سایر مقالات این مجموعه:
- تاریخچه رله
- تاریخچه کامپیوترهای الکترونیکی
- تاریخچه ترانزیستور
- تاریخچه اینترنت
بیش از صد سال است که سگ آنالوگ دم دیجیتالی خود را تکان می دهد. تلاش برای گسترش قابلیت‌های حواس ما - بینایی، شنوایی و حتی به تعبیری لمس - باعث شد مهندسان و دانشمندان به جستجوی اجزای بهتر برای تلگراف، تلفن، رادیو و رادار بپردازند. تنها با خوش شانسی بود که این جستجو راه ایجاد انواع جدیدی از ماشین های دیجیتال را کشف کرد. و تصمیم گرفتم داستان این ثابت را بگویم ، که طی آن مهندسان مخابرات مواد اولیه اولین کامپیوترهای دیجیتال را تامین می کردند و حتی گاهی خودشان آن کامپیوترها را طراحی و ساخته بودند.
اما در دهه 1960، این همکاری پربار به پایان رسید و داستان من نیز به همراه آن به پایان رسید. سازندگان تجهیزات دیجیتال دیگر مجبور نبودند به دنبال سوئیچ های جدید و بهبودیافته به دنیای تلگراف، تلفن و رادیو نگاه کنند، زیرا خود ترانزیستور منبعی تمام نشدنی از پیشرفت ها بود. سال به سال آنها عمیق‌تر و عمیق‌تر حفاری می‌کردند و همیشه راه‌هایی برای افزایش تصاعدی سرعت و کاهش هزینه پیدا می‌کردند.
با این حال، اگر اختراع ترانزیستور متوقف می شد، هیچ یک از این اتفاق نمی افتاد .
شروع آهسته
در مطبوعات عمومی اشتیاق کمی برای اعلام اختراع ترانزیستور توسط آزمایشگاه بل وجود داشت. در 1 ژوئیه 1948، نیویورک تایمز در انتهای گزارش رادیویی خود سه پاراگراف را به این رویداد اختصاص داد. علاوه بر این، این اخبار پس از دیگران ظاهر شد که بدیهی است مهمتر تلقی می شوند: به عنوان مثال، نمایش رادیویی یک ساعته "Waltz Time" که قرار بود در NBC ظاهر شود. در گذشته، ممکن است بخواهیم بخندیم، یا حتی نویسندگان ناشناس را سرزنش کنیم - چگونه آنها نتوانستند رویدادی را که جهان را زیر و رو کرد، تشخیص دهند؟
اما پس‌بینی ادراک را تحریف می‌کند و سیگنال‌هایی را تقویت می‌کند که می‌دانیم اهمیت آنها در آن زمان در دریایی از سر و صدا گم شده بودند. ترانزیستور سال 1948 با ترانزیستورهای کامپیوترهایی که این مقاله را روی آنها می خوانید بسیار متفاوت بود (مگر اینکه تصمیم به چاپ آن داشته باشید). آنها به قدری با هم تفاوت داشتند که علیرغم نام یکسان و خط وراثت ناگسستنی که آنها را به هم متصل می کند، باید آنها را گونه های مختلف در نظر گرفت، اگر نه جنس های متفاوت. آنها دارای ترکیبات مختلف، ساختارهای مختلف، اصول عملیاتی متفاوت هستند، به غیر از تفاوت بزرگ در اندازه. تنها از طریق اختراع مجدد مداوم بود که دستگاه ناشیانه ساخته شده توسط باردین و براتین توانست جهان و زندگی ما را متحول کند.
در واقع، ترانزیستور ژرمانیوم تک نقطه‌ای سزاوار توجه بیشتری نسبت به آن نبود. چندین نقص داشت که از لوله خلاء به ارث رسیده بود. البته این لامپ بسیار کوچکتر از جمع و جورترین لامپ ها بود. عدم وجود رشته داغ به این معنی است که گرمای کمتری تولید می کند، انرژی کمتری مصرف می کند، نمی سوزد و نیازی به گرم کردن قبل از استفاده ندارد.
با این حال، تجمع کثیفی در سطح تماس منجر به خرابی و نفی پتانسیل برای عمر طولانی تر شد. سیگنال نویزتری داد. فقط در توان های کم و در محدوده فرکانس باریک کار می کند. در حضور گرما، سرما یا رطوبت شکست خورد. و نمی توان آن را به طور یکسان تولید کرد. چندین ترانزیستور که به روشی مشابه توسط افراد یکسان ایجاد می شوند، ویژگی های الکتریکی بسیار متفاوتی خواهند داشت. و همه اینها هشت برابر یک لامپ استاندارد هزینه داشت.
در سال 1952 بود که آزمایشگاه های بل (و سایر دارندگان حق ثبت اختراع) مشکلات تولید را به اندازه ای حل کردند که ترانزیستورهای تک نقطه ای تبدیل به دستگاه های کاربردی شوند، و حتی در آن زمان نیز چندان فراتر از بازار سمعک، جایی که حساسیت قیمت نسبتاً پایین بود، گسترش پیدا نکردند. و مزایای آن از نظر عمر باتری بیشتر از معایب آن بود.
با این حال، پس از آن اولین تلاش ها برای تبدیل ترانزیستور به چیزی بهتر و مفیدتر آغاز شده بود. آنها در واقع خیلی زودتر از لحظه ای که عموم از وجود آن مطلع شدند شروع شدند.
جاه طلبی های شاکلی
در اواخر سال 1947، بیل شاکلی با هیجان فراوان به شیکاگو سفر کرد. او ایده های مبهمی در مورد چگونگی شکست دادن ترانزیستور اخیراً اختراع شده توسط Bardeen و Brattain داشت، اما هنوز فرصتی برای توسعه آنها پیدا نکرده بود. بنابراین به جای لذت بردن از استراحت بین مراحل کار، کریسمس و سال نو را در هتل گذراند و حدود 20 صفحه از یک دفترچه را با ایده های خود پر کرد. در میان آنها پیشنهادی برای یک ترانزیستور جدید متشکل از یک ساندویچ نیمه هادی - تکه ای از ژرمانیوم نوع p بین دو قطعه از نوع n بود.
شاکلی با تشویق باردین و براتین برای بازگشت به موری هیل که تمام اعتبار اختراع ترانزیستور را داشت، تشویق شد. آیا این ایده او از اثر میدانی نبود که باردین و براتین را وارد آزمایشگاه کرد؟ آیا این امر نباید باعث شود که تمام حقوق ثبت اختراع به او منتقل شود؟ با این حال، ترفند شاکلی نتیجه معکوس داد: وکلای ثبت اختراع آزمایشگاه های بل متوجه شدند که مخترع ناشناس، تقریباً 20 سال قبل، در سال 1930، یک تقویت کننده اثر میدان نیمه هادی را ثبت اختراع کرد. البته لیلینفلد، با توجه به وضعیت مواد در آن زمان، هرگز ایده خود را اجرا نکرد، اما خطر همپوشانی بسیار زیاد بود - بهتر است کاملاً از ذکر آن خودداری شود. اثر میدانی در ثبت اختراع
بنابراین، اگرچه آزمایشگاه‌های بل سهم سخاوتمندانه‌ای از اعتبار مخترع را به شاکلی دادند، اما آنها فقط نام باردین و براتین را در حق ثبت اختراع ذکر کردند. با این حال، آنچه انجام شده است قابل بازگرداندن نیست: جاه طلبی های شاکلی رابطه او را با دو زیردست از بین برد. باردین کار روی ترانزیستور را متوقف کرد و روی ابررسانایی تمرکز کرد. او آزمایشگاه‌ها را در سال 1951 ترک کرد. براتین در آنجا ماند، اما از همکاری مجدد با شاکلی خودداری کرد و اصرار داشت که به گروه دیگری منتقل شود.
شاکلی به دلیل ناتوانی در کار با افراد دیگر، هرگز پیشرفتی در آزمایشگاه ها نداشت، بنابراین او نیز آنجا را ترک کرد. در سال 1956، او به خانه در پالو آلتو بازگشت تا شرکت ترانزیستوری خود را به نام Shockley Semiconductor راه اندازی کند. او قبل از ترک، زمانی که همسرش جین در حال بهبودی از سرطان رحم بود، از او جدا شد و با امی لنینگ که به زودی با او ازدواج کرد، درگیر شد. اما از دو نیمه رویای کالیفرنیایی او - یک شرکت جدید و یک همسر جدید - فقط یکی به حقیقت پیوست. در سال 1957، بهترین مهندسان او، خشمگین از شیوه مدیریت او و مسیری که او شرکت را در پیش گرفت، او را رها کردند تا یک شرکت جدید به نام Fairchild Semiconductor تاسیس کند.
شاکلی در سال 1956
بنابراین شاکلی پوسته خالی شرکتش را رها کرد و در بخش مهندسی برق در استنفورد مشغول به کار شد. در آنجا او همچنان به بیگانگی همکارانش (و قدیمی ترین دوستش، فیزیکدان) ادامه داد ) نظریات انحطاط نژادی که او را مورد علاقه و – موضوعاتی که پس از پایان جنگ گذشته در ایالات متحده، به ویژه در محافل دانشگاهی، محبوبیت نداشتند. او از برانگیختن جنجال، شلاق زدن به رسانه ها و ایجاد اعتراض لذت می برد. او در سال 1989 درگذشت، از فرزندان و همکارانش دور شد و تنها توسط همسر دوم همیشه فداکارش، امی، ملاقات کرد.
اگرچه تلاش های ضعیف او برای کارآفرینی با شکست مواجه شد، اما شاکلی بذری را در خاک پربار کاشته بود. منطقه خلیج سانفرانسیسکو بسیاری از شرکت های الکترونیکی کوچک را تولید کرد که در طول جنگ با بودجه دولت فدرال تسویه شد. Fairchild Semiconductor، فرزند تصادفی Shockley، ده‌ها شرکت جدید را ایجاد کرد که چند تا از آنها هنوز هم شناخته شده‌اند: Intel و Advanced Micro Devices (AMD). در اوایل دهه 1970، این منطقه نام مستعار "سیلیکون ولی" را به خود اختصاص داد. اما یک دقیقه صبر کنید - باردین و براتین ترانزیستور ژرمانیوم را ساختند. سیلیکون از کجا آمده است؟
این همان چیزی است که سایت متروک Mountain View که قبلاً Shockley Semiconductor را در سال 2009 در خود جای داده بود، به نظر می رسید. امروز این ساختمان تخریب شده است.
به سمت چهارراه سیلیکون
سرنوشت نوع جدیدی از ترانزیستور که توسط شاکلی در هتلی در شیکاگو اختراع شد، بسیار شادتر از مخترع آن بود. همه اینها به لطف تمایل یک مرد به رشد کریستال های نیمه هادی منفرد و خالص است. گوردون تیل، یک شیمیدان فیزیک از تگزاس که در آن زمان ژرمانیوم بی مصرف را برای دکترای خود مطالعه کرده بود، در دهه 30 در آزمایشگاه بل مشغول به کار شد. او با آموختن در مورد ترانزیستور، متقاعد شد که قابلیت اطمینان و قدرت آن را می توان با ایجاد آن از یک تک کریستال خالص، به جای مخلوط های پلی کریستالی مورد استفاده، به طور قابل توجهی بهبود بخشید. شاکلی تلاش های او را به عنوان هدر دادن منابع رد کرد.
با این حال، تیل پابرجا ماند و با کمک مهندس مکانیک جان لیتل، دستگاهی ساخت که دانه‌های کریستالی ریز را از ژرمانیوم مذاب استخراج می‌کند، به موفقیت دست یافت. با سرد شدن ژرمانیوم در اطراف هسته، ساختار کریستالی خود را گسترش داد و یک شبکه نیمه هادی پیوسته و تقریبا خالص ایجاد کرد. در بهار سال 1949، تیل و لیتل می‌توانستند کریستال‌های سفارشی بسازند و آزمایش‌ها نشان داد که از رقبای پلی‌کریستالی خود بسیار عقب‌تر بودند. به ویژه، ناقل‌های کوچکی که به آنها اضافه می‌شوند می‌توانند برای صد میکروثانیه یا حتی بیشتر در داخل زنده بمانند (در حالی که در سایر نمونه‌های کریستالی بیش از ده میکروثانیه نیست).
حالا تیل می‌توانست منابع بیشتری بخرد و افراد بیشتری را برای تیمش استخدام کرد، که در میان آنها شیمیدان فیزیکی دیگری بود که از تگزاس به آزمایشگاه‌های بل آمده بود - مورگان اسپارکس. آنها شروع به تغییر مذاب برای ساختن ژرمانیوم نوع p یا نوع n با افزودن دانه هایی از ناخالصی های مناسب کردند. در عرض یک سال، آنها این فناوری را به حدی ارتقا دادند که می‌توانستند ساندویچ ژرمانیوم npn را مستقیماً در مذاب پرورش دهند. و دقیقاً همانطور که شاکلی پیش‌بینی کرده بود عمل کرد: یک سیگنال الکتریکی از مواد نوع p جریان الکتریکی را بین دو هادی متصل به قطعات نوع n اطراف آن تعدیل کرد.
مورگان اسپارکس و گوردون تیل در یک میز کار در آزمایشگاه بل
این ترانزیستور پیوندی رشد یافته تقریباً از هر نظر از جد تماس تک نقطه ای خود بهتر عمل می کند. به ویژه، قابل اطمینان تر و قابل پیش بینی تر بود، صدای بسیار کمتری تولید می کرد (و بنابراین حساس تر بود)، و بسیار کارآمد انرژی بود - مصرف انرژی یک میلیون بار کمتر از یک لوله خلاء معمولی. در جولای 1951، آزمایشگاه بل کنفرانس مطبوعاتی دیگری برای اعلام اختراع جدید برگزار کرد. حتی قبل از اینکه اولین ترانزیستور بتواند به بازار برسد، اساساً نامربوط شده بود.
و با این حال این تازه آغاز کار بود. در سال 1952، جنرال الکتریک (GE) توسعه فرآیند جدیدی را برای ساخت ترانزیستورهای اتصالی، روش همجوشی، اعلام کرد. در چارچوب آن، دو توپ ایندیوم (دهنده نوع p) در دو طرف یک برش نازک از ژرمانیوم نوع n ذوب شدند. این فرآیند ساده‌تر و ارزان‌تر از رشد اتصالات در یک آلیاژ بود؛ چنین ترانزیستوری مقاومت کمتری داشت و فرکانس‌های بالاتر را پشتیبانی می‌کرد.
ترانزیستورهای رشد یافته و ذوب شده
سال بعد، گوردون تیل تصمیم گرفت به ایالت خود بازگردد و در تگزاس اینسترومنتز (TI) در دالاس مشغول به کار شد. این شرکت با نام Geophysical Services, Inc. تأسیس شد و در ابتدا تجهیزاتی را برای اکتشاف نفت تولید می‌کرد، TI در طول جنگ یک بخش الکترونیک باز کرده بود و اکنون تحت مجوز Western Electric (بخش تولید آزمایشگاه‌های بل) وارد بازار ترانزیستور می‌شد.
تیل مهارت های جدیدی را که در آزمایشگاه ها آموخته بود با خود آورد: توانایی رشد و تک کریستال های سیلیکون بارزترین نقطه ضعف ژرمانیوم حساسیت آن به دما بود. هنگامی که در معرض گرما قرار می گیرد، اتم های ژرمانیوم در کریستال به سرعت الکترون های آزاد می ریزند و به طور فزاینده ای به یک رسانا تبدیل می شوند. در دمای 77 درجه سانتیگراد به طور کلی مانند یک ترانزیستور کار نمی کند. هدف اصلی برای فروش ترانزیستور، ارتش بود - یک مصرف کننده بالقوه با حساسیت قیمت پایین و نیاز شدید به قطعات الکترونیکی پایدار، قابل اعتماد و فشرده. با این حال، ژرمانیوم حساس به دما در بسیاری از کاربردهای نظامی، به ویژه در زمینه هوافضا، مفید نخواهد بود.
سیلیکون بسیار پایدارتر بود، اما به قیمت نقطه ذوب بسیار بالاتر، قابل مقایسه با فولاد بود. با توجه به اینکه برای ایجاد ترانزیستورهای باکیفیت به کریستال‌های بسیار خالص نیاز بود، این امر مشکلات زیادی را ایجاد کرد. سیلیکون مذاب داغ آلاینده ها را از هر بوته ای که در آن بود جذب می کرد. تیل و تیمش در TI توانستند با استفاده از نمونه‌های سیلیکون فوق‌العاده خالص DuPont بر این چالش‌ها غلبه کنند. در ماه مه 1954، در کنفرانسی در موسسه مهندسی رادیو در دیتون، اوهایو، تیل نشان داد که دستگاه های سیلیکونی جدید تولید شده در آزمایشگاه او حتی زمانی که در روغن داغ غوطه ور می شوند، به کار خود ادامه می دهند.
شروع های موفق
سرانجام، حدود هفت سال پس از اولین اختراع ترانزیستور، می‌توان آن را از موادی ساخت که مترادف آن شده بود. و تقریباً به همان میزان زمان می گذرد تا ترانزیستورهایی ظاهر شوند که تقریباً شبیه شکل استفاده شده در ریزپردازنده ها و تراشه های حافظه ما هستند.
در سال 1955، دانشمندان آزمایشگاه بل با موفقیت یاد گرفتند که ترانزیستورهای سیلیکونی را با فناوری جدید دوپینگ بسازند - به جای اضافه کردن توپ های جامد ناخالصی به مذاب مایع، آنها افزودنی های گازی را به سطح جامد نیمه هادی وارد کردند.). با کنترل دقیق دما، فشار و مدت زمان عمل، دقیقاً به عمق و درجه دوپینگ مورد نیاز دست یافتند. کنترل بیشتر بر فرآیند تولید، کنترل بیشتری بر خواص الکتریکی محصول نهایی داده است. مهمتر از آن، انتشار حرارتی تولید محصول را به صورت دسته‌ای ممکن می‌سازد - می‌توانید یک صفحه بزرگ سیلیکون را دوپ کرده و سپس آن را به ترانزیستور برش دهید. ارتش بودجه‌ای را برای آزمایشگاه‌های بل تأمین کرد زیرا راه‌اندازی تولید مستلزم هزینه‌های اولیه بالایی بود. آنها به یک محصول جدید برای پیوند راداری هشدار اولیه با فرکانس فوق العاده بالا نیاز داشتند ("")، زنجیره ای از ایستگاه های راداری قطب شمال که برای شناسایی بمب افکن های شوروی که از قطب شمال پرواز می کنند، طراحی شده بود و آنها مایل بودند برای هر ترانزیستور 100 دلار هزینه کنند (این روزهایی بود که می شد یک ماشین جدید را با قیمت 2000 دلار خریداری کرد).
آلیاژ کردن با که مکان ناخالصی ها را کنترل می کرد، امکان حک کردن کل مدار را به طور کامل روی یک بستر نیمه هادی باز کرد - این به طور همزمان توسط Fairchild Semiconductor و Texas Instruments در سال 1959 در نظر گرفته شد.از Fairchild از رسوب شیمیایی لایه های فلزی استفاده کرد که تماس های الکتریکی ترانزیستور را به هم متصل می کند. نیاز به ایجاد سیم کشی دستی، کاهش هزینه های تولید و افزایش قابلیت اطمینان را از بین برد.
سرانجام، در سال 1960، دو مهندس آزمایشگاه بل (جان آتالا و داوون کان) مفهوم اصلی شاکلی را برای ترانزیستور اثر میدانی پیاده‌سازی کردند. یک لایه نازک اکسید روی سطح نیمه هادی قادر بود به طور موثر حالت های سطحی را سرکوب کند و باعث شد که میدان الکتریکی از دروازه آلومینیومی به داخل سیلیکون نفوذ کند. بنابراین، ماسفت [ترانزیستور اثر میدانی نیمه هادی اکسید فلز] (یا ساختار MOS، از فلز-اکسید-نیمه هادی) متولد شد، که به نظر می رسد کوچک کردن آن بسیار آسان است، و هنوز هم تقریباً در تمام رایانه های مدرن استفاده می شود (جالب است. آتالا از مصر می آید و کانگ اهل کره جنوبی است و عملا فقط این دو مهندس از کل تاریخ ما ریشه اروپایی ندارند.
سرانجام، سیزده سال پس از اختراع اولین ترانزیستور، چیزی شبیه ترانزیستور در رایانه شما ظاهر شد. ساخت آن آسان‌تر بود و از انرژی کمتری نسبت به ترانزیستور اتصال استفاده می‌کرد، اما در پاسخ به سیگنال‌ها بسیار کند بود. تنها با تکثیر مدارهای مجتمع در مقیاس بزرگ، با صدها یا هزاران جزء قرار گرفته بر روی یک تراشه، بود که مزایای ترانزیستورهای اثر میدانی به منصه ظهور رسید.
تصویری از پتنت ترانزیستور اثر میدانی
اثر میدانی آخرین سهم بزرگ آزمایشگاه بل در توسعه ترانزیستور بود. تولیدکنندگان بزرگ الکترونیک مانند آزمایشگاه های بل (با وسترن الکتریک خود)، جنرال الکتریک، سیلوانیا و وستینگهاوس حجم قابل توجهی از تحقیقات نیمه هادی را جمع آوری کرده اند. از سال 1952 تا 1965، آزمایشگاه های بل به تنهایی بیش از دویست اختراع در این زمینه به ثبت رساندند. با این حال، بازار تجاری به سرعت به دست بازیگران جدیدی مانند Texas Instruments، Transitron و Fairchild افتاد.
بازار اولیه ترانزیستورها برای جلب توجه بازیگران اصلی بسیار کوچک بود: حدود 18 میلیون دلار در سال در اواسط دهه 1950، در مقایسه با کل بازار الکترونیکی 2 میلیارد دلاری. که در آن دانشمندان جوان می توانند دانش نیمه هادی را قبل از اقدام به فروش خدمات خود به شرکت های کوچکتر جذب کنند. هنگامی که در اواسط دهه 1960 بازار لوازم الکترونیکی لوله شروع به کوچک شدن جدی کرد، برای آزمایشگاه‌های بل، وستینگهاوس و بقیه برای رقابت با تازه‌کارها خیلی دیر شده بود.
انتقال کامپیوترها به ترانزیستورها
در دهه 1950، ترانزیستورها در چهار حوزه اصلی به دنیای الکترونیک حمله کردند. دو مورد اول سمعک و رادیوهای قابل حمل بودند که مصرف کم انرژی و در نتیجه عمر طولانی باتری سایر ملاحظات را تحت تأثیر قرار می دهد. سومین مورد استفاده نظامی بود. ارتش ایالات متحده امید زیادی به ترانزیستورها به عنوان اجزای قابل اعتماد و فشرده داشت که می توانستند در همه چیز از رادیوهای صحرایی گرفته تا موشک های بالستیک استفاده شوند. با این حال، در روزهای اولیه، هزینه‌های آنها برای ترانزیستورها بیشتر شبیه یک شرط‌بندی برای آینده فناوری به نظر می‌رسید تا تأیید ارزش آن زمان. و در نهایت، محاسبات دیجیتال نیز وجود داشت.
در زمینه کامپیوتر، کاستی های سوئیچ های لوله خلاء به خوبی شناخته شده بود، به طوری که برخی از شکاکان قبل از جنگ حتی معتقد بودند که یک کامپیوتر الکترونیکی را نمی توان یک وسیله کاربردی ساخت. وقتی هزاران لامپ در یک دستگاه جمع‌آوری شدند، برق را خوردند و مقدار زیادی گرما تولید کردند و از نظر قابلیت اطمینان، فقط می‌توان به فرسودگی منظم آنها اعتماد کرد. بنابراین ترانزیستور کم مصرف، خنک و بدون رزوه ناجی سازندگان کامپیوتر شد. معایب آن به عنوان تقویت کننده (مثلاً خروجی نویزتر) هنگام استفاده به عنوان سوئیچ مشکلی ایجاد نمی کند. تنها مانع هزینه بود و در زمان مناسب شروع به کاهش شدید خواهد کرد.
تمام آزمایش‌های اولیه آمریکا با رایانه‌های ترانزیستوری شده در نقطه تلاقی تمایل ارتش برای کشف پتانسیل یک فناوری جدید امیدوارکننده و تمایل مهندسان برای حرکت به سوی سوئیچ‌های بهبودیافته اتفاق افتاد.
آزمایشگاه‌های بل در سال 1954 TRADIC را برای نیروی هوایی ایالات متحده ساخت تا ببیند آیا ترانزیستورها می‌توانند رایانه دیجیتالی را بر روی بمب‌افکن نصب کنند و جایگزین ناوبری آنالوگ شوند و به دستیابی به هدف کمک کنند. آزمایشگاه MIT لینکلن کامپیوتر TX-0 را به عنوان بخشی از یک پروژه دفاع هوایی گسترده در سال 1956 توسعه داد. این دستگاه از نوع دیگری از ترانزیستور مانع سطحی استفاده کرد که برای محاسبات با سرعت بالا مناسب بود. فیلکو کامپیوتر SOLO خود را تحت قراردادی با نیروی دریایی (اما در واقع به درخواست NSA) ساخت و آن را در سال 1958 به پایان رساند (با استفاده از نوع دیگری از ترانزیستور مانع سطحی).
در اروپای غربی که در طول جنگ سرد کمتر از منابع برخوردار بودند، داستان بسیار متفاوت بود. ماشین هایی مانند کامپیوتر ترانزیستور منچستر، (نام دیگری که از پروژه ENIAC الهام گرفته شده و به عقب نوشته شده است) و اتریشی پروژه‌های جانبی بودند که از منابعی استفاده می‌کردند که سازندگانشان می‌توانستند با هم خراش دهند - از جمله ترانزیستورهای تک نقطه‌ای نسل اول.
بر سر عنوان اولین کامپیوتری که از ترانزیستور استفاده کرد، بحث و جدل های زیادی وجود دارد. البته همه چیز به انتخاب تعاریف مناسب برای کلماتی مانند "اول"، "ترانزیستور" و "کامپیوتر" برمی گردد. در هر صورت ما می دانیم که داستان به کجا ختم می شود. تجاری سازی رایانه های ترانزیستوری تقریباً بلافاصله آغاز شد. سال به سال کامپیوترها با همان قیمت بیشتر و قدرتمندتر می شدند و کامپیوترهای با همان قدرت ارزان تر می شدند و این روند آنقدر غیرقابل تحمل به نظر می رسید که در کنار گرانش و صرفه جویی در انرژی به درجه قانون ارتقا یافت. آیا باید در مورد اینکه کدام سنگریزه برای اولین بار فرو ریخت، بحث کنیم؟
قانون مور از کجا آمده است؟
با نزدیک شدن به پایان داستان سوئیچ، شایسته است بپرسیم: چه چیزی باعث این فروپاشی شده است؟ چرا قانون مور وجود دارد (یا وجود داشته است - بار دیگر در مورد آن بحث خواهیم کرد)؟ هیچ قانون مور برای هواپیما یا جاروبرقی وجود ندارد، همانطور که هیچ قانونی برای لوله ها یا رله های جاروبرقی وجود ندارد.
پاسخ دو بخش دارد:
- ویژگی های منطقی یک سوئیچ به عنوان یک دسته آرتیفکت
- توانایی استفاده از فرآیندهای صرفا شیمیایی برای ساخت ترانزیستور.
اول، در مورد ماهیت سوئیچ. ویژگی‌های بیشتر مصنوعات باید طیف وسیعی از محدودیت‌های فیزیکی نابخشودنی را برآورده کند. یک هواپیمای مسافربری باید وزن ترکیبی بسیاری از افراد را تحمل کند. یک جاروبرقی باید بتواند مقدار معینی کثیفی را در زمان معینی از یک ناحیه فیزیکی خاص بمکد. هواپیماها و جاروبرقی ها در صورت کاهش به مقیاس نانو بی فایده خواهند بود.
یک سوئیچ، یک سوئیچ اتوماتیک که هرگز توسط انسان لمس نشده است، محدودیت های فیزیکی بسیار کمتری دارد. باید دو حالت مختلف داشته باشد و باید بتواند با سایر سوئیچ های مشابه در صورت تغییر حالت هایشان ارتباط برقرار کند. یعنی تنها کاری که باید بتواند انجام دهد این است که روشن و خاموش شود. ترانزیستورها چه ویژگی خاصی دارند؟ چرا انواع دیگر سوئیچ های دیجیتال چنین پیشرفت های تصاعدی را تجربه نکرده اند؟
در اینجا به واقعیت دوم می رسیم. ترانزیستورها را می توان با استفاده از فرآیندهای شیمیایی بدون دخالت مکانیکی ساخت. از همان ابتدا، یک عنصر کلیدی در تولید ترانزیستور استفاده از ناخالصی های شیمیایی بود. سپس فرآیند مسطح آمد، که آخرین مرحله مکانیکی را از تولید حذف کرد - اتصال سیم‌ها. در نتیجه، او از آخرین محدودیت فیزیکی در کوچک سازی خلاص شد. ترانزیستورها دیگر نیازی به اندازه کافی برای انگشتان انسان یا هر وسیله مکانیکی ندارند. همه اینها با شیمی ساده، در مقیاسی کوچک غیرقابل تصور انجام شد: اسید به اچ، نور برای کنترل قسمت هایی از سطح که در برابر حکاکی مقاومت می کند، و بخار برای وارد کردن ناخالصی ها و لایه های فلزی به مسیرهای حکاکی شده.
اصلا چرا کوچک سازی لازم است؟ کاهش اندازه یک کهکشان کامل از عوارض جانبی دلپذیر را به همراه داشت: افزایش سرعت سوئیچینگ، کاهش مصرف انرژی و هزینه نسخه های جداگانه. این انگیزه های قدرتمند همه را به جستجوی راه هایی برای کاهش بیشتر سوئیچ ها سوق داده است. و صنعت نیمه هادی از ساخت سوئیچ هایی به اندازه یک ناخن به بسته بندی ده ها میلیون کلید در هر میلی متر مربع در طول عمر یک انسان تبدیل شده است. از درخواست هشت دلار برای یک سوئیچ تا ارائه بیست میلیون سوئیچ برای یک دلار.
تراشه حافظه اینتل 1103 از سال 1971. ترانزیستورهای منفرد که فقط ده ها میکرومتر اندازه دارند، دیگر برای چشم قابل مشاهده نیستند. و از آن به بعد هزار بار دیگر کاهش یافته است.
دیگر چه بخوانیم:
- ارنست بروان و استوارت مک دونالد، انقلاب در مینیاتور (1978)
- مایکل ریوردان و لیلیان هادسون، کریستال فایر (1997)
- جوئل شورکین، نابغه شکسته (1997)
منبع: www.habr.com