Изобретение транзисторов является одним из наиболее важных открытий 20 — го века. Фактически, большинство электронных устройств, используемых в повседневной деятельности, основаны на транзисторах. От простого калькулятора до сложных систем сигнализации — этот крошечный электронный компонент внес большой вклад в электронику и электронные коммуникации.
Рассвет транзисторов
Транзисторы — это полупроводниковые устройства, которые выполняют две основные функции в электронной схеме — усилитель и переключатель. До эры транзисторов электронные лампы в основном использовались в качестве усилителя или переключателя в первой половине двадцатого века. Однако требования к высокому рабочему напряжению, высокое энергопотребление и высокое тепловыделение привели к тому, что электронные лампы со временем стали неэффективными и ненадежными. Не говоря уже о том, что эти трубки громоздкие и хрупкие, потому что корпус сделан из стекла. Чтобы решить эту дилемму, разные производители провели годы исследований в поисках подходящей замены.
Наконец, в декабре 1947 года трое физиков из Bell Laboratories успешно изобрели первый рабочий транзистор. Джон Бардин, Уолтер Браттейн и Уильям Шокли потратили годы исследований, чтобы наконец разработать рабочий точечный транзистор. В 1948 году Шокли усовершенствовал устройство, превратив его в транзистор с биполярным переходом, который широко использовался в 1950-х годах. Их изобретение было настолько важным, что Бардин, Браттейн и Шокли были удостоены известной Нобелевской премии 1956 года.
Эволюция транзисторов
Как и любое другое устройство, транзисторы претерпели несколько нововведений. Еще в конце 1950-х годов германий сыграл решающую роль в разработке транзисторов. Однако транзисторы на основе германия имеют серьезные недостатки, такие как утечка тока и непереносимость температур выше 75 ° C. Кроме того, германий редок и дорог. Это побудило исследователей Bell Labs искать лучшую альтернативу.
Гордон Тил — громкое имя в эволюции транзисторов. Американский инженер Bell Labs, Тил разработал метод производства чистых кристаллов германия, которые будут использоваться в транзисторах на основе германия. Точно так же Тил экспериментировал с кремнием в качестве возможной замены германия. В 1953 году он вернулся в Техас после того, как ему предложили должность директора по исследованиям в Texas Instruments (TI). Используя свой опыт и знания в области полупроводниковых кристаллов, он продолжил работу над очищенным кремнием как заменой германия. В апреле 1954 года Тил и его команда в TI разработали первый кремниевый транзистор, о котором было объявлено миру в мае того же года. Благодаря своим превосходным характеристикам кремний постепенно вытеснил германий в качестве полупроводника, используемого для транзисторов.
С появлением кремниевых транзисторов исследователи Bell Labs достигли еще одного прорыва, разработав транзистор, который может превзойти по характеристикам транзистор с биполярным переходом. В 1959 году Мохамед Аталла и Давон Канг изобрели полевой транзистор металл-оксид-полупроводник (MOSFET) с более низким энергопотреблением и большей плотностью, чем биполярный транзистор. Эти ценные характеристики значительно сделали полевой МОП-транзистор, который с тех пор стал самым широко производимым устройством в истории.
Преобразование компьютерных технологий
Изобретение транзисторов также было революционным в миниатюризации компьютеров. Как и в более ранних электронных устройствах, в компьютерах первого поколения в качестве переключателей и усилителей использовались электронные лампы. После появления транзисторов производители также использовали небольшие устройства для создания более эффективных компьютеров меньшего размера. В последующие годы электронные лампы были полностью заменены транзисторами, что привело к появлению второго поколения транзисторных компьютеров.
Первым компьютером, в котором использовались транзисторы, был Транзисторный компьютер Манчестерского университета. Транзисторный компьютер был построен в качестве прототипа, состоящего из транзисторов с 92 точками контакта и 550 диодов, и был полностью введен в эксплуатацию в 1953 году. В 1955 году была представлена полноразмерная версия этого компьютера с транзисторами с 200 точками контакта и 1300 диодами. Хотя в большинстве схем использовались транзисторы, это устройство не считалось полностью транзисторным компьютером, поскольку в его тактовом генераторе все еще использовались электронные лампы.
В середине 1950-х годов начали появляться похожие машины. Позже дизайн Манчестерского университета был принят компанией Metropolitan-Vickers, которая в 1956 году произвела семь машин, использующих биполярные переходные транзисторы. Однако устройство под названием Metrovick 950 не было коммерчески доступным и использовалось только внутри компании. Аналогичным образом, Bell Labs изобрела устройство TRADIC в 1954 году, но, как и в случае с транзисторным компьютером, TRADIC использовал вакуумные лампы в качестве тактовой энергии.
Компьютер управления Burroughs Atlas Mod 1-J1, построенный для ВВС США в 1955 году, был первым компьютером, полностью отказавшим от использования электронных ламп, и эта модель была первым полностью транзисторным компьютером. Массачусетский технологический институт также разработал TX-0, свой собственный транзисторный компьютер в 1956 году. Транзисторные компьютеры также начали появляться в других частях мира. Первым устройством, появившимся в Азии, стал японский ETL Mark III, выпущенный в 1956 году. DRTE, выпущенный в 1957 году, и австрийский Mailüfterl, выпущенный в 1958 году, были первыми транзисторными компьютерами в Канаде и Европе соответственно. В 1959 году Италия также выпустила свой первый транзисторный компьютер Olivetti Elea 9003 , который позже стал доступен на частном рынке.
Хотя транзисторные компьютеры появились во всем мире в 1950-х годах, они не были коммерчески доступны до 1959 года, когда General Electric выпустила General Electric 210 . Следовательно, другие производители также представили свои собственные флагманские модели транзисторных компьютеров. IBM 7070 и RCA 501 были одними из первых моделей , выпущенных, среди других. Крупномасштабные компьютеры также следовали этой тенденции. В Филко сделки модели S-1000 и S-2000 были один из первых коммерчески доступных крупномасштабных транзисторных компьютеров.
Развитие конструкции транзисторов привело к серьезным изменениям в конструкции компьютеров. Производство компьютеров на транзисторах росло со временем, поскольку технология стала доступной на рынке. В конце концов, интегральные схемы были приняты в 1960-х, уступив место третьему поколению компьютеров.
Маленький размер, большие изменения
Транзисторы стали выдающимися с момента их изобретения более 70 лет назад. Эта технология подтолкнула изобретение и развитие многих других электронных устройств. Скромный размер транзистора не скрывает его вклада в развитие технологий. Транзистор, несомненно, изменил облик электронных схем и привел к значительным изменениям в мире, особенно в компьютерных технологиях.