Transistorens historie - History of the transistor

Transistor teknologi tidslinje (oppsummering)
År Teknologi Organisasjon
1947 Punktkontakt Bell Labs
1948 Vokst kryss Bell Labs
1951 Legeringskryss General Electric
1953 Overflatesperre Philco
1953 JFET Bell Labs
1954 Diffusert base Bell Labs
1954 Mesa Bell Labs
1959 Planar Fairchild
1959 MOSFET Bell Labs

En transistor er en halvleder med minst tre terminaler for tilkobling til en elektrisk krets . I det vanlige tilfellet styrer den tredje terminalen strømmen mellom de to andre terminalene. Dette kan brukes til forsterkning, som for en radiomottaker , eller for rask veksling, som for digitale kretser. Transistoren erstattet vakuum-rør- trioden , også kalt en (termionisk) ventil, som var mye større i størrelse og brukte vesentlig mer strøm for å operere. Den første transistoren ble vellykket demonstrert 23. desember 1947 på Bell Laboratories i Murray Hill, New Jersey. Bell Labs er forskningsarmen til American Telephone and Telegraph (AT&T). De tre individene som ble kreditert for oppfinnelsen av transistoren var William Shockley , John Bardeen og Walter Brattain . Innføringen av transistoren regnes ofte som en av de viktigste oppfinnelsene i historien.

Transistorer er stort sett klassifisert i to kategorier: bipolar junction transistor (BJT) og field-effect transistor (FET).

Prinsippet om en felt-effekt-transistor ble foreslått av Julius Edgar Lilienfeld i 1925. John Bardeen , Walter Brattain og William Shockley oppfant de første arbeidstransistorene på Bell Labs , punktkontakt-transistoren i 1947. Shockley introduserte den forbedrede bipolare kryss-transistoren i 1948, som kom i produksjon på begynnelsen av 1950 -tallet og førte til den første utbredte bruken av transistorer.

Den MOSFET (metall-oksyd-halvlederfelteffekttransistor), også kjent som en MOS-transistor, ble oppfunnet av Mohamed Atalla og Dawon Kahng ved Bell Labs i 1959. MOSFET bruke enda mindre kraft, noe som førte til masse-produksjon av MOS transistorer for et bredt spekter av bruksområder. MOSFET har siden blitt den mest produserte enheten i historien.

Opprinnelsen til transistorkonseptet

Det første patentetfelt-effekt-transistorprinsippet ble arkivert i Canada av den østerriksk-ungarske fysikeren Julius Edgar Lilienfeld 22. oktober 1925, men Lilienfeld publiserte ingen forskningsartikler om enhetene hans, og arbeidet hans ble ignorert av industrien. I 1934 patenterte den tyske fysikeren Dr. Oskar Heil en annen felt-effekt-transistor. Det er ingen direkte bevis på at disse enhetene ble bygget, men senere arbeid på 1990 -tallet viser at en av Lilienfelds design fungerte som beskrevet og ga betydelig gevinst. Juridiske papirer fra Bell Labs- patentet viser at William Shockley og en medarbeider ved Bell Labs, Gerald Pearson, hadde bygget operasjonelle versjoner av Lilienfelds patenter, men de refererte aldri til dette arbeidet i noen av deres senere forskningsartikler eller historiske artikler.

Bell Labs-arbeidet med transistoren kom fra krigstidens innsats for å produsere ekstremt rene germanium "krystall" -mikserdioder , brukt i radarenheter som et frekvensblanderelement i mikrobølge radarmottakere. Britiske forskere hadde produsert modeller ved hjelp av et wolframfilament på en germaniumskive, men disse var vanskelige å produsere og ikke spesielt robuste. Bells versjon var et enkeltkrystalldesign som var både mindre og helt solid. Et parallelt prosjekt om germaniumdioder ved Purdue University lyktes i å produsere de halvledende germaniumkrystallene av god kvalitet som ble brukt på Bell Labs. Tidlige rørbaserte kretser byttet ikke raskt nok til denne rollen, noe som førte til at Bell-teamet i stedet brukte solid-state- dioder .

Etter krigen bestemte Shockley seg for å prøve å bygge en triodelignende halvleder. Han sikret finansiering og laboratorierom, og begynte å jobbe med problemet med Bardeen og Brattain. John Bardeen utviklet til slutt en ny gren av kvantemekanikk kjent som overflatefysikk for å redegjøre for den "rare" oppførselen de så, og Bardeen og Walter Brattain lyktes til slutt med å bygge en fungerende enhet.

Nøkkelen til utviklingen av transistoren var den videre forståelsen av prosessen med elektronmobilitet i en halvleder. Det ble innsett at hvis det var en måte å kontrollere strømmen av elektronene fra senderen til samleren til denne nylig oppdagede dioden (oppdaget 1874; patentert 1906), kunne man bygge en forsterker . For eksempel, hvis en plasserte kontakter på hver side av en enkelt type krystall, ville ikke strømmen strømme gjennom den. Imidlertid, hvis en tredje kontakt kunne "injisere" elektroner eller hull i materialet, ville strømmen strømme.

Dette syntes faktisk å være veldig vanskelig. Hvis krystallet hadde en rimelig størrelse, måtte antallet elektroner (eller hull) som skulle injiseres være veldig stort, noe som gjorde det mindre nyttig som forsterker fordi det ville kreve en stor injeksjonsstrøm til å begynne med. Når det er sagt, var hele ideen med krystalldioden at selve krystallen kunne skaffe elektronene over en veldig liten avstand, uttømmingsområdet. Nøkkelen syntes å være å plassere inngangs- og utgangskontaktene veldig tett sammen på overflaten av krystallet på hver side av dette området.

Brattain begynte å jobbe med å bygge en slik enhet, og fristende hint om forsterkning fortsatte å dukke opp mens teamet jobbet med problemet. Noen ganger fungerer systemet, men slutter uventet å fungere. I ett tilfelle begynte et ikke-fungerende system å fungere når det ble plassert i vann. Elektronene i et stykke av krystallet ville migrere rundt på grunn av ladninger i nærheten. Elektroner i utslippene, eller "hullene" i samlerne, ville samle seg på overflaten av krystallet, der de kunne finne den motsatte ladningen "flyte rundt" i luften (eller vannet). Likevel kan de skyves vekk fra overflaten med påføring av en liten mengde ladning fra et annet sted på krystallet. I stedet for å trenge en stor tilførsel av injiserte elektroner, ville et veldig lite antall på rett sted på krystallet oppnå det samme.

Deres forståelse løste problemet med å trenge et veldig lite kontrollområde til en viss grad. I stedet for å trenge to separate halvledere forbundet med en felles, men liten region, ville en enkelt større overflate tjene. Emitter- og kollektorledningene ville begge være plassert veldig nær hverandre på toppen, med kontrolledningen plassert på bunnen av krystallet. Når strøm ble påført "basis" -ledningen, ville elektronene eller hullene bli presset ut, over halvlederblokken, og samle seg på den fjerne overflaten. Så lenge senderen og samleren var veldig nær hverandre, bør dette tillate nok elektroner eller hull mellom dem for å tillate ledning å starte.

Et tidlig vitne til fenomenet var Ralph Bray, en ung doktorgradsstudent. Han begynte i germanium -innsatsen ved Purdue University i november 1943 og fikk den vanskelige oppgaven å måle spredningsmotstanden ved metall -halvlederkontakten. Bray fant mange anomalier, for eksempel interne høyresistivitetsbarrierer i noen prøver av germanium. Det mest merkelige fenomenet var den eksepsjonelt lave motstanden som ble observert når spenningspulser ble påført. Denne effekten forble et mysterium fordi ingen før 1948 skjønte at Bray hadde observert minoritetsbærerinjeksjon-effekten som ble identifisert av William Shockley ved Bell Labs og gjorde transistoren til virkelighet.

Bray skrev: "Det var det eneste aspektet vi savnet, men selv om vi hadde forstått tanken på minoritetsbærerinjeksjon ... ville vi ha sagt, 'Å, dette forklarer effekten vår.' Vi hadde kanskje ikke nødvendigvis gått foran og sagt: 'La oss begynne å lage transistorer', åpne en fabrikk og selge dem ... På den tiden var den viktigste enheten høyspenningslikrikteren ".

Shockley forskning laget innledningforsøkte å bygge en felteffekttransistor (FET), ved å prøve for å modulere ledningsevnen for en halvleder , men var mislykket, hovedsakelig på grunn av problemer med overflatetilstander , det dingler binding , og germanium og kobber sammensatte materialer . I løpet av å prøve å forstå de mystiske årsakene til at de ikke bygde en fungerende FET, førte dette til at de i stedet fant opp de bipolare punktkontakt- og kryss-transistorene .

Første fungerende transistor

En stilisert kopi av den første transistoren

Bell -teamet gjorde mange forsøk på å bygge et slikt system med forskjellige verktøy, men mislyktes generelt. Oppsett der kontaktene var nære nok, var alltid like skjøre som den opprinnelige kattens whisker -detektorer hadde vært, og ville fungere kort, om i det hele tatt. Etter hvert fikk de et praktisk gjennombrudd. Et stykke gullfolie ble limt på kanten av en trekantet plastkile, og deretter ble folien skåret med en barberhøvel i spissen av trekanten. Resultatet var to gullkontakter med veldig tett mellomrom. Da plasten ble presset ned på overflaten av en krystall og spenning påført den andre siden (på bunnen av krystallet), begynte strømmen å strømme fra den ene kontakten til den andre da basisspenningen presset elektronene bort fra basen mot den andre siden nær kontaktene. Den punkt-kontakt transistor var blitt oppfunnet.

15. desember 1947, "Når punktene var, fikk de veldig tett sammen spenningsforsterkeren omtrent 2, men ikke effektforsterkeren. Denne spenningsforsterkningen var uavhengig av frekvensen 10 til 10.000 sykluser".

16. desember 1947 "Ved hjelp av denne dobbeltpunktkontakt, kontakt ble gjort til en germanium overflate som var blitt anodisert til 90 volt, elektrolytt vaskes av i H 2 O og deretter hadde noen gull flekker fordampet på det. De gullkontakter ble presset ned på den bare overflaten. Begge gullkontaktene til overflaten rettet fint opp ... Skillet mellom punktene var omtrent 4x10 −3 cm. Det ene punktet ble brukt som et rutenett og det andre punktet som en plate. Forspenningen (DC) på rutenettet måtte være positiv for å få forsterkning ... effektforsterkning 1,3 spenningsøkning 15 på en plate -forspenning på omtrent 15 volt ".

Brattain og HR Moore demonstrerte for flere av sine kolleger og ledere på Bell Labs på ettermiddagen 23. desember 1947, ofte angitt som fødselsdato for transistoren. "PNP punktkontakt-germanium-transistoren" fungerte som en taleforsterker med en effektforsterkning på 18 i den prøven. I 1956 ble John Bardeen , Walter Houser Brattain og William Bradford Shockley hedret med Nobelprisen i fysikk "for sine undersøkelser om halvledere og deres oppdagelse av transistoreffekten".

Tolv mennesker er nevnt som direkte involvert i oppfinnelsen av transistoren i Bell Laboratory.

Samtidig ble noen europeiske forskere ledet av ideen om solid state-forsterkere. Den tyske fysikeren Herbert F. Mataré (1912–2011) hadde utført eksperimenter på Telefunken med det han kalte " Duodiode " (dobbel diode) siden 1942 allerede, da han først observerte transkonduktanseffekter med silisiumdioder produsert for tysk radarutstyr for andre verdenskrig . Til slutt 13. august 1948 søkte Mataré og Heinrich Welker (1912–1981), som jobbet i Compagnie des Freins et Signaux Westinghouse i Aulnay-sous-Bois , Frankrike, om patent på en forsterker basert på minoritetsbærerinjeksjonsprosessen som de kalte "Transistron". Enheten ble vist offentlig 18. mai 1949. Transistrons ble kommersielt produsert for det franske telefonselskapet og militæret, og i 1953 ble en solid-state radiomottaker med fire transistroner demonstrert på Düsseldorf radiomesse.

Ettersom Bell Labs ikke offentliggjorde transistoren sin offentlig før juni 1948, var transistronet en uavhengig parallell oppdagelse og utvikling.

Etymologi

Bell Telephone Laboratories trengte et generisk navn på den nye oppfinnelsen: "Semiconductor Triode", "Surface States Triode", "Crystal Triode", "Solid Triode" og "Iotatron" ble alle vurdert, men "Transistor", laget av John R. Pierce , var den klare vinneren av en intern stemmeseddel (delvis på grunn av affiniteten som Bell-ingeniører hadde utviklet for suffikset "-istor"). Begrunnelsen for navnet er beskrevet i følgende utdrag fra selskapets tekniske notat som etterlyser stemmer:

Transistor. Dette er en forkortet kombinasjon av ordene " transkonduktans " eller "overføring" og " varistor ". Enheten tilhører logisk i varistorfamilien, og har transkonduktans eller overføringsimpedans til en enhet som har forsterkning, slik at denne kombinasjonen er beskrivende.

-  Bell Telephon Laboratories - Technical Memorandum (28. mai 1948)

Pierce husket navnet noe annerledes:

Måten jeg oppga navnet på, var å tenke på hva enheten gjorde. Og på den tiden skulle det være dobbelten av vakuumrøret . Vakuumrøret hadde transkonduktans, så transistoren ville ha 'transmotstand'. Og navnet skal passe inn med navnene på andre enheter, for eksempel varistor og termistor. Og. . . Jeg foreslo navnet 'transistor'.

-  John R. Pierce, intervjuet for PBS -showet "Transistorized!"

Nobelstiftelsen uttaler at begrepet er en kombinasjon av ordene "overføring" og " motstand ".

Tidlig konflikt

Shockley var opprørt over at enheten ble kreditert Brattain og Bardeen, som han følte hadde bygd den "bak ryggen" for å ta æren. Saken ble verre da advokater fra Bell Labs fant ut at noen av Shockleys egne forfattere om transistoren var nær nok dem fra et tidligere patent fra 1925 av Julius Edgar Lilienfeld til at de syntes det var best at navnet hans ble utelatt av patentsøknaden.

Forbedringer i transistordesign

Bytt til silisium

Germanium var vanskelig å rense og hadde et begrenset driftstemperaturområde. Forskere teoretiserte at silisium ville være lettere å fremstille, men få gadd å undersøke denne muligheten. Morris Tanenbaum et al. ved Bell Laboratories var de første som utviklet en fungerende silisiumtransistor 26. januar 1954. Noen måneder senere utviklet Gordon Teal , som jobbet uavhengig i Texas Instruments , en lignende enhet. Begge disse enhetene ble laget ved å kontrollere doping av enkle silisiumkrystaller mens de ble dyrket fra smeltet silisium. En overlegen metode ble utviklet av Morris Tanenbaum og Calvin S. Fuller ved Bell Laboratories i begynnelsen av 1955 ved gassformig diffusjon av donor- og akseptorforurensninger i enkeltkrystall -silisiumflis.

Fram til slutten av 1950 -tallet forble imidlertid germanium det dominerende halvledermaterialet for transistorer og andre halvledere . Germanium ble opprinnelig ansett som det mer effektive halvledermaterialet, da det var i stand til å demonstrere bedre ytelse på grunn av høyere transportørmobilitet . Den relative mangel på ytelse i tidlige silisium halvledere skyldes elektriske ledningsevne er begrenset av ustabile quantum overflatetilstander , og hindrer strøm fra en pålitelig måte å trenge inn i overflaten for å nå den halvledende silisiumlaget.

Passivering av silisiumoverflate

I 1955 oppdaget Carl Frosch og Lincoln Derick ved Bell Telephone Laboratories (BTL) ved et uhell at silisiumdioksid (SiO2) kunne dyrkes på silisium. De viste at oksidlaget forhindret visse dopemidler i silisiumskiven, mens de tillot andre, og dermed oppdaget den passiverende effekten av oksidasjon på halvlederoverflaten. På 1950 -tallet undersøkte Mohamed Atalla , Froschs arbeid med oksidasjon, overflateegenskapene til silisiumhalvledere på Bell Labs , der han foreslo en ny metode for produksjon av halvledere , belegg en silisiumskive med et isolerende lag av silisiumoksid slik at elektrisitet på en pålitelig måte kunne trenge inn i det ledende silisiumet nedenfor, og overvinne overflatetilstandene som forhindret elektrisitet i å nå det halvledende laget. Dette er kjent som overflatepassivering , en metode som ble kritisk for halvlederindustrien da den senere muliggjorde masseproduksjon av silisiumintegrerte kretser . Han presenterte sine funn i 1957. Han studerte passivering av pn -kryss med oksid , og publiserte sine eksperimentelle resultater i 1957 BTL -notater. Atallas overflatepassiveringsmetode var senere grunnlaget for to oppfinnelser i 1959: MOS -transistoren av Atalla og Dawon Kahng , og den plane prosessen av Jean Hoerni .

Plan prosess

På et møte i Electrochemical Society i 1958 presenterte Atalla et papir om overflatepassivering av PN -kryss med oksid (basert på hans BTL -notater fra 1957), og demonstrerte silisiumdioksidets passiverende effekt på en silisiumoverflate. Jean Hoerni deltok på det samme møtet, og ble fascinert av Atallas presentasjon. Hoerni kom på en "plan idé" en morgen mens han tenkte på Atallas enhet. Ved å dra fordel av silisiumdioksidets passiverende effekt på silisiumoverflaten, foreslo Hoerni å lage transistorer som var beskyttet av et lag med silisiumdioksid.

Den plane prosessen ble utviklet av Jean Hoerni mens han jobbet på Fairchild Semiconductor , med et første patent utstedt i 1959. Den plane prosessen som ble brukt for å gjøre disse transistorene muliggjorde masseproduserte monolitiske silisiumintegrerte kretser .

MOSFET

I 1959 ble MOSFET introdusert, og i 2020 er den fremdeles den dominerende transistortypen som er i bruk, med en estimert total på 13  seksten (1,3 × 10 22 ) MOSFET -er produsert mellom 1960 og 2018. De viktigste fordelene med en MOSFET -transistorer fremfor BJT -er er at de ikke bruker strøm, bortsett fra når de bytter tilstand, og de har raskere byttehastighet (ideell for digitale signaler).

Tidlig kommersialisering

Verdens første kommersielle transistorproduksjonslinje var ved Western Electric -fabrikken på Union Boulevard i Allentown, Pennsylvania . Produksjonen begynte 1. oktober 1951 med punktkontakten germanium -transistor.

Den første kommersielle applikasjonen av transistorer i telekommunikasjon var høsten 1952 i tonegeneratorer for multifrekvenssignalering av tverrstangkoblingssystemet nr. 5 i Englewood, NJ -installasjonen, som ble brukt til den første feltprøven med direkte avstandsoppringing (DDD).

I 1953 ble transistoren brukt i noen produkter, for eksempel høreapparater og telefonsentraler , men det var fortsatt betydelige problemer som forhindret bredere anvendelse, for eksempel følsomhet for fuktighet og skjørheten i ledningene festet til germaniumkrystaller. Donald G. Fink , forskningsdirektør i Philco , oppsummerte statusen til transistorens kommersielle potensial med en analogi: "Er det en kvise ungdom, nå vanskelig, men lovende fremtidig kraft? Eller har den kommet til modenhet, full av sløvhet, omgitt av skuffelser? "

Halvlederbedrifter fokuserte først på kryss -transistorer i de første årene av halvlederindustrien . Kryss-transistoren var imidlertid en relativt omfangsrik enhet som var vanskelig å produsere på masseproduksjonsbasis , noe som begrenset den til en rekke spesialiserte applikasjoner.

Transistorradioer

Den Regency TR-en som brukes Texas Instruments ' NPN transistorer var verdens første kommersielt produserte transistor radio .

Prototyper av alle-transistor AM-radiomottakere ble demonstrert, men var egentlig bare laboratorie-nysgjerrigheter. Imidlertid utviklet Shockley i 1950 en radikalt annen type solid-state-forsterker som ble kjent som den bipolare kryss-transistoren , som fungerer på et helt annet prinsipp enn punktkontakt-transistoren . Morgan Sparks gjorde den bipolare kryss -transistoren til en praktisk enhet. Disse ble også lisensiert til en rekke andre elektronikkfirmaer, inkludert Texas Instruments , som produserte et begrenset antall transistorradioer som salgsverktøy. Tidlige transistorer var kjemisk ustabile og bare egnet for applikasjoner med lav effekt, lavfrekvens, men etter hvert som transistordesign utviklet seg, ble disse problemene sakte overvunnet.

Det er mange krav til tittelen på det første selskapet som produserte praktiske transistorradioer. Texas Instruments hadde demonstrert all-transistor AM-radioer allerede i 1952, men ytelsen deres var godt under den for tilsvarende batterirørmodeller. En brukbar all- transistor radio ble demonstrert i august 1953 på Düsseldorf radiomesse av det tyske firmaet Intermetall. Den ble bygget med fire av Intermetalls håndlagde transistorer, basert på oppfinnelsen fra 1948 av Herbert Mataré og Heinrich Welker. Imidlertid, som med de tidlige Texas -enhetene (og andre), ble det bare bygget prototyper; den ble aldri satt i kommersiell produksjon.

Den første transistorradioen tilskrives ofte feilaktig Sony (opprinnelig Tokyo Tsushin Kogyo), som ga ut TR-55 i 1955. Den ble imidlertid forutgående av Regency TR-1 , laget av Regency Division of IDEA (Industrial Development Engineering Associates ) i Indianapolis, Indiana, som var den første praktiske transistorradioen. TR-1 ble kunngjort 18. oktober 1954 og ble solgt i november 1954 for 49,95 dollar (tilsvarende 361 dollar i året 2005) og solgte rundt 150 000 enheter.

TR-1 brukte fire Texas NPN-transistorer og måtte drives av et 22,5 volt batteri, siden den eneste måten å få tilstrekkelig radiofrekvensytelse ut av tidlige transistorer var å kjøre dem i nærheten av deres samler-til-sender- spenning . Dette gjorde TR-1 veldig dyrt å kjøre, og den var langt mer populær for sin nyhet eller statusverdi enn den faktiske ytelsen, snarere på samme måte som de første MP3-spillerne .

Likevel, bortsett fra sin likegyldige ytelse, var TR-1 et veldig avansert produkt for sin tid, ved hjelp av kretskort og det som da ble ansett som mikro-miniatyrkomponenter.

Masaru Ibuka , medgründer av det japanske firmaet Sony , besøkte USA da Bell Labs kunngjorde tilgjengeligheten av produksjonslisenser, inkludert detaljerte instruksjoner om hvordan man produserer kryssstransistorer. Ibuka fikk spesiell tillatelse fra det japanske finansdepartementet til å betale lisensavgiften på 50 000 dollar, og i 1955 introduserte selskapet sin egen fem-transistor "coatpocket" -radio, TR-55, under det nye merkenavnet Sony . Dette produktet ble snart fulgt av mer ambisiøse design, men det regnes generelt som å markere starten på Sonys vekst til en produksjonsmakt.

TR-55 var ganske lik Regency TR-1 på mange måter, drevet av samme type 22,5 volt batteri, og var ikke mye mer praktisk. Merk: i henhold til skjemaet brukte TR-55 en 6 volt forsyning. Svært få ble distribuert utenfor Japan. Det var først i 1957 at Sony produserte sin banebrytende "TR-63" skjortelommeradio, en mye mer avansert design som gikk på et standard 9-volts batteri og kunne konkurrere gunstig med vakuumrør-bærbare. TR-63 var også den første transistorradioen som brukte alle miniatyrkomponenter. (Begrepet "lomme" var et spørsmål om tolkning, ettersom Sony angivelig hadde laget spesielle skjorter med store lommer til selgerne.)

1955 Chrysler - Philco all transistor bilradio - "Breaking News" kunngjøring om radiosending

I utgaven av Wall Street Journal 28. april 1955 kunngjorde Chrysler og Philco at de hadde utviklet og produsert verdens første all-transistor bilradio. Chrysler gjorde all-transistor bilradioen, Mopar modell 914HR, tilgjengelig som et "alternativ" høsten 1955 for sin nye serie fra 1956 Chrysler og Imperial biler, som traff utstillingsrommet gulvet 21. oktober 1955. All-transistor bilradioen var et alternativ på $ 150.

Sony TR-63, utgitt i 1957, var den første masseproduserte transistorradioen, noe som førte til massemarkedspenetrasjon av transistorradioer. TR-63 solgte sju millioner enheter verden over på midten av 1960-tallet. Med den synlige suksessen til TR-63 kom japanske konkurrenter som Toshiba og Sharp Corporation til markedet. Sonys suksess med transistorradioer førte til at transistorer erstattet vakuumrør som den dominerende elektroniske teknologien på slutten av 1950 -tallet.

Hobbybruk

Den første lavkostnadstransistoren som var tilgjengelig for allmennheten, var CK722 , en PNP germanium-liten signalenhet som ble introdusert av Raytheon tidlig i 1953 for 7,60 dollar hver. På 1950- og 1960 -tallet ble hundrevis av hobbyelektronikkprosjekter basert på CK722 -transistoren publisert i populære bøker og blader. Raytheon deltok også i å utvide rollen til CK722 som en hobbyist elektronikk ved å publisere "Transistor Applications" og "Transistor Applications- Volume 2" i midten av 1950-årene.

Transistormaskiner

Verdens første transistormaskin ble bygget ved University of Manchester i november 1953. Datamaskinen ble bygget av Richard Grimsdale , deretter forskerstudent ved Institutt for elektroteknikk og senere professor i elektronisk ingeniørfag ved Sussex University. Maskinen brukte punktkontakt-transistorer, laget i små mengder av STC og Mullard. Disse besto av en enkelt krystall av germanium med to fine ledninger, som lignet på krystallet og kattens kinnhår på 1920 -tallet. Disse transistorene hadde den nyttige egenskapen at en enkelt transistor kunne ha to stabile tilstander. ... Utviklingen av maskinen ble sterkt hemmet av transistorenes upålitelighet. Den brukte 150 watt.

Metropolitan Vickers Ltd gjenoppbygde hele 200 transistor (& 1300 diode) design i 1956 ved hjelp av kryssstransistorer (for intern bruk).

Den IBM 7070 (1958), IBM 7090 (1959), og CDC 1604 (1960) var de første datamaskinene (som produkter for salg) basert på transistorer.

MOSFET (MOS transistor)

Mohamed Atalla (til venstre) og Dawon Kahng (til høyre) oppfant MOSFET i november 1959.

Bygget på sin passiviseringsmetode for silisiumoverflate , utviklet Mohamed Atalla metall -oksid -halvlederprosessen (MOS) på slutten av 1950 -tallet . Han foreslo at MOS-prosessen kunne brukes til å bygge den første fungerende silisiumfelt -effekt-transistoren (FET), som han begynte å jobbe med å bygge ved hjelp av Dawon Kahng ved Bell Labs .

MOSFET , som viser port (G), kropp (B), kilde (S) og avløp (D). Porten er atskilt fra kroppen med et isolerende lag (rosa).

Den metall-oksyd-halvlederfelteffekttransistor (MOSFET) ble oppfunnet av Atalla og Kahng ved Bell Labs. De produserte enheten i november 1959, og presenterte den som "silisium-silisiumdioksydfeltindusert overflatenhet" tidlig i 1960. Med sin høye skalerbarhet og mye lavere strømforbruk og høyere tetthet enn bipolare kryssstransistorer, gjorde MOSFET det mulig å bygge integrerte kretser med høy tetthet , slik at integrering av mer enn 10.000 transistorer i en enkelt IC.

Den første gallium-arsenid-Schottky-gate-felt-effekt-transistoren ( MESFET ) ble laget av Carver Mead og rapportert i 1966. Den første rapporten om en MOSFET med flytende gate (FGMOS) ble laget av Dawon Kahng og Simon Sze i 1967.

MOSFET har siden blitt den mest produserte enheten i historien. Fra og med 2018 er det anslagsvis totalt 13 seksten MOS -transistorer som er produsert.  

PMOS og NMOS

Det var opprinnelig to typer MOSFET-logikk, PMOS ( p-type MOS) og NMOS ( n-type MOS). Begge typene ble utviklet av Atalla og Kahng da de opprinnelig oppfant MOSFET, og produserte både PMOS- og NMOS -enheter med en 20  µm prosess .

CMOS

En ny type MOSFET-logikk, CMOS (komplementær MOS), ble oppfunnet av Chih-Tang Sah og Frank Wanlass ved Fairchild Semiconductor , og i februar 1963 publiserte de oppfinnelsen i et forskningsartikkel .

Selvjustert port

Den selvjusterte porten (silisiumport) MOSFET-transistoren ble oppfunnet av Robert Kerwin, Donald Klein og John Sarace på Bell Labs i 1967. Fairchild Semiconductor- forskere Federico Faggin og Tom Klein brukte senere selvjusterte gate-MOSFET-er for å utvikle de første silisium- gate MOS integrert krets .

MOSFET -kommersialisering

Den MOSFET , også kjent som en MOS-transistor, var den første virkelig kompakte transistor som kan bli miniatyrisert og masseprodusert for et bredt spekter av anvendelser. Det revolusjonerte den bredere elektronikkindustrien , inkludert kraftelektronikk , forbrukerelektronikk , kontrollsystemer og datamaskiner . MOSFET har siden blitt den vanligste typen transistor i verden, med bruk som datamaskiner, elektronikk og kommunikasjonsteknologi (for eksempel smarttelefoner ). MOS -transistoren er blitt beskrevet som "arbeidshesten i elektronikkindustrien" på grunn av å være byggesteinen i hver mikroprosessor , minnebrikke og telekommunikasjonskrets som er i bruk. Milliarder MOS -transistorer produseres hver dag, fra 2013.

Integrerte kretser

General Microelectronics introduserte de første kommersielle MOS- integrerte kretsene i 1964, bestående av 120 p-kanaltransistorer . Det var et 20-biters skiftregister , utviklet av Robert Norman og Frank Wanlass . I 1967 utviklet Bell Labs- forskerne Robert Kerwin, Donald Klein og John Sarace den selvjusterte MOS-transistoren (silicon-gate), som Fairchild Semiconductor- forskere Federico Faggin og Tom Klein brukte til å utvikle den første silisiumporten MOS IC.

I 1972 ble MOS LSI ( storskala integrasjon ) kretser kommersialisert for en rekke applikasjoner, inkludert biler , lastebiler , husholdningsapparater , forretningsmaskiner , elektroniske musikkinstrumenter , datamaskinutstyr , kassaapparater , kalkulatorer, dataoverføring og telekommunikasjonsutstyr .

Halvleder minne

De første moderne minnecellene ble introdusert i 1965, da John Schmidt designet den første 64-biters MOS SRAM (statisk RAM ). I 1967 innleverte Robert H. Dennard fra IBM patent på en single-transistor DRAM (dynamisk RAM) minnecelle, ved bruk av en MOSFET .

Den tidligste praktiske anvendelsen av floating-gate MOSFET (FGMOS) var floating-gate minneceller, som Dawon Kahng og Simon Sze foreslo kunne brukes til å produsere omprogrammerbar ROM ( skrivebeskyttet minne ). Floating-gate minneceller ble senere grunnlaget for ikke-flyktig minne (NVM) teknologi inkludert EPROM (slettbar programmerbar ROM), EEPROM (elektrisk slettbar programmerbar ROM) og flashminne .

Mikroprosessorer

Den MOSFET er grunnlaget for hver mikroprosessor . De tidligste mikroprosessorene var alle MOS -mikroprosessorer, bygget med MOS LSI -kretser. De første multi-chip mikroprosessorene, firefasesystemene AL1 i 1969 og Garrett AiResearch MP944 i 1970, ble utviklet med flere MOS LSI-brikker. Den første kommersielle enkeltbrikke-mikroprosessoren, Intel 4004 , ble utviklet av Federico Faggin ved bruk av sin silisium-gate MOS IC-teknologi, med Intel- ingeniører Marcian Hoff og Stan Mazor , og Busicom- ingeniør Masatoshi Shima . Med ankomsten av CMOS- mikroprosessorer i 1975 begynte begrepet "MOS-mikroprosessorer" å referere til sjetonger som var fullstendig fremstilt av PMOS-logikk eller produsert helt av NMOS-logikk , i motsetning til "CMOS-mikroprosessorer" og "bipolare bit-slice- prosessorer".

Lommekalkulatorer

Et av de tidligste innflytelsesrike forbrukerelektroniske produktene som ble aktivert av MOS -transistorer, var den elektroniske lommekalkulatoren . I 1965 var Victor 3900 stasjonær kalkulator den første MOS LSI -kalkulatoren , med 29 MOS LSI -brikker. I 1967 var Texas Instruments Cal-Tech den første prototypen elektronisk håndholdt kalkulator , med tre MOS LSI-brikker, og den ble senere utgitt som Canon Pocketronic i 1970. Sharp QT-8D stasjonær kalkulator var den første masseproduserte LSI MOS-kalkulatoren i 1969, og Sharp EL-8 som brukte fire MOS LSI-brikker var den første kommersielle elektroniske håndholdte kalkulatoren i 1970. Den første sanne elektroniske lommekalkulatoren var Busicom LE-120A HANDY LE, som brukte en enkelt MOS LSI- kalkulator-mot- a-chip fra Mostek , og ble utgitt i 1971.

Personlige datamaskiner

På 1970 -tallet var MOS -mikroprosessoren grunnlaget for hjemmemaskiner , mikrodatamaskiner (mikroer) og personlige datamaskiner (PCer). Dette førte til starten på det som er kjent som PC -revolusjonen eller mikrodatamaskinrevolusjonen .

Kraftelektronikk

Den makt MOSFET er den mest brukte makt enhet i verden. Fordelene i forhold til bipolare kryssstransistorer i kraftelektronikk inkluderer MOSFET-er som ikke krever at en kontinuerlig strøm av drivstrøm forblir i ON-tilstand, og tilbyr høyere koblingshastigheter, lavere brytereffekttap, lavere motstand og redusert følsomhet for termisk løp. Strømmen MOSFET hadde innvirkning på strømforsyningene , noe som muliggjorde høyere driftsfrekvenser, størrelse og vektreduksjon og økt volumproduksjon.

Kraften MOSFET, som vanligvis brukes i kraftelektronikk , ble utviklet på begynnelsen av 1970 -tallet. Power MOSFET muliggjør lav gate -drivkraft, rask byttehastighet og avansert parallellfunksjon.

Patenter

Referanser

Bøker og litteratur

Eksterne linker