált áramkörök tervezésének végső akadályát [96] . Frosch azonban tévedett, amikor úgy döntött, hogy az oxid nem képes késleltetni a foszfor diffúzióját . A Frosch által használt vékony oxidrétegek valóban átengedték a foszforatomokat, de 1958 elején Chi-Tang Saazt találta, hogy egy kellően vastag oxidréteg képes a foszfor visszatartására is [98] . Ez a hiba több mint egy évvel késleltette Jean Herney gyakorlati munkájának megkezdését a síktechnológiával kapcsolatban [98] .
Frosch munkája belső titok maradt a Bell Labsnál egészen addig, amíg először megjelent a Journal of the Electrochemical Society-ben 1957 nyarán [99] . William Shockley azonban, aki 1954- ben Kaliforniába távozott, és 1955 szeptemberében hivatalosan elbocsátották a Bell Labstól [100] , minden bizonnyal tisztában volt Frosch munkájával. Shockley a Bell Labs lektora és tanácsadója maradt, rendszeresen kapott híreket a vállalat legfrissebb munkáiról, bemutatva azokat alkalmazottainak [101] . A Bell Labs két legfontosabb, 1956-ban még publikálatlan technológiáját, a nedves oxidációt és a fotolitográfiát a Shockley Semiconductor Laboratory kísérleti gyártásába vezették be [101] . A Treacherous Eight , amelyből Shockley megalapította a Fairchild Semiconductort , magával vitte ezeknek a technológiáknak a gyakorlati tudását [102] .
1958 augusztusában a Fairchild Semiconductor bemutatta Gordon Moore 2N696-ját, az első szilícium mesa tranzisztort és az első mesa tranzisztort, amelyet az Egyesült Államok nyílt piacán értékesítettek [103] . Gyártásának technológiája alapvetően eltért a Bell Labs és a Philips "tabletta" eljárásaitól abban, hogy a feldolgozás egész, vágatlan lemezekkel történt fotolitográfiával és Frosch nedves oxidációval [104] . Közvetlenül az ostya egyedi tranzisztorokra vágása előtt elvégezték a lapka mélymaratását ( eng. mesaing ), amely a mesa szigeteket (leendő tranzisztorokat) mély hornyokkal választotta el [105] .
A Fairchild technológia jelentősen javította a termelékenységet, de a maga idejében nagyon kockázatos volt: egyetlen hiba a lemezek diffúziója, bevonása és maratása során a teljes tétel halálához vezetett [105] . Fairchild kiállta ezeket a próbákat, és majdnem másfél évig maradt az egyetlen mesa tranzisztor szállítója a nyílt piacon. A 2N696 előnyösen hasonlít a legközelebbi versenytársaihoz ( Texas Instruments ötvözet tranzisztorokhoz ) a nagyobb teljesítmény és a jó sebesség kombinációjával a digitális áramkörökben, ezért egy időre az amerikai hadiipari komplexum "univerzális tranzisztora" lett [106] . A számítástechnikában a 2N696 nem teljesített olyan jól a hosszú kikapcsolási idő miatt [107] . 1958 novembere és 1959 januárja között Jean Ernie megoldást talált a problémára: a gyűjtőket arannyal ötvözi [108] . Ernie megoldása teljesen logikátlan, hihetetlen volt: korábban azt hitték, hogy az arany "megöli" a tranzisztor erősítését [109] . Az Ernie 1959 elején piacra dobott, arannyal adalékolt PNP-tranzisztorai azonban folyamatosan magas nyereséget mutattak, sebességükben felülmúlták a germánium tranzisztorokat, és az 1960-as évek közepéig elérhetetlenek maradtak a versenytársak számára [110] . A Fairchild a Texas Instruments céget megkerülve az iparág abszolút vezetőjévé vált, és 1967 júliusáig tartotta a vezető szerepet [111] .
A Mesa technológia soha nem látott rugalmasságot adott a fejlesztőknek a pn átmenetek jellemzőinek megadása során, és lehetővé tette a megengedett kollektorfeszültség több kilovoltra [112] és a működési frekvencia 1 GHz -re [113] történő emelését , de voltak végzetes hátrányai is. Nem tette lehetővé ellenállások kialakítását, ezért nem volt alkalmas integrált áramkörök gyártására [114] . A vastag kollektorrétegek nagy ohmos ellenállással rendelkeztek, és ennek eredményeként az impulzusválaszok messze elmaradtak az optimálistól [115] . A mesa tranzisztorokkal a fő probléma az volt, hogy a kollektor pn átmenet kimenete a mesa puszta "falához" nem volt védett a szennyeződésektől - ennek eredményeként a mesa tranzisztorok megbízhatósága rosszabb volt, mint az őket megelőző ötvözet tranzisztoréké. [114] . Az elektromos tér által a kristályhoz vonzott mikroszkopikus részecskék söntölik a kollektor csomópontot, és csökkentették az erősítési és áttörési feszültséget. Moore emlékeztetett arra, hogy amikor fordított feszültséget kapcsoltak a kollektorra, ezek a szivárgó áram által felmelegített részecskék szó szerint izzottak [116] . A mesa falait nem lehetett oxidréteggel védeni, mivel az oxidációhoz az érintkezőbetétek alumínium olvadási hőmérsékletét meghaladó hőmérsékletre kellett melegíteni.
Ernie már 1957. december 1-jén javasolta Robert Noyce -nak a síkbeli eljárást , amely ígéretes helyettesíti a mesa technológiát. Ernie szerint a síkszerkezetet két egymást követő diffúzióval kellett volna kialakítani, először egy alapréteget, majd egy ebbe beágyazott emitterréteget létrehozva. A kollektor és az emitter csomópontok kijáratait a kristály felső felületére egy "piszkos" oxidréteg választotta el a külső közegtől, amely maszkként szolgált a második (emitter) diffúzióhoz [102] . Ernie ezen javaslata, valamint az arannyal való ötvözés ellentmondott az akkor általánosan elfogadott véleménynek [117] . Fuller, Frosch és más Bell Labs mérnökei úgy vélték, hogy a kész tranzisztorban "piszkos" oxid elfogadhatatlan, mivel a szennyező atomok elkerülhetetlenül behatolnak az oxidból a szilíciumba, megsértve a meghatározott pn átmenet profilt [117] . Ernie bebizonyította, hogy ez a vélemény téves: az elődök nem vették figyelembe, hogy a diffúzió során a szennyeződés nemcsak mélyen behatol a kristályba, hanem az oxidmaszk alatt oldalra is szétterül [118] . A maszk átfedése a valódi (rejtett) pn átmenet felett elég nagy, így az oxidból a kristályba való diffúzió elhanyagolható [118] .
A következő hat hónapban Ernie és Noyce nem tért vissza a sík témához [119] . Riordan szerint a késés a Fairchild litográfiai eljárás tökéletlensége miatt következett be: az 1957-1958-as technológia nem engedett négy fotolitográfiát és két diffúziót elfogadható hozammal , így Ernie és Noyce a következőben nem tért vissza a sík témához. hat hónap [119] . 1958 májusában megtudták, hogy Martin Attala , a Bell Labs munkatársa az oxidréteg passziválásán is dolgozik [120] . Ernie, aki nem akarta átadni a kezdeményezést a versenytársaknak, átvette a síkdiódát, és 1959 januárjától a sík NPN tranzisztor gyártására összpontosított - a 2N696 utódja [120] . 1959. március 2. Ernie megalkotta az első kísérleti sík tranzisztort [121] . 1959. március 12-re Ernie meg volt győződve arról, hogy az új eszköz gyorsabb, mint a mesa-tranzisztorok, ezerszer kisebb a szivárgási árama, és ugyanakkor megbízhatóan védett az idegen részecskékkel szemben [122] .
Arjun Saxena szerint a késésnek alapvető oka is volt. Carl Frosch munkái szerint az oxidréteg nem szolgálhat maszkként a könnyű foszforatomok diffúziójához – ugyanis Ernie-nek szüksége volt foszforra a második, emitter diffúzióhoz [98] . 1959. március 2. (vagy néhány nappal később) Ernie egykori kollégája a Shockley Chi-Tan Sa- nálmesélt Ernie-nek és Noyce-nak diffúziós tapasztalatairól [98] . Kiderült, hogy egy kellően vastag oxidréteg hatékonyan képes késleltetni a foszfor diffúzióját [98] . Ez a tudás ösztönözte Ernie tevékenységét 1959 márciusának első felében [98] .
Moore és Noyce, akik valójában a Fairchildot vezették [kb. 10] , úgy döntött, hogy síktechnológiára vált, de a sorozatba indítás váratlanul nehéznek bizonyult [123] . Fairchild csak 1960 áprilisában adta ki az első sorozatgyártású 2N1613 sík tranzisztorokat [124] . 1960. május 26-án a Fairchildnek dolgozó Jay Last megalkotta az első sík integrált áramkört Noyce [125] ötletei alapján , majd 1960 októberében Fairchild bejelentette a mesa tranzisztorok teljes elhagyását [126] . Azóta a planáris eljárás maradt a tranzisztorok gyártásának fő módja, és tulajdonképpen az egyetlen módja az integrált áramkörök gyártásának [127] .
A bipoláris tranzisztorok fejlesztése két irányban folytatódott - a működési frekvencia (kapcsolási sebesség) és a teljesítménydisszipáció növekedésével [128] . Ez a két cél egymást kölcsönösen kizáró műszaki megoldásokat követelt meg a fejlesztőktől: a nagyfrekvenciás működés minimális csomóponti területet és minimális alapvastagságot jelent, míg a nagy áramerősségen való működés ezzel szemben nagy csomóponti területet igényel [128] . Ezért az 1960-as években az erősáramú és a nagyfrekvenciás eszközök egymástól függetlenül fejlődtek [128] . 1961-ben az Ernie által a Seymour Cray számára tervezett Fairchild 2N709 szilícium tranzisztorok kapcsolási sebességében először haladták meg a germánium tranzisztorokat [129] . Az 1960-as évek végére a kísérleti tranzisztorok 10 GHz-es működési frekvenciát értek el, ami megfelel a legjobb mikrohullámú csövek sebességének [113] .
A korai típusú tranzisztorok disszipált teljesítménye nem haladta meg a 100 mW-ot [128] . 1952-ben létrehozták az első "teljesítménytranzisztort", 10 watt disszipációs teljesítménnyel. Ez egy közönséges germániumötvözet tranzisztor volt, réz alapra forrasztva, amelyet egy masszív hűtőbordára erősítettek [130] . 1954-ben egy húsz wattos tranzisztort fejlesztettek ki 1 A maximális kollektorárammal [130] . Ezeknek a tranzisztoroknak a korlátozó erősítési frekvenciája nem haladta meg a 100 kHz-et, a kristály működési hőmérséklete pedig 80°C volt [130] . Az üzemi áram és az erősítés alacsony volt az alacsony, körülbelül 30 Ohm-os alapellenállás miatt [130] .
Az 1950-es évek végén a nagy teljesítményű tranzisztorok fejlesztői áttértek a diffúziós technológiákra, és felhagytak a germániummal a szilícium helyett, amely akár 150 °C hőmérsékleten is működhet [131] . 1963-ban jelent meg az első epitaxiális teljesítménytranzisztor körülbelül 1 Ω alapellenállással, amely lehetővé tette a 10 A vagy annál nagyobb áramok szabályozását [130] . 1965-ben az RCA kiadta az első mozaik topológiájú több emitteres tranzisztort [130] , ugyanebben az évben megjelentek az 1 kV-os megengedett feszültségű teljesítmény-mesa tranzisztorok [131] . 1970-ben a kísérleti nagyteljesítményű tranzisztorok működési frekvenciatartománya elérte a 2 GHz-et 100 W teljesítménydisszipáció mellett [131] . Ugyanakkor az 1960-as évek végén és az 1970-es évek elején megkezdődött az átállás a teljesen fémből készült tokokról ( TO3 , TO36, TO66) a műanyag tokokra ( TO220 és analógok) [113] .
A bipoláris tranzisztor fejlesztésével párhuzamosan folytatódott a munka a terepi tranzisztorokon [132] . Tíz évig (1948-1958) a megfelelő dielektrikumok hiánya miatt hatástalan maradt [132] . Aztán az események meredeken felgyorsultak. 1958-ban Stanislav Tezner a General Electric "Technitron" ( Technitron ) francia leányvállalatánál gyártotta az első sorozatgyártású, ötvözetből készült térhatású tranzisztort [132] . Ez egy tökéletlen germánium eszköz volt, amelyet nagy szivárgási áramok jellemeztek, és a karakterisztika kis meredeksége [132] . 1959-ben az RCA kiadott egy kadmium-szulfid vékonyrétegű FET-et [132] . 1960-ban az amerikai Crystalonics kiadott egy soros pn-átmenetes ötvözetből készült térhatású tranzisztort , amelynek zajszintje alacsonyabb, mint a bipoláris tranzisztoré. 1962-ben a Texas Instruments kiadta az első pn-csomópontos sík FET-et.
A legfontosabb események, akárcsak tíz évvel korábban, a Bell Labs falai között zajlottak. 1959-ben Martin Attala javasolta a FET-kapuk szilícium-dioxidból történő termesztését; az ilyen típusú eszközöket MOS-struktúráknak nevezzük [132] . Ugyanebben az évben Attala és Dion Kang létrehozta az első működőképes MOSFET-et [133] . A találmány nem érdekelte a Bell menedzsmentjét, de az RCA és a Fairchild már 1960-ban elkezdett aktívan kísérletezni a MOS technológiával, és 1962-ben az RCA elkészítette az első kísérleti MOS chipet tizenhat tranzisztorral [133] . 1963 -ban Chin-Tang Saés Frank Wanlacejavasolt kiegészítő MOS áramkör [134] . Az első sorozatgyártású RCA és Fairchild MOSFET-ek 1964-ben jelentek meg a piacon, ugyanebben az évben a General Microelectronics kiadta az első MOS IC-t, az 1970-es években a MOS IC-k meghódították a memóriachipek és a mikroprocesszorok piacát , a 21. század elején pedig A MOS mikrochipek elérték a gyártott integrált áramkörök (IC) teljes számának 99%-át [133] .
Shockley, W. The theory of pn junctions in Semiconductors and pn Junction Transistors // The Bell System Technical Journal. - 1949. - 1. évf. 28. - P. 435-48. Archiválva az eredetiből 2013. július 21-én.
Alferov, Zh. I. Skolkovo sikere akkor érhető el, ha a tudomány az országban újra fejlődésnek indul . Szovjet-Oroszország (2011. április 29.). Letöltve: 2012. március 20. Az eredetiből archiválva : 2012. augusztus 5..
