Дедушка транзистор

Обучение - Современная наука

Самый нужный электронный компонент отпраздновал юбилей

Шестьдесят лет назад, 16 декабря 1947 года, исследователи Джон Бардин (John Bardeen), Уолтер Браттейн (Walter Brattain) и Уильям Шокли (William Shockley) при помощи скрепки для бумаг, некоторого количества германия и золотой фольги увеличили силу тока в сотню раз. Через неделю они показали устройство, оказавшееся первым действующим транзистором, начальству. Спустя полгода, в июне 1948 года, в Нью-Йорке были продемонстрированы радиоприемник и телевизор с транзисторами вместо привычных электронных ламп.

В 1949 году лишь один транзистор из пяти выходил без брака, однако технология быстро развивалась - в 1953 году, объявленном журналом Fortune годом транзистора, вышел слуховой аппарат Sonotone 1010, в котором использовалась новинка. Это было первое коммерческое применение транзистора. Годом позже в продажу поступило и транзисторное радио - устройство Regency TR-1.

В 1956 году исследователи получили Нобелевскую премию по физике за исследования полупроводников и открытие транзисторного эффекта . В 1958 году два транзистора уместили на кремниевой подложке - в мире появилась первая интегральная схема.

В 1960 году транзисторная технология позволила Sony выпустить первый портативный телеприемник. Двигатель транзисторной революции был запущен. В 1971 году появился первый карманный микрокалькулятор, а в 1983 году - первый коммерческий мобильный телефон.

Хитроумный прибор

Именно такое определение транзистора дается в одном из школьных учебников физики. В самом деле, компании Bell в конце сороковых понадобилось весьма необычное устройство. Электронные лампы существовали уже четыре десятка лет, на их основе создали огромные электронно-вычислительные машины. Несмотря на то, что фантасты ежегодно в своих произведениях увеличивали размеры компьютеров, инженеры понимали - закат ламповых компьютеров не так далек, как кажется. Лампы требовали большой мощности, выделяли много тепла. На больших компьютерах их приходилось постоянно менять и перепроверять все контакты.

Инженерам Bell было дано задание придумать твердотельное устройство, которое обходилось бы без нити накала, движущихся частей и вакуума. Другими словами, упростить привычный вакуумный триод до крайности, чтобы (в случае Bell) начать производство мини-АТС, которые при использовании ламп были неоправданно дороги.

Как они работают

У полевого транзистора три электрода - исток (эмиттер), сток (коллектор) и затвор (база). Подавая напряжение на затвор, можно либо останавливать ток между истоком и стоком, либо возобновлять его. Эта способность, основанная на свойствах полупроводников, и делает из транзистора мгновенный переключатель.

Широко используются два вида транзисторов: биполярные и полевые, в частности, МОП-транзисторы. Первые использовались и в качестве усилителей и переключателей при изготовлении интегральных схем свыше трех десятков лет. Затем цифровая техника стала вотчиной МОП-транзисторов (их концепция была придумана еще в конце двадцатых годов прошлого века, но производить такие транзисторы стали гораздо позже биполярных).

Полезный триод

Если бы не изобрели транзистор, то современная нам медийная и IT-отрасли, скорее всего, не появились бы на свет. Миниатюризации бытовой техники либо не было бы, либо она шла бы очень медленно. ЭВМ создавали бы для решения одной, определенной задачи. Программисты были бы в первую очередь математиками и матоптимизаторами.

Там, где это возможно, аппаратура обходилась бы механическими способами передачи информации - например, при помощи перфокарт и перфолент. На столах вместо компьютеров, скорее всего, стояли бы калькуляторы и пишущие машинки. Жидкокристаллические мониторы и телевизоры, скорее всего, не были бы изобретены.

Как сказал однажды глава компании Microsoft Билл Гейтс, персональный компьютер без изобретения транзистора вряд ли существовал бы в том виде, в котором мы его знаем .

Значительная часть достижений фундаментальной науки также оказалась бы недоступной, так как требует слишком больших вычислительных мощностей.

Цифровой век

Человечество постоянно занимается тем, что пытается уместить на полупроводниковых подложках как можно больше транзисторов - и по той же цене.

Свыше сорока лет соблюдается выведенный в 1965 году закон Гордона Мура о том, что число транзисторов на чипе каждые два года удваивается, а стоимость чипа падает на 50 процентов. Как писала газета The Los Angeles Times, если бы автомобили дешевели так же быстро, то мы бы сейчас платили за машину меньше, чем за порцию пиццы.

Сегодня на одном чипе размещается до миллиарда столь необходимых переключателей. Ежесекундно в мире появляется полмиллиарда новых МОП-транзисторов. Ежегодно производятся миллиарды микросхем. Общее число транзисторов в них в 10 тысяч раз превышает число муравьев на Земле и в 10 миллионов раз - число звезд в Млечном Пути.

Впрочем, удивительно другое - то, что за шестьдесят лет еще никто не придумал такой же перспективной технологии, какой оказался транзистор в сравнении с лампами. Исследователи предсказывают, что потенциала транзистора хватит еще на 15-20 лет.

Страшно подумать, что тогда появится в лабораториях и насколько его хватит.