El transistor es el requisito previo de toda la microelectrónica moderna. Si un teléfono móvil normal utilizara tubos de rayos catódicos en lugar de transistores, el dispositivo sería del tamaño de la catedral de Colonia.
resistencia de transferencia
En vísperas de la Nochebuena de 1947, los empleados de Bell Telephone Laboratories, William Shockley, Walter Brattain y John Bardeen, demostraron a su empresa el primer transistor basado en el material semiconductor germanio. Casi al mismo tiempo, los científicos alemanes Herbert Franz Mathare y Heinrich Welker desarrollaron el llamado "transistor francés" y obtuvieron una patente para él en 1848. Ese mismo año, Robert Denk diseñó la primera radio de transistores utilizando un electrodo recubierto de óxido. Denk no patentó su invento e incluso destruyó la única copia del receptor para evitar abusos.
El silicio aseguró la victoria
Sin embargo, los científicos todavía tuvieron que trabajar duro para seleccionar el material hasta que las piezas del semiconductor pudieran cumplir los requisitos técnicos. Desde 1955, comenzó la producción en masa de transistores de silicio, que reemplazaron rápidamente a los tubos de vacío de una amplia variedad de dispositivos. La ventaja de los transistores es que son mucho más pequeños y no se calientan tanto. Ahora es posible construir computadoras que no ocupen una habitación entera. Apareció en los años 1960. Los circuitos integrados requirieron el desarrollo de transistores cada vez más pequeños, de modo que con el tiempo se encogieron mil veces y se volvieron más delgados que un cabello.
- 1925: Julius Edgar Lilienfeld creó la base teórica de los transistores, pero no logró hacerlos realidad.
- 1934: Oscar Hale inventó el transistor de efecto de campo.
- 1953: Primeros transistores en audífonos.
- 1971: Primer microprocesador: Intel 4004.
VLADIMIR GAKOV, periodista, escritor de ciencia ficción, conferencista. Graduado por el departamento de física de la Universidad Estatal de Moscú. Trabajó en un instituto de investigación. Desde 1984 en labores creativas. En 1990-1991 . – Profesor asociado, Universidad Central de Michigan. Desde 2003 imparte clases en la Academia de Economía Nacional. Autor de 8 libros y más de 1000 publicaciones.
Historia de los transistores
Petreles de la revolución del silicio
Un error ridículo llevó a un descubrimiento que le valió a sus autores el Premio Nobel.
Hace más de sesenta años, el 23 de diciembre de 1947, tres físicos estadounidenses, William Shockley, John Bardeen y Walter Brattain, demostraron a sus colegas un nuevo dispositivo: un amplificador semiconductor o transistor. Era más pequeño, más barato, más resistente y duradero que los tubos de radio y, además, consumía mucha menos energía. En una palabra, el descubrimiento se convirtió en un verdadero regalo de Navidad de los tres "Papá Noel" para la humanidad: fue con este elemento básico de los circuitos integrados que comenzó la Gran Revolución del Silicio, que condujo a la aparición de los "dispositivos personales" que son generalmente aceptado hoy en día.
Los tres recibieron un merecido Premio Nobel, y Bardeen posteriormente logró recibir el segundo, en 1972, por la creación de la teoría microscópica de la superconductividad (junto con Leon Cooper y John Schrieffer, mucho menor). El destino de William Shockley fue en general muy interesante.
Impulsor del progreso tecnológico
La historia de la invención de los amplificadores semiconductores (los transistores) fue dramática, a pesar de su fugacidad. Todo encajaba en las dos décadas de la posguerra, ¡pero había tantas cosas que no estaban allí! Aquí están los sorprendentes “vuelos” de los competidores del trío afortunado: estando literalmente a centímetros del descubrimiento, no lo vieron y pasaron de largo, incluido el Premio Nobel que brillaba sobre ellos. Los estudiantes dominaron tan bien las ideas del maestro que casi lo dejaron sin el llamado "Premio Nobel", por lo que el jefe descontento tuvo que hacer lo imposible en una semana para alcanzar a su equipo demasiado ágil. Y el propio transistor nació, como solía suceder, como resultado de un error absurdo de uno de los héroes de esta historia, agotado por una larga racha de fracasos. Y, finalmente, la no menos sorprendente “ceguera” de los medios de comunicación, que informaron sobre una de las principales revoluciones tecnológicas del siglo XX... ¡en letra pequeña en las últimas páginas!
El destino de los dos participantes en el acontecimiento histórico es dramático. Habiendo perdido interés en la mina de oro que habían descubierto, ambos tomaron otras direcciones. Pero Bardeen, como ya se mencionó, recibió el segundo Premio Nobel (había muchos en esta historia), y Shockley recibió la indignación pública y la ignorancia de toda la comunidad científica. Antes de eso, logró perder a sus mejores empleados. Tras escapar de su empresa y crear la suya propia, se hicieron ricos y se hicieron famosos como los creadores de los primeros circuitos integrados.
Esto no es un artículo: ¡es hora de escribir una novela fascinante!
Pero todo está en orden. Entonces, a mediados del siglo pasado, la cuestión de reemplazar los tubos de vacío voluminosos, caprichosos, de gran consumo de energía y de corta duración por algo más en miniatura y eficiente estaba en la agenda. Para resolver este problema se seleccionaron simultáneamente varios científicos y grupos de investigación completos.
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Aunque todo empezó incluso antes, en 1833, cuando el inglés Michael Faraday descubrió que la conductividad eléctrica del sulfuro de plata aumenta cuando se calienta. Casi un siglo después, en 1926, el compatriota de Faraday, Julius Edgar Lilienfield, recibió una patente titulada “Método y aparato para controlar las corrientes eléctricas”, que en realidad anticipaba el transistor, pero nunca lo construyó. Y tras el final de la Segunda Guerra Mundial, especialistas de la empresa de investigación Bell Telephone Laboratories, cuya sede estaba ubicada en Murray Hills (Nueva Jersey), comenzaron a estudiar las propiedades conductoras de electricidad de los materiales semiconductores.
Fue allí donde, bajo el liderazgo del destacado teórico William Shockley, se creó uno de los primeros “think tanks” de la historia de la ciencia estadounidense. Incluso antes de la guerra, Shockley intentó resolver el problema de aumentar la conductividad de los semiconductores utilizando un campo eléctrico externo. El boceto del dispositivo en el diario de trabajo del científico de 1939 recordaba mucho al actual transistor de efecto de campo, pero las pruebas terminaron en fracaso.
Al final de la guerra, muchos de los colegas de Shockley y, lo más importante, los clientes e inversores potenciales (las grandes empresas y la industria de defensa) tuvieron tiempo de creer en los semiconductores. Quedaron impresionados con los radares desarrollados durante la guerra, basados en detectores de semiconductores.
En primer lugar, Shockley invitó a su antiguo compañero de clase, el teórico John Bardeen, a Murray Hills, alejándolo de la universidad de una manera sencilla: le ofreció el doble de salario. Además de ellos dos, el grupo incluía a cinco especialistas más: un teórico, dos experimentadores, un químico físico y un ingeniero electrónico. El capitán de este equipo de científicos les planteó el mismo problema con el que luchaba antes de la guerra.
Sin embargo, el segundo intento también tuvo un resultado negativo: ni siquiera los campos externos potentes pudieron cambiar la conductividad eléctrica de las obleas de silicio semiconductoras. Es cierto que esta vez Bardeen, que trabajó en conjunto con el experimentador Walter Brattain, con quien se había hecho amigo en la universidad (donde los unía no solo el trabajo, sino también un pasatiempo común: el golf), pudo al menos explicar la motivo del fracaso.
Sin entrar en detalles técnicos, de la teoría de los llamados estados superficiales que él creó se desprende que las placas metálicas de control con las que los científicos influyeron en la muestra del semiconductor no pudieron producir el efecto deseado. Para obtener un resultado positivo, deberían haber sido reemplazados por electrodos puntiagudos (de aguja).
Amigos y colegas hicieron precisamente eso y nuevamente nada. Parecía que el asunto había llegado a un callejón sin salida, pero entonces, el completo adicto al trabajo Brattain, de quien se decía que podía girar los mandos de un osciloscopio 25 horas al día (“para tener con quién charlar”), de repente Perdió los estribos y cometió un error imperdonable para un profesional. Lo que allí conectó mal y los polos que confundió sólo puede ser comprendido y apreciado por un especialista en física, para el resto de la humanidad, el resultado de ese desafortunado error, que se ha vuelto verdaderamente dorado, es importante; Habiendo conectado el electrodo en el lugar equivocado, Brattain se sorprendió al ver un fuerte aumento en la señal de entrada: ¡el semiconductor funcionó!
Estreno fallido
El primero que apreció inmediatamente la belleza del error cometido fue Bardin. Junto con Brattain, continuó avanzando en la dirección “equivocada”, comenzando a experimentar con un cristal de germanio, que tenía mayor resistencia que el silicio. Y el 16 de diciembre de 1947, amigos demostraron al resto del grupo el primer amplificador semiconductor, más tarde llamado transistor punto-punto.
Era una barra de germanio de aspecto feo de la que sobresalían antenas-electrodos curvados. Cómo funciona exactamente, en ese momento, aparentemente, solo Bardeen lo entendió: la hipótesis que planteó en busca de la inyección (emisión) de cargas por un electrodo (emisor) y su recolección por otro electrodo (colector) fue escuchada por sus colegas en un silencio desconcertado. Los expertos entendieron que tuvieron que esperar años para confirmar la exactitud teórica de Bardeen.
La presentación oficial del nuevo dispositivo tuvo lugar una semana después, el martes previo a Navidad, 23 de diciembre, y esta fecha pasó a la historia como el día en que se descubrió el efecto transistor. Estuvo presente toda la alta dirección de Bell Telephone Laboratories, que inmediatamente apreció las montañas de oro que el nuevo invento prometía a la empresa, especialmente en radiocomunicaciones y telefonía.
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Sólo el líder del grupo, consumido por los celos, estaba de mal humor. Shockley se consideraba el autor de la idea del transistor; fue el primero en enseñar a sus afortunados estudiantes los conceptos básicos de la teoría cuántica de los semiconductores; sin embargo, ninguna oficina de patentes habría podido ver su contribución directa a la creación de los semiconductores. El primer transistor que funciona incluso con una lupa.
Fue doblemente injusto que Shockley fuera el primero en apreciar las perspectivas absolutamente fantásticas que prometía el transistor en otra área: la tecnología informática que progresa rápidamente. El Premio Nobel estaba definitivamente en el horizonte, y Shockley, poseedor de ambición y autoestima morbosa, hizo una carrera fantástica para tomar el tren que partía. En solo una semana, el científico creó la teoría de la inyección y una teoría del transistor más completa que la de Bardin: la llamada teoría de las uniones p-n. Y en la víspera de Año Nuevo, cuando mis colegas examinaban principalmente las botellas de champán sobrantes de las festividades navideñas, se me ocurrió otro tipo de transistor: un transistor plano (también llamado "sándwich").
Los heroicos esfuerzos del ambicioso Shockley no fueron en vano: ocho años después compartió el codiciado Premio Nobel con Bardeen y Brattain. Por cierto, en las celebraciones en Estocolmo, el trío completo se reunió por última vez y nunca más se volvieron a encontrar con toda su fuerza.
Seis meses después del exitoso estreno del transistor, tuvo lugar una presentación a la prensa del nuevo amplificador en la oficina de la empresa en Nueva York. Sin embargo, la reacción de los medios, contrariamente a lo esperado, resultó más que lenta. En una de las últimas páginas (46) del periódico The New York Times del 1 de julio de 1948, apareció un breve artículo en la sección "Noticias de radio", y eso es todo. Claramente, el mensaje no pretendía causar sensación global: desde finales de junio, todos los medios estadounidenses y mundiales estaban ocupados discutiendo otra noticia: el bloqueo soviético de Berlín Occidental, que comenzó una semana antes de la presentación del transistor. El invento de los tres científicos palidece en comparación con los informes sobre el “puente aéreo” con el que los estadounidenses entregaban alimentos y otros artículos de primera necesidad al sector bloqueado de Berlín.
Al principio, Bell Telephone Laboratories tuvo que distribuir licencias de transistores a todo el mundo sin negociar. La demanda era pequeña: en ese momento, los inversores, por inercia, todavía invertían enormes cantidades de dinero en tubos de radio comunes, cuya producción estaba experimentando un auge. Sin embargo, hubo personas que rápidamente reconocieron las posibilidades de los nuevos amplificadores de estado sólido, principalmente en un área inesperada: los audífonos.
Microelectrónica y macroeugenesia.
En la presentación en Nueva York estuvo presente, entre otros, otro futuro premio Nobel, el entonces ingeniero de la pequeña empresa Centralab, Jack St. Clair Kilby. Inspirado por lo que vio, inició en su empresa la producción de los primeros audífonos en miniatura del mundo que utilizan transistores. Y en mayo de 1958, Kilby se mudó a Dallas y comenzó a trabajar en Texas Instruments, que producía transistores, condensadores, resistencias y otros "cubos" a partir de los cuales se ensamblaban circuitos eléctricos.
Cuando la mayoría de los empleados se fueron de vacaciones en verano, Kilby se quedó sudando en la oficina como el chico nuevo. Entre otras cosas, tuvo que realizar trabajos rutinarios relacionados más con los negocios que con la física. Mientras analizaba el precio de la producción de semiconductores, el científico tuvo una idea brillante, fundamentalmente puramente económica. Resultó que para llevar la producción de semiconductores a un nivel de rentabilidad, la empresa debería haberse limitado únicamente a la producción de semiconductores. ¡Y todos los demás elementos activos del circuito deben fabricarse sobre la base del mismo semiconductor y ya estar conectados en una única estructura compacta como un juego infantil de Lego! Kilby descubrió exactamente cómo hacerlo.
La dirección de la empresa quedó encantada con la idea del empleado e inmediatamente le “cargó” una tarea urgente: construir un modelo piloto de un circuito hecho enteramente de semiconductores. El 28 de agosto de 1958, Kilby demostró un prototipo de disparador funcional, tras lo cual comenzó a fabricar el primer circuito integrado monolítico (oscilador de cambio de fase) sobre un cristal de germanio.
El primer microchip sencillo, del tamaño de un clip, entró en funcionamiento el 12 de septiembre y este día también pasó a la historia. Sin embargo, Jack Kilby tuvo que esperar casi medio siglo para recibir el Premio Nobel: el científico lo recibió en el último año del siglo XX, compartiendo el premio con su compatriota, originario de Alemania, Herbert Kremer y su colega ruso Zhores Alferov.
En cuanto a los destinos personales y profesionales de los tres padres del transistor, discurrieron de manera diferente. Bardeen, a quien Shockley, que estaba celoso hasta el punto de la paranoia, comenzó a "sobrescribir" abiertamente, dejó los Laboratorios Bell Telephone en 1951 y se fue a trabajar a la Universidad de Illinois en Urbana. Un incentivo adicional fue el raro salario anual de 10.000 dólares en aquellos días. Cinco años después, el profesor Bardeen, que ya se había olvidado de los semiconductores y se había pasado a los sistemas cuánticos, se enteró por la radio de que le habían concedido el Premio Nobel. Y en 1972, como ya se mencionó, recibió el segundo por la teoría microscópica de la superconductividad que creó junto con sus colaboradores Leon Cooper y John Schrieffer. El único dos veces ganador del Premio Nobel de la historia (¡en la misma categoría!) murió en 1991 a la edad de 82 años.
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Para Walter Brattain, fallecido cuatro años antes, el transistor punto-punto siguió siendo el pináculo de su carrera científica.
Pero su líder, William Shockley, incluso después de recibir el premio, trabajó activamente en diversos campos, aunque pronto abandonó los transistores. Es curioso que desde un punto de vista tecnológico y comercial, su transistor plano resultó ser más prometedor que el transistor puntual de Bardeen y Brattain: este último duró en el mercado sólo hasta finales de la década de 1950, mientras que los transistores planos todavía están disponibles. producido hoy. Y fue sobre esta base que se crearon los primeros microcircuitos.
Pero, sobre todo, Shockley se hizo famoso en un campo muy alejado de la física. Y según muchos, de la ciencia en general. A mediados de la década de 1960, inesperadamente se interesó por la eugenesia, que evoca en muchas asociaciones desagradables con superhombres arios, razas inferiores y "holas" similares del pasado reciente. Shockley desarrolló su propia modificación de la eugenesia: la disgénica. Esta teoría habla de la inevitable degradación mental de la humanidad, en la que con el tiempo la élite intelectual (personas con alto coeficiente intelectual) desaparece y su lugar lo ocupan aquellos cuya falta de inteligencia se compensa con un exceso de función reproductiva. En otras palabras, cuanto más prolíficos, más estúpidos.
Una persona sobria aún podría estar de acuerdo con la idea de la estupidez general de la humanidad, en principio. Sin embargo, Shockley añadió un elemento racial a su razonamiento, incluso entre los representantes más fértiles y estúpidos de las razas negra y amarilla, que, en su opinión, nacieron con un coeficiente intelectual más bajo que los blancos. El físico estadounidense no se detuvo ahí y, siguiendo el espíritu de las siempre memorables recetas nazis, propuso su solución final, no sólo a la cuestión judía, sino también a la cuestión negra. Para evitar que los “negros” mentalmente subdesarrollados y que se multiplican rápidamente (así como los “amarillos” y los “blancos” débiles mentales) finalmente empujen a la elite blanca altamente inteligente a los márgenes de la historia, estos últimos deberían alentar a los primeros a la esterilización voluntaria. .
El plan de Shockley, que presentó repetidamente a la Academia Estadounidense de Ciencias y agencias gubernamentales, preveía incentivos financieros para las personas con bajo coeficiente intelectual que aceptaran la esterilización voluntaria.
Uno puede imaginarse la reacción de los colegas de Shockley ante tales revelaciones. En la década de 1960, no había necesidad de hablar de total corrección política en Estados Unidos, pero el racismo absoluto ya no estaba de moda. Y cuando un profesor y premio Nobel presentó ideas similares, el resultado sólo pudo ser conmoción e indignación. Shockley estuvo completamente obstruido por la élite intelectual hasta sus últimos días (murió de cáncer en 1989).
Frikis de Silicon Valley
Mientras tanto, la historia de la invención del transistor no terminó ahí. Los círculos del acontecimiento histórico ocurrido en diciembre de 1947 divergieron durante mucho tiempo, lo que a veces condujo a resultados completamente impredecibles.
Para ser justos, al trío de premios Nobel antes mencionado en 2000 (Kilby, Kremer y Alferov) debería haberse unido el estadounidense Robert Noyce, quien creó el primer microcircuito al mismo tiempo que Kilby. Y lo más importante, independientemente de él. Sin embargo, Noyce no vivió hasta el final del siglo y, como se sabe, este premio no se otorga póstumamente.
Pero es interesante que el primer impulso a la carrera científica de Noyce lo dio el mismo Shockley, incluso antes de que finalmente "se moviera" por motivos raciales. En 1955, el futuro premio Nobel dejó Bell Telephone Laboratories y fundó su propia empresa, Shockley Semiconductor Laboratories, en el suburbio sur de San Francisco, Palo Alto, donde pasó su infancia. Así se colocó la primera piedra de los cimientos del legendario Silicon (o Silicon) Valley.
Shockley reclutó empleados jóvenes y tempranos, sin pensar en sus ambiciones ni en los límites de su paciencia: tenía un carácter repugnante y demostró no ser un líder. Menos de dos años después, el clima psicológico en la empresa se volvió explosivo y ocho de los mejores empleados, encabezados por Noyce y Gordon Moore, huyeron de él para fundar su propia empresa.
Los "ocho traidores" (como los calificó Shockley) tenían ideas brillantes más que suficientes, lo que no se puede decir del capital inicial. Amigos y socios de la empresa aún no nacida comenzaron a visitar bancos e inversores en busca de dinero. Y después de varias negativas, tropezamos felizmente con el mismo joven y ambicioso financiero Arthur Rock, cuyo punto fuerte era precisamente atraer inversiones. La historia desconoce exactamente qué "cantaron" los ingenieros técnicos al empresario, pero sea como fuere, jugó un papel verdaderamente fatídico en su futuro negocio. Y también en el destino de otras empresas de Silicon Valley, cuyos fundadores al principio no tenían ni un céntimo a su nombre, sólo ideas y proyectos brillantes.
Con la ayuda de Rock, la empresa local Fairchild Camera & Instrument acordó invertir 1,5 millones de dólares en el nuevo negocio, pero con una condición: en el futuro conservaría el derecho de comprar la empresa G8 por el doble de esa cantidad, si el negocio iba cuesta arriba. . Así nació la empresa Fairchild Semiconductor, cuyo nombre se traduce literalmente como "Semiconductor del Niño Maravilla" (en la versión alemana, niño prodigio). Y los prodigios de Palo Alto pronto se dieron a conocer.
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Noyce se consideraba un excelente holgazán. Y el principal invento de la vida lo hizo, según sus propias palabras, también por pereza. Estaba cansado de ver cómo, en la fabricación de micromódulos, primero se cortaban obleas de silicio en transistores individuales y luego se volvían a conectar entre sí formando un solo circuito. El proceso requería mucha mano de obra (todas las conexiones se soldaban a mano bajo un microscopio) y caro. Y en 1958, Noyce finalmente descubrió cómo aislar entre sí los transistores individuales en un cristal. Así nacieron los conocidos microcircuitos: placas con un laberinto gráfico de "pistas" hechas de revestimientos de aluminio, separadas entre sí por material aislante.
Al principio, los microcircuitos tuvieron dificultades para llegar al mercado. Pero a principios de la década de 1970, todo cambió drásticamente: después de que Fairchild Superconductor vendiera cierto tipo de microchip (predicho por Bardin mientras trabajaba en Bell Telephone Laboratories) por 15 millones de dólares en 1969. Dos años más tarde, las ventas de los mismos productos saltaron a 100 millones de dólares.
Sin embargo, los éxitos de los “prodigios” se vieron eclipsados por las habituales disputas por prioridades en tales casos. El hecho es que Jack Kilby solicitó una patente para el chip en febrero de 1959, y Noyce lo hizo sólo cinco meses después. Sin embargo, recibió la patente por primera vez, en abril de 1961, y Kilby, sólo tres años después. Después de esto, estalló una "guerra de prioridades" de diez años entre los competidores, que terminó en un acuerdo de conciliación: el Tribunal de Apelaciones de Estados Unidos confirmó las pretensiones de Noyce de primacía en la tecnología, pero al mismo tiempo dictaminó que Kilby era considerado el creador de el primer microcircuito en funcionamiento.
Robert Noyce no vivió para ver su legítimo Premio Nobel en 2000 exactamente diez años: a la edad de 63 años, murió en su oficina de un ataque al corazón.
Pero antes de eso, fundó otra famosa empresa con Moore. Después de abandonar su negocio establecido en Fairchild Semiconductor en 1968, los amigos decidieron nombrar su nueva creación sin ningún problema: Moore Noyce. Sin embargo, en inglés sonaba más que ambiguo, casi como más ruido ("más ruido"), y los socios optaron por un nombre más oficial, pero significativo: Electrónica Integrada. Luego, su empresa cambió de nombre varias veces y hoy en día todos los usuarios de computadoras personales ven su logotipo todos los días con su nombre actual, breve y sonoro: Intel. Que está "adentro".
Así, dos décadas después del descubrimiento de Bardeen, Brattain y Shockley, terminó la Gran Revolución del Silicio.
Solicitud
Rompe convenciones
En el caso de John Bardeen, los miembros de la Academia Sueca, por primera y hasta ahora única vez en los más de un siglo de historia de los Premios Nobel, violaron su estatuto. Una de sus cláusulas prohíbe otorgar premios dos veces a una categoría de agua. Sin embargo, celebrar el éxito de los colaboradores de Bardeen (obviamente para los miembros del comité y para toda la comunidad científica mundial) y al mismo tiempo ignorar al héroe principal de la ocasión sería simplemente indecente, y el físico estadounidense hizo una excepción. .
Claramente no había ningún deseo de sensación...
“Ayer los Laboratorios Bell Telephone demostraron por primera vez un dispositivo que inventaron llamado transistor, que en algunos casos puede usarse en el campo de la ingeniería de radio en lugar de tubos de vacío. El dispositivo se utilizó en un circuito receptor de radio que no contenía lámparas convencionales, así como en un sistema telefónico y un dispositivo de televisión. En todos los casos, el dispositivo funcionó como amplificador, aunque la empresa afirma que también puede utilizarse como generador capaz de crear y transmitir ondas de radio. El transistor, que tiene la forma de un pequeño cilindro metálico de unos 13 milímetros de largo, no se parece en nada a las lámparas normales: no tiene cavidad por la que salga el aire, ni malla, ni ánodo, ni carcasa de cristal. El transistor se enciende casi instantáneamente, sin necesidad de calentarlo, ya que no tiene filamento. Los elementos de trabajo del dispositivo son solo dos cables delgados conectados a una pieza de semiconductor del tamaño de la cabeza de un alfiler, soldada a una base de metal. Un semiconductor amplifica la corriente que se le suministra a través de un cable y el otro elimina la corriente amplificada”.
En contacto con
MINISTERIO DE EDUCACIÓN GENERAL Y PROFESIONAL
REGIÓN DE ROSTOV
INSTITUCIÓN EDUCATIVA ESTATAL DE EDUCACIÓN PROFESIONAL SECUNDARIA “NOVOCHERKASK MECHANICAL_TECHNOLOGICAL COLLEGE IM.A.D. TSYURUPY"
"HISTORIA DE LA INVENCIÓN DEL TRANSISTOR"
Introducción
1. Historia de la invención del transistor.
2. Primer transistor
3. Creación de un transistor bipolar.
4. La Guerra Fría y su impacto en la electrónica
5. Los primeros transistores soviéticos
6. Transistores de efecto de campo
7. Ámbito de aplicación del transistor.
INTRODUCCIÓN
Es difícil encontrar una rama de la ciencia y la tecnología que se haya desarrollado tan rápidamente y haya tenido un impacto tan enorme en todos los aspectos de la vida humana, en cada individuo y en la sociedad en su conjunto, como la electrónica. Como rama independiente de la ciencia y la tecnología, la electrónica se formó gracias al tubo de electrones. Primero aparecieron las radiocomunicaciones, la radiodifusión, el radar, la televisión, luego los sistemas de control electrónico, la tecnología informática, etc. Pero el tubo de electrones tiene desventajas fatales: grandes dimensiones, alto consumo de energía, mucho tiempo para entrar en modo operativo y baja confiabilidad. Como resultado, después de 2 o 3 décadas de existencia, la electrónica de tubos en muchas aplicaciones ha alcanzado el límite de sus capacidades. El tubo de vacío requería un reemplazo más compacto, económico y confiable. Y se encontró en forma de transistor semiconductor. Su creación se considera, con razón, uno de los mayores logros del pensamiento científico y técnico del siglo XX, que cambió radicalmente el mundo. Fue galardonado con el Premio Nobel de Física, otorgado en 1956 a los estadounidenses John Bardeen, Walter Brattain y William Shockley. Pero el trío Nobel tuvo predecesores en diferentes países. Y esto es comprensible. La aparición de los transistores es el resultado de muchos años de trabajo de muchos científicos y especialistas destacados que, durante las décadas anteriores, desarrollaron la ciencia de los semiconductores. Los científicos soviéticos hicieron una enorme contribución a esta causa común. La escuela de física de semiconductores del académico A.F. Ioffe: pionero de la investigación mundial en física de semiconductores. En 1931 publicó un artículo con el título profético: "Semiconductores: nuevos materiales para la electrónica". B.V. Kurchatov y V.P. Zhuze. En su trabajo "Sobre la cuestión de la conductividad eléctrica del óxido cuproso" de 1932, demostraron que la magnitud y el tipo de conductividad eléctrica están determinados por la concentración y la naturaleza de la impureza. El físico soviético Ya.N. Frenkel creó la teoría de la excitación de portadores de carga emparejados en semiconductores: electrones y huecos. En 1931, el inglés Wilson logró crear un modelo teórico de semiconductor, al mismo tiempo que formulaba las bases de la "teoría de bandas de los semiconductores". En 1938, Mott en Inglaterra, B. Davydov en la URSS y Walter Schottky en Alemania propusieron de forma independiente la teoría de la acción rectificadora de un contacto metal-semiconductor. En 1939, B. Davydov publicó el trabajo "Teoría de la difusión de la rectificación en semiconductores". En 1941, V. E. Lashkarev publicó el artículo "Estudio de las capas de barrera mediante el método de sonda térmica" y, en coautoría con K. M. Kosonogova, el artículo "La influencia de las impurezas en el efecto fotoeléctrico de la válvula en el óxido cuproso". Describió la física de la "capa barrera" en la interfaz cobre-óxido cuproso, más tarde llamada unión "p-n". En 1946, V. Loshkarev descubrió la difusión bipolar de portadores de corriente en desequilibrio en semiconductores. También descubrió el mecanismo de inyección, el fenómeno más importante a partir del cual funcionan los diodos semiconductores y los transistores. I.V Kurchatov, Yu.M Kushnir, L.D. Landau, V.M. Tuchkevich, Zh.I. Alferov y otros hicieron una gran contribución al estudio de las propiedades de los semiconductores. los fundamentos teóricos de la creación de transistores se han elaborado con suficiente profundidad como para comenzar el trabajo práctico.
1. HISTORIA DE LA INVENCIÓN DEL TRANSISTOR
El primer intento conocido de crear un amplificador de cristal en Estados Unidos fue realizado por el físico alemán Julius Lilienfeld, quien lo patentó en 1930, 1932 y 1933. Tres variantes de amplificador a base de sulfuro de cobre. En 1935, el científico alemán Oskar Heil recibió una patente británica para un amplificador a base de pentóxido de vanadio. En 1938, el físico alemán Pohl creó un ejemplo funcional de un amplificador de cristal basado en un cristal de bromuro de potasio calentado. En los años anteriores a la guerra, se emitieron varias patentes similares en Alemania e Inglaterra. Estos amplificadores pueden considerarse el prototipo de los transistores de efecto de campo modernos. Sin embargo, no fue posible construir dispositivos operativos estables, porque En aquella época aún no existían suficientes materiales puros y tecnologías para su procesamiento. En la primera mitad de los años treinta, dos radioaficionados fabricaron triodos puntuales: el canadiense Larry Kaiser y el colegial neozelandés de trece años Robert Adams. En junio de 1948 (antes de que se presentara el transistor), los físicos alemanes Robert Pohl y Rudolf Hilsch, que entonces vivían en Francia, hicieron su propia versión de un triodo de germanio de tipo puntual, al que llamaron transitrón. A principios de 1949 se organizó la producción de transitrones; se utilizaban en equipos telefónicos y funcionaban mejor y durante más tiempo que los transistores estadounidenses. En Rusia, en los años 20, en Nizhny Novgorod, O.V. Losev observó un efecto transistor en un sistema de tres o cuatro contactos sobre una superficie de silicio y corborundo. A mediados de 1939 escribió: “...con semiconductores se puede construir un sistema de tres electrodos similar a un triodo”, pero se dejó llevar por el efecto LED que descubrió y no implementó esta idea. Muchos caminos condujeron al transistor.
Los ejemplos de proyectos y muestras de transistores descritos anteriormente fueron el resultado de arrebatos de pensamiento locales de personas talentosas o afortunadas, que no contaron con suficiente apoyo económico y organizativo y no desempeñaron un papel serio en el desarrollo de la electrónica. J. Bardeen, W. Brattain y W. Shockley se encontraron en mejores condiciones. Trabajaron en el único programa intencionado a largo plazo (más de 5 años) del mundo con suficiente apoyo financiero y material en Bell Telephone Laboratories, entonces uno de los más poderosos y con mayor conocimiento de los EE. UU. Su trabajo comenzó en la segunda mitad de los años treinta, el trabajo estuvo dirigido por Joseph Becker, quien atrajo al teórico altamente calificado W. Shockley y al brillante experimentador W. Brattain. En 1939, Shockley propuso la idea de cambiar la conductividad de una delgada oblea de semiconductor (óxido de cobre) aplicándole un campo eléctrico externo. Era algo que recordaba tanto a la patente de Yu Lilienfeld como al transistor de efecto de campo que luego se fabricó y se generalizó. En 1940, Shockley y Brattain tomaron la afortunada decisión de limitar su investigación a los elementos simples germanio y silicio. Sin embargo, todos los intentos de construir un amplificador de estado sólido fracasaron y después de Pearl Harbor (el comienzo práctico de la Segunda Guerra Mundial para los Estados Unidos) fueron archivados. Shockley y Brattain fueron enviados a un centro de investigación que trabajaba con radar. En 1945, ambos regresaron a los Laboratorios Bell. Allí, bajo el liderazgo de Shockley, se creó un fuerte equipo de físicos, químicos e ingenieros para trabajar en dispositivos de estado sólido. Incluía a W. Brattain y al físico teórico J. Bardeen. Shockley orientó al grupo hacia la implementación de su idea de antes de la guerra. Pero el dispositivo se negó obstinadamente a funcionar, y Shockley, después de haber dado instrucciones a Bardeen y Brattain para que lo llevaran a cabo, prácticamente evitó el tema. Dos años de arduo trabajo sólo produjeron resultados negativos. Bardeen sugirió que el exceso de electrones se depositaba firmemente en las regiones cercanas a la superficie y protegía el campo externo. Esta hipótesis impulsó nuevas acciones. El electrodo de control plano se reemplazó por una punta, tratando de influir localmente en la delgada capa superficial del semiconductor.
Un día, Brattain accidentalmente acercó dos electrodos en forma de aguja en la superficie del germanio, y también mezcló la polaridad de los voltajes de suministro, y de repente notó la influencia de la corriente de un electrodo sobre la corriente del otro. Bardin inmediatamente apreció el error. Y el 16 de diciembre de 1947 lanzaron al mercado un amplificador de estado sólido, considerado el primer transistor del mundo. Fue diseñado de manera muy simple: una placa de germanio yacía sobre un sustrato-electrodo de metal, contra el cual descansaban dos contactos muy espaciados (10-15 micrones). Estos contactos se hicieron originalmente. Un cuchillo de plástico triangular envuelto en papel de oro, cortado por la mitad con una navaja en el vértice del triángulo. El triángulo se presionó contra la placa de germanio con un resorte especial hecho de un clip curvo. Una semana después, el 23 de diciembre de 1947, el dispositivo fue demostrado a la dirección de la empresa, este día se considera la fecha de nacimiento del transistor. Todos quedaron contentos con el resultado, excepto Shockley: resultó que él, que fue el primero en concebir un amplificador de semiconductores, dirigió un grupo de especialistas y les dio una conferencia sobre la teoría cuántica de los semiconductores, no participó en su creación. Y el transistor no resultó como Shockley pretendía: bipolar, no de efecto de campo. Por tanto, no podía reclamar la coautoría de la patente “estrella”. El dispositivo funcionó, pero este diseño aparentemente extraño no pudo mostrarse al público en general. Hicimos varios transistores en forma de cilindros metálicos con un diámetro de unos 13 mm. y les montó un receptor de radio "sin cámara". El 30 de junio de 1948 tuvo lugar en Nueva York la presentación oficial de un nuevo dispositivo: un transistor (del inglés Transver Resistor - transformador de resistencia). Pero los expertos no apreciaron de inmediato sus capacidades. Los expertos del Pentágono “condenaron” el uso del transistor únicamente en audífonos para personas mayores. Entonces la miopía de los militares salvó al transistor de ser clasificado. La presentación pasó casi desapercibida; sólo aparecieron un par de párrafos sobre el transistor en la página 46 del New York Times en la sección “Noticias de radio”. Así apareció en el mundo uno de los mayores descubrimientos del siglo XX. Incluso los fabricantes de tubos de vacío, que habían invertido muchos millones en sus fábricas, no vieron una amenaza en la aparición del transistor. Posteriormente, en julio de 1948, apareció información sobre este invento en The Physical Review. Pero solo después de un tiempo los expertos se dieron cuenta de que había ocurrido un evento grandioso que determinó el mayor desarrollo del progreso en el mundo. Bell Labs inmediatamente presentó una patente para este invento revolucionario, pero hubo muchos problemas con la tecnología. Los primeros transistores, que salieron a la venta en 1948, no inspiraban optimismo: tan pronto como los sacudías, la ganancia cambiaba varias veces y, cuando se calentaban, dejaban de funcionar por completo. Pero no tenían igual en tamaño miniatura. ¡Se podrían colocar dispositivos para personas con discapacidad auditiva en las monturas de las gafas! Al darse cuenta de que era poco probable que pudiera hacer frente a todos los problemas tecnológicos por sí solo, Bell Labs decidió dar un paso inusual. A principios de 1952, anunció que otorgaría licencia completa sobre los derechos de fabricación del transistor a cualquier empresa dispuesta a pagar la modesta suma de 25.000 dólares en lugar de los derechos de patente habituales, y ofreció cursos de formación en tecnología de transistores, ayudando a difundir la tecnología en todo el mundo. el mundo. La importancia de este dispositivo en miniatura se hizo cada vez más clara. El transistor resultó atractivo por las siguientes razones: era barato, en miniatura, duradero, consumía poca energía y se encendía instantáneamente (las lámparas tardaron mucho en calentarse). En 1953, apareció en el mercado el primer producto transistorizado comercial: un audífono (el pionero en esta materia fue John Kilby de Centralab, quien unos años más tarde fabricaría el primer chip semiconductor del mundo), y en octubre de 1954, el primer transistor. radio, Regency TR1, usaba solo cuatro transistores de germanio. La industria de la tecnología informática inmediatamente comenzó a dominar nuevos dispositivos, siendo el primero IBM. La disponibilidad de tecnología ha dado sus frutos: el mundo empezó a cambiar rápidamente.
3. CREACIÓN DE UN TRANSISTOR BIPOLAR
Para el ambicioso W. Shockley, lo sucedido provocó una oleada volcánica de su energía creativa. Aunque J. Bardeen y W. Brattain no recibieron accidentalmente un transistor de efecto de campo, como había planeado Shockley, sino uno bipolar, rápidamente se dio cuenta de lo que había hecho. Shockley recordó más tarde su "Semana Santa", durante la cual creó la teoría de la inyección, y en la víspera de Año Nuevo inventó un transistor bipolar plano sin agujas exóticas. Para crear algo nuevo, Shockley echó una nueva mirada a lo que se conocía desde hacía mucho tiempo: los diodos semiconductores puntuales y planos, la física del funcionamiento de una unión plana "p - n", que se presta fácilmente al análisis teórico. Dado que un transistor punto-punto consta de dos diodos muy cercanos, Shockley realizó un estudio teórico de un par de diodos planos igualmente cercanos y creó las bases de la teoría de un transistor bipolar plano en un cristal semiconductor que contiene dos uniones "p - n". . Los transistores planos tienen una serie de ventajas sobre los transistores puntuales: son más accesibles al análisis teórico, tienen un nivel de ruido más bajo, proporcionan mayor potencia y, lo más importante, una mayor repetibilidad de parámetros y confiabilidad. Pero, quizás, su principal ventaja fue la tecnología fácilmente automatizada, que eliminó las complejas operaciones de fabricación, instalación y posicionamiento de agujas con resorte, y también aseguró una mayor miniaturización de los dispositivos. El 30 de junio de 1948, en la oficina de Bell Labs en Nueva York, se demostró por primera vez el invento a la dirección de la empresa. Pero resultó que crear un transistor plano producido en masa es mucho más difícil que uno de tipo puntual. El transistor Brattain y Bardeen es un dispositivo extremadamente simple. Su único componente semiconductor era un trozo de germanio relativamente puro y entonces bastante accesible. Pero la técnica de dopar semiconductores de finales de los años cuarenta, necesaria para la fabricación de un transistor plano, estaba todavía en su infancia, por lo que la producción de un transistor Shockley producido en serie sólo fue posible en 1951. En 1954, los Laboratorios Bell desarrollaron los procesos de oxidación, fotolitografía y difusión, que durante muchos años se han convertido en la base de la producción de dispositivos semiconductores.
El transistor puntual de Bardeen y Brattain es sin duda un gran avance en comparación con los tubos de vacío. Pero no se convirtió en la base de la microelectrónica; su vida fue corta, unos 10 años. Shockley comprendió rápidamente lo que habían hecho sus colegas y creó una versión plana del transistor bipolar, que todavía está vivo hoy y durará mientras exista la microelectrónica. Recibió una patente en 1951. Y en 1952, W. Shockley creó un transistor de efecto de campo, que también patentó. Por eso se ganó honestamente su participación en el Premio Nobel.
El número de fabricantes de transistores creció como una bola de nieve. Bell Labs, Shockley Semiconductor, Fairchild Semiconductor, Western Electric, GSI (desde diciembre de 1951 Texas Instruments), Motorola, Tokyo Cousin (desde 1958 Sony), NEC y muchos otros.
En 1950, GSI desarrolló el primer transistor de silicio y, en 1954, tras transformarse en Texas Instruments, comenzó su producción en masa.
4. LA GUERRA FRÍA Y SU IMPACTO EN LA ELECTRÓNICA
Después del final de la Segunda Guerra Mundial, el mundo se dividió en dos bandos hostiles. En 1950-1953 Esta confrontación resultó en un conflicto militar directo: la Guerra de Corea. De hecho, fue una guerra por poderes entre Estados Unidos y la URSS. Al mismo tiempo, Estados Unidos se estaba preparando para una guerra directa con la URSS. En 1949, Estados Unidos desarrolló el plan ahora publicado “Operación Dropshot”, en realidad un plan para la Tercera Guerra Mundial, una guerra termonuclear. El plan preveía un ataque directo a la URSS el 1 de enero de 1957. En un mes estaba previsto lanzar sobre nuestras cabezas 300 bombas atómicas de 50 kilotones y 200.000 bombas convencionales. Para lograrlo, el plan incluía el desarrollo de misiles balísticos especiales, submarinos nucleares, portaaviones y mucho más. Así comenzó una carrera armamentista sin precedentes desatada por Estados Unidos, que continuó durante la segunda mitad del siglo pasado y continúa, de manera no tan demostrable, incluso ahora. En estas condiciones, nuestro país, que soportó una guerra de cuatro años sin precedentes moral y económicamente y logró la victoria a costa de enormes esfuerzos y sacrificios, enfrentó nuevos problemas gigantescos para garantizar su propia seguridad y la de sus aliados. Era necesario urgentemente, separando los recursos de la gente hambrienta y cansada de la guerra, crear los últimos tipos de armas y mantener un ejército enorme en constante preparación para el combate. Así se crearon las bombas atómicas y de hidrógeno, los misiles intercontinentales, el sistema de defensa antimisiles y mucho más. Nuestros éxitos en garantizar la capacidad de defensa del país y la posibilidad real de recibir un aplastante ataque de represalia obligaron a Estados Unidos a abandonar la implementación del plan Dropshot y otros similares. Una de las consecuencias de la Guerra Fría fue el casi completo aislamiento económico e informativo de los bandos opuestos. Los vínculos económicos y científicos eran muy débiles y en el ámbito de las industrias estratégicamente importantes y las nuevas tecnologías estaban prácticamente ausentes. Se clasificaron importantes descubrimientos, invenciones y nuevos desarrollos en cualquier campo del conocimiento que pudieran usarse en tecnología militar o contribuir al desarrollo económico. Se prohibió el suministro de tecnologías, equipos y productos avanzados. Como resultado, la ciencia y la industria soviéticas de semiconductores se desarrollaron en condiciones de aislamiento casi total, un bloqueo virtual de todo lo que se hacía en esta área en Estados Unidos, Europa occidental y luego Japón. También cabe señalar que la ciencia y la industria soviéticas ocupaban entonces en muchas áreas una posición de liderazgo en el mundo. Nuestros combatientes en la Guerra de Corea eran mejores que los estadounidenses, nuestros misiles eran los más poderosos, en el espacio en esos años estábamos por delante del resto, la primera computadora del mundo con una capacidad de más de 1 millón de operaciones fue nuestra, hicimos una bomba de hidrógeno antes que Estados Unidos, un balístico Nuestro sistema de defensa antimisiles fue el primero en derribar el misil, etc. Quedarse atrás en electrónica significaba hacer retroceder todas las demás ramas de la ciencia y la tecnología. En la URSS se comprendía bien la importancia de la tecnología de semiconductores, pero las formas y métodos de su desarrollo eran diferentes a los de los Estados Unidos. Los dirigentes del país se dieron cuenta de que la confrontación en la Guerra Fría podría lograrse mediante el desarrollo de sistemas de defensa controlados por dispositivos electrónicos fiables y de pequeño tamaño. En 1959 se fundaron fábricas de dispositivos semiconductores como Aleksandrovsky, Bryansk, Voronezh, Rizhsky, etc. En enero de 1961, la Resolución del Comité Central del PCUS y del Consejo de Ministros de la URSS “Sobre el desarrollo de semiconductores”. "Industria industrial", que preveía la construcción de fábricas e institutos de investigación en Kiev, Minsk, Ereván, Nalchik y otras ciudades. Además, la base para la creación de las primeras empresas de la industria de semiconductores fueron locales completamente inadecuados para estos fines (los edificios de una escuela técnica comercial en Riga, la Escuela del Partido Soviético en Novgorod, una fábrica de pasta en Bryansk, una fábrica de ropa en Voronezh, un taller en Zaporozhye, etc.). Pero volvamos a lo básico.
5. PRIMEROS TRANSISTORES SOVIÉTICOS
En los años que precedieron a la invención del transistor, se lograron avances significativos en la creación de detectores de germanio y silicio en la URSS. En estos trabajos se utilizó una técnica original para estudiar la región de casi contacto introduciendo en ella una aguja adicional, como resultado de lo cual se creó una configuración que replicaba exactamente un transistor punto-punto. A veces, las mediciones revelaban características de los transistores (la influencia de una unión "p-n" sobre otra cercana), pero se descartaban como anomalías aleatorias y sin interés. Nuestros investigadores eran inferiores en algunos aspectos a los especialistas estadounidenses; sólo les faltaba una cosa: concentrarse en el transistor, y el gran descubrimiento se les escapó de las manos. Desde 1947, se ha trabajado intensamente en el campo de los amplificadores semiconductores en el Instituto Central de Investigación-108 (laboratorio S. G. Kalashnikov) y en el Instituto de Investigación-160 (Instituto de Investigación “Istok”, Fryazino, laboratorio de A. V. Krasilov). En 1948, el grupo de A.V. Krasilov, que desarrolló diodos de germanio para estaciones de radar, también obtuvo el efecto transistor y trató de explicarlo. Sobre esto, en la revista "Bulletin of Information" en diciembre de 1948, publicaron el artículo "Triodo cristalino", la primera publicación en la URSS sobre transistores. Recordemos que la primera publicación sobre el transistor en Estados Unidos en la revista “The Physical Review” tuvo lugar en julio de 1948, es decir. Los resultados del trabajo del grupo de Krasilov fueron independientes y casi simultáneos. Así, se preparó la base científica y experimental en la URSS para la creación de un triodo semiconductor (el término "transistor" se introdujo en el idioma ruso a mediados de los años 60) y ya en 1949, se desarrolló el laboratorio de A. V. Krasilov y transfirió a la producción en masa los primeros triodos de germanio puntuales soviéticos C1 - C4. En 1950, se desarrollaron muestras de triodos de germanio en el Instituto de Física Lebedev (B.M. Vul, A.V. Rzhanov, V.S. Vavilov, etc.), en el Instituto de Física de Leningrado (V.M. Tuchkevich, D.N. Nasledov) y en IRE AS URSS (S.G. Kalashnikov, N.A. Peñín, etc.).
En mayo de 1953, se formó un instituto de investigación especializado (NII-35, más tarde Instituto de Investigación Pulsar) y se creó el Consejo Interdepartamental de Semiconductores. En 1955, comenzó la producción industrial de transistores en la planta de Svetlana en Leningrado, y en la planta se creó una OKB para el desarrollo de dispositivos semiconductores. En 1956, el NII-311 de Moscú con una planta piloto pasó a llamarse Instituto de Investigación Científica Sapphire con la planta Optron y se centró nuevamente en el desarrollo de diodos semiconductores y tiristores. Durante los años 50 se desarrollaron en el país una serie de nuevas tecnologías para la fabricación de transistores planos: aleación, aleación-difusión, mesa-difusión. La industria de semiconductores de la URSS se desarrolló con bastante rapidez: en 1955 se produjeron 96.000 unidades, en 1957 2,7 millones y en 1966 más de 11 millones de transistores. Y eso fue solo el principio.
6. TRANSISTORES DE CAMPO
El primer transistor de efecto de campo se patentó en Estados Unidos en 1926/30, 1928/32. y 1928/33 Lilienfeld es la autora de estas patentes. Nació en 1882 en Polonia. De 1910 a 1926 fue profesor en la Universidad de Leipzig. En 1926 emigró a los Estados Unidos y solicitó una patente. Los transistores propuestos por Lilienfeld no se pusieron en producción. La característica más importante del invento de Lilienfeld es que entendió el funcionamiento del transistor según el principio de modulación de la conductividad basada en la electrostática. La especificación de la patente establece que la conductividad de una región delgada del canal semiconductor es modulada por la señal de entrada enviada a la puerta a través de un transformador de entrada. En 1935, el inventor alemán O. Heil recibió en Inglaterra una patente para un transistor de efecto de campo.
El diagrama de la patente se muestra en la Fig. Dónde:
El electrodo de control (1) actúa como compuerta, el electrodo (3) actúa como drenaje y el electrodo (4) actúa como fuente. Aplicando una señal alterna a una compuerta situada muy cerca del conductor, obtenemos un cambio en la resistencia del semiconductor (2) entre drenaje y fuente. A bajas frecuencias, se puede observar que la aguja del amperímetro (7) oscila. Esta invención es un prototipo de un transistor de efecto de campo de puerta aislada. La siguiente ola de invenciones de transistores se produjo en 1939, cuando, después de tres años de investigación sobre un amplificador de estado sólido en BTL (Bell Telephone Laboratories), Shockley fue invitado a unirse a la investigación de Brattain sobre un rectificador de óxido de cobre. El trabajo fue interrumpido por la Segunda Guerra Mundial, pero antes de partir hacia el frente, Shockley propuso dos transistores. Investigación de transistores
Los transistores bipolares son dispositivos semiconductores con una gran cantidad de capas de diferentes tipos de conductividad eléctrica, ubicadas en diferentes combinaciones. Considere un transistor bipolar.
El principio de funcionamiento de un transistor bipolar es que 2 uniones pn están ubicadas tan cerca entre sí que se influyen entre sí, como resultado de lo cual amplifican las señales eléctricas.
Así, en la Fig. Se representan tres capas: con conductividad electrónica y fuerte, lo que significa más, el emisor, agujero, la base, y nuevamente electrónica, pero más ligeramente dopada (la concentración de electrones es la más baja), el colector. Espesor de la base, es decir la distancia entre dos uniones pn, igual a Lb, es muy pequeña. Debe ser menor que la longitud de difusión de los electrones en la base. Esto es desde unidades hasta decenas de micrones. El espesor de la base no debe ser superior a unas pocas micras. (El grosor de un cabello humano es de 20 a 50 micrones. Tenga en cuenta también que esto está cerca del límite de resolución del ojo humano, ya que no podemos ver nada más pequeño que la longitud de onda de la luz, es decir, aproximadamente 0,5 micrones). Todos los demás tamaños de transistores no superan aproximadamente 1 mm.
Se aplica un voltaje externo a las capas de modo que la unión pn del emisor esté polarizada directamente y una gran corriente fluya a través de ella, y la unión pn del colector esté polarizada en la dirección opuesta, de modo que no fluya corriente a través de ella. Sin embargo, debido al hecho de que las uniones p-n están ubicadas cerca, se influyen entre sí y la imagen cambia: la corriente de electrones que pasa desde la unión p-n del emisor fluye más lejos, llega a la unión p-n del colector y por el campo eléctrico de este último Los electrones son atraídos hacia el colector. Como resultado, en buenos transistores, casi toda la corriente del colector es igual a la corriente del emisor. Las pérdidas actuales son muy insignificantes: porcentajes e incluso fracciones de porcentaje.
Como puede ver, la imagen esquemática no se parece en nada a su diseño real. Pero así son las cosas. El círculo simboliza el cuerpo del transistor. El índice "b" denota el contacto con la base, "k" denota el contacto con la región del colector y "e" con la región del emisor. La dirección de la flecha en el contacto del emisor determina el tipo de transistor (p-p-p o p-p-p).
Circuito base común: obtenga un<1
Vemos que se aplica una polarización directa a la unión pn del emisor: más al contacto de la base y menos al contacto del emisor. Se aplica una polarización inversa a la unión pn del colector. En este caso, un buen transistor tiene una corriente de colector que es sólo ligeramente menor que la corriente del emisor.
Circuito emisor común
En este caso, se suministran voltajes del mismo signo a la base y al emisor, pero no más de 0,7 V a la base y 5...15 V al colector. Factor de ganancia b>1.
7. ÁREA DE APLICACIÓN DEL TRANSISTOR
Los primeros transistores producidos por la industria nacional fueron transistores punto-punto, que estaban destinados a amplificar y generar oscilaciones con una frecuencia de hasta 5 MHz. Durante la producción de los primeros transistores del mundo, se desarrollaron procesos tecnológicos individuales y se desarrollaron métodos para monitorear parámetros. La experiencia acumulada nos permitió pasar a la producción de dispositivos más avanzados que ya podían funcionar en frecuencias de hasta 10 MHz. Más tarde, los transistores puntuales fueron reemplazados por transistores planos, que tienen propiedades eléctricas y de rendimiento más altas. Los primeros transistores de tipo P1 y P2 estaban destinados a amplificar y generar oscilaciones eléctricas con una frecuencia de hasta 100 kHz.
Luego aparecieron los transistores de baja frecuencia P3 y P4 más potentes, cuyo uso en amplificadores de 2 ciclos permitió obtener una potencia de salida de hasta varias decenas de vatios. A medida que se desarrolló la industria de los semiconductores, se desarrollaron nuevos tipos de transistores, incluidos el P5 y el P6, que tenían características mejoradas en comparación con sus predecesores.
Con el paso del tiempo, se dominaron nuevos métodos de fabricación de transistores y los transistores P1 - P6 ya no cumplían con los requisitos actuales y fueron descontinuados. En su lugar, aparecieron transistores de los tipos P13 - P16, P201 - P203, que también pertenecían a bajas frecuencias que no excedían los 100 kHz. Un límite de frecuencia tan bajo se explica por el método de fabricación de estos transistores, realizado mediante el método de fusión.
Por lo tanto, los transistores P1 - P6, P13 - P16, P201 - P203 se denominan aleación. Los transistores capaces de generar y amplificar oscilaciones eléctricas con una frecuencia de decenas y cientos de MHz aparecieron mucho más tarde: eran transistores del tipo P401 - P403, que marcaron el comienzo del uso de un nuevo método de difusión para la fabricación de dispositivos semiconductores. Estos transistores se denominan transistores de difusión. Un mayor desarrollo siguió el camino de mejorar los transistores tanto de aleación como de difusión, así como la creación y desarrollo de nuevos métodos para su fabricación.
Con la llegada de los transistores de efecto de campo bipolares, comenzaron a hacerse realidad ideas para el desarrollo de computadoras de pequeño tamaño. Sobre esta base, comenzaron a crear sistemas electrónicos a bordo para tecnología aeronáutica y espacial.
En el circuito OE, la señal de entrada se suministra a la base y la señal de salida se toma del colector. El circuito y las características de salida se muestran en la Fig. 1. Se puede ver que el circuito se ha vuelto muy complejo. Sin embargo, lo principal aquí es la resistencia Rк, que determina la ganancia de voltaje y que varía desde unidades de kOhm a MOhm (cuanto mayor sea esta resistencia, mayor será la ganancia). Todos los demás elementos son más o menos convencionales. En primer lugar, Re es necesario para la estabilización térmica del transistor. Esto se hace a través de la retroalimentación de DC, que discutiremos más adelante.
Se es un condensador que pasa por alto esta resistencia a frecuencias de funcionamiento, de modo que no hay resistencia con una señal alterna. Este condensador tiene varios microfaradios. Suele ser un condensador electrolítico.
Ср – condensadores de aislamiento que separan el componente CC de la señal en la entrada y salida del circuito de las señales externas. Por lo general, se trata de varios microfaradios.
Rb2 es una resistencia prácticamente innecesaria; simplemente se instala para evitar que el transistor se queme. Su valor debe ser grande, ya que es paralelo a la entrada y puede cortocircuitarla. Por lo general, es de 1 o varios kiloohmios, ya que la resistencia de entrada del transistor es baja.
Rн es la resistencia de carga, es mejor si es grande, ya que está conectado en paralelo a la salida del transistor, y si es pequeña, la señal de salida caerá.
Uin es la señal en la entrada del transistor. Como puede ver, hay muchas partes diferentes en la entrada: resistencias y condensadores. Pero a las frecuencias de funcionamiento, la resistencia de los condensadores es pequeña y transmiten bien las señales. Y dos resistencias en paralelo Rb1 y Rb2 son bastante grandes en comparación con la resistencia de entrada del transistor. Por lo tanto, solo tenemos en cuenta esta resistencia de entrada. Normalmente, la resistencia real del transistor se indica en letras minúsculas.
Sobre la contribución de los científicos soviéticos y rusos al desarrollo de transistores semiconductores
Al inaugurar el Foro de Desarrolladores Intel (IDF) de otoño en San Francisco (www.pcweek.ru/themes/detail.php?ID=102444), el vicepresidente senior y director general del Digital Enterprise Group de la corporación, Patrick Gelsinger, señaló que 2007- El aniversario se convirtió no sólo en un aniversario para Intel (que celebró el décimo aniversario de IDF), sino también para toda la industria de semiconductores: como reconoce la comunidad internacional, hace 60 años los estadounidenses W. Shockley, W. Brattain y J. Bardeen inventaron El primer transistor. Mientras tanto, los científicos e ingenieros rusos tienen algo de qué enorgullecerse en este ámbito.
No es fácil decir cuándo y dónde comenzó exactamente el “camino hacia el transistor”. Su creación específica fue precedida por un largo y muy intenso período de investigación en el campo de la electrónica, experimentos científicos y desarrollo en muchos países. Por supuesto, la URSS no fue la excepción. Los trabajos del físico A.G. Stoletov en el campo del efecto fotoeléctrico y de A.S. Popov sobre la creación de dispositivos de transmisión de radio a finales del siglo XIX pueden considerarse el comienzo del desarrollo nacional en esta dirección. El desarrollo de la electrónica en la época soviética fue estimulado por el rápido progreso de la tecnología de radio en los años veinte, en el que jugó un papel importante el desarrollo de tubos de radio superpoderosos (para esa época), disparadores de tubos y otros elementos llevados a cabo por M. A. Bonch-Bruevich. Uno de los factores que determinó el rápido desarrollo de esta área fue el auge general de la ciencia y la educación en el país.
Los historiadores de la ciencia saben que el nivel de investigación y desarrollo soviético en toda la gama de cuestiones electrónicas a menudo superó el nivel mundial y nunca cayó por debajo de él. Esto se debió al carácter “explosivo” del progreso científico en la URSS y al hecho de que el desarrollo de la ciencia en muchos países occidentales se vio afectado muy negativamente por el período de la depresión de posguerra (1914-1918), y más tarde por la Grave crisis económica de 1929-1934.
Uno de los primeros problemas que interesó a los experimentadores fue la conductividad unidireccional en el punto de contacto entre un resorte metálico y cristales semiconductores: era necesario comprender las razones de este fenómeno.
El ingeniero radiofísico soviético O. V. Losev, que experimentó en 1922 con equipos de baja corriente (que funcionan a voltajes de hasta 4 V), descubrió el fenómeno de la aparición de oscilaciones electromagnéticas y el efecto de su amplificación en un detector de cristal semiconductor. Descubrió una sección descendente de la característica corriente-voltaje del cristal y fue el primero en construir un detector generador, es decir, un receptor detector capaz de amplificar las oscilaciones electromagnéticas. Losev basó su dispositivo en un par de contactos formado por una punta de metal y un cristal de zincita (óxido de zinc), al que se aplicó un pequeño voltaje. El dispositivo de Losev pasó a la historia de la electrónica de semiconductores como “cristadina”. Es de destacar que la investigación continua en esta dirección condujo a la creación en 1958 de los diodos de túnel, que encontraron aplicación en la tecnología informática en los años 60 del siglo XX. Losev fue el primero en descubrir un nuevo fenómeno: el brillo de los cristales de carborundo cuando la corriente pasa a través de un punto de contacto. El científico explicó este fenómeno por la existencia de una cierta "capa activa" en el contacto de detección (más tarde llamada unión p-n, de p - positivo, n - negativo).
En 1926, el físico soviético Ya. I. Frenkel propuso una hipótesis sobre defectos en la estructura cristalina de los semiconductores, llamados "espacios vacíos" o, más comúnmente, "agujeros", que podían moverse alrededor del cristal. En la década de 1930, el académico A.F. Ioffe inició experimentos con semiconductores en el Instituto de Ingeniería Física de Leningrado.
En 1938, el académico ucraniano B.I. Davydov y sus colaboradores propusieron una teoría de difusión para la rectificación de corriente alterna utilizando detectores de cristal, según la cual tiene lugar en el límite entre dos capas de conductores con pag- Y norte- conductividad. Esta teoría fue confirmada y desarrollada aún más en la investigación de V. E. Lashkarev, realizada en Kiev en 1939-1941. Descubrió que a ambos lados de la "capa barrera" ubicada paralela a la interfaz cobre-óxido de cobre, hay portadores de corriente de signos opuestos (el fenómeno de la unión pn), y también que la introducción de impurezas en los semiconductores aumenta drásticamente su capacidad para conducir corriente eléctrica. Lashkarev también descubrió el mecanismo de inyección (transferencia de portadores de corriente), un fenómeno que forma la base del funcionamiento de diodos semiconductores y transistores.
Su trabajo fue interrumpido por el estallido de la guerra, pero después de que terminó, Lashkarev regresó a Kiev y reanudó su investigación en 1946. Pronto descubrió la difusión bipolar de portadores de corriente de desequilibrio en semiconductores y, a principios de la década de 1950, produjo los primeros transistores punto-punto en el laboratorio. El hecho de que los resultados de su operación de prueba fueron alentadores lo confirma el siguiente episodio curioso.
El pionero de la tecnología informática soviética, el académico S. A. Lebedev, que creó la primera computadora soviética MESM en Kiev (1949-1951) y fundó allí una escuela científica, llegó a Kiev el día de su 50 cumpleaños (2 de noviembre de 1952). Allí se enteró de los transistores de Lashkarev y, ignorando las celebraciones preparadas en su honor (y a Lebedev en general no le gustaba ningún funcionario, considerándolo con razón una pérdida de tiempo), fue directamente al laboratorio del Instituto de Física de la Academia de Ciencias de la RSS de Ucrania. Después de familiarizarse con Lashkarev y sus desarrollos, Lebedev invitó al estudiante graduado A. Kondalev, que lo acompañaba, a comenzar a diseñar una serie de dispositivos informáticos basados en nuevos transistores y diodos, lo que hizo después de una pasantía de tres meses con Lashkarev. (El autor contó sobre este caso a otro estudiante graduado de Lebedev, ahora académico de Ucrania B. N. Malinovsky, quien también estuvo presente en la reunión y posteriormente participó en el trabajo mencionado). Es cierto que la información sobre cualquier desarrollo industrial de este proyecto - al menos en el ámbito civil, están ausentes, pero esto es comprensible: en aquellos años aún no existía la producción en masa de transistores.
El uso generalizado de transistores en todo el mundo comenzó más tarde. Sin embargo, los méritos científicos de Lashkarev fueron apreciados: dirigió el nuevo Instituto de Semiconductores de la Academia de Ciencias de Ucrania, inaugurado en 1960.
La teoría de la unión pn propuesta por Davydov fue desarrollada posteriormente por W. Shockley en Estados Unidos. En 1947, W. Brattain y J. Bardeen, trabajando bajo la dirección de Shockley, descubrieron el efecto transistor en detectores basados en cristales de germanio. (Es curioso que sus experimentos fueran similares a los experimentos de antes de la guerra del ingeniero eléctrico alemán R. W. Pohl, quien en 1937, junto con R. Hilsch, creó un amplificador basado en un monocristal de bromuro de galio). Se publicaron los resultados de la investigación de Shockley y se fabricaron los primeros transistores de germanio con contacto puntual. Por supuesto, estaban muy lejos de ser perfectos. Además, su diseño todavía conservaba las características de una instalación de laboratorio (lo que, sin embargo, es típico del período inicial de uso de cualquier invención de este tipo). Las características de los primeros transistores eran inestables e impredecibles y, por lo tanto, su uso práctico real comenzó después de 1951, cuando Shockley creó un transistor más confiable: el plano, que consta de tres capas de germanio n-p-n con un espesor total de 1 cm. campo de los semiconductores y la invención del transistor Shockley, Bardeen y Brattain compartieron el Premio Nobel de Física de 1956 (curiosamente, Bardeen es el único físico que ha recibido el Premio Nobel dos veces: la segunda vez en 1972 por su desarrollo de la teoría de superconductividad).
En la URSS, el trabajo con transistores se llevó a cabo casi al mismo ritmo que en el extranjero. Paralelamente al laboratorio de Lashkarev en Kiev, el grupo de investigación del ingeniero moscovita A.V. Krasilov creó diodos de germanio para estaciones de radar. En febrero de 1949, Krasilov y su asistente S.G. Madoyan (en ese momento estudiante en el Instituto de Tecnología Química de Moscú, haciendo su tesis sobre el tema "Transistor puntual") observaron por primera vez el efecto transistor. Es cierto que la primera muestra de laboratorio funcionó durante no más de una hora y luego requirió nuevos ajustes. Al mismo tiempo, Krasilov y Madoyan publicaron el primer artículo sobre transistores en la Unión Soviética, titulado “Triodo cristalino”.
Casi al mismo tiempo, se desarrollaron transistores punto-punto en otros laboratorios del país. Así, en 1950 se crearon muestras experimentales de transistores de germanio en el Instituto de Física de la Academia de Ciencias (B. M. Vul, A. V. Rzhanov, V. S. Vavilov, etc.) y en el Instituto de Física y Tecnología de Leningrado (V. M. Tuchkevich, D. N. Nasledov).
En 1953 se organizó el primer instituto de semiconductores de la URSS (ahora Instituto de Investigación Pulsar). Allí se trasladó el laboratorio de Krasilov, en el que Madoyan desarrolló los primeros transistores de aleación de germanio. Su desarrollo está asociado con la ampliación del límite de frecuencia y el aumento de la eficiencia del transistor. El trabajo correspondiente se llevó a cabo conjuntamente con el laboratorio del profesor S. G. Kalashnikov en TsNII-108 (ahora GosTSNIRTI): comenzó un nuevo período, caracterizado por la cooperación de varias organizaciones especializadas en el campo de los semiconductores. A finales de la década de 1940, a menudo se hacían descubrimientos idénticos de forma independiente y sus autores no tenían información sobre los logros de sus colegas. La razón de este "paralelismo científico" fue el secreto de la investigación en el campo de la electrónica, que era de importancia para la defensa. Una imagen similar se observó durante la creación de las primeras computadoras electrónicas, futuros consumidores de transistores. Por ejemplo, S. A. Lebedev, al comenzar a trabajar en su primera computadora en Kiev, no sospechaba que al mismo tiempo en Moscú, el académico I. S. Bruk y sus asistentes también estaban trabajando en un proyecto para una computadora digital electrónica.
Sin embargo, el secreto no era en absoluto una especie de “característica soviética”: los avances en materia de defensa están clasificados en todo el mundo. La invención del transistor también fue estrictamente clasificada por Bell (donde trabajaba Shockley en ese momento), y el primer informe al respecto apareció impreso recién el 1 de julio de 1948: en un pequeño artículo en The New York Times, que sin detalles innecesarios informó sobre la creación de la división de dispositivos electrónicos de estado sólido de Bell Telephone Laboratories que reemplazó el tubo de vacío.
Con la formación de una red de organizaciones especiales de investigación, el desarrollo de los transistores se aceleró constantemente. A principios de la década de 1950, en el NII-160, F. A. Shchigol y N. N. Spiro producían diariamente docenas de transistores punto-punto del tipo C1-C4, y M. M. Samokhvalov desarrolló nuevas soluciones en el NII-35 utilizando tecnología de grupo, la tecnología de "fusión". - difusión” para obtener una base delgada de transistores de RF. En 1953, basándose en estudios de las propiedades termoeléctricas de los semiconductores, A.F. Ioffe creó una serie de generadores termoeléctricos y en NII-35 se fabricaron transistores planos P1, P2, P3. Pronto, en el laboratorio de S. G. Kalashnikov, se obtuvo un transistor de germanio para frecuencias de 1,0 a 1,5 MHz, y F. A. Shchigol diseñó transistores de aleación de silicio del tipo P501-P503.
En 1957, la industria soviética produjo 2,7 millones de transistores. El comienzo de la creación y el desarrollo de la tecnología espacial y de cohetes, y luego las computadoras, así como las necesidades de la fabricación de instrumentos y otros sectores de la economía, quedaron plenamente satisfechos con los transistores y otros componentes electrónicos de producción nacional.
Desde 1947, en la URSS se inició un trabajo intensivo en el campo de los amplificadores semiconductores, en el TsNII-108 (laboratorio S. G. Kalashnikov) y en el NII-160 (Instituto de Investigación “Istok”, Fryazino, laboratorio. A. V. Krasilov). 15 de noviembre de 1948 en la revista “Boletín de Información” A.V. Krasilov publicó el artículo "Triodo de cristal". Esta fue la primera publicación en la URSS sobre transistores.
Así, el primer transistor soviético en la URSS se creó independientemente del trabajo de los científicos estadounidenses. Recordemos que el 16 de diciembre de 1947 se creó el primer transistor del mundo en la empresa estadounidense Bell Labs, y en julio de 1948, 4 meses antes de la publicación soviética, apareció información sobre este invento en la revista "The Physical Review".
Los primeros triodos de germanio soviéticos C1-C4 (el término "transistor" se empezó a utilizar en la URSS en la década de 1960) fueron producidos en masa por el laboratorio de Krasilov ya en 1949. En 1950, se desarrollaron muestras de triodos de germanio en el Instituto de Física Lebedev. (FIAN) Vul, A.V. Rzhanov, V.S. Vavilov, etc.), en la LFTI (V.M. Tuchkevich, D.N. Nasledov) y en la IRE AS URSS (S.G. Kalashnikov, N.A. Penin, etc.). En ese momento, los transistores soviéticos no eran peores que los importados.
Naturalmente, los transistores no aparecieron de la nada; esto fue precedido por años de investigación.
En 1926, el físico soviético Ya. I. Frenkel propuso una hipótesis sobre defectos en la estructura cristalina de los semiconductores, llamados "espacios vacíos" o, más comúnmente, "agujeros", que podían moverse alrededor del cristal. En la década de 1930, el académico A.F. Ioffe inició experimentos con semiconductores en el Instituto de Ingeniería Física de Leningrado.
En 1938, el académico ucraniano B.I. Davydov y sus colaboradores propusieron una teoría de difusión para la rectificación de corriente alterna utilizando detectores de cristal, según la cual tiene lugar en el límite entre dos capas de conductores con pag- Y norte- conductividad. Esta teoría fue confirmada y desarrollada aún más en la investigación de V.E. Lashkarev, realizado en Kyiv en 1939-1941. Descubrió que a ambos lados de la "capa barrera" ubicada paralela a la interfaz cobre-óxido de cobre, hay portadores de corriente de signos opuestos (el fenómeno de la unión pn), y también que la introducción de impurezas en los semiconductores aumenta drásticamente su capacidad para conducir corriente eléctrica. Lashkarev también descubrió el mecanismo de inyección (transferencia de portadores de corriente), un fenómeno que forma la base del funcionamiento de diodos semiconductores y transistores.
Estos estudios fueron interrumpidos por la guerra. Sin embargo, la guerra planteó gravemente la cuestión de la necesidad de desarrollar la industria electrónica soviética. En particular, era necesario desarrollar un radar.
Al comienzo de la guerra, la planta de radio de Leningrado logró producir sólo 45 aparatos del “receptor de radio para aviones” RUS-1. Durante los dos primeros años de la guerra, las estaciones de radar dejaron de producirse en la URSS. El 4 de julio de 1943, el Comité de Defensa del Estado adoptó la resolución "En el radar".
COMITÉ DE DEFENSA DEL ESTADO
RESOLUCIÓN No. GOKO-3683ss
4 de julio de 1943. Moscú. KremlinAcerca del radar
Considerando la importancia extremadamente importante del radar para aumentar la efectividad de combate del Ejército Rojo y la Armada, el Comité de Defensa del Estado decide:
1. Crear un Consejo de Radar dependiente del Comité de Defensa del Estado.
Asignar las siguientes tareas al Consejo de Radar en el marco del MMCS:
a) preparación de proyectos de encargos técnico-militares del Comité de Defensa del Estado para los diseñadores sobre cuestiones de sistemas de armas con equipos de radar del Ejército Rojo y la Armada;
b) desarrollo integral de la industria y la tecnología de los radares, asegurando la creación de nuevos equipos de radar y la mejora de los tipos de radares existentes, así como asegurando la producción en serie de radares de alta calidad por parte de la industria;
c) atraer al negocio de los radares las mayores fuerzas científicas, de diseño, de ingeniería y técnicas capaces de hacer avanzar la tecnología de los radares;
d) sistematización y generalización de todos los logros de la ciencia y la tecnología en el campo del radar, tanto en la URSS como en el extranjero, mediante el uso de literatura científica y técnica y todas las fuentes de información;
e) elaboración de propuestas para el Comité de Defensa del Estado sobre la importación de equipos radar.
2. Aprobar el Consejo de Radar con la siguiente composición: vol. Malenkov (presidente), Arkhipov, Berg, Golovanov, Gorokhov, Danilin, Kabanov, Kalmykov, Kobzarev, Stogov, Terentyev, Uger, Shakhurin, Shchukin.
3. Establecer las siguientes tareas inmediatas para el Consejo de Radar:
a) garantizar la mejora de la calidad y aumentar la producción en serie de los siguientes radares producidos por la industria: instalaciones para detectar, identificar aviones y apuntar a aviones de combate en el sistema de defensa aérea: "Pegmatit - 3" y "Redut" con un accesorio de gran altitud; estación de guía de armas SON para garantizar el disparo de divisiones antiaéreas en el sistema de defensa aérea; sistemas de radar para aviones para guía por radio de aviones bimotores "Gneiss - 2"; Dispositivos de radar para identificar aviones y barcos "amigos o enemigos".
b) Asegurar la creación y prueba de prototipos y la preparación de la producción en serie de los siguientes radares: instalaciones para guiar los reflectores para realizar bombardeos de artillería antiaérea en el sistema de defensa aérea; estación de puntería SON - 3 para garantizar el disparo de un batallón antiaéreo en el sistema de defensa aérea; instalación de radar para apuntar a aviones bombarderos de largo alcance; sistema de guía por radar para un caza monomotor; una instalación marina universal de detección para todo tipo de buques, incluidos submarinos y torpederos; instalaciones navales y costeras para detectar y asegurar el disparo con el calibre principal de buques de superficie y baterías costeras en cualquier condición de visibilidad.
4. Para garantizar los nuevos desarrollos y la producción en serie de radares con productos de electrovacío modernos y de alta calidad, crear un Instituto de Electrovacío con una planta piloto. .
Instalar el Instituto Electrovacuum en el sitio de la planta No. 747 NKEP
Aprobar al camarada S.A. Vekshinsky como director del Instituto Electrovacuum.
6. Para resolver los problemas de diseño complejo de equipos de radar de objetos, desarrollar especificaciones tácticas y técnicas para dispositivos de radar y coordinar el trabajo de los departamentos de diseñadores jefes de las fábricas de la industria de radar, organizar una Oficina de Diseño de Radar.
Aprobar al camarada N.L. Popov como jefe de la Oficina de Diseño de Radares.
7. Organizar la Dirección General de la Industria de Radares en la Comisaría Popular de la Industria Eléctrica, integrada por:
a) Instituto de Investigación Científica de Radar de toda la Unión;
b) Instituto de Electrovacío;
c) Oficina de Diseño;
d) Plantas de Narkomelektroprom No. 465, 747, 498, 208 y 830.
7. Aprobar al camarada A.I. Comisario Popular Adjunto de la Industria Eléctrica para Asuntos de Radar.
8. Restaurar la Facultad de Ingeniería Radiológica del Instituto de Ingeniería Eléctrica de Moscú.
9. Obligar a la Dirección Principal de Reservas Laborales dependiente del Consejo de Comisarios del Pueblo de la URSS (camaradas Moskatov y Zelenko) junto con el Comité Central del Komsomol (camarada Mikhailov) a organizar 15 escuelas vocacionales con una población estudiantil de 10 mil personas con el objetivo de formar trabajadores cualificados en estas escuelas para las fábricas de la industria del radar.
10. Establecer 30 salarios personales de hasta 5.000 rublos cada uno y 70 salarios de hasta 3.000 rublos para los grandes trabajadores científicos, de diseño e ingeniería en radar.
11. Permitir que el Presidente del Consejo de Radar apruebe el personal del aparato del Consejo.
12. Obligar al Consejo de Radar junto con el Comité de Planificación Estatal dependiente del Consejo de Comisarios del Pueblo de la URSS (camarada Voznesensky), el Comisariado del Pueblo de la Industria Eléctrica (camarada Kabanov), el Comisariado del Pueblo de la Industria de la Aviación (camarada Shakhurin), el Comisariado del Pueblo de Armamento Minero (camarada Parshin), Comisariado del Pueblo de Industria Sostenible (camarada Nosenko), Comisariado del Pueblo de Maquinaria Roja (camarada Akopov), Comisario del Pueblo de Armamento (T. Ustinov) y el 15 de julio de este año. presentar para aprobación al Comité de Defensa del Estado propuestas sobre medidas para organizar la producción de equipos de radar.Presidente del Comité de Defensa del Estado I. Stalin
El Instituto de Investigación Científica de Radar de toda la Unión, creado de conformidad con este decreto, recibió el nombre de TsNII-108 (ahora “TsNIRTI que lleva el nombre del académico A.I. Berg”). Su líder era A.I. Iceberg. El instituto se dedicó a la creación de radares y métodos para combatirlos. Un empleado de este instituto de investigación, el jefe del laboratorio, Sergei Grigorievich Kalashnikov, creó más tarde el primer curso sistemático de física de semiconductores en la URSS y dio una conferencia en la universidad.
El 6 de agosto del mismo 1943, se adoptó una resolución sobre la creación del NII-160 en la ciudad de Fryazino sobre la base de la planta Radiolamp (planta N747) (más tarde llamada Instituto de Investigación de Tecnología Electrónica, Instituto de Investigación Científica " Istok", ONG "Istok", Empresa Estatal de Investigación y Producción "Istok") . A este instituto de investigación se le encomendó la tarea de crear dispositivos de electrovacío para estaciones de radar.
Un ingeniero e inventor experimentado, Sergei Arkadyevich Vekshinsky, ex jefe del Laboratorio de Vacío Industrial (OVL), evacuado de Leningrado a Novosibirsk, y ex ingeniero jefe de Svetlana, y desde 1940 jefe de la Oficina Especial de Metalografía, evacuado a Fryazino, fue nombrado director del instituto de investigación en Novosibirsk. Se desempeñó como director de NII-160 durante menos de un año, pero su logro más valioso fue atraer aquí a varios empleados de su Oficina Especial, así como a los empleados más valiosos de OVL, encabezados por su jefe S.A. Zusmanovsky (fue nombrado adjunto de asuntos científicos de Vekshinsky). Entre ellos se encontraban Yu. A. Yunosha, V. I. Egiazarov, G. A. Shustin, S. A. Zusmanovsky, K. P. Shakhov, A. V. Krasilov, V. S. Lukoshkov, T. B. Fogelson y otros, junto con los empleados de Svetlana, estos Leningraders se convirtieron en el fondo de oro del instituto.
Los institutos NII-160 y TsNII-108 colaboraron activamente, en particular para resolver el problema de aumentar la potencia de salida y las frecuencias de funcionamiento de los transistores, y como resultado nació la idea de un nuevo proceso tecnológico de "fusión-difusión". , sobre la base de los cuales aparecieron los transistores de germanio en serie P401-P403 y P410, P411. Pero en 1957, A.I. Berg creó un nuevo Instituto de Radioelectrónica en la Academia de Ciencias de la URSS, que él mismo dirigía, los empleados involucrados en dispositivos semiconductores se mudaron allí, y esta dirección se redujo en TsNII-108.
En la Unión Soviética, el primer trabajo de investigación sobre transistores se llevó a cabo en el NII-160 (en adelante, el Instituto de Investigación Istok) en diciembre de 1948. El trabajo fue realizado por Susanna Madoyan, estudiante de posgrado del Instituto de Tecnología Química. . DI. Mendeleev bajo el liderazgo de A.V. Krasilova.
Alexander Viktorovich Krasilov es considerado legítimamente el patriarca de la electrónica semiconductora nacional. Nacido el 14 de septiembre de 1910. Graduado en el Instituto Politécnico de Kiev. Comenzó su carrera en 1932 en la planta de Svetlana en Leningrado.
Participó activamente en el desarrollo de la electrónica de vacío. Durante la Gran Guerra Patria participó en la creación de una planta de tubos de radio en Novosibirsk. Fue enviado a Estados Unidos para encargar equipos para la industria del vacío, donde conoció el trabajo de las principales empresas de electrónica de la época: General Electric, Westinghouse, RCA, Hewlett-Packard, Weston.
Bajo su dirección, el Instituto de Investigación Istok desarrolló y puso en producción varias series de detectores de silicio por microondas en los rangos de centímetros y milímetros, satisfaciendo las necesidades de los radares, la fabricación de instrumentos de radio y los equipos de medición de microondas. Al mismo tiempo, se desarrolló un conjunto de equipos para medir todos los parámetros eléctricos de los detectores, incluidas las mediciones a frecuencias ultraaltas. Por estos trabajos, A.V. Krasilov recibió el Premio Stalin en 1949.
Desde agosto de 1953, A.V. Krasilov es el jefe del departamento de NII-35 (SRI "Pulsar"). Durante sus más de 20 años en este cargo, dirigió el desarrollo, mejora, investigación e implementación en producción en la planta piloto del instituto de investigación y en nueve fábricas en diferentes partes del país de cientos de tipos de diodos de germanio, transistores, y diodos de túnel. Durante este trabajo se estudiaron las propiedades básicas del germanio, los métodos de su procesamiento, los principios de diseño de los dispositivos, los métodos de prueba, los métodos para lograr la estanqueidad y confiabilidad necesarias, incluso para el funcionamiento en condiciones especiales.
A. V. Krasilov es autor de una serie de nuevas direcciones en el diseño y fabricación de dispositivos semiconductores, como métodos de difusión de impurezas dopantes en cristales de germanio y silicio, el método de crecimiento epitaxial, métodos de descomposición pirolítica de compuestos de germanio, silicio. y metales, métodos de grabado de dispositivos semiconductores y muchos otros métodos tecnológicos fundamentales.
 Susanna Gukásovna Madoyán. 1950 |
Susanna Gukasovna Madoyan nació el 24 de junio de 1925 en la ciudad de Batumi en Georgia.
En 1944 se graduó con honores de la escuela y entró en el Instituto de Tecnología Química de Moscú. Mendeleev. Como ya se mencionó anteriormente, escribió su tesis "Estudio de materiales para un triodo cristalino" en NII-160 bajo la dirección de A.V. Krasilova.
La creación de transistores punto-punto fue el comienzo de su carrera, pero pronto tuvo que dedicarse al desarrollo y fabricación de diodos para el desarrollo de tecnología informática.
En 1953, ella, junto con A.V. Krasilov se puso a trabajar en el recién inaugurado Instituto de Investigación de Electrónica de Semiconductores (NII-35, ahora Pulsar). En el mismo año S.G. Madoyan creó el primer prototipo de transistor de germanio plano (en la terminología de entonces, en capas) en la Unión. Este desarrollo se convirtió en la base para los dispositivos en serie de los tipos P1, P2, P3 y sus modificaciones posteriores.
A finales de 1960 S.G. Madoyan defendió su tesis para el grado de Candidata en Ciencias Técnicas y comenzó una serie de nuevos trabajos sobre la creación de dispositivos de microondas: diodos de túnel basados no solo en germanio, sino también en nuevos materiales semiconductores que habían aparecido en ese momento: arseniuro de galio y antimonuro de galio. Sin embargo, en 1969 abandonó la industria de los semiconductores y se dedicó a la docencia; obtuvo el puesto de profesora asociada en el departamento de Dispositivos Semiconductores del Instituto de Acero y Aleaciones. Allí impartió el curso “Tecnología de dispositivos semiconductores” y escribió varios libros de texto, incluido un curso de conferencias, un curso de diseño de cursos y un taller de laboratorio. Supervisó el trabajo de los estudiantes de posgrado; nueve de ellos defendieron sus tesis doctorales.
S.G. Madoyan y A.V. Krasílov
Después de la guerra V.E. Loshkarev reanudó sus investigaciones y, a principios de la década de 1950, produjo los primeros transistores punto-punto en el laboratorio. Los méritos científicos de Lashkarev fueron apreciados: dirigió el nuevo Instituto de Semiconductores de la Academia de Ciencias de Ucrania, inaugurado en 1960.
Transistores soviéticos P1A y P3A (con radiador). 1957
A principios de la década de 1950, en NII-160, F. A. Shchigol (quien, como S. G. Madoyan, era estudiante de posgrado de A. V. Krasilov) y N. N. Spiro producían diariamente docenas de transistores punto-punto del tipo C1-C4, y M. M. Samokhvalov desarrolló nuevas soluciones. en NII-35 utilizando tecnología de grupo, tecnología de “fusión-difusión” para obtener una base delgada de transistores de RF. En 1953, basándose en estudios de las propiedades termoeléctricas de los semiconductores, A.F. Ioffe creó una serie de generadores termoeléctricos y en NII-35 se fabricaron transistores planos P1, P2, P3. Pronto, en el laboratorio de S. G. Kalashnikov, se obtuvo un transistor de germanio para frecuencias de 1,0 a 1,5 MHz, y F. A. Shchigol diseñó transistores de aleación de silicio del tipo P501-P503.
Felix Anatolyevich Shchigol fue galardonado con el Premio Lenin por el desarrollo de la industria de los semiconductores. Entre sus logros se encuentra la creación del transistor plano de silicio universal de baja potencia 2T312, estándar de la industria, que, junto con muchos de sus derivados, todavía se produce.
Creador de los primeros transistores planos de silicio Felix Anatolyevich Shchigol
En 1957, la industria soviética produjo 2,7 millones de transistores. El comienzo de la creación y el desarrollo de la tecnología espacial y de cohetes, y luego las computadoras, así como las necesidades de la fabricación de instrumentos y otros sectores de la economía, quedaron plenamente satisfechos con los transistores y otros componentes electrónicos de producción nacional.
Eso es lo que S.G. Madoyan habla de la creación de la industria soviética de semiconductores:
Hacia 1960 se inició el traslado de trabajo a nuevas fábricas. Luego surgieron muchas fábricas de semiconductores, pero de alguna manera extraña: en Tallin, la producción de semiconductores se organizó en una antigua fábrica de fósforos, en Bryansk, sobre la base de una antigua fábrica de pasta, se construyó una nueva fábrica de pasta y se entregó la antigua. a la producción de dispositivos semiconductores. En Riga se asignó un edificio de una escuela técnica de educación física para una planta de dispositivos semiconductores. Entonces, el trabajo inicial fue duro en todas partes, recuerdo que en mi primer viaje de negocios a Bryansk estaba buscando una fábrica de pasta y terminé en una nueva fábrica de pasta, donde me explicaron que también había una fábrica antigua, y en En la vieja fábrica casi me rompo la pierna al tropezar en un charco y en el suelo del pasillo que conducía a la oficina del director.
Luego comenzó la producción del tipo de dispositivo más extendido: los transistores de germanio de baja potencia en Novgorod el Grande, y luego comenzaron a construir nuevas fábricas. Al principio, los lugares para desarrollar la producción se eligieron de modo que hubiera una infraestructura ya preparada, en las ciudades donde la gente quería vivir, se podían reclutar trabajadores allí, y luego comenzaron a construirse fábricas de semiconductores, bueno, por ejemplo, en Zaporozhye, porque en todos los lugares de montaje utilizamos principalmente mano de obra femenina y en Zaporozhye había muchas mujeres desempleadas. Bueno, así fue como nos expandimos y avanzamos.
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Vasilevsky Alexander Mikhailovich