Как Жорес Алферов изобрел транзистор

В 1925 году немецкий физик Юлиус Лилиенфельд подал первую патентную заявку на твердотельный усилитель, состоящий из слоёв металла и полупроводника. В 1935 году другой немецкий физик, Оскар Хайл, запатентовал в Великобритании принцип действия полевого транзистора. В 1938 году сотрудники Гёттингенского университета Роберт Поль и Рудольф Хилш создали твердотельный «триод», способный усиливать медленно меняющийся входной сигнал. Наш любимый Лосев в 1939 году упоминал о работе над полупроводниковой «трёхэлектродной системой, аналогичной триоду», но эти неопубликованные работы были утрачены (или никогда не существовали). В реальности Лосев смог разработать только «кристадин» — то есть усилитель и генератор на кристаллическом диоде, использующий нелинейность его вольт-амперной характеристики (впоследствии удалось создать стабильный элемент с такими свойствами, называющийся «туннельный диод» — но это уже было после транзистора).

Впрочем, на самом деле еще в 1910 году Уильям Икклз обнаружил, что кристаллические детекторы в определённых условиях демонстрируют отрицательное дифференциальное сопротивление, и потому могут быть использованы для генерации колебаний и усиления сигналов. Но Лосев этого не знал, и повторил открытие Икклза самостоятельно.

В 1936 году директор по исследованиям Bell Labs Мервин Келли поручил Уильяму Шокли изучить возможность создания твердотельных переключателей, способных в перспективе заменить электромеханические реле телефонных станций. Шокли пришёл к выводу о невозможности внедрения управляющего электрода в массив полупроводника. Взамен 29 декабря 1939 года Шокли сформулировал принцип работы полевого транзистора: током в канале между двумя электродами должно управлять внешнее поле, создаваемое третьим (управляющим) электродом, размещённым вне канала. Шокли предложил строить полупроводниковый триод на изученной Давыдовым закиси меди, но первые опыты закончились неудачно, а затем персонал Bell Labs был мобилизован на решение военно-прикладных задач (в частности, на создание ВЧ-детекторов для радаров).

Справедливости ради следует заметить, что независимо от американских физиков, в 1941 году советский ученый В. Е. Лашкарёв представил теорию «запирающего слоя» и инжекции носителей заряда на границе раздела меди и закиси меди. Лашкарёв предположил, что два типа проводимости, обнаруженные термозондом в медно-закисном элементе, разделены гипотетическим переходным слоем, препятствующим электрическому току. Работы Лашкарёва и Косогоновой («Исследование запирающих слоёв методом термозонда» и «Влияние примесей на вентильный фотоэффект в закиси меди») были опубликованы в 1941 году. Практического выхлопа это не получило. В Педивикии написано, что, находясь в Сибири во время войны, Лашкарев разработал медекислые диоды, которые применялись в армейских радиостанциях, и добился их промышленного выпуска на заводе в Уфе. Этот факт смешно оспаривать, но на самом деле медно-закисные выпрямители впервые были созданы в США в 1927 году. Немного позже они стали выпускаться в Англии фирмой «Вестингауз», и получили название «вестектор» (акроним от «Вестингауз» и «детектор»). Там их конструкцию и попятили працувитые советские инженеры. Собственно, советский журнал «Радиофронт» в 1934 г. уже подробно описал «вестектор» и его применение в радиоприемниках, а также проговорился о том, что «вестекторы» успешно попячены в СССР и делаются в ЦРЛ в Ленинграде. А в 1936 г. этот же журнал уже описывал советский «вестектор», промышленно производящийся в Харькове, и приемники на его основе.

Но есть нюанс. Американцы и англичане производили выпрямители на закиси меди в промышленных масштабах, но не понимали, отчего вот эта хреновина выпрямляет ток:

Лашкарёв и Косогонова первыми поняли, что выпрямление происходит ВНУТРИ слоя закиси меди на некоем внутреннем граничном слое, и что на этот слой влияют примеси, внедряемые в закись меди с двух сторон. Они почти открыли p-n переход. Но увы — чуть-чуть не хватило.

И вот тут клятие пиндоси всех опередили, потому что начали плавить в гелиевой атмосфере поликристаллический кремний высокой очистки. Точечные детекторы, изготовленные из поликристаллического кремния, очищенного до 99,8 %, были достаточно стабильными. Однако оказалось, что часть из них проводила ток в одном направлении (из контакта в кристалл), часть — в другом (из кристалла в контакт), при этом полярность конкретного экземпляра можно было определить только опытным путём.

В октябре 1939 года среди заготовок для детекторов нашёлся странный образец, электрические параметры которого вели себя настолько беспорядочно, что дальнейшие измерения казались бессмысленными. Его отложили в сторону, и только в 1940 году наконец занялись его исследованием. Оказалось, что образец реагировал на свет! Браттейн догадался, что фотоэффект возникает на некоем невидимом барьере между двумя слоями кремния и что этот же барьер должен выпрямлять переменный ток. Так и оказалось. Вскоре Скафф и Ол буквально увидели этот барьер: травление азотной кислотой вскрыло видимую глазу границу между двумя слоями кремния. Скафф и Ол дали этим слоям новые названия: «кремний p-типа» (от англ. positive, положительный) и «кремний n-типа» (negative, отрицательный), в зависимости от направления тока в изготавливаемых из этих слоёв детекторах.

Барьерная зона получила название p-n-переход. И Келли немедленно засекретил ее существование. Bell Labs охотно делилась образцами кремния с американскими и британскими коллегами, но это был кремний исключительно p-типа, чтобы те ничего не поняли. Ол лично отвечал за то, чтобы кремний n-типа и pn-переходы не покидали стен компании.

Шокли высвободился из атомного проекта и узнал об открытии Ола только 24 марта 1945 года. И тут всё заверте… Шокли довольно быстро сократил число претендентов на «полупроводник» до двух материалов — кремния и германия. Всякое дерьмище вроде закиси меди или селена было отброшено — и это дало эффект.

15 или 16 декабря 1947 года Браттейн сконструировал контактный узел из пластмассовой треугольной призмы с наклеенной на неё полоской золотой фольги. Аккуратно разрезав фольгу бритвой, Браттейн получил зазор между коллектором и эмиттером шириной около 50 микрон. 16 декабря Браттейн прижал контактный узел зазором к поверхности германиевой пластины, создав первый работоспособный точечный транзистор. 23 декабря 1947 года Браттейн продемонстрировал коллегам транзисторный усилитель звуковых частот с пятнадцатикратным усилением по напряжению. На частоте 10 МГц усиление составило 20 дБ при выходной мощности 25 мВт. Это была победа.

Руководство Bell Labs, понимая важность события, усилило отдел Шокли специалистами и на время засекретило весь проект. Публика узнала об изобретении транзистора 30 июня 1948 года на открытой презентации транзистора в Нью-Йорке, приуроченной к выходу статей в Physical Review. За месяц до этого события в Bell Labs состоялось тайное голосование по выбору имени нового прибора. Отбросив слишком длинное «полупроводниковый триод» (semiconductor triode), фактически неверное «триод на поверхностных состояниях» (surface states triode) и непонятное «йотатрон» (iotatron), Bell Labs утвердила «транзистор» (transistor) — от англ. transconductance (проводимость) или transfer (передача) и varistor (варистор, управляемое сопротивление).

Так появился транзистор.

Так что теперь мы знаем, что William Bradford Shockley переводится на знакокачественный русский как Жарэс Iванавiч Алфёраў.

PS. Правда, и тут дорогу перебежали проклятые фошизды. В 1938 году сотрудники Гёттингенского университета Роберт Поль и Рудольф Хилш создали вполне рабочий твердотельный «триод», способный усиливать медленно меняющийся входной сигнал. Он работал — но, к счастью, университетские ученые не захотели доводить технологию до промышленного применения.

Потом была война, и в 1944 году немецкий физик Герберт Матаре, работавший за стенами Любежского монастыря над снижением шумов СВЧ-детекторов для радаров, изобрёл «дуодиод» — полупроводниковый выпрямитель с двумя точечными контактами на одном кристалле. При подаче на эти контакты одинакового напряжения смещения и противофазных напряжений гетеродина «дуодиод» эффективно подавлял высокочастотные шумы гетеродина. Опыты на поликристаллическом германии Генриха Велкера и кремнии Карла Зайлера показали, что эффективное шумоподавление было возможно тогда, когда оба контакта замыкались на один и тот же кристаллик полупроводника. Если расстояние между контактами не превышало 100 микрон, изменение напряжения на одном из контактов приводило к изменению тока через второй контакт!

Таким образом, фошизды открыли транзистор и получили рабочие прототипы уже в 1944 году — и только разгром Германии позволил притормозить их технологию. Причем технология попала в руки как американцев с англичанами, так и русских — но тупые пиндосы ничего не поняли, а вот працувитые русские передиральщики быстро сообразили, что к чему — и после длительных мучений выродили по немецкой технологии так называемый «точечный транзистор» на германии, притыренном в Германии. Но это было уже сильно после успехов Белл Лабс. В 1949 году Элмар Франк и Ян Тауц выпустили в Чехии партию работоспособных транзисторов из трофейного немецкого германия, используя собственный (более совершенный, чем у американцев) метод формирования контактов. В Советском Союзе А. В. Красилов и С. Г. Мадоян создали первый точечный транзистор в 1949 году, а первые промышленные образцы пошли в серию (ТС1 — ТС7) в 1953 г. Ну как в серию — в месяц делали несколько десятков транзисторов, абсолютно вручную. Брак зашкаливал, повторяемости параметров не было никакой — каждый транзистор снабжался уникальным паспортом с уникальным набором параметров. Производство плоскостных транзисторов (П1) в СССР запустили в 1955 году.

Полезность немецкой разработки заметили и французы, прибрав к себе немецких специалистов. В июне 1948 года, до обнародования изобретения Бардина и Браттейна, усовершенствованный «дуодиод», а фактически — точечный транзистор Матаре продемонстрировал стабильное усиление. Министр связи Франции Эжен Тома дал новому прибору имя «транзистрон» (фр. transistron). В мае 1949 года Матаре и Велкер объявили о начале мелкосерийного выпуска транзистронов для дальней телефонной связи, а в 1950 году уже продемонстрировали Шокли и Браттейну работу транзисторных усилителей на телефонной линии Франция-Алжир.

Впрочем, было уже поздно. Массовое производство германиевых транзисторов на выращенных переходах — первых полноценных биполярных транзисторов «по Шокли» — началось в 1951 году на Western Electric. Самой сложной операцией была контактная сварка 50-микронной золотой проволоки с 25-микронным слоем базы — для этого использовались прецизионные микроманипуляторы и специальный сплав золота с галлием. Примесь галлия, внедрявшаяся в кремний при сварке, расширяла приповерхностный p-слой базы, препятствуя короткому замыканию коллектора и эмиттера. Это был качественный скачок — параметры получаемых транзисторов были настолько стабильными, что их можно было указывать в справочниках, и использовать их в схемах без последующей индивидуальной подстройки режимов.

Где-то тут, в этой технологии, наверняка тоже спрятался Жорес Алферов. Вначале из расплава он вытягивал низкоомную коллекторную область n-типа. Затем в расплав вбрасывал таблетку акцепторной примеси, растворявшуюся в тонком поверхностном слое расплава, — так формировался слой базы толщиной от 25 до 100 микрон. Сразу после создания базы Жорес вбрасывал в расплав таблетку донорной примеси для легирования эмиттера. Полученную трёхслойную NPN-структуру он вырезал из кристалла, распиливал на продольные столбики и протравливал в кислоте для устранения поверхностных дефектов. Да, наверняка всё так и было, а злодей Морган Спаркс украл технологию и приписал ее себе за 5 лет до того, как ее украли обратно в СССР и внедрили.

Да-да, так всё и было. Ведь Жорес Алферов изобрел транзистор, он сам об этом говорил. Он, правда, в это время еще учился в институте — но то такое.

Настоящий материал самостоятельно опубликован в нашем сообществе пользователем Proper на основании действующей редакции Пользовательского Соглашения. Если вы считаете, что такая публикация нарушает ваши авторские и/или смежные права, вам необходимо сообщить об этом администрации сайта на EMAIL abuse@newru.org с указанием адреса (URL) страницы, содержащей спорный материал. Нарушение будет в кратчайшие сроки устранено, виновные наказаны.

Читайте также:

новые старые
На почту
Евгений 66 лет
Евгений 66 лет

vbRdK

Евгений 66 лет
Евгений 66 лет

Что же ты молчал когда он был жив…..

ZIL.130
ZIL.130

Хто мовчал?
Де мовчал?
Ась?

solo
solo

это алфёрофф слишком много болтал,пока был жив