Տրանզիստորի հայտնագործում

1947 թվականի դեկտեմբերի 16-ին ֆիզիկոս-փորձարար Ուոլտեր Հաուզեր Բրատեյնը, որն աշխատում էր տեսաբան Ջոն Բարդինի հետ, հավաքեց առաջին աշխատունակ կետային տրանզիստորը։ Բայց, չանցած կես տարի, մինչ Բարդինի և Բրատեյնի աշխատանքների հրատարակումը, գերմանացի ֆիզիկոսներ Հերբերտ Մատարեն և Հենրիխ Վելկերն ներկայացրին Ֆրանսիայում մշակված կետային տրանզիստորը («տրանզիստիոնը»)։ Այսպես, անհաջող փորձերից հետո՝ սկզբից պինդ մարմնից, իսկ հետագայում դաշտային տրանզիստորից վակուումային տրիոդին համարժեքը ստեղծելու ընթացքում, ստեղծվեց առաջին ոչ կատարյալ կետային երկբևեռ տրանզիստորը։

Մոտ տասը տարի սերիական արտադրվող կետային տրանզիստորը, հանդիսացավ էլեկտրոնիկայի զարգացման համար առանցքային ճյուղերից մեկը, նրան փոխարինեցին գերմանիումից մակերեսային տրանզիստորները։ p-n անցման և մակերեսային տրանզիստորի տեսությունը 1948-1950 թվականներին ստեղծել է Ուիլյամ Բրեդֆորդ Շոկլին Առաջին մակերեսային տրանզիստորը պատրաստվել է 1950 թվականի ապրիլի 12-ին հալույթից աճեցման մեթոդով։ Դրան հետևեց միաձուլվածքային տրանզիստորը, «էլեկտրոքիմիական» տրանզիստորը և դիֆուզային մեզա-տրանզիստորը։

1954 թվականին Texas Instruments թողարկեց առաջին սիլիցիումային տրանզիստորը։ Սիլիցիումի թաց թթվեցման պրոցեսի հայտնագործումը 1958 թվականին հնարավոր դարձրեց առաջին սիլիցիումային մեզա-տրանզիստորների թողարկումը, իսկ 1959 թվականի մարտին Ժան Էրպնին ստեղծեց առաջին սիլիցիումային պլանարային տրանզիստորը։ Սիլիցիումը հետ մղեց գերմանիումը, իսկ պլանարային պրոցեսը դարձավ տրանզիստորների շահագործման հիմնական պրոցեսը և հնարավոր դարձրեց միաձույլ ինտեգրալային սխեմաների ստեղծումը։

Նախապատմություն 
1906 թվականին Գրինլիֆ Պիկարդը արտոնագրեց սիլիցիումային բյուրեղային դետեկտորը։ 1910 թվականին Ուիլյամ Իկկլազը հայտնաբերեց,  որ որոշակի պայմաններում բյուրեղային դետեկտորները բացասական դիֆերենցիալ դիմադրություն են ցուցադրում և այդ իսկ պատճառով կարող են օգտագործվել տատանումների գեներացման և ազդանշանների հզորացման համար։ 1922 թվականին Օլեգ Վլադիմիրովիչ Լոսևը ապացուցեց էլեկտրամագնիսական տատանումների հզորացումն և գեներացումը բյուրեղային դետեկտորով, երբ նրան տրվում էր հաստատուն տեղաշարժման լարում (կրիստադինային էֆեկտ)։ Լասևի ցինկիտային դետեկտորը («кристадин») իր աշխատունակությունը պահպանում էր մինչ 10 ՄՀց։ 1920-ականների վերջին վակուումային լամպերով բյուրեղային դետեկտորները հետ մղվեցին, իսկ կիսահաղորդիչների ֆիզիկայի զարգացման այս ճյուղն առաջ չգնաց։

1922-1927 թվականներին Լարս Գրյոնդալը և Հեյգերը ներդրեցին պղնձախմորիչ համուղղորդը, իսկ 1930-ականներին նրան փոխարինեց ավելի կատարելագործված սելենային համուղղորդը։ Ինչպես գրում էր Ուոլտեր Հաուզեր Բրատեյնը, պղնձի մակարդուկի և էլեկտրովակուումային դիոդի համանմանությունը բոլորի, ովքեր ուսումնասիրում էին կիսահաղորդիչներ, համար ակնհայտ էր, և նրանցից շատերը մտածում էին թե ինչպես համուղղորդիչի մեջ ներդնեն երրորդ, ղեկավարող («ցանցը») էլեկտրոդը, համուղղորդիչից ուժեղարար պատրաստելիս։ 1925 թվականին գերմանացի ֆիզիկոս Էդգար Հուլիոս Լիլիենֆելդը տվեց պնդամարմին ուժեղարարի առաջին արտոնագրային դիմումը, որը բաղկացած էր մետաղի և կիսահաղորդիչների շերտերից։ Լիլիենֆելդը չկարողացավ իր առաջարկն առաջ տանել նույնիսկ մինչ մակետի փուլ՝ քանի որ նրա առաջարկը  չէր իրականացվի 1920-ականներին ֆունդամենտալ գիտության ոչ բավարար զարգացման պատճառով։ 1935 թվականին մեկ այլ գերմանացի ֆիզիկոս Օսկար Հայլը Մեծ Բրիտանիայում արտոնագրեց դաշտային տրանզիստորի աշխատանքի սկզբունքը։ 1938 թվականին Գյոտինգենյան համալսարանի աշխատակիցներ Պոլ Ռոբերտ Վիխարդը և Ռուդոլֆ Հիլշը ստեղծեցին պնդամարմին «տրիոդը», որը կարող էր ելքային դանդաղ փոփոխվող ազդանշանը հզորացնել։ Պոլի ուժեղարարը շատ դանդաղ էր, աշխատում էր միայն բարձր ջերմաստիճաններում և դրա համար էլ չունեցավ պրակտիկ զարգացում, ու հենց ինքը Պոլը չուզեցավ զբաղվել կիրառական աշխատանքներով, գերադասելով ֆունդամենտալ գիտությունը։ Բոլոր այս անհաջող փորձերը այս կամ այն առումով վերարտադրեցին վակուումային տրիոդի կառուցվածքը։ Այսպես, Պոլի «տրիոդում» ղեկավարող էլեկտրոդը իրենից ներկայացնում էր մանրախոռոչային մետաղական ցանց, որը դաշտը ղեկավարում էր Կալիումի բրոմիդ բյուրեղի ներսից:Լոսևը 1939 թվականին հիշատակել էր «եռէլեկտրոդային համակարգով, տրիոդին համարժեք» կիսահաղորդչային աշխատանքի մասին, բայց այդ չհրտարակված աշխատանքները սպառվել էին։

Երկրորդ համաշխարհային պատերազմի ժամանակ հետազոտական բյուջետը բազմակի անգամ մեծացավ, սակայն, Պիտեր Մորիսի կարծիքով, կիսահաղորդիչների ֆիզիկայում շատ քիչ բան էր արված։ Բոլոր էական ձեռքբերումները կապված էին երկու ուղղությամբ ռազմական պատվերների հետ, որտեղ վակուումային լամպերը անզոր էին, դրանք էին՝ ռադիոլոկացիայում ինֆրակարմիր ճառագայթման և անդրադարձած ազդանշանի դետեկտումը։ Ռադիոլոկատորների վաղ ճառագայթիչները աշխատում էին մինչ 3 ԳՀց հաճախություը, իսկ վակուումային դիոդների հաճախությունների դիապազոնը սահմանափակված էր 400 ՄՀց-ով։ Կոնտակտային կիսահաղորդչային դետեկտորները, ընդհակառակը, կարող էին էֆեկտիվորեն ուղղել միկրոալիքային ճառագայթումը, այդ իսկ պատճառով 1930-ականներին Մեծ Բրիտանիայի, Գերմանիայի և ԱՄՆ-ի ղեկավարությունը սկսեցին մասշտաբային պրոեկտներ իրականացնել կիսահաղորդիչների կատարելագործման համար։ Այդ հետազոտությունների ընթացքում ուսումնասիրվեցին կիսահաղորդիչների ֆունդամենտալ հատկությունները և նրանց տեխնոլոգիայի ու արտադրության հիմքերը դրվեցին, որը հնարավոր դարձրեց կիսահաղորդչային սարքերի սերիական արտադրությունը։

p-n անցման հայտնագործում 
1936 թվականին Bell Labs-ի հետազոտությունների գծով տնօրեն Կելլի Մերվինը հանձնարարեց Ուիլյամ Բրեդֆորդ Շոկլիին ուսումնասիրել պինդ մարմիններից հոսանքափոխիչներ ստեղծելու հնարավորությունը, որոնք ունակ կլինեին ապագայում էլեկտրաքիմիական ռելեյով փոխարինել հեռախոսների ավտոմատ կայանը։ Պոլի, Աբրահամ Ֆեոդորովիչ Իոֆֆեյի և Բորիս Իոսոֆովիչ Դավիդովի, Շոկլին եկավ, կիսահաղորդչի մասսիվում, ղեկավարող էլեկտրոդի ներդրման անհնարինության եզրահանգմանը։ Փոխարենը 1939 թվականի դեկտեմբերի 29-ին Շոկլին ձևակերպեց դաշտային տրանզիստորի աշխատանքի սկզբունքը՝ երկու էլեկտրոդների արանքի կանալում հոսանքը պետք է կառավարի արտաքին դաշտը, որը կստեղծվի կանալից դուրս երրորդ (ղեկավարվող) էլեկտրոդով։ Շոկլին առաջարկեց պատրաստել կիսահաղորդչային տրիոդ Դավիդովի առաջարկած պղնձի մակարդուկի վրա, բայց առաջին փորձերը պսակվեցին անհաջողությամբ, իսկ հետո Bell Labs-ի անձնակազմը կենտոնացվեց ռազմա-կիրառական խնդիրների լուծման վրա։ Շոկլին 1940 թվականին աշխատում էր ուրանային ծրագրի վրա, իսկ 1942 թվականից մինչ պատերազմի ավարտը միշտ զբաղվում էր ռադիոլոկացիայի խնդիրներով։

Ֆիզիկների մի խումբ, որոնք զբաղվում էին պինդ մարմնի ֆիզիկայով և մնացել էին Bell Labs-ում Շոկլիի հեռանալուց հետո, զբաղվում էին ռադիոլոկացիայում գերբարձր հաճախությունների դետեկտման համար սարքի նյութերի որոնմամբ։ Էլեկտրոքիմիկ և ռադիոսիրող Ռասել Օլը աշխատում էր սիլիցիումային դետեկտորներով դեռ մեծ դեպրեսիայի ժամանակներից։ Ենթադրելով, որ վաղ դետեկտորների վարքը արտահայտվել էր խառնուկներից ոչ բավարար մաքրման շնորհիվ, Օլը կենտրոնացավ սիլիցիումի հալման և մաքրման տեխնոլոգիաների վրա։

1939 թվականի օգոստոսին Օլը, Ջոն Սկաֆը և Հենրի Թոյերերը կատարեցին առաջին հալումը հելիումային մթնոլորտում։ Մինչև 99, 8 % մաքրված կիսաբյուրեղային սիլիցիումից պատրաստված դետեկտորները, բավարար կայուն էին։ Նրանց մի մասը հոսանքը հաղորդում էր միայն մեկ ուղղությամբ (կոնտակտից բյուրեղ), մնացածը՝ այլ ուղղությամբ (բյուրեղից կոնտակտ), ընդ որում նմուշի կոնտակտի բևեռայնությունը կարելի կլինի որոշել միայն փորձված ճանապարհով։ Ենթադրելով, որ հաղորդակցության ուղղությունը որոշվում է միայն սիլիցիումի մաքրության աստիճանով, Օլը մի տիպը անվանեց «մաքրում», իսկ մյուսը «կոմերցիոն»()։

1939 թվականի հոկտեմբերին դետեկտորի պատրաստուկների մեջ գտնվեց մի անսովոր նմուշ, որի էլեկտրական պարամետրերն այնքան անկանոն էին իրենց պահում, որ հետագա փոփոխություններն անհեթեթ էին թվում[15]։ Միայն 1940 թվականի փետրվարի 23–ին Օլը ժամանակ գտավ, որպեսզի անձամբ այն ստուգի[16]։ պարզվեց, որ նմուշը արձագանքում էր լույսին, իսկ դիտվող ֆոտոէֆեկտը մի աստիճանով գերազանցում էր տրադիցիոն ֆոտոէլեմենտներում դիտվող ֆոտոէֆեկտը[16]։ Նմուշի հաղորդականությունը կախված էր ոչ միայն լուսավորվածությունից, այլև ջերմաստիճանից ու խոնավությունից։ Չնայելով իր ղեկավարության հակազդեցությանը, որը Կելլի հետ անհամաձայնությունների մեջ էր, մարտի վեցին Օլը Կելլին և Ուոլտեր Բրատեյնին ցույց տվեց իր ձեռքբերումը[16]։ բրատեյնը գլխի ընկավ, որ ֆոտոէֆեկտը ծագում է, սիլիցիումի երկու շերտերի արանքում, ինչ որ անտեսանելի արգելքում և որ այդ արգելքը կարող է ուղղել փոփոխական հոսանքը[16]։ Հենց այդ պատճառով փոփոխական հոսանքի հաղորդականության չափումը տալիս էր անբացատրելի և անիմաստ արդյունքներ։

Շուտով Սկաֆը և Օլը բառացիորեն տեսան այդ արգելքը՝ ազոտաթթվով խածատումը բացահայտեց սիլիցիումի շերտերի արանքի աչքին տեսանելի սահմանը։ Սկաֆը և Օլը այդ շերտերին տվեցին նոր անվանում՝ «p–տիպի սիլիցիում» (, դրական բառից) և «n–տիպի սիլիցիում» negative, բացասական բառից), դետեկտորի այդ շերտերից հոսանքի ուղղությունից կախված։ Արգելքային զոնան ստացավ p–n–անցում անվանումը։ Օլը, Սկաֆը և Թոյներերն աստիճանաբար եկան այն հասկացությանը, որ սիլիցիումի հաղորդականության տիպը որոշվում է ոչ թե նրա հաճախությամբ, այլ, ընդհակառակը՝ բնութագրիչ խառնուրդների առկայությամբ։ Բորի ենթախմբի ավելի թեթև էլեմենտները պետք է տեղավորվեն հալույթի վերին շերտում, իսկ ազոտի ենթախմբի ծանր էլեմենտները` հալոցի կենտրոնում։ Իրավացի է, p-տիպի սիլիցիումի քիմիական վերլուծությունը բացահայտեց բորը և ալյումինը, իսկ ֆոսֆորի առկայությունը կոպիտ մաքրված n-տիպի սիլիցիումի մեջ նկատվում էր և առանց սարքերի՝ այդպիսի սիլիցիումի մշակման ժամանակ ֆոսֆորին էր զատվում։

Կելլին անձնական կամային որոշմամբ գաղտնիացրեց p-n-անցման հայտնագործումը։ Bell Labs-ը սիլիցիումի նմուշներով պատրաստակամորեն կիսվում էր ամերիկացի և բրիտանացի գործընկերների հետ, բայց դա բացառապես p-տիպի սիլիցիում էր։ Նա ինքն անձամբ էր պատասխանում այն բանի համար, որպեսզի n-տիպի և pn-անցումով սիլիցիումները չլքեն կոմպանիայի պատերը։ Շոկլին իմացավ Օլի հայտնագործման մասին միայն 1945 թվականի մարտի 24-ին, իսկ լայն հասարակությունը՝ 1946 թվականի հունիսի 25-ին, երբ Օլը և Սկաֆը 1940 թվականի իրենց հայտնագործության համար ստացան պատենտներ։

Անկախ ամերիկացի ֆիզիկներից, 1941 թվականին Վադիմ Եվգենիեվիչ Լաշկարյովը ներկայացրեց «շրջափակիչ շերտի» տեսությունը և պղնձի ու պղնձի մակարդուկի բաժանման սահմանին լիցքակիրների ներարկումը։ Լոշկարյովը ենթադրեց, որ պղինձ-մակարդուկ էլեմենտում թերմոզոնդով հայտնաբերված հաղորդականության երկու տիպերն էլ, բաժանված են էլեկտրական հոսանքին հակազդող հիպոթեզային անցումային շրջանով։ Լոշկարյովի և Կոսոգոնովի աշխատանքները («Շրջափակիչ շերտերի ուսումնասիրումը թերմոզոնդով» և «Խառնուկերի ազդեցությունը պղնձի մակարդուկի կափույրային ֆոտոէֆեկտի վրա») հրատարակվեցին 1941 թվականին։

Կետային տրանզիստոր

Բարդինի և Բրատեյնի տրանզիստոր 

1945 թվականի հունիսին Կելլին նորից Շոկլիի և Սթենլի Մորգանի գլխավորությամբ բաժին վերակազմավորեց պինդ մարմնի ուսումնասիրման համար (1945 թվականին Շոկլին առաջվա նման զբաղված էր ռազմական պրոեկտներում և բավարար ժամանակ չուներ բաժնի միանձյա ղեկավարման համար)։ Խմբի մեջ մտան Բրատեյնը, տեսաբան Ջոն բարդինը, գյուտարար ջերալդ պիրսոնը, ֆիզքիմիկոս ռոբերտ Ջիմբին և ինժեներ- էլեկտրիկ Հիլբերտ Մուրը։ Կիսահաղորդիչների նմուշները պատրաստեցին Ուիլյամ Պֆանը, ջոն Սկաֆը և Հենրի Թոյերերը։ Խումբը հենվում էր այն ժամանակների խոշոր գիտական կազմակերպության ռեսուրսների վրա, 1940-ականների վերջերին Bell Labs-ում աշխատում էին 5700 մարդ, որոնցից 2000-ը դիպլոմավոր պրոֆեսիոնալներ էին։

Պերդյու համալսարանի ուսումնասիրություններին ծանոթանալով, Շոկլին կրճատեց կիսահաղորդիչների ընտրությունը, հասցնելով երկուսի՝ գերմանիումը և սիլիցիումը, իսկ 1946 թվականի հունվարին որոշեց կենտրոնանալ դաշտի էֆեկտի
օգտագործման վրա։ Սակայն փորձերը ցույց տվեցին, որ իրական կիսահաղորդչում դաշտի էֆեկտը եռակի կարգով թույլ էր, քան ասված էր տեսության մեջ։ Բարդինը բացատրեց փորձարարական տվյալները, առաջարկելով մակերևույթային վիճակների հիպոթեզը, համաձայն որի կիսահաղորդիչներիի և մետաղական էլեկտրոդի սահմանին առաջանում է տարածական լիցք, որը չեզոքացնում է արտաքին դաշտը։

1947 թվականի ընթացքում Շոկլիի բաժինը փնտրում էր ծավալային լիցքի պրոբլեմի լուծումը, յուրաքանչյուր քայլով ավելի հեռու գնալով դաշտային տրանզիստորի կոնցեպցիայից։ Շոկլին 1972 թվականին գրել է, որ Բարդինի շնորհիվ «մենք դադարեցրինք «տրանզիստոր պատրաստելը»։ փոխարենը մենք վերադարձանք այն սկզբունքին, որը ես անվանում եմ «պրակտիկ խնդրի գիտական կողմի հարգանք»»։ 1947 թվականի նոյեմբերին Ջիբնին առաջարկեց կիսահաղորդչի զանգվածից էլեկտրոլիտի շերտով հեռացված «տրիոդին», կառավարվող կետային էլեկտրոդով, տալ տեղաշարժման հաստատուն լարում։ Աշխատանքները կտրուկ արագացվեցին՝ նոյեմբեր, դեկտեմբերին Բարդինը, Ջիբնին և Բրատեյնը փորձարկեցին «տրիոդի» հինգից ոչ ավել տարբեր կոնստրուկցիաներ՝

Շոկլին, Բարդինը և Բրատեյնը դեկտեմբերի 8-ին եկան երկշերտանի կառուցվածքով գերմանիումի թիթեղով համասեռ կիսահաղորդչի փոխարինման եզրակացությանը, որի մակերևույթին կազնավորված էր բարձր ծակման լարման p-n-անցում։ Դեկտեմբերի տասին Բարդինի և Բրատեյնի «էլեկտրական տրիոդը» n-տիպի գերմանիումի և p-տիպի ինտենսիվ շերտով ցուցաբերեց հզորության ուժեղացում մոտ 6000 անգամ։ Այն անընդունելիորեն դանդաղ էր նույնիսկ ձայնային հաճախությունների ուժեղացման համար, դրա համար էլ դեկտեմբերի տասներկուսին Բարդինը էլեկտրոլիտը փոխարինեց գերմանիումի օքսիդի բարակ թաղանթով։ Այդ օրը փորձը անհաջող ավարտ ունեցավ, հավանաբար, գերմանիումե շերտից թաղանթի լվացման ժամանակ։ Դեկտեմբերի 15-ին օքսիդային թաղանթով սարքավորումը ցուցաբերեց մինչ 10 կՀց հաճախության դիապազոնում երկակի ուժեղացում։ Բարդինը այս փորձից հետո առաջարկեց օգտագործել երկու կոնտակտային էլեկտրոդներ՝ ղեկավարող (էմիտեր) և ղեկավարվող (կոլեկտոր)։ Բարդինի հաշվարկներով, սխեման կարող է ուժեղացնել հզորությունը միջէլեկտրոդային հեռավորության վրա ոչ ավելի քան հինգ միկրոնի կարգի (2*10−4 դյույմ)։

1947 թվականի 15-ին կամ 16-ին Բրատեյնը պլաստմասե եռանկյուն պրիզմայից պատրաստեց վրան ոսկու շերտ սոսնձված կոնտակտային հանգույցը։ Մետաղաթիթեղը զգուշորեն կտրելով մկրատով, Բրատեյնը կոլեկտորի ու էմիտերի արանքում մոտ 50 միկրոն հաստությամբ ճեղք ստացավ։ Դեկտեմբերի 16-ին Բրատեյնը սեղմեց կոնտակտային ճեղքով հանգույցը գերմանիումե շերտի մակերևույթին, ստեղծելով առաջին աշխատունակ կետային տրանզիստորը։

1947 թվականի դեկտեմբերի 23-ին Բրատեյնը կոլեգաներին ցուցադրեց տրանզիստորային ձայնային հաճախությունների ուժեղարարը լարման տասնհինգակի ուժեղացուցիչով։ 10 ՄՀց հաճախության վրա ուժեղացումը կազմում էր 20 դԲ ելքային 25 Վտ հզորությամբ։ դեկտեմբերի 24-ին Բրատեյնը ցուցադրեց առաջին տրանզիստորային ազդանշանների գեներատորը։

Այսպես, դաշտային տրանզիստոր պատրաստելու անհաջող փորձերից հետո, սկսվեց բևեռային տրանզիստորի զարգացումը։ Bell Labs-ի ղեկավարությունը, հասկանալով իրադարձության կարևորությունը, համալրեց Շոկլիի բաժանմունքը մասնագետներով և մի առ ժամանակ գաղտնի պահեց պրոեկտը։ Հասարակությունը տեղեկացավ տրանզիստորի հայտնագործման մասին 1948 թվականի հունիսի 30-ին Նյու Յորքում տեղի ունեցած տրանզիստորի բաց պրեզենտացիայի ժամանակ, որը զուգադիպել էր Physical Review-ում լույս տեսած հոդվածների հետ։ Bell Labs-ում այդ իրադարձություից մեկ ամիս առաջ տեղի էր ունեցել նոր սարքի անվան ընտրության գաղտնի քվեարկությունը։ Դեն նետելով երկար «կիսահաղորդչային տրիոդ» (semiconductor triode), փաստորեն սխալ «մակերևույթային վիճակների տրիոդ» (surface states triode) և անհասկանալի «յոնատրոն» (iotatron) անվանումները, Bell Labs-ը հաստատեց «տրանզիստորը» (transistor)՝  (հաղորդականություն) կամ transfer(փոխանցում) և varistor (վարիստոր, ղեկավարվող դիմադրություն) բառերից։

Վելկերի և Մատարեյի տրանզիստրոն 
1944 թվականին, Լյուբեժյան մենաստանում ՄԱՀ-դետեկտորների աղմուկի իջեցման վրա աշխատող գերմանացի ֆիզիկոս Հերբերտ Մատարեն, հայտնագործեց կիսահաղորդչային երկու կետային կոնտակտով ուղղիչ «երկդիոդը»։ Այս կոնտակտներին նույն շեղման լարման և հակափուլային հետերոդինի լարումտ մատակարարելիս, «երկդիոդը» ճնշում էր հետերոդի բարձրհաճախային աղմուկները։ Հենրիխ Վելկերի կիսաբյուրեղային գերմանիուով և Կարլ Զայլերի սիլիցիումով փորձերը ցույց տվեցին, որ էֆեկտիվ աղմուկազատում կլինի այն դեպքում, երբ երկու կոնտակտներն էլ միանում էին կիսահաղորդիչի միևնույն բյուրեղիկի վրա։ Եթե կոնտակտների միջև հեռավորությունը չէր գերազանցում 100 միկրոնը, միևնույն կոնտակտի լարման չափումը բերում էր երկրորդ կոնտակտի հոսանքի փոփոխությանը։ 1945 թվականի հունվարին Մատարեն փախավ արևմուտք խորհրդային հարձակումից, հետո գերի ընկավ ամերիկացիների մոտ, բայց շուտով ազատ արձակվեց։ Վելկերը շարունակեց հետազոտությունները մինչև 1945 թվականի մարտը։ Շոկլիից անկախ, և մի փոքր էլ առաջ ընկնելով նրանից, Վելկերը եկավ դաշտային տրանզիստորի գաղափարին, սակայն նրա առաջին փորձերը ևս անհաջող ավարտ ունեցան։

1946 թվականին ֆրանսիական և բրիտանական լրտեսները գտան Վելկերին և Մատարեյին, հարցաքննեցին նրանց ռադիոլոկացիայում գերմանական մշակումների մասին և գործ առաջարկեցին ֆրանսիական Westinghouse բաժանմունքում, որտեղ այդ ժամանակ ծավալվում էին գերմանիումե ուղղիչների արտադրությունը։ Երկուսն էլ համաձայնվեցին, քանի որ ավերված Գերմանիայում զբաղվել գիտությամբ հնարավոր չէր։ Վելկերը և Մատարյեն լաբորատորիա Օլնե-Սու-Բուայում հիմնեցին և մինչև 1947 թվականի վերջը զբաղվում էին ուղղիչների արտադրության կարգավորմամբ։ 1948 թվականի հունիսին, մինչ Բարդինի և Բրատեյնի հայտնագործման մասսայականացումը, կատարելագործված «երկդիոդով», կամ փաստորեն կետային տրանզիստորով, Մատարեն ցուցադրեց կայուն ուժեղացումsfn|Riordan|2005|p=50}}։ Իսկ արդեն նույն թվականի հուլիսին Մատարեյի և Վելկերի աշխատանքներով հետաքրքրվեց Ֆրանսիայի կապի նախարար Էժեն Թոման, և հենց նա էր, որ նոր սարքին տվեց «տրանզիստրոն» անվանումը ()։ 1949 թվականի մայիսին Մատարեն և Վելկերը հայտարարեցին, հեռավոր հեռախոսակապի համար, տրանզիստրոնի փոքրաքանակ արտադրության սկզբի մասին։

Առաջին սերիական տրանզիստորներ 

1948—1951 թվականներին Bell Labs-ի մասնագետները, Պֆանի գլխավորությամբ, օգտագործելով ունեցած կոնտակտային ԳԲՀ ճառագայթման դետեկտորների տեխնոլոգիան, փորձում էին կարգավորել կետային տրանզիստորների սերիական արտադրությունը։ Պֆանը հաջողության հասավ պատահական զուգադիպության շնորհիվ՝ կոլեկտորային կոնտակտների ֆոսֆորային բրոնզը կեղտոտել էր գերմանիումի մակերևույթը ֆոսֆորի ատոմներով, ստեղծելով n-տիպի անցումների կղզյակներ։ Պղնձի ատոմների դիֆուզիայի նշանակությունը, որը ստեղծել էր p-տիպի կղզյակներ, պարզվեց մի քանի տարի հետո Ֆուլեր Կելվինի աշխատանքներով։ Պֆանի տրանզիստորը փաստորեն քառաշերտ PNPN-կառուցվածքային էր, որը որոշակի բնագավառներում ցուցաբերում էր «իրական» տրանզիստորներին ոչ հատուկ բացասական դիֆերենցիալ դիմադրություն։ « Ա տիպի» տրանզիստորի սերիական արտադրությունը Western Electric-ում սկսվեց 1951 թվականին և 1952 թվականի ապրիլին արդեն հասավ մեկ ամսում 8400-ի։ Արտադրությունը աշխատատր էր, թանկարժեք, իսկ տրանզիստորի պարամետրերի վերարտադրողականությունը՝ շատ ցածր։ Տրանզիստորների վարքը կախված էր ոչ միայն ջերմաստիճանից, այլև օդի խոնավությունից։ Պենտագոնը ուշադիր հետևում էր տեխնոլոգիայի զարգացմանը, սակայն հրաժարվում էր հուսալի սարքավորումների համար ապարատուրան ձեռք բերելուց։ Չնայած նրան, որ 1951 թվականին կետային տրանզիստորը արդեն բարոյապես հնացել էր, « Ա տիպի» արտադրությունը շարունակվեց ևս տասը տարի, քանի որ նրան հաջորդող, բյուրեղների վրա աճեցված և հալված տրանզիստորները, հաճախային հատկություններով զիջում էին նրան։ Ամբողջ տասնամյակի ընթացքում, Շոկլիի խոսքերով, արտադրության հաջողությունը կախված էր «անբացատրելի կախարդանքից» ()։

մատարեն և Վելկերը «տրանզիստրոնների» արտադրությունը սկսեցին 1949 թվականին, իսկ 1950 թվականին Շոկլիին և Բրատեյնին ցուցադրեցին տրանզիստորային ուժեղացուցիչների աշխատանքը Ֆրանսիա-Ալժիր հեռախոսակապի վրա։ Ամերիկացիները զգաստացան՝ «տրանզիստրոնները» համարվեցին առավել կայուն սարքեր, հավաքոման ավելի կատարելագործված տեխնոլոգիայի շնորհիվ։ Սակայն շուտով ֆրանսիական կառավարությունը դադարեցրեց Մատարեյին և Վելկերին աջակցելը, և նրանք վերադարձան Գերմանիա։ 1952—1953 թվականներին Մատարեն Յակոբ Միխաելյի աջակցությամբ այնտեղ թողարկեց «տրանզիստրոնների» փորձառու խմբաքնակ և հասարակությանը ներկայացրեց չորս տրանզիստորներով ռադիոընդունիչը (առաջին ամերիկական տրանզիստորային ընդունիչը Regency TR-1 թողարկվել է մեկ տարի անց)։ Clevite ամերիկական ընկերությունը (Shockley Semiconductor Laboratory-ի ապագա սեփականատերը) գնեց Միխաելից գործակալությունը, իսկ հետո արտադրություն ծավալեց Գերմանիայում։ Մատարեն տեղափոխվեց ԱՄՆ, Վելկերը Siemens-ում գլխավորեց կիսահաղորդչային հետազոտությունները։
1949 թվականին Էլմար Ֆրանկը և Յան Տաուցը Չեխիայում գերմանական ռազմական գերմանիումից թողարկեցին աշխատունակ տրանզիստորների խմբաքանակ, օգտագործելով, կոնտակտների ձևավորման, սեփական (ավելի կատարելագործված, քան ամերիկացիներինն է) մեթոդը։ Խորհրդային Միությունում Ալեքսանդր Վիկտորովիչ Կրասիլովը և Սուսաննա Ղուկասովնա Մադոյանը ստեղծեցին առաջին կետային տրանզիստորը 1949 թվականին, իսկ առաջին արտադրական նմուշները մտան սերիական արտադրության մեջ 1950—1952 թվականներին։
1951 թվականին ԱՄՆ-ի կառավարությունը պահանջեց, որ AT&T-ն իր տեխնոլոգիաների համար լիցենզիա ներկայացնի բոլոր հետաքրքրված ամերիկական գործակալություններին առանց ռոյալտիի գանձման։ 1952 թվականի ամռանը 26 ամերիկական և 14 արտասահմանյան գործակալություններ ձեռք բերեցին լիցենզիան (այսպես կոչված «25 հազար դոլարով գիրք»), բայց նրանց փորձերը թողարկել կետային տրանզիստորներ անհաջողության մատնվեցին։ CBS-Hytron-ը կարողացավ թողարկել կետային տրանզիստորը, իսկ մեկ տարի անց դադարեցրեց նրա արտադրությունը։ -ը անհաջող փորձեր կատարեց կիսահաղորդչային գերմանիումի առանձին շերտերով տրանզիստորներ արտադրել և արդյունքում հրաժարվեց պրոեկտից; Philips-ը, Bell-ի հետ ունեցած նախապատերազմյան կապերի, մրցակիցներից շուտ ստացավ իր լիցենզիան, բայց կետային տրանզիստորների սերիական արտադրությունը սկսեց միայն 1953 թվականի սկզբին, միաժամանակ ավելի կատարելագործված հալված տրանզիստորների հետ։
ԽՍՀՄ-ում կիսահաղորչային տրիոդի հետ կապված առաջին գիտա-հետազոտական աշխատանքները կատարվեցին ԳՀԻ-160-ում Սուսաննա Ղուկասովնա Մադոյանի ՄՔՏԻ դիպլոմային աշխատանքով։ Տրանզիստորի (կետային) լաբորատոր մակետը աշխատեց 1949 թվականի փետրվարին։ Վաղ մակերեսային տրանզիստորներ

Շոկլիի տեսություն 

Բարդինի և Բրատեյնի կետային տրանզիստորը հանելուկ էր իր ստեղծողների համար։ Պարզ էր միայն այն, որ գյուտարարները ստեղծել են ոչ թե հիպոթեզային դաշտային տրանզիստորը, այլ մեկ ուրիշ բան։ 1947 թվականի դեկտեմբերի 27-ին Բարդինը և Բրատեյնը հոդված ուղարկեցին Physical Review-ին իրենց հայտնագործության մասին, բացատրելով տրանզիստորի ազդեցությունը կիսահաղորդիչների մակերեսային էֆեկտներով։ 1948 թվականի փետրվարի 26-ին պատենտային դիմումում նրանք տվեցին այլ բացատրություն, ենթադրելով կիսահաղորդչի ծավալում արգելքի առկայությունը, համանման կիսահաղորչի և մետաղի սահմանին Շոտտկիի արգելքին; Բայց Բարդինի և Բրատեյնի ոչ մի ձեռագրի մեջ չէր հիշատակվում չհիմնավորված կրիչներ և լիցքի ներարկում հասկացությունները, առանց որոնց հնարավոր չէ նկարագրել տրանզիստորի վարքը։
Շոկլիի նոթատետրում որոշումը արդեն գրանցված էր՝ գերմանիումում p-n-անցման առաջին գրառումները արել է դեռևս 1947 թվականի ապրիլին։ 1947 թվականի դեկտեմբերին, քննարկելով Բարդինի և Բրատեյնի հետ հեռանկարային «տրիոդր», Շոկլին վերադարձավ p-n-անցումով ուժեղարարի տեսական մշակմանը։ 1947 թվականի վերջին շաբաթում նա մտովի տնտղեց բազմաթիվ կոնֆիգուրացիաներ, սակայն նրանք բոլորը, ներառյալ բևեռային տրանզիստորի սխեման, չդիմացան քննադատական վերլուծությանը։ Միայն 1948 թվականի հունվարին Շոկլին ըմբռնեց, որ իր կողմից օգտագործվող մոդելը հաշվի չէր առնում լիցքի ոչ հիմնական կրիչների ներարկումը բազա։ Ներարկման մեխանիզմի հաշվարկը մոդելը դարձրեց լիովին աշխատունակ։ Ոչ ուշ քան 1948 թվականի հունվարի 23-ը Շոկլիին կազմեց բևեռային տրանզիստորի պատենտային դիմումը (ԱՄՆ-ի ապագա 2 569 347 պատենտը) և իր գաղափարները ձևակերպեց վերջնական տեսության մեջ։ Այս աշխատանքում Շոկլին, վերջապես, հրաժարվեց դաշտային տրանզիստորի ստեղծման գաղափարից և նկարագրեց դեռևս գոյություն չունեցող սարքը երկու զուգահեռ p-n-անցումներով, դա մակերեսային բևեռային տրանզիստորն էր։ Նրա մեջ առաջին անգամ առաջացան ներկայումս այնպիսի սովորական, բայց ոչ ակնհայտ այն ժամանակ պնդումներ, ինչպիսիք են էմետերային p-n-անցման ուղիղ շեղումը և կոլեկտորային անցման հակադարձ շեղումը։

Bell Labs-ը 1948 թվականի հունիսի 26-ին պատենտային դիմում տվեց մակերեսային տրանզիստորի ձեռքբերման համար, բայց նրա հետևում կանգնած տեսությունը հրատարակվեց միայն մեկ տարի անց (1949 թվականի հունիսի 16—18), այն բանից հետո, երբ փորձը հաստատեց տեսությունը։ 1949 հուլիսին Շոկլին շարադրեց իր տեսությունը, а в ноябре 1950 года вышел magnum opus Шокли, Electrons and Holes in Semiconductor։ Ժորես Իվանովիչ Ալֆյորովի խոսքերով, Շոկլիի գիրքը դարձավ «Ատլանտյան օվկիանոսի երկու կողմերի համար սեղանի գիրք»։ Հարկ է նշել, որ Շոկլին նկարագրել է հենց մակերեսային տրանզիստորը (p-n-անցումներով տրանզիստոր, ), իսկ Լոսևի կետային տրանզիստորի և կրիստիանիդի տեսությունը այդպես էլ ոչ ոք չգրեց։ Բարդինի և Բրատեյնի առաջին տրանզիստորի ֆիզիկական էությունը մնում է վիճահարույց թեմա՝ հնարավոր է, որ գերմանիումե թիթեղի իրական օգտագործված հնարավորությունները էականորեն տարբերվում են նրանցից, որոնք առաջարկում են գյուտարարները։ Հավատալ դրան հնարավոր չէ, քանի որ տրանզիստորի առաջին բնօրինակը վաղուց կորել է։

Հրատարակումը Շոկլիին դարձրեց կիսահաղորդիչների ֆիզիկայում անառարկելի հեղինակություն և հանգեցրեց Բարդինի հետ կոնֆլիկտի, ով հեռացավ 1951 թվականին Bell Labs-ից, որպեսզի կենտրոնանա գերհաղորդականության հետազոտությունների վրա։ Բարդինի և Շոկլիի հարաբերությունները փոքրիշատե բարելավվեցին 1956 թվականին Բարդինին, Բրատեյնին և Շոկլիին Նոբելյան մրցանակ շնորհվելուց հետո։ Չորրորդ հիմնական մամահեղինակը, Ռոբերտ Ջիմբին էր, ով 1948 թվականի սկզբներին հեռացավ Bell Labs-ից և Նոբելյան մրցանակ չստացավ։ Հետագայում Շոկլիի մասսայական ակտիվությունը և մամաուլի ուշադրությունը նպաստեցին կարծիքի ծագմանը այն մասին, որ Շոկլին իբր թե իրեն է վերագրել Բարդինի, Բրատեյնի և այլոց աշխատանքները։ Իրականում Շոկլին, ընդհակառակը, միշտ ճշտում էր իր ներդրման շրջանակները, իրեն բացառել էր հայտնագործողների ցուցակից և ավելացրել Ջիմբիի անունը։ Շոկլին մանրակրկտորեն պաշտպանում էր իր գործընկերների իրավունքները, նույնիսկ նրանց, որոնց հետ (օրինակ Ռոբերտ Նոյսը) ինքը բաժանվել էր ընդմիշտ։

Աճեցված անցումներով տրանզիստորներ 

1948 թվականի սեպտեմբերին  Նյու Յորքյան ավտոբուսում պատահականորեն հանդիպեցին Bell Labs-ի երկու տեխնոլոգներ, Թիլ Գորդոնը և Ջոն Լիթլը։ Այս պատահական զրույցի ժամանակ ծնվեց «տրանզիստորային» գերմանիումի մոնոբյուրեղների արտադրության գաղափարը վաղուց հայտնի Չոխրալսկու մեթոդով։ 1949 թվականի դեկտեմբերին Թիլլը, Լիթլը և Էռնի Բյուլերը կառուցեցին առաջին փորձված սարքավորումը մոնոբյուեղների ձգման համար, դեռևս ոչ այդքան էլ մեծ, ոչ ավելի քան 50 մմ երկարությամբ և 10 մմ լայնքով։ Եթե բյուրեղի ձգման ժամանակ p-տիպի գերմանիումե հալույթից գրգռիչ էր հանդիսանում n-տիպի բյուրեղիկը, այն առանցքի ներսում ձևավորում էր սահուն p-n-անցում։ 1949 թվականին հենց մոնոբյուրեղ կիսահաղորդիչների արժեքավորությունը ակնհայտ էր, ինքը Շոկլին ընդդիմանում էր բյուրեղների աճեցմանը, ենթադրելով, որ տրանզիստոր կարելի է պատրաստել և որակյալ անհամասեռ կիսահաղորդչային նյութից։ Սակայն հենց աճեցված p-n-անցումը թույլատրեց փորձնականորեն ստուգել Շոկլիի տեսությունը։

1950 թվականի ապրիլի 12-ին Մորգան Սպարկսը Թիլ-Լիթլի մեթոդով աճեցրեց եռաշերտ NPN-կառուցվածքը։ Սկզբում հալույթից ձգվեցին n-տիպի ցածրօհմային կոլեկտորային մասը։ Հետո հալույթ գցվեց ակցեպտորային խառնուկի հաբ, որը հալվում էր հալույթի բարակ շերտում, այսպես ձևավորվում էր բազայի շերտը 25-ից մինչև 100 միկրոն հաստությամբ։ Ստացված եռաշերտ NPN-կառուցվածքը կտրում էին բյուրեղից, սղոցում էին երկայնական ձողերի տեսքով և թրջում էին թթվի մեջ՝ մակերևույթային դեֆեկտների հեռացման համար։ Ամենից բարդ գործողությունը 50-միկրոնանոց ոսկե ձողիկի կոնտակտային զոդումն էր բազայի 25 միկրոնանոց շերտի հետ, դրա համար օգտագործում էին ճշգրիտ միկրոմանիպուլյատորներ և հելիումի հետ հատուկ հալված ոսկի։ Հելիումի խառնուկը, զոդման ժամանակ ներծծվելով սիլիցիումի մեջ, լայնացնում էր բազայի մակերևույթային p-շերտը, կանխելով կոլեկտորի և էմիտերի կարճ միացումը։ Աճեցված մեթոդներով գերմանիումե տրանզիստորների մասսայական արտադրությունը, այսինքն առաջին երկբևեռ տրանզիստորները «Շոկլիի մեթոդով», սկսվեցին 1951 թվականին Western Electric-ում։

Տրանզիստորի մեծ մակերեսի պատճառով աճեցված անցումներում տեղի էին ունենում ավելիվատ հաճախային հատկություններ, քան կետայիններինն էր։ Բայց և նույն պատճառով էլ աճեցված տրանզիստորները կարող էին թողնել շատ ավելի մեծ հոսանք, էականորեն ցածր աղմուկի ժամանակ, իսկ նրանց պարամետրերը համեմատաբար կայուն էին, այնքան որ, որ նրանց հնարավոր չէր տեղեկատուներում գրել։ 1951 թվականին Պենտանգոնը, զերծ մնալով կետային տրանզիստորների ձեռք բերումից, հայտարարեց տրանզիստորացիայի ծրագրի մասին, որը կծառայեր բորտային ապարատուրայի զանգվածի և ծավալի բազմակիխնայողությանը։ Bell Labs-ը պատասխանեց նոր արտադրական ծրագրով, նպատակադրված, որ կթողարկվի ամսում միլիոն տրանզիստոր։ Սակայն ռազմական խնդիրների համարգերմանիումե տրանզիստորների թույլատրելի ջերմաստիճանը բավական ցածր էր, այդ պատճառով ամերիկյան հրթիռների տրանզիստորացումը հետաձգվեց նոր «բարձրջերմաստիճանային» սիլիցիումե տրանզիստորների թողարկումը։
 
Առաջին աճեցված սիլիցիումե տրանզիստորը պատրաստել է Texas Instruments-ում հենց ինքը Թիլը 1954 թվականի ապրիլին։ Քիմիական բարձր ակտիվության, և հալման ջերմաստիճանի ավելի բարձր լինելու պատճառով քան գերմանիումինն է, 1950-ականներին սիլիցումե տեխնոլոգները հետ էին մնում գերմանիումե տեխնոլոգներից։ Թիլը հիշատակեց այն մասին, որ Ինժեներներ էլեկտրատեխնիկների և էլեկտրոնիկների ինստիտուտի կոնֆերենցիայի ժամանակ, 1954 թվականի մայիսին կոլեգաները մեկը մյուսի հետևից զեկուցում էին սիլիցիումի հետ անհաղթահարելի դժվարությունների մասին, մինչ Թիլը հանրությանը չցուցադրեց աշխատոց սիլիցիումե տրանզիստորը։ Երեք հաջորդող տարիներին, երբ Texas Instruments-ը միակ հիմնական սիլիցիումային տրանզիստորների առաքիչն էր աշխարհում, գործակալութունը հարստացավ և դարձավ կիսահաղորդիչներիի հզոր առաքիչ։

Ձուլվածքային տրանզիստոր 

1950 թվականին Հոլը և Դանլոպը առաջարկեցին ձևավորել p-n-անցումներ հալման մեթոդով, իսկ առաջին պրակտիկ ձոիլվածքային տրանզիստորները թողարկվել են General Electric-ում 1952 թվականին։

PNP-տիպի տիպիկ ձուլվածքային տրանզիստորի հիմքը բարակ n-տիպի գերմանիումե թաղանթ է, որը ծառայում է որպես բազա։ Այս թաղանթները միաձուլվում էին ինդիումե կամ ծծմբե հատիկներով, իսկ հետո տաքցվում մինչև 600 °С ջերմաստիճան։ Թիթեղի կողմնորոշման ճշգրիտ ընտրության դեպքում, նրանց մեջ ձևավորվում էին n-տիպի գերմանիումի զուգահեռ էպիտաքսիոն շերտեր։ Բազայի հաստությունը կախված էր թրծման ժամանակից։ Թիթեղը կառուցվում էր կորպուսը կրող ամրաձողի վրա անօդ տարածության մեջ ազոտով կամ արգոնով, իսկ հետո կորպուսը հերմետիկորեն եփվում էր։ Հերմետիզացիան չէր կարող փոխարինել p-n-անցումների համապատասխան մետաղների պասիվացումը, դրա համար էլ ձուլվածքային տրանզիստորների պարամետրերը անկայուն էին ժամանակի ընթացքում։ Փաստորեն բոլոր ձուլվածքային տրանզիստորները պատրաստվում էին գերմանիումից, ձուլվածքային տեխնոլոգիայի իրացումը սիլիցումում շատ բարդ և թանկարժեք էր։

p-տիպի և n-տիպի զոնաների միջև անցումը ձուլվածքային տրանզիստորներում կտրուկ էին (աստիճանաձև), ի տարբերություն աճեցված տրանզիստորների սահուն անցումների։ Ձուլվածքային տրանզիստորները էմիտերային անցումի աստիճանաձև բնույթի շնորհիվ ունեին հոսանքի ուժեղացման բարձր գործակից և ավելի էֆեկտիվ անջատիչներ էին թվային սխեմաներում։ կոլեկտորային անցման աստիճանաձև բնույթը, ընդհակառակը, շարունակում էր ոչ ցանկալի հատկությունները՝ բարձր միլլերյան ունակությունը, ցածր հաճախային դիապազոնը (մինչև 10 ՄՀց), ուժեղարարների ինքնագրգռումը։ Ձուլվածքային տրանզիստորների սահմանային աշխատանքյին հաճախությունը ավելի բարձ էր, քան աճեցված անցումներով տրանզիստորներինը, բայց առաջվա պես զիջում էին կետային տրանզիստորներին։

1950-ականների կեսերին Ջեյմս Էրպին առաջարկեց անհամաչափ ձուլվածքային կառուցվածքների մի քանի տարբեր ձևեր (PNIP, NPIN), որոնք թույլատրում էին հաճախային դիապազոնը ընդլայնել մինչև 200 ՄՀց։ Իեն Ռոսի պնդմամբ, Էրլին դարձավ Շոկլից հետո երկրորդը, ով առաջարկեց տրանզիստորի սկզբունքային նոր կառուցվածք, բայց դա արեց շատ ուշ։ 1960-ականների ավարտին, դիֆուզիոն տրանզիստորներին բոլոր ցուցանիշներով զիջող, Էռնիի տրանզիստորները հանվեցին արտադրությունից։

Դիֆուզային տրանզիստորներ

Գերմանիումե մեզա-տրանզիստոր 

1950 թվականին Bell Labs-ի մասնագետների մի խումբ, Կելվին Ֆուլլերի ղեկավարությամբ, սկսեց գերմանիումի խառնուկի դիֆուզիայի ուսումնասիրությունները, նպատակ ունենալով բյուեղների անցանկալի կեղտոտման դեմ մեթոդներ մշակել։ Ֆուլլերի աշխատանքները ծավալվում էին պինդ մարմնի և գազային միջավայրի համածավալ դիֆուզիայի վրա, և բերեցին կողմնակի արդյունքի՝ սիլիցիումե էֆեկտիվ արևային մարտկոցի ստեղծմանը։ 1954 թվականի սկզբին Շոկլին առաջարկեց Ֆուլլերի դիֆուզիան օգտագործել տրված խորության և խառնուկի կոնցենտրացիայի պրոֆիլով p-n-անցման ձևավորման համար։

1955 թվականի մարտին Շոկլին, Ջորջ Դեյսին և Չարլզ Լին պատենտային դիմում տվեցին դիֆուզային տրանզիստորի տեխնոլոգիայի մասսայական արտադրության համար։ Այս պրոցեսում դիֆուզիոն վառարանում համաժամանակ գերմանիումե p-տիպի մոնոբյուրեղային հաբերի զանգվածը վերադասավորվում են, դրանք ապագա տրանզիստորներ են։ Հետո հետագա 15 րոպեների ընթացքում 800 °С ջերմաստիճանում կատարվում է մկնդեղի դիֆուզիան, որը հաբի մակերևույթի վրա ձևավորում է n-տիպի շերտ(բազա)։ Յուրաքանչյուր հաբի մակերևույթի վրա ցուցանակով քսում են ալյումինի բարակ շերտ, որը ապագա էմիտերի կոնտակտային մակերեսն է։ Թրծման ժամանակ ալյումինի ատոմները դիֆուզվում են գերմանիումի մեջ, ստեղծելով բազայի ներսում p-տիպի բարակ շերտ (այսինք էմիտերը)։ Էլեկտրական կոնտակտը կոլեկտորի հետ, ներսում թաքնված դիֆուզված բազայի շերտով, ստեղծվում է բյուրեղի տրանզիստորի հիմքին զոդանյութով զոդման ժամանակ, որը պարունակում է ինդիում։ Ինդիումը, դիֆուզվելով գերմանիումի մեջ, փոխում է բազային շերտի հաղորդականությունը n-տիպից նորից p-տիպի, նրբորեն «դուրս մղելով» բազայի շերտը զոդման զոնայից։ Հարթ հիմքին զոդված հաբի արտաքին տեսքը, հիշեցնում է ԱՄՆ-ի հարավ-արևմուտքում տարածված ճաշարանային լեռները (), դրանից այդ տիպի տրանզիստորները դարձան հայտնի որպես մեզա-տրանզիստորներ։ Դեյսի, Լիի և Շոկլիի տեխնոլոգիան մտավ Western Electric-ում սերիական արտադրություն, բայց դուրս չեկավ արտաքին շուկա, որովհետև թողարկված բոլոր տրանզիստորները բաշխվեցին հենց Western Electric-ում և նրա ռազմական պատվիրատուների նեղ շրջանակներում։

1957 թվականին Philips-ը մշակեց սեփական մեզա-տեխնոլոգիան, այսպես կոչված «բազայի դուրս մղման» պրոցեսը ()։ Այս պրոցեսում ակցեպտորային (p-տիպի բազայի շերտը) և դոնորային (n-տիպի էմիտերային շերտը) խառնուկների դիֆուզիան իրականացվում է լեգիանար կապարի կաթիլներից, որոնք քսված են n-տիպի գերմանիումե հաբի վրա։ Այս տիպի տրանզիստորները ունեն ուժեղացման սահմանափակված հաճախություն մինչև 200 ՄՀց և զանգվածային կերպով կիրառվել են հեռուստացույցերի առաջին լամպային կիսահաղորդիչներում։ POB-ի տեխնոլոգիայի կոմերցիոն հաջողությունը Philips-ի հետ իրականացրեց դառը կատակ՝ գործակալությունը կենտրոնանացավ գերմանիումե տեխնոլոգիաների վրա և կտրուկ հետ մնաց և ամերիկացիներից, և Siemens-ից սիլիցիումային տեխնոլոգիայով։

Թաց թթվեցման հայտնաբերում 
1955 թվականի սկզբին դիֆուզային Կարլ Ֆրոշի վառարանում, ով Bell Labs-ում զբաղվում էր սիլիցիուում դիֆուզիայի պրոբլեմներով, տեղի ունեցավ ջրածնի պատահական բռնկում։ Ջրածնի մի մասը վառարանում այրվեց ջրածնային գոլորշու արտանետման հետ, սիլիցիումի փորձնական թիթեղը ծածկվեց սիլիցիումի օքսիդի բարակ շերտով։ Հետագա երկու տարիների ընթացքում Ֆրոշը և նրա օգնական Լինքոլն Դերիկը Ջոն Մոլլի, Ֆուլլերի և Նիկ Հոլոնյակի մասնակցությամբ մանրակրկտորեն ուսումնասիրեցին թաց թերմիկ թթվեցումը և այն հասցրին արդյունաբերական արտադրությունում ներդրմանը։ Ի տարբերություն այդ ժամանակ անկանխատելի չոր թթվեցմանը,  մթնոլորտում թթվածնի թաց թթվեցումև ջրային գոլորշով, հանդիսացավ հեշտ իրականացվող պրոցես, իսկ ստացված օքսիդացված շերտերը՝ հավասարաչափ և բավականին ամուր էին։ Նրանք հուսալիորեն պահում էին ծարիրի լեգիացված ատոմները և դրա համար էլ կարող էին ծառայել էֆեկտիվ, ջերմակայուն դիմակ խառնուկների սելեկցիոն դիֆուզիայի համար։

Դեռևս 1955 թվականին Ֆրոշը կանխատեսեց սելեկցիոն օքսիդային դիկշմակների լայն ներդնումը, բայց կանգ առավ ինտեգրացիայի գաղափարից մեկ քայլ առաջ։ Հոլոնյակը 2003 թվականին գրեց, որ Ֆրոշի գյուտը «դիֆուզիայի մնացած մեթոդները դարձրեց հնացած» և հանեց վերջին արգելքը ինտեգրալային սխեմանի ստեղծման ճանապարհին։ սակայն Ֆրոշը սխալ թույլ տվեց, որոշելով, որ օքսիդը ունակ չէ պահել ֆոսֆորի դիֆուզիան։ Ֆորշի կողմից օգտագործված օքսիդի բարակ շերտերը, իրականում թողում էին ֆոսֆորի ատոմները, սակայն 1958 թվականի սկզբին Չի-Տան Սան հաստատեց, որ օքսիդի բավականին հաստ շերտը ունակ է պահելու նույնիսկ ֆոսֆորը։ Այս սխալը հետ գցեց Ժան Էռնիի պլանային տեխնոլոգիայի փորձնական աշխատանքները մեկ տարով։

Ֆրոշի աշխատանքները կանգ առան Bell Labs-ի ներքին գաղտնիքով, մինչ 1957 թվականի ամռանը Journal of the Electrochemical Society-ում առաջին հրատարակումը։ 1954 թվականին Ուիլյամ Շոկլին գնացել էր Կալիֆորնիա և 1955 թվականին ձևականորեն հեռացվել էր Bell Labs-ից, սակայն անխոս տեղյակ էր Ֆրոշի աշխատանքներից։ Շոկլին մնում էր Bell Labs-ի ռեցիզենտը և խորհրդատուն, պարբերաբար ստանում էր ինֆորմացիա գործակալության աշխատանքներից, ծանոթացնում էրր նրանց հետ իր աշխատակիցներին։ Bell Labs-ի երկու կարևոր, դեռևս չմշակված տեխնոլոգիաներ՝ թաց թթվեցումը և ֆոտոլիտոգրաֆիան, ներդրվեցին Shockley Semiconductor Laboratory-ի փորձնական արտադրության մեջ։ Շոկլիին լքած և Fairchild Semiconductor-ը հիմնադրած «Ուխտադրուժ ութնյակը», իր հետ տարավ այս տեխնոլոգիաների փաստացի գիտելիքները։

Սիլիցիումային մեզա-տրանզիստոր 

1958 թվականի օգոստոսին Fairchild Semiconductor-ը ներկայացրեց Գորդոն Մուրի մշակած 2N696 առաջին սիլիցիումային մեզա-տրանզիստորը և առաջին մեզա-տրանզիստորը, վաճառված ԱՄՆ-ի բաց շուկայում։ Նրա արտադրության տեխնոլոգիան սկզբունքորեն տարբերվում էին Bell Labs և Philips-ի հաբերի պրոցեսներից նրանով, որ մշակումը կատարվում էր ամբողջական, չկտրված կիսահաղորդչային թիթեղներով ֆոտոլիտոգրաֆիայի և Ֆրոշի թաց թթվեցման կիրառմամբ։ Անմիջապես թիթեղի կտրումից առաջ, անհատական տրանզիստորներով իրականացվում էր թիթեղի խորը թթվուտամշակման գործողությունը (), առանձնացնելով մեզա-կղզյակները (ապագա տրանզիստորներ) խորը ակոսներով։

Fairchild-ի տեխնոլոգիան էականորեն բարձրացրեց արտադրողականությունը, բայց մնաց իր ժամանակի համար բավական ռիսկային՝ միակ սխալը դիֆուզիայի էտապներում, թիթեղի թթվոտամշակումը ու մետաղականացումը, բերում էր ամբողջ խմբաքանակի վերացմանը։ Fairchild-ը դիմացավ այս փորձություններին, մնալով համարյա կես տարի մեզա-տրանզիստորների միակ առաքիչը բաց շուկայում։ 2N696-ը շահեկանորեն տարբերվում էր մոտակա մրցակիցներից (հալված տրանզիստորներից Texas Instruments) համալրված մեծ թույլատրելի հզորությամբ և թվային սխեմաներում լավ արագագործունեությամբ և հետևաբար դարձավ որոշ ժամանակով ամերիկական ռազմա-արդյունաբերական կոմպլեքսի «ունիվերսալ տրանզիստորը»։ 2N696-ը հաշվողական տեխնիկայում աշխատեց ոչ այնքան լավ, առանցային ռեժիմում երկար ժամանակով միացման պատճառով։ 1958 թվականի նոյեմբերին և 1959 թվականի հունվարին Ժան Էռնին գտավ պրոբլեմի լուծումը՝ կոլեկտորի լեգիրացմամբ ոսկով։ Էռնիի լուծումը դարձավ բացարձակ հակատրամաբանական, անհավատալի՝ նախկինում համարվում էր, որ ոսկին «սպանում է» տրանզիստորի հզորացումը։ Սակայն PNP-տրանզիստորները Էռնիի կողմից ոսկով լեգիրացումը, և 1959 թվականի սկզբին թողարկված, ունեյին կայուն հզորացման գործակից, գերազանցում էին գերմանիումե տրանզիստորներին արագությամբ և մնում էին անհասանելի մրցակիցների համար մինչ 1960-ականների սկիզբը։ Fairchild-ը, շրջանցելով Texas Instruments-ին, դարձավ բնագավառի բացարձակ առաջատար և պահեց իր նախաձեռնությունը մինչ 1967 թվականի հուլիսը։

Մեզա-տեխնոլոգիան տվեց p-n անցումների բնութագրիչների տրման համար մշակողներին աննախադեպ ամրություն և թույլատրեց հասցնել լարումը կոլեկտորի վրա մինչ մի քանի կիլոՎոլտի, իսկ աշխատանքային հաճախությունը մինչ 1 ԳՀց-ի, բայց այն ուներ նաև չշտկվող թերություններ։ Այն չէր թույլատրում ձևավորել ռեզիստորներ և հետևաբար անպետք էր ինտեգրալ սխեմաների արտադրության համար։

Հաստ կոլեկտորային շերտերը ունեյին բարձր օհմական դիմադրություն և, որպես հետևանք, հեռու էին իմպուլսային բնութագրիչների օպտիմումից։ մեզա-տրանզիստորների գլխավոր պրոբլեմը կայանում էր նրանում, որ կոլեկտորային p-n-անցման ելուստը մեզայի պատին պաշտպանված չէր կեղտոտող խառնուկներից, որպես հետևանք, նրանց հուսալիությունը նույնպես վատն էր, քան նախորդող հալված տրանզիստորներինն էր։ Միկրոսկոպիկ մասնիկները, ձգվելով բյուրեղին էլեկտրական դաշտի կողմից, շունտավորում էին կոլեկտորային անցումը, ցածրացնում էին հզորացման և լարման գործակիցը։ Մուրը հիշատակում էր, որ կոլեկտորին հակադարձ լարում մատակարարելուց այս մասնիկները, հոսանքով տաքացված արտահոսքը, բառացիորեն լուսավորվում էին։ մեզայի պատերը պաշտպանելու համար օքսիդային շերտով հնարավոր չէր, քանի որ թթվեցումը պահանջում էր այնպիսի ջերմաստիճաններով տաքացում, որոնք գերազանցում էին ալյումինե կոնտակտների մակերեսների հալման ջերմաստիճանը։

Պլանարային տրանզիստոր 

Դեռևս 1957 թվականի դեկտեմբերի մեկին Էռնին առաջարկեց Ռոբերտ Նոյսին պլանարային պրոցեսը, որը հեռանկարային փոխարինիչմ կլիներ մեզա-տրանզիստորների համար։ Ըստ Էռնիի, պլանարային կառուցվածքը պետք է ձևավորվեր երկու հաջորդական դիֆուզիաների շնորհիվ, որոնք ստեղծում են սկզբում բազայի շերտը, հետո նրա մեջ դրված էմիտերը։ Էմիտերային և կոլեկտորային ելուստները բյուրեղի վերին մակերևույթին մեկուսացվում էին արտաքին միջավայրից օքսիդի «կեղտոտ» շերտով, որը կատարում էր երկրորդ (էմիտերային) դիֆուզիայի դիմակի դերը։ Էռնիի այս ենթադրությունը, ինչպես նաև, ոսկով լեգիրացումը հակասում էր այն ժամանակվա ընդունված կարծիքին։ Ֆուլլերը, Ֆրոշը և Bell Labs-ի այլ ինժեներներ ենթադրում էին, որ «կեղտոտ» օքսիդը վերջնական տրանզիստորում անթույլատրելի է, քանի որ խառնուկների ատոմները կարող են ազատորեն օքսիդից թափանցել սիլիցիումի մեջ, խախտելով p-n-անցման պրոֆիլը։ Էռնին ապացուցեց, որ այս կարծիքը սխալ է, նախորդները հաշվի չէին առել, որ դիֆուզիայի ժամանակ խառնուկը թափանցում է ինչպես բյուրեղի խորքը, այնպես էլ տարածվում է օքսիդային դիմակի տակ կողքով։ Քանի որ դիֆուզիան օքսիդից բյուրեղ կարելի է բացառել՝ իրական p-n-անցման տակ ծածկված դիմակները բավականին մեծ էին։

Հաջորդ կես տարվա ընթացքում Էռնին և Նոյսը չվերադարձան պլանարային թեմային։ Ռիորդանի կարծիքով, ընդմիջումը կապված էր Fairchild-ի լիտոգրաֆական պրոցեսի անկատերիլության հետ՝ 1957—1958 թվականների տեխնոլոգիան չէր թույլատրում կատարել չորս ֆոտոլիտոգրաֆիա և երկու դիֆուզիա ընդունելի պետքական ելքերով։ 1958 թվականի մայիսին նրանց հայտնի դարձավ, որ Bell Labs-ից Մարտին Ատտալան նույնպես աշխատում է օքսիդային շերտի պասիվացման վրա։ Էռնին, չցանկանալով զիջել նախաձեռնությունը մրցակիցներին, զբաղվեց պլանարային դիոդով, իսկ 1959 թվականի հունվարին կենտրոնացավ պլանարային NPN-տրանզիստորի՝ 2N696 ընդունիչի պատրաստման վրա։ 1959 թվականի մարտի երկուսին Էռնին ստեղծեց առաջին պլանարային տրանզիստորը։ Մարտի 12-ին նա համոզվեց, որ նոր սարքը գերազանցում է մեզա-տրանզիստորին արագությամբ, ունի հազար անգամ քիչ արտահոսքի հոսանք և դրա հետ էլ հուսալիորեն պաշտպանված է այլ մասնիկներից։

Արդուժա Սաքսենի կարծիքով, ընդմիջումը ուներ հիմնավորված պատճառ։ Համաձայն Կարլ Ֆրոշի աշխատանքների, օքսիդային շերտը չէր կարող դիմակի դեր կատարել ֆոսֆորի թեթև ատոմների համար, իսկ հենց ֆոսֆորն էլ օգտագործում էր Էռնին իր երկրորդ էմիտարային դիֆուզիայի ժամանակ։ 1959 թվականի մարտի երկուսին (կամ մի քանի օր անց) Էռնիի նախկին գործընկեր Շոկլի աշխատանքների գծով Չի-Տա Սանը պատմեց Էռնիին ու Նոյսին իր դիֆուզիայի փորձի մասին։ Հենց այդ գիտելիքն էր լիցքավորեց Էռնիին 1959 թվականի մարտի առաջին կեսին։

Մուրը և նոյսը, Fairchild, որոշում կայացվեց անցնել պլանարային տեխնոլոգիայի, բայց սերիական արտադրությունը բավականին բարդ գործընթաց հանդիսացավ։ Fairchild-ը թողարկեց առաջին սերիական 2N1613 պլանարային տրանզիստորները
1960 թվականինгода։ 1960 թվականի մայիսի 26-ին Fairchild-ի աշխատակից Ջեյ Լաստը ստեղծեց, Նոյսի գաղափարով, առաջին պլանարային ինտեգրալային միկրոսխեման, իսկ հոկտեմբերին Fairchild-ը լրիվ հրաժարվեց մեզա-տրանզիստորներից։ Այդ ժամանակվանից պլանարային պրոցեսը համարվում է հիմնական մեթոդը տրանզիստորների արտադրության համար և փաստորեն միակը ինտեգրալային սխեմաների համար։

Բարձրահաճախային և հզոր տրանզիստորներ 

Երկբևեռ տրանզիստորների կատարելագործումը շարունակվեց երկու ուղղություններով՝ աշխատանքային հաճախությունների և ցրված հզորության բարձրացումը։ Այս երկու նպատակները մշակողներից պահանջում էին փոխադարձաբար տեխնիկական լուծումներ՝ բարձր հաճախությունների վրա աշխատանքը առաջարկում էր անցումների մինիմալ մակերես և բազայի մինիմալ հաստություն, իսկ մեծ հոսանքով աշխատանքը, ընդհակառակը, պահանջում էր անցումների մեծ մակերես։ Այդ պատճառով 1960-ակններին ուժային և բարձրհաճախային սարքերը զարգանում էին անկախ իրարից։ 1961 թվականին, Սեյմուր Կրեյի պատվերով Էռնիի նախագծած Fairchild 2N709 սիլիցիումային տրանզիստորները, առաջին անգամ գերմանիումե տրանզիստորներին գերազանցեցին միացման արագությամբ։ 1960 թվականի վերջին փորձնական տրանզիստորները հասան աշխատանքային 10 ԳՀց հաճախության, հավասարվելով լավագույն ՄԱՀ-ռադիոլամպերին։

Տրանզիստորների վաղ տիպերի ցրած հզորությունները չէին գերազանցում 100 մՎտ-ը։ 1952 թվականին ստեղծվեց առաջին 10 Վտ հզորությամբ «ուժային տրանզիստորը»։ Դա սովորական գերմանիումե հալված տրանզիստոր էր, պղնձե հիմքին զոդված, որը ամրացվում էր զանգվածեղ ռադիատորին։ 1954 թվականին մշակվեց քսանվատտանի տրանզիստորը, կոլեկտորի 1 Ամպեր մաքսիմալ հոսանքով։ Այդպիսի տրանզիստորների հզորացման սահմանային հաճախությունը չէր գերազանցում 100 կՀց-ը, իսկ բյուրեղի աշխատանքային ջերմաստիճանը՝ 80 °С։ Աշխատանքային հոսանքը և հզորացման գործակիցը ցածր էին 30 Օմի կարգի, ցածր բազայի դիմադրության պատճառով։

1950-ականների վերջում հզոր տրանզիստորների կատարելագործողները կենտրանացան դիֆուզային տեխնոլոգիայի վրա և հրաժարվեցին գերմանիումից ի օգուտ սիլիցիումի, որը ընդունակ էր աշխատելու մինչ 150 °С ջերմաստիճանը։ 1963 թվականին ի հայտ եկավ առաջին փորձնական ուժային տրանզիստորը բազայի 1 Օմ-ի կարգի դիմադրությամբ, որը թույլատրում էր ղեկավարել 10 Ա և ավելի հոսանքներին։ 1965 թվականին RCA մտավ առաջին խճանկարային տոպոլոգիայով բազմաէմիտերային տրանզիստորը, նույն թվականին ստեղծվեցին ուժային մեզա-տրանզիստորները թույլատրելի 1 կՎ լարմամբ։ 1970 թվականին հզոր տրանզիստորների հաճախությունների աշխատանքային դիապազոնը հասավ 2 ԳՀց-ի ցրված 100 Վտ հզորության դեպքում։ Այդ ժամանակ էլ, 1960-ականների վերջում և 1970-ականների սկզբում, սկսվեց (TO3, ТО36, ТО66) միամետաղական կորպուսներին անցումը պլաստմասե (TO220) կորպուսներին։

Դաշտային տրանզիստոր 
Երկբևեռ տրանզիստորների կատարելագործմանը զուգընթաց շարունակվում էր նաև դաշտային տրանզիստորների հետ կապված աշխատանքները։ Տասը տարիների ընթացքում (1948—1958) համապատասխան դիէլեկտրիկների պատճառով այն մնում էր անարդյունք։ Հետո իրադարձությունները արագ զարգացան։ 1958 թվականին Ստանիսլավ Թենզերը ֆրանսիական General Electric-ում թողարկեց «Տեխնիտրոնը» (Technitron)՝ առաջին հալույթային, սերիական տրանզիստորը։ Դա դեռևս չկատարելագործված գերմանիումե սարք էր, որը առանձնանում էր արտահոսքի բարձր հոսանքով բնութագրման ցածր ուղղաձգությամբ։ 1959 թվականին RCA-ն թողարկեց կադմիումի սուլֆիդի հիմքով նրբաժապավենավոր դաշտային տրանզիստորը։ 1960 թվականին ամերիկական Crystalonics -ը թողարկեց սերիական աղմուկի ցածր կարգով հալված p-n-անցումով դաշտային տրանզիստորը, քան երկբևեռ տրանզիստորներինն էր։ 1962 թվականին Texas Instruments-ը թողարկեց առաջին p-n-անցումով դաշտային պլանարային տրանզիստորը։

Bell Labs-ում, ինչպես և տասը տարիներ առաջ, տեղի էին ունենում կարևոր իրադարձություններ։ 1959 թվականին Մարտին Ատտալան առաջարկեց դաշտային տրանզիստորների փականները աճեցնել սիլիցիումի դիօքսիդից, այդպիսի տիպերի սարքերը կոչվեցին ՄՕՊ- կառուցվածքներ։ Նույն տարում Ատտալան և Դիոն Կանգը ստեղծեցին առաջին աշխատունակ ՄՕՊ-տրանզիստորները։ Հայտնագործությունը հետաքրքրեց Bell- մենեջմենթին, փոխարենը RCA-ն և Fairchild-ը սկսեցին փորձարկել ՄՕՊ-տեխնոլոգիայով արդեն 1960 թվականից, իսկ 1962 թվականին RCA -ն պատրաստեց առաջին փորձված ՄՕՊ-միկրոսխեման տասնվեց տրանզիստորներով։ 1963 թվականին Չի-Տա Սանը և Ֆրենկ Ուոլսը առաջարկեցին կոմպլեմենտարային ՄՕՊ-սխեմոտեխնիկան։ Առաջին սերիական RCA և Fairchild ՄՕՊ-տրանզիստորները դուրս եկան շուկա 1964 թվականին, այդ նույն թվին General Microelectronics-ը թողարկեց առաջին ՄՕՊ-միկրոսխեման, 1970-ականներին ՄՕՊ-միկրոսխեմաները գրավեցին հիշողության միկրոսխեմաները և միկրոպրոցեսորները, իսկ XXI դարի սկզբին դրանց քանակը հասավ 99 %-ի ինտեգրալային սխեմաների (ԻՍ) թողարկման ընդհանուր քանակից։

Նշումներ

Ծանոթագրություններ

Աղբյուրներ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 . Ссылки на номера страниц приводятся по препринту 
 . Ссылки на номера страниц приводятся по препринту (часть 1, часть 2, часть 3).
 
 
 
 
 
  Фрагменты из этой книги публиковались как:
 
 
 
 
 
 
 . Номера страниц приводятся по онлайн-публикации