Historio de transistoro

Transistoro estas duonkonduktaĵa disponaĵo kun minimume tri kontaktojn, kiu estas uzata por amplifado kaj ŝaltado de elektronikaj signaloj kaj elektraj cirkvitoj.

La historio de transistoroj estas intime ligita kun la historio kaj fruaj uzoj de duonkonduktaĵoj.

 1900-aj jaroj 
Duonkonduktaĵoj estis uzitaj en elektroniko dum kelka tempo antaŭ la inventado de la transistoro. Ĉirkaŭ la ŝanĝo de la 20-a jarcento, ili estis tre kutimaj kiel detektoroj en radiofonioj, uzite en aparato nomita "Kata Vangharo". Tiuj ĉi detektoroj estis iel ĝenaj, tamen, postulante de la funkciiganto movi malgrandan volframan filamenton (la vangharon) ĉirkaŭ la surfaco de la kristalo ĝis ĝi subite komencis funkcii. Tiam, dum periodo de kelkaj horoj aŭ tagoj, la kristalo malrapide malfunkciiĝis kaj la proceso devis esti refarita. Je tiu tempo, ilia funkcio estis tute mistera. Post la enkonduko de radiofonioj bazitaj sur vakutuboj kiuj estis pli fidindaj kaj amplifitaj, la katvanghara sistemo rapide malaperis.

 Dua mondmilito 
Dum la dua mondmilito radara esplorado rapide puŝis la frekvencojn de la radaraj radioriceviloj en regionon kie tradiciaj tub-bazitaj riceviloj ne plu funkciis bone. Kaprice, Russell Ohl de Bell Laboratories decidis provi katvangharon. Post elĉasado en vendejo de uzitaj radioriceviloj en Manhattan, li trovis ke ĝi funkciis multe pli bone ol tub-bazitaj sistemoj.

Li tiam komencis peni ekkompreni kial ili estis tiel "strangaj". Li elspezis plejparton da 1939 provante kreskigi pli purajn kristalojn. Li baldaŭ eltrovis ke kun pli alte kvalitaj kristaloj, la "strangeco" foriris - sed ilia kapableco funkcii kiel radiofonia detektoro ankaŭ foriris. Je unu tago, li trovis ke unu el liaj plej puraj kristaloj, tamen, funkciis bone, kaj interese ĝi havis klare videblan fendon proksime al la mezo. Kvankam, dum li movis tra la ĉambro penante testi ĝin, la detektoro foje mistere funkciis kaj foje malfunkciis. Post studado, li trovis ke la konduto estis regata de lumo en la ĉambro, ju pli lumo des pli konduktanco. Li invitis kelkajn aliajn homojn vidi ĝin, kaj Brattain tuj ekkomprenis ke estis ia junto ĉe la fendo.

Pluaj esploroj klarigis la restantan misteron. La kristalo fendis ĉar ĉiu flanko entenis tre ete malsamajn kvantojn de malpuraĵo kiun Ohl ne povis forigi - proksimume 0,2%. Unu flanko de la kristalo entenis malpuraĵojn kiuj aldonis ekstrajn elektronojn kaj faris ĝin konduktanto. La alia flanko havis malpuraĵojn kiuj tendencis kunligi tiujn ĉi elektronojn, farante el ĝi izolaĵon. Kiam la du lokiĝis kun flank-al-flake, la elektronoj povis puŝiĝi el la flanko kun la ekstraj elektronoj (baldaŭ nomota elsendilo) kaj esti anstataŭitaj de novaj elektronoj proviziitaj (eble de baterio) kie ili fluis en la izolaĵan parton kaj kolektiĝis per la filamento (la kolektilo). Tamen kiam la tensio inversiĝis, la elektonoj puŝataj en la kolektilo rapide plenigis la "truojn" kaj konduktado tuj ĉesis. Tiu ĉi junto de la du kristaloj (aŭ partoj de unu kristalo) kreis solid-statan diodon, kaj la koncepto baldaŭ sciiĝis kiel duonkonduktado.

 Disvolvado 
Arme kun scio pri la funkciado de tiuj ĉi novaj diodoj, urĝa peno komencis por lerni fabriki ilin je postulo. Teamoj ĉe Universitato Purdue, Bell Labs, MIT, kaj Universitato de Ĉikago kuniĝis fari pli bonajn kristalojn. Interne de jaro, germana produktado perfektiĝis ĝis punkto kie milit-gradaj diodoj utiliĝis en plej multaj radaraj aparatoj. La ŝlosilo por disvolvado de transistoro estis plua komprenado de la procezo de elektrona movebleco en duonkonduktaĵo. Ekkompreniĝis ke se estis maniero regi la fluon de elektronoj de la elsendilo al la konektilo, oni povas fari amplifilon. Ekzemple, se oni metis kontaktiloj ĉe ambaŭ flankoj de unuopa speco de kristalo, la kurento ne fluus tra ĝi. Tamen, se tria kontaktilo povus "injekti" elektronojn aŭ truojn en la materialon, kurento povus flui.

Efektiva farado de tio ĉi ŝajnis esti tre malfacila. Se la kristalo havus iun ajn bonsencan grandecon, la kvanto da elektronoj (negativaj ŝargoj), aŭ truoj (pozitivaj ŝargoj), proviziita devus esti tre granda -- kiu farus ĝin malpli utila kiel amplifilo, ĉar ĝi postulus grandan kurenton komence. Tio dirite, la tuta ideo de kristala diodo estis, ke la kristalo mem povis provizii elektronojn trans tre malgranda distanco. La ŝlosilo ŝajnis esti meti kaj la enmetan kaj la elmetan kontaktojn tre proksima kunen sur la surfaco de la kristalo.

Brattain komencis laboradon konstrui tian aparaton, kaj tantaligaj aludoj kontinuis aperi dum la teamo prilaboris la problemon. Unu tagon, la sistemo funkciis, la sekvan ĝi ne funkciis. Je unu instanco, ne-funkcia sistemo ekfunkciis kiam metita en akvo. La duopo, Brattain kaj Ohl, fine disvolvis novan fakon sub kvantuma mekaniko sciitan kiel surfaca fiziko por ekspliki la konduton.

Esence la elektronoj en iu peco de kristalo migrus pro apudaj ŝargoj. Elektronoj en elsendiloj, aŭ "truoj" en la kolektiloj, grapolus al sur la surfaco de la kristalo, kie ili povus trovi siajn malajn ŝargojn ŝvebantan en la aero (aŭ akvo). Tamen, ili povus esti pelitaj for de la surfaco de malgranda kvanto da ŝargoj aplikita al alia loko. Anstataŭ bezonado de granda provizio da elektronoj, tre malgranda nombro en la ĝusta loko trafus.

Ilia kompreno solvis la problemon de bezonado de tre malgranda rega areo al certa grado. Anstataŭ bezoni du apartajn duonkonduktantojn konektita de kuna, sed eta regiono, unuopa pli granda surfaco sufiĉus. La elsendilo kaj kolektilo estus ambaŭ metitaj tre proksime sur unu flanko, kun la rega drato sur la alia. Kiam kurento aplikiĝis al la rega drato, elektronoj aŭ truoj elpelus, tute trans la bloko de duonkonduktaĵo, kaj kolektiĝus sur la fora surfaco. Tiel longe kiel la elsendilo kaj la kolektilo estus tre proksima kune, tio ĉi allasu sufiĉajn elektronojn aŭ truojn inter ilin por allasi konduktadon komenci.

 Unua transistoro 
La unua transistoro bezonis ioman tempon por konstrui. Ili faris multajn provojn konstrui tian sistemon kun variaj iloj, sed ĝenerale malsukcesis. Muntaĵoj kie la kontaktiloj estis sufiĉe proksimaj estis nevarie tiel rompiĝema kiel estis la originalaj katvangharaj detektoroj. Fine ili havis praktikan trarompon. Peco de ora folio estis gluita al la rando de plasta kojno, kaj tiam la folio estis tranĉita kun razilo ĉe la pinto de triangulo. La rezulto estis du tre proksime interspacigitaj kontaktiloj de oro. Kiam la plasto estis puŝita malsupren al la surfacon de la kristalo kaj tensio aplikita al la alia flanko (sur la bazo de la kristalo), kurento ekfulis de unu kontaktilo al la alia dum la baza tensio pelis la elektronoj for de la bazo al la alia flanko malproksime de la kontaktiloj. La punkt-kontakta transistoro estis inventita, primativan vario de la DJT.

Tia sistemo ne multe praktike utilis. Ĝi ne estis pli bona ol la malnovaj katvangharoj. Baldaŭ pli novaj metodoj kaj kompreno allasis multe pli fortikajn versiojn. Ene de kelkaj jaroj, transistor-bazitaj produktoj, plej notinde radiofonioj, aperiĝis sur la merkato.

 Origino de la nomo 
En vakutubo (Brita: valvo), ŝanĝoj de la plata kurento estas proporcia al ŝanĝoj de krada tensio, kiel unua aproksimaĵo. La rilatumo (kurento/tensio) havas dimension de konduktanco. Ĉar la kurento kaj tensio ne mezuriĝas ĉe la samaj terminaloj, ĝi aludiĝas kiel "transkonduktanco" anstataŭ "konduktanco", kaj estas grava taks-nombro por vakutubo. Se vakutuboj nomiĝis por siaj funkcioj anstataŭ siaj strukturoj, ili eble nomiĝis "transkonduktoroj".

John R. Pierce fabrikis la nomo "transistoro" en 1949. Oni originale pensis ke la transistoro povus esti konsiderita kiel elektronika dualo de vakutubo. La eco ekvivalenta al transkonduktanco estus "transrezistanco" kaj la aparato estus "transrezistoro" aŭ mallonge "transistoro". Okazis ke la transistoro ne estas sufiĉe proksima al vakutuba dualo por ke la koncepto iom utilu kvante, kaj la koncepto "transrezistanco" nur daŭras en la nomo "transistoro".

 Fruaj konsumantaj kaj hobiaj aplikaĵoj 
La transistora radiofonio estis la unua ĉef-flua aplikaĵo de transistoro. Eĉ antaŭ la 1940-oj, ordinaraj konsumantaj radiofonioj estis iom kompleksaj elektronikaĵoj, uzante kelkaj vakutubojn kaj bazitaj sur la brile inĝenia superheterodina teknologio de Armstrong. Por plenigi konsumantajn anticipojn, estis necese ke transistoraj radiofonioj uzu similajn cirkvitojn. Ne estis facile dum la fruaj tagoj fidinde funkciigi transistorojn kiel amplifilojn kaj oscililojn en la radiofonifrekvenca (RF-a) amplekso -- eĉ la 540 - 1700 kHz amplitudmodula (AM-a) dissenda bendo. Malgrandigitaj versioj de multaj komponantoj tiel kiel mez-frekvenca (MF-a, angle IF) transformilo kaj multopigitaj agordaj kondensiloj ne estis havebla.

La unua signifa konsumanta aplikaĵo de transistoroj estis la fonoforo, kiu bezonis nur sonfrekvenca amplifado, kaj prezentis merkaton kie malgrandigo estis grava kaj malalta prezo ne estis postulo. Raytheon, kiu jam disvolvis malgrandigitajn kaj fortikizitajn vakutubojn por la militistaro, enkondukis la unuan transistorizitan fonoforon.

Raytheon ankaŭ enkondukis la la unua transistoro, la CK722, kiu estis larĝe havebla tra ĉiutagaj komercaj kanaloj. Elektronikaj hobiistoj de la 1950-oj favorkore pensas pri la CK722, esence la sola transistoro havebla dum preskaŭ jardeko, kaj sennombraj hejmfaritaj projektoj dezajniĝis ĉirkaŭ ĝi. La CK722-oj haveblaj al hobiistoj estis esence tiuj kiuj malsukcesis kvalitan kontrolon por pli postulaj aplikaĵoj. Bazita sur germaniumo, kun malalta amplifado kaj alta elsendil-al-kolektila likaĵo, kaj kun alta variado de ero al ero, dezajnado de praktikaj cirkvitoj kun tiuj ĉi komponantoj estis tre defia.

 Malgrandigo 
La unua KMOS-a transistora cirkvito estis enkondukita de RCA dum 1963.

Plua nivelo de malgrandigo poste fariĝis ebla kun la inventado de la integra cirkvito, kiu inkludis multajn transistorojn sur unu ero da silicio, kaj kondukis al nova generacio de aparatoj tiel kiel poŝkalkuliloj kaj ciferecaj horloĝoj.

 Vidu ankaŭ 
 Heinrich Welker

Kategorio:Elektronikaj cirkvitoj