Artikel séjén dina séri:
- Sajarah relay
- Sajarah komputer éléktronik
- Sajarah transistor
- sajarah Internét
Pikeun leuwih ti saratus taun, anjing analog geus wagging buntut digital na. Usaha pikeun ngalegaan kamampuan panca indra urang - visi, dédéngéan, bahkan, dina rasa, insinyur sareng élmuwan dipingpin touch - pikeun milarian komponén anu langkung saé pikeun telegraf, telepon, radio sareng radar. Ngan ukur ku kabeneran yén panéangan ieu mendakan jalan pikeun nyiptakeun jinis mesin digital énggal. Sarta kuring mutuskeun pikeun ngabejaan carita konstanta ieu
Tapi ku taun 1960-an, kolaborasi anu suksés ieu réngsé, sareng éta carita kuring. Pabrikan alat-alat digital henteu kedah ningali deui dunya telegraf, telepon sareng radio pikeun saklar énggal anu langkung saé, sabab transistor nyalira nyayogikeun sumber perbaikan anu teu aya. Taun-taun aranjeunna ngali langkung jero sareng langkung jero, sok milarian cara pikeun ningkatkeun laju sacara éksponénsial sareng ngirangan biaya.
Sanajan kitu, euweuh ieu bakal kajadian lamun penemuan transistor geus eureun di
Mimiti laun
Aya sakedik sumanget dina pers populér pikeun pengumuman Bell Labs ngeunaan penemuan transistor. Dina 1 Juli 1948, The New York Times ngabdikeun tilu paragraf pikeun acara di handapeun laporan Radio News na. Leuwih ti éta, warta ieu mucunghul sanggeus batur, écés dianggap leuwih penting: contona, acara radio jam-lila "Waltz Time", nu sakuduna dituju muncul dina Néglasari. Dina hindsight, urang meureun hoyong seuri, atawa malah scold pangarang kanyahoan - kumaha aranjeunna gagal pikeun mikawanoh kajadian nu ngancik dunya tibalik ka handap?
Tapi hindsight distorts persepsi, amplifying sinyal anu significance urang terang leungit dina lautan noise dina waktu éta. Transistor taun 1948 béda pisan sareng transistor komputer dimana anjeun maca tulisan ieu (iwal anjeun mutuskeun pikeun nyitak). Aranjeunna differed pisan yén, sanajan ngaran anu sarua, sarta garis unbroken of warisan nyambungkeun aranjeunna, maranéhanana kudu dianggap spésiés béda, lamun teu genera béda. Aranjeunna mibanda komposisi béda, struktur béda, prinsip operasi béda, teu nyebut bédana badag dina ukuran. Ieu ngan ngaliwatan reinvention konstan yén alat kagok diwangun ku Bardeen na Brattain bisa ngarobah dunya jeung kahirupan urang.
Kanyataanna, transistor germanium single-titik teu pantes perhatian leuwih ti eta narima. Éta ngagaduhan sababaraha cacad anu diwariskeun tina tabung vakum. Éta, tangtosna, langkung alit tibatan lampu anu paling kompak. Henteuna filamén panas hartosna yén éta ngahasilkeun kirang panas, ngirangan énergi, henteu kaduruk, sareng henteu peryogi pemanasan sateuacan dianggo.
Sanajan kitu, akumulasi kokotor dina beungeut kontak ngarah ka gagal sarta negated potensi hirup layanan deui; eta masihan sinyal noisier; digawé ngan dina kakuatan lemah sareng dina rentang frékuénsi sempit; gagal dina ayana panas, tiis atawa kalembaban; sarta teu bisa dihasilkeun seragam. Sababaraha transistor anu diciptakeun ku cara anu sami ku jalma anu sami bakal gaduh ciri listrik anu béda-béda. Sareng sadaya ieu hargana dalapan kali lipat tina lampu standar.
Teu nepi ka 1952 yén Bell Labs (jeung Panyekel patén séjén) geus direngsekeun masalah manufaktur cukup pikeun transistor single-titik pikeun jadi alat praktis, komo lajeng aranjeunna henteu nyebarkeun loba saluareun pasar bantuan dédéngéan, dimana sensitipitas harga relatif low. .sarta mangpaat tina segi umur batre leuwih ti kalemahan.
Sanajan kitu, usaha munggaran geus dimimitian ngahurungkeun transistor kana hal hadé tur leuwih mangpaat. Éta saleresna mimiti langkung awal tibatan waktos masarakat diajar ngeunaan ayana.
ambisi Shockley urang
Nepi ka tungtun taun 1947, Bill Shockley nyandak lalampahan ka Chicago dina pikagumbiraeun hébat. Anjeunna ngagaduhan ide anu teu jelas ngeunaan cara ngéléhkeun transistor Bardeen sareng Brattain anu nembé diciptakeun, tapi henteu acan gaduh kasempetan pikeun ngembangkeunana. Janten tibatan ngaraosan istirahat antara tahapan padamelan, anjeunna nyéépkeun Natal sareng Taun Anyar di hotél, ngeusian sakitar 20 halaman buku catetan sareng ideu. Di antarana aya usulan pikeun transistor anyar diwangun ku sandwich semikonduktor - nyiksikan p-tipe germanium antara dua potongan n-tipe.
Didorong ku ace ieu dina leungeun baju na, Shockley ngaku ka Bardeen sareng Brattain pikeun uih deui ka Murray Hill, ngaku sadayana kiridit pikeun nyiptakeun transistor. Naha éta ideu ngeunaan pangaruh lapangan anu nyababkeun Bardeen sareng Brattain ka laboratorium? Naha ieu henteu kedah ngajantenkeun sadaya hak paténna ditransferkeun ka anjeunna? Tapi, trik Shockley mundur: ahli hukum patén Bell Labs mendakan yén panemu anu teu dipikanyaho,
Janten, sanaos Bell Labs masihan Shockley bagian berehan tina kiridit panemu, aranjeunna ngan ukur namina Bardeen sareng Brattain dina patén éta. Nanging, naon anu parantos dilakukeun teu tiasa dibolaykeun: ambisi Shockley ngancurkeun hubunganana sareng dua bawahan. Bardeen dieureunkeun gawe dina transistor jeung konsentrasi dina superconductivity. Anjeunna ninggalkeun laboratorium di 1951. Brattain tetep aya, tapi nampik gawé bareng Shockley deui, sarta keukeuh ditransferkeun ka grup sejen.
Kusabab henteu mampuh damel sareng jalma sanés, Shockley henteu kantos ngadamel kamajuan di laboratorium, janten anjeunna ogé angkat ti dinya. Dina 1956, anjeunna balik ka Palo Alto pikeun ngamimitian perusahaan transistor sorangan, Shockley Semiconductor. Sateuacan angkat, anjeunna papisah sareng garwa Jean nalika anjeunna pulih tina kanker rahim, sareng janten aub sareng Emmy Lanning, anu anjeunna nikah. Tapi tina dua halves tina impian California-Na - hiji parusahaan anyar jeung pamajikan anyar - ngan hiji jadi kanyataan. Dina 1957, insinyur pangalusna-Na, angered ku gaya manajemén sarta arah di mana manéhna nyokot parusahaan, ninggalkeun anjeunna pikeun manggihan hiji parusahaan anyar, Fairchild Semiconductor.
Shockley dina 1956
Janten Shockley ngantunkeun cangkang kosong perusahaanna sareng nyandak padamelan di jurusan téknik listrik di Stanford. Di dinya anjeunna terus ngasingkeun batur-baturna (sareng sobat pangkolotna, fisikawan
Sanajan usaha lemah na dina wirausaha gagal, Shockley kungsi melak siki dina taneuh fruitful. The San Fransisco Bay Area ngahasilkeun loba firms éléktronika leutik, nu flushed kalawan waragad ti pamaréntah féderal salila perang. Fairchild Semiconductor, turunan teu kahaja Shockley, ngahasilkeun puluhan perusahaan anyar, sababaraha anu masih dikenal ayeuna: Intel sareng Advanced Micro Devices (AMD). Dina awal taun 1970-an, daérah éta ngagaduhan nickname derisive "Silicon Valley." Tapi antosan sakedap - Bardeen sareng Brattain nyiptakeun transistor germanium. Dimana asalna silikon?
Ieu mangrupikeun situs Mountain View anu ditinggalkeun anu baheulana ngagaduhan Shockley Semiconductor sapertos taun 2009. Kiwari éta wangunan geus dibongkar.
Nuju Silicon Crossroads
Nasib tipe transistor anyar, invented by Shockley di hotél Chicago, éta loba happier ti nu manggihan na. Éta sadayana berkat kahayang hiji lalaki pikeun tumuwuh tunggal, kristal semikonduktor murni. Gordon Teal, kimiawan fisik ti Texas anu parantos diajar germanium anu teu aya gunana pikeun gelar doktorna, nyandak padamelan di Bell Labs dina taun 30-an. Sanggeus diajar ngeunaan transistor, manéhna jadi yakin yén reliabiliti sarta kakuatan bisa nyata ningkat ku nyieun eta tina kristal tunggal murni, tinimbang tina campuran polycrystalline lajeng dipaké. Shockley nampik usaha na salaku runtah sumberdaya.
Sanajan kitu, Teal tetep sarta ngahontal kasuksésan, kalayan bantuan insinyur mékanis John Little, nyieun hiji alat nu extracts siki kristal leutik tina germanium molten. Salaku germanium leuwih tiis sabudeureun inti, éta dimekarkeun struktur kristal na, nyieun hiji kontinyu sarta ampir murni semikonduktor kisi. Nepi ka cinyusu taun 1949, Teal jeung Little bisa nyieun kristal dina urutan, sarta tés némbongkeun yén maranéhna jauh balik pesaing polycrystalline maranéhanana. Utamana, transporter minor ditambahkeun kana eta bisa salamet di jero pikeun saratus microseconds atawa malah leuwih panjang (versus teu leuwih ti sapuluh microseconds dina sampel kristal séjén).
Ayeuna Teal tiasa mampuh langkung seueur sumber daya, sareng ngarekrut langkung seueur jalma ka timnya, diantarana nyaéta kimiawan fisik anu sanés sumping ka Bell Labs ti Texas - Morgan Sparks. Aranjeunna mimiti ngarobah ngalembereh sangkan p-tipe atawa n-tipe germanium ku nambahkeun manik tina najis luyu. Dina sataun, aranjeunna tos ningkat téhnologi ka extent misalna yén maranéhna bisa tumuwuh sandwich germanium npn langsung di ngalembereh. Sarta eta digawé persis sakumaha diprediksi Shockley: sinyal listrik tina bahan p-tipe modulated arus listrik antara dua konduktor disambungkeun ka n-tipe potongan sabudeureun eta.
Morgan Sparks sareng Gordon Teal dina bangku kerja di Bell Labs
transistor simpang tumuwuh Ieu outperforms karuhun kontak titik tunggal na ampir sagala cara. Utamana, éta leuwih dipercaya jeung bisa diprediksi, ngahasilkeun leuwih saeutik noise (jeung ku kituna éta leuwih sénsitip), sarta éta pisan efisien énergi - consuming sajuta kali kirang énergi ti tabung vakum has. Dina Juli 1951, Bell Labs ngayakeun konferensi pers sejen pikeun ngumumkeun penemuan anyar. Malah saméméh transistor munggaran junun ngahontal pasar, éta geus jadi dasarna teu relevan.
Jeung can ieu ngan awal. Dina 1952, General Electric (GE) ngumumkeun ngembangkeun prosés anyar pikeun nyieun transistor simpang, metoda fusi. Dina kerangkana, dua bal indium (donor tipe-p) dihijikeun dina dua sisi nyiksikan ipis germanium tipe-n. Prosés ieu langkung saderhana sareng langkung mirah tibatan ngagedekeun simpang dina alloy; transistor sapertos kitu masihan résistansi kirang sareng ngadukung frekuensi anu langkung luhur.
Transistor tumuwuh sareng ngahiji
Taun saterusna, Gordon Teal mutuskeun pikeun balik deui ka nagara asalna sareng nyandak padamelan di Texas Instruments (TI) di Dallas. Perusahaan diadegkeun salaku Geophysical Services, Inc., sareng mimitina ngahasilkeun alat-alat pikeun éksplorasi minyak, TI parantos muka divisi éléktronika nalika perang, sareng ayeuna nuju ka pasar transistor dina lisénsi ti Western Electric (divisi manufaktur Bell Labs).
Teal dibawa sareng anjeunna kaahlian anyar diajar di laboratorium: kamampuhan pikeun tumuwuh sarta
Silicon éta leuwih stabil, tapi datang dina biaya titik lebur loba nu leuwih luhur, comparable jeung nu baja. Ieu nyababkeun kasusah anu ageung, nunjukkeun yén kristal murni anu diperyogikeun pikeun nyiptakeun transistor kualitas luhur. Silikon molten panas bakal nyerep rereged tina naon waé crucible éta. Teel sareng timnya di TI tiasa ngatasi tantangan ieu nganggo conto silikon ultra-murni ti DuPont. Dina Méi 1954, dina konperénsi Institute of Radio Engineering di Dayton, Ohio, Teal nunjukkeun yén alat silikon anyar anu diproduksi di laboratoriumna terus dianggo sanajan direndam dina minyak panas.
Upstarts suksés
Tungtungna, kira-kira tujuh taun sanggeus transistor munggaran nimukeun, éta bisa dijieun tina bahan nu geus jadi sinonim. Sarta ngeunaan jumlah sarua waktu bakal ngaliwatan saméméh penampilan transistor nu kasarna nyarupaan bentuk dipaké dina microprocessors urang jeung chip memori.
Dina 1955, élmuwan Bell Labs hasil diajar nyieun transistor silikon ku téhnologi doping anyar - tinimbang nambahkeun bal padet tina najis kana cair cair, aranjeunna ngawanohkeun aditif gas kana beungeut padet semikonduktor (
Paduan kalayan
Tungtungna, dina 1960, dua insinyur Bell Labs (John Atalla sareng Davon Kahn) ngalaksanakeun konsép aslina Shockley pikeun transistor éfék lapangan. Lapisan ipis oksida dina beungeut semikonduktor éta bisa éféktif ngurangan kaayaan permukaan, ngabalukarkeun médan listrik ti gerbang aluminium pikeun nembus kana silikon nu. Kituna lahir MOSFET [métal-oksida semikonduktor médan-éfék transistor] (atawa struktur MOS, tina logam-oksida-semikonduktor), nu tétéla jadi gampang pikeun miniaturize, sarta nu masih dipaké dina ampir sakabéh komputer modern (pikaresepna). , Atalla asalna ti Mesir, sareng Kang ti Koréa Kidul, sareng sacara praktis ngan ukur dua insinyur ieu tina sajarah urang anu henteu ngagaduhan akar Éropa).
Tungtungna, tilu belas taun sanggeus penemuan transistor munggaran, hal resembling transistor dina komputer Anjeun mucunghul. Éta langkung gampang pikeun ngahasilkeun sareng nganggo kakuatan anu kirang tibatan transistor simpang, tapi rada lambat pikeun ngaréspon kana sinyal. Ngan ku proliferasi sirkuit terpadu skala badag, kalawan ratusan atawa rébuan komponén lokasina dina chip tunggal, kaunggulan tina transistor-efek widang datang ka fore.
Ilustrasi tina patén transistor pangaruh lapangan
Pangaruh lapangan éta kontribusi utama panungtungan Bell Labs pikeun ngembangkeun transistor. Pabrikan éléktronika utama sapertos Bell Laboratories (kalayan Western Electric), General Electric, Sylvania sareng Westinghouse parantos ngumpulkeun jumlah panalungtikan semikonduktor anu pikaresepeun. Ti 1952 nepi ka 1965, Bell Laboratories nyalira ngadaptarkeun leuwih ti dua ratus patén-patén dina topik ieu. Tapi pasar komérsial gancang murag kana panangan pamaén anyar sapertos Texas Instruments, Transitron, sareng Fairchild.
Pasar transistor mimiti leutik teuing pikeun narik perhatian pamaén utama: kira-kira $ 18 juta sataun dina pertengahan 1950-an, dibandingkeun sareng pasar éléktronika total $ 2 milyar, tapi, laboratorium panalungtikan raksasa ieu dilayanan salaku kubu latihan anu teu kahaja. dimana élmuwan ngora bisa nyerep pangaweruh semikonduktor saméméh pindah ka ngajual jasa maranéhna pikeun firms leutik. Nalika pasar éléktronika tube mimiti ngaleutikan serius dina pertengahan 1960-an, éta telat pikeun Bell Labs, Westinghouse sarta sésana bersaing jeung upstarts.
Transisi komputer ka transistor
Dina taun 1950-an, transistor nyerang dunya éléktronik dina opat daérah utama. Dua anu munggaran nyaéta alat bantu dédéngéan sareng radio portabel, dimana konsumsi kakuatan anu rendah sareng umur batre anu panjang ngalangkung pertimbangan sanés. Katilu nyaéta pamakéan militér. Angkatan Darat AS ngagaduhan harepan anu luhur pikeun transistor salaku komponén anu tiasa dipercaya, kompak anu tiasa dianggo dina sagala hal ti radio lapangan dugi ka misil balistik. Sanajan kitu, dina poé mimiti, belanja maranéhanana dina transistor seemed leuwih kawas alungan dina masa depan téhnologi ti konfirmasi nilai maranéhna lajeng. Sarta pamustunganana, aya ogé komputasi digital.
Dina widang komputer, shortcomings of switch tube vakum anu ogé dipikawanoh, kalawan sababaraha skeptics saméméh perang malah percanten yén hiji komputer éléktronik teu bisa dijadikeun alat praktis. Nalika rébuan lampu dikumpulkeun dina hiji alat, aranjeunna ngahakan listrik, ngahasilkeun panas anu ageung, sareng tina segi reliabilitas, hiji-hijina tiasa ngandelkeun burnout biasa. Ku alatan éta, kakuatan low, tiis, sarta transistor threadless jadi Jurusalamet produsén komputer. Kalemahanna salaku panguat (output noisier, contona) henteu janten masalah nalika dianggo salaku saklar. Hiji-hijina halangan nyaéta biaya, sareng dina waktosna bakal mimiti turun sacara parah.
Sakabéh percobaan Amérika mimiti kalawan komputer transistorized lumangsung di simpang tina kahayang militér urang ngajajah poténsi téhnologi anyar ngajangjikeun jeung kahayang insinyur pikeun pindah ka ningkat switch.
Bell Labs ngawangun TRADIC pikeun Angkatan Udara AS di 1954 pikeun ningali naha transistor bakal ngamungkinkeun komputer digital dipasang dina kapal bom, ngagentos navigasi analog sareng ngabantosan milarian target. MIT Lincoln Laboratorium ngembangkeun komputer TX-0 salaku bagian tina hiji proyék pertahanan hawa éksténsif dina 1956. Mesin dipaké varian sejen tina transistor panghalang permukaan, ogé cocog pikeun komputasi-speed tinggi. Philco ngawangun komputer SOLO na handapeun kontrak jeung Angkatan Laut (tapi sabenerna dina pamundut ti NSA), rengse dina 1958 (ngagunakeun varian sejen tina transistor panghalang permukaan).
Di Éropa Kulon, kirang endowed kalawan sumberdaya salila Perang Tiis, carita éta pisan béda. Mesin sapertos Manchester Transistor Computer,
Aya seueur kontrovérsi ngeunaan judul komputer munggaran anu nganggo transistor. Éta sadayana turun, tangtosna, pikeun milih definisi anu pas pikeun kecap sapertos "mimiti," "transistor," sareng "komputer." Bisi wae, urang terang dimana tungtung carita. Commercialization tina komputer transistorized dimimitian ampir langsung. Taun-taun, komputer pikeun harga anu sami janten langkung kuat, sareng komputer anu gaduh kakuatan anu sami janten langkung mirah, sareng prosés ieu sigana teu tiasa dihindari sahingga éta diangkat kana pangkat hukum, gigireun gravitasi sareng konservasi énergi. Naha urang kedah ngabantah ngeunaan karikil mana anu mimiti runtuh?
Dimana hukum Moore asalna?
Nalika urang ngadeukeutan tungtung carita saklar, éta patut ditaroskeun: naon anu nyababkeun runtuhna ieu? Naha hukum Moore aya (atanapi aya - urang bakal ngabantah ngeunaan éta sanés waktos)? Henteu aya hukum Moore pikeun kapal terbang atanapi pembersih vakum, sapertos teu aya hiji pikeun tabung vakum atanapi relay.
Jawabanana aya dua bagian:
- Sipat logis tina switch salaku kategori artefak.
- Kamampuhan ngagunakeun prosés kimiawi murni pikeun nyieun transistor.
Kahiji, ngeunaan hakekat switch. Sipat paling artefak kudu nyugemakeun rupa-rupa konstrain fisik unforgiving. Pesawat panumpang kedah ngadukung beurat gabungan seueur jalma. A vacuum cleaner kudu bisa nyedot jumlah nu tangtu kokotor dina waktu nu tangtu ti wewengkon fisik nu tangtu. Kapal terbang sareng pembersih vakum bakal aya gunana upami diréduksi jadi skala nano.
Saklar, saklar otomatis nu teu kungsi keuna ku leungeun manusa, boga watesan fisik jauh leuwih saeutik. Éta kedah gaduh dua nagara bagian anu béda, sareng éta kedah tiasa komunikasi sareng saklar anu sami nalika kaayaanana robih. Nyaéta, sadaya anu kedah dilakukeun nyaéta ngaktipkeun sareng mareuman. Naon husus ngeunaan transistor? Naha sanés jinis saklar digital anu sanés ngalaman perbaikan eksponensial sapertos kitu?
Di dieu urang datang ka kanyataan kadua. Transistor tiasa dilakukeun nganggo prosés kimiawi tanpa campur tangan mékanis. Ti mimiti, unsur konci produksi transistor nya éta pamakéan pangotor kimiawi. Lajeng sumping prosés planar, nu ngaleungitkeun hambalan mékanis panungtungan tina produksi-ngalampirkeun kawat. Hasilna, anjeunna meunang leupas tina watesan fisik panungtungan on miniaturization. Transistor henteu kedah langkung ageung pikeun ramo manusa — atanapi alat mékanis naon waé. Éta sadayana dilakukeun ku kimia anu sederhana, dina skala anu teu kabayangkeun leutik: asam pikeun etch, cahaya pikeun ngontrol bagian mana permukaan anu nolak etching, sareng uap pikeun ngenalkeun pangotor sareng film logam kana lagu anu diukir.
Naha miniaturisasi perlu pisan? Ngurangan ukuran masihan sakabeh galaksi efek samping pikaresepeun: ngaronjat speed switching, ngurangan konsumsi énergi jeung biaya salinan individu. Insentif anu kuat ieu nyababkeun sadayana milarian cara pikeun ngirangan saklar. Jeung industri semikonduktor geus indit ti nyieun saklar ukuran kuku ramo kana bungkusan puluhan juta saklar per milimeter pasagi dina hirupna hiji lalaki. Tina naroskeun dalapan dolar kanggo hiji saklar dugi ka nawiskeun dua puluh juta saklar pikeun sakelar.
Intel 1103 chip memori ti 1971. Transistor individu, ukuranna ukur puluhan mikrométer, teu katingali deui ku panon. Sarta saprak éta maranéhna geus turun sarébu kali deui.
Naon deui anu dibaca:
- Ernest Bruan jeung Stuart MacDonald, Revolusi dina Miniatur (1978)
- Michael Riordan sareng Lillian Hoddeson, Crystal Fire (1997)
- Joel Shurkin, Broken Genius (1997)
sumber: www.habr.com