Zaloguj się
Wszystkie
1 lutego 2023
851
Tranzystor to największy wynalazek XX wieku, który zapoczątkował nową epokę w rozwoju cywilizacji. Pomyślałem więc, że jubileusz 75-lecia obliguje mnie do skupienia się w historycznej części tego wykładu na opisaniu narodzin wynalazku tranzystora, na przedstawieniu nie tylko suchych faktów, ale też emocji, ambicji, bólu porażek, euforii sukcesów, czyli żywych ludzi, którzy dokonali tego wspaniałego aktu twórczego. Sam odczuwam dreszcz emocji, gdy o tym piszę. Przecież ja miałem wtedy 4 lata. To wszystko stało się za mojego życia. Niewiarygodne.
Pozwólcie, że na chwilę wzruszę się wspomnieniami. Nie pamiętam co robiłem 23 grudnia 1947 roku, ale 4 lata później zrobiłem mój pierwszy odbiornik kryształkowy. Chodziłem do 3-ej klasy i zaczęła się botanika, której nie cierpiałem, ale w pracowni przyrodniczej leżał kawałek galeny, który był mi potrzebny dla zrobienia detektora. Nie było wtedy Wikipedii, w której mógłbym wyczytać, że „galena jest minerałem pospolitym i szeroko rozpowszechnionym”. Gdybym to wiedział, to szukałbym w polu, ale nie wiedziałem i okruch galeny przemieścił się ze szkoły do mojego domu. Radio zagrało, a ja – słowo daję, – nie wyrosłem na złodziejaszka. Jestem pewien, że Czytelnicy EdW doskonale wiedzą, jak silne emocje towarzyszą pasji do tworzenia czegoś, co ma zagrać, zadziałać. Zatem nietrudno będzie nam wczuć się w atmosferę towarzyszącą zespołowi Bell Labs w dniach narodzin tranzystora. Łatwo zrozumiemy W. Brattaina, który Wigilię 1947 r. spędził w laboratorium ciesząc się jak dziecko, że jego konstrukcja na drucikach i sprężynie zaczęła generować sygnał. Dojdziemy do tego, ale zacznijmy od prehistorii.
Prehistoria
Zastanawiam się jak daleko sięgnąć w zakamarki historii, bo wynalazek tranzystora nie wziął się przecież z niczego. Droga do każdego odkrycia wiedzie przez lata, a nawet stulecia nawarstwiających się obserwacji, doświadczeń, pomysłów, których kulminacją jest „wielkie odkrycie” lub „przełomowy wynalazek”. Sięgnijmy do początku XX wieku, czyli do początku dwóch ścieżek, które doprowadziły do wynalazku tranzystora. Jedna ścieżka to lampy elektronowe, a druga – detektor kryształkowy. W 1904 roku J.A. Fleming zbudował pierwszą lampę elektronową – diodę, a w 1906 r. Lee De Forest wprowadził do diody próżniowej siatkę i uzyskał pierwszą lampę wzmacniającą – triodę. Na początku lat 1900-etnych pojawiły się też odbiorniki kryształkowe, w których głównym elementem był detektor, czyli dioda wykorzystująca zjawisko jednokierunkowego przepływu prądu na styku metalu z półprzewodnikiem (igły metalowej z kryształem galeny). Dodajmy, że zjawisko niesymetrii przepływu prądu przez styk metalu z półprzewodnikiem (m–s) w zależności od kierunku polaryzacji, odkrył F. Braun w 1874 roku. W kolejnych latach powstała teoria działania złącza metal – półprzewodnik (W. H. Schottky) oraz rozwinęła się masowa produkcja germanowych diod ostrzowych.
Już w latach dwudziestych rosyjski wynalazca Oleg Łosiew obserwował na styku m-s efekty świecenia (protoplasta diod świecących) oraz charakterystykę prądowo-napięciową z ujemnym zboczem (protoplasta diody tunelowej, wynalezionej w 1957 r. przez Leo Esaki, za co japoński fizyk otrzymał Nagrodę Nobla). Zatem ścieżka zapoczątkowana detektorem kryształkowym doprowadziła nas w latach czterdziestych do dojrzałej teorii złącza m-s i szerokich zastosowań diod ostrzowych, nie tylko jako elementów prostowniczych, ale również w wielu innych aplikacjach, na przykład w mieszaczach stacji radiolokacyjnych. Natomiast sam detektor kryształkowy przepadł w wyniku rozwoju lamp elektronowych. Zastąpiła go dioda próżniowa, która wraz ze wzmacniaczem na triodach elektronowych pozwoliła skonstruować odbiornik radiowy nieporównywalnie lepszy od radia kryształkowego. Jednocześnie fizycy zajmujący się złączem m-s spełniającym funkcję diody poddawani byli silnej pokusie, żeby powtórzyć wyczyn Lee De Foresta, który do diody próżniowej wprowadził siatkę i uzyskał triodę, czyli element wzmacniający. Gdyby się udało dla diody m-s wymyślić odpowiednik siatki w lampie, to mielibyśmy wzmacniacz na bazie ciała stałego, wolny od wielu niedostatków lamp elektronowych. Próbowano na różne sposoby wprowadzać siatkę między metal i półprzewodnik. Aż znalazł się fizyk, który odszedł od koncepcji dosłownie narzucającej się z triody próżniowej i wymyślił półprzewodnikowy element wzmacniający z elektrodą sterującą prądem, która spełniała rolę siatki w lampie, ale konstrukcyjnie nic wspólnego z konstrukcją triody próżniowej nie miała. Ten element to protoplasta współczesnych tranzystorów polowych z izolowaną bramką, a jego wynalazca nazywał się Julius Edgar Lilienfeld (patent w Kanadzie 1925 r. i w USA 1926 r.).
Opatentowanego elementu Lilienfeld nie wykonał praktycznie. W świetle obecnej wiedzy jest pewne, że nie mógł zadziałać. Patent spoczął na półkach urzędów patentowych na dwadzieścia lat. Zainteresował się nim dopiero po wojnie William Shockley, a mimo że był geniuszem i wiedział niemal wszystko, to jednak nie wiedział, że ten patent nie może zadziałać, nie dlatego, że idea jest błędna, ale dlatego, że technologia musi dojrzeć do realizacji tej idei. Tego W. Shockley nie wiedział i czekało go bolesne rozczarowanie.
NAPISZ DO AUTORA
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
