В очередных попытках понять, как работает транзистор, и как устроен транзистор, и как открыли транзистор вообще, решил "начать с истоков", и почитать про историю открытия транзисторов.
Выяснилось, что, как всегда, любая теория вырастает в роли подгона формул под результаты опытов, а результаты эти часто открываются совершенно случайно, в ходе удачного стечения обстоятельств.
Сначала, 1900-ых, было радио, и модулировалось оно амплитудной модуляцией. Устройство, которое "демодулировало" радосигнал в обычный звуковой сигнал, называлось "кристаллическим детектором", и представляло собой обычный выпрямляющий p-n переход (это сейчас он обычный, тогда таких умных слов не знали, и о его существовании не особо себе представляли). Это была такая конструкция из полупроводника (тогда ещё не знали, что он так называется) и металлической иголки, вставленной в него. Открыли эту штуку, естественно, случайно, и наилучшее положение для иголки искали под песни с бубном, двигая её по поверхности полупроводника в поисках наибольшей громкости звука, выдаваемого радиоприёмником.
Потом русский учёный Лосев, в 1920-ых, заметил, что если приложить к детектору, изготовленному из меди, так называемое "напряжение смещения" (просто внешнее поле), то он начинал усиливать ток (при определённых значениях напряжения смещения, соответствующих спуску на графике зависимости силы тока от приложенного напряжения для туннельного диода). Эти его работы не получили поддержки властей, и не пошли в производство.
Затем полупроводники на время отошли на второй план, а на первый план вышли ламповые усилители.
Опыты с медным p-n переходом продолжались (но тогда ещё никто не знал слова p-n переход), и к концу 1920-ых чуваки изобрели медно-закисный "полупроводниковый диод". И все сразу уловили сходство "полупроводникового диода" и лампы. И начали пробовать вставить внутрь этого диода такую же ускоряющую типа сетку, но у них ничего не получалось.
В конце 30-ых все срочно начали готовиться ко Второй Международной Войне, и направили тонны бюджетов на исследования по изобретению нормального полупроводникового аналога вакуумного триода, поскольку выяснилось, что ламповые усилители были слишком медленными (нужно было нагреть катод, и с него потом ещё электроны летели на противоположный конец лампы), и не подходили для "детектирования" радиосигналов большой частоты (используемых, например, воздушными радарами, потому что чем больше длина волны, тем больше она стремится обогнуть препятствие, а не отразиться от него). Также всем нужны были детекторы инфракрасного излучения, видимо для приборов ночного видения (потому что днём танки легко уничтожались авиацией, и поэтому передвигались они под покровом ночи, и приборы ночного видения нужны были как нападающим, так и защищающимся).
Где-то в это время в компании Bell Labs Вильяму Шокли поручили разобраться с этим вопросом. Он прочитал все статьи, выпущенные по этой теме, и пришёл к выводу, что попытки слепить полупроводниковый транзистор путём вставки разгоняющей сетки в середину - это тупиковый путь. Дальше его перекинули на другие проекты, и этой темой он не занимался.
В этом же подразделении другие чуваки решили вернуться к истокам, и продолжили развивать старые добрые детекторы, полагая, что нужно просто достичь более высокой степени очистки полупроводника. Они взяли кремний и пробовали очищать его, расплавляя в "гелиевой атмосфере".
Детекторы, полученные из такого очищенного кремния были уже лучше. При этом выяснилось, что часть образцов проводила ток только в одном направлении, а часть - только в другом. Чуваки решили, что направление проводимости зависит от чистоты кремния.
Потом, в 1940-ом, попался один странный образец, который менял ток, пропущенный через него, непредсказуемым образом. Оказалось, что образец реагировал на свет (фотоэффект), причём это был какой-то грандиозный по силе фотоэффект. Также проводимость образца зависела от температуры и влажности.
Чуваки очень удивились, потравили образец азотной кислотой, и увидели, что он состоит из двух тех самых половинок, проводящих ток в разных направлениях. Два вида половинок с тех пор называют полупроводниками n-типа и p-типа. Выяснилось, что в кремнии наверху собирались лёгкие примеси (бор и алюминий), поэтому там образовывался кремний с переходом p-типа, а в центре "тигля" (штуки, в которой плавили кремний) собирались тяжёлые примеси (фосфор), поэтому там образовывался кремний с переходом n-типа.
Был это 1940-ой год, потом чуваки пошли в патентное бюро и держали всё в секрете, до 1946-ого, когда они получили свой патент, и открыли изобретению всему человечеству.
К 1950-ым годам начали выпускать первые биполярные транзисторы, а к 1960-ым — планарные биполярные транзисторы.
Сейчас почти все транзисторы на микросхемах - полевые, а не биполярные (которые проходят в школах).
Идеи создания полевых транзисторов появились ещё в 1920-ых годах, однако по техническим причинам первые работающие образцы удалось создать лишь к 1960-ым годам.
Преимущества полевых транзисторов над биполярными процитируем из Википедии:
"За счёт того, что полевые транзисторы управляются полем (величиной напряжения приложенного к затвору), а не током, протекающим через базу (как в биполярных транзисторах), полевые транзисторы потребляют значительно меньше энергии, что особенно актуально в схемах ждущих и следящих устройств, а также в схемах малого потребления и энергосбережения (реализация спящих режимов).
Выдающиеся примеры устройств, построенных на полевых транзисторах, — наручные кварцевые часы и пульт дистанционного управления для телевизора. За счёт применения КМОП-структур эти устройства могут работать до нескольких лет, потому что практически не потребляют энергии."
Выяснилось, что, как всегда, любая теория вырастает в роли подгона формул под результаты опытов, а результаты эти часто открываются совершенно случайно, в ходе удачного стечения обстоятельств.
Сначала, 1900-ых, было радио, и модулировалось оно амплитудной модуляцией. Устройство, которое "демодулировало" радосигнал в обычный звуковой сигнал, называлось "кристаллическим детектором", и представляло собой обычный выпрямляющий p-n переход (это сейчас он обычный, тогда таких умных слов не знали, и о его существовании не особо себе представляли). Это была такая конструкция из полупроводника (тогда ещё не знали, что он так называется) и металлической иголки, вставленной в него. Открыли эту штуку, естественно, случайно, и наилучшее положение для иголки искали под песни с бубном, двигая её по поверхности полупроводника в поисках наибольшей громкости звука, выдаваемого радиоприёмником.
Потом русский учёный Лосев, в 1920-ых, заметил, что если приложить к детектору, изготовленному из меди, так называемое "напряжение смещения" (просто внешнее поле), то он начинал усиливать ток (при определённых значениях напряжения смещения, соответствующих спуску на графике зависимости силы тока от приложенного напряжения для туннельного диода). Эти его работы не получили поддержки властей, и не пошли в производство.
Затем полупроводники на время отошли на второй план, а на первый план вышли ламповые усилители.
Опыты с медным p-n переходом продолжались (но тогда ещё никто не знал слова p-n переход), и к концу 1920-ых чуваки изобрели медно-закисный "полупроводниковый диод". И все сразу уловили сходство "полупроводникового диода" и лампы. И начали пробовать вставить внутрь этого диода такую же ускоряющую типа сетку, но у них ничего не получалось.
В конце 30-ых все срочно начали готовиться ко Второй Международной Войне, и направили тонны бюджетов на исследования по изобретению нормального полупроводникового аналога вакуумного триода, поскольку выяснилось, что ламповые усилители были слишком медленными (нужно было нагреть катод, и с него потом ещё электроны летели на противоположный конец лампы), и не подходили для "детектирования" радиосигналов большой частоты (используемых, например, воздушными радарами, потому что чем больше длина волны, тем больше она стремится обогнуть препятствие, а не отразиться от него). Также всем нужны были детекторы инфракрасного излучения, видимо для приборов ночного видения (потому что днём танки легко уничтожались авиацией, и поэтому передвигались они под покровом ночи, и приборы ночного видения нужны были как нападающим, так и защищающимся).
Где-то в это время в компании Bell Labs Вильяму Шокли поручили разобраться с этим вопросом. Он прочитал все статьи, выпущенные по этой теме, и пришёл к выводу, что попытки слепить полупроводниковый транзистор путём вставки разгоняющей сетки в середину - это тупиковый путь. Дальше его перекинули на другие проекты, и этой темой он не занимался.
В этом же подразделении другие чуваки решили вернуться к истокам, и продолжили развивать старые добрые детекторы, полагая, что нужно просто достичь более высокой степени очистки полупроводника. Они взяли кремний и пробовали очищать его, расплавляя в "гелиевой атмосфере".
Детекторы, полученные из такого очищенного кремния были уже лучше. При этом выяснилось, что часть образцов проводила ток только в одном направлении, а часть - только в другом. Чуваки решили, что направление проводимости зависит от чистоты кремния.
Потом, в 1940-ом, попался один странный образец, который менял ток, пропущенный через него, непредсказуемым образом. Оказалось, что образец реагировал на свет (фотоэффект), причём это был какой-то грандиозный по силе фотоэффект. Также проводимость образца зависела от температуры и влажности.
Чуваки очень удивились, потравили образец азотной кислотой, и увидели, что он состоит из двух тех самых половинок, проводящих ток в разных направлениях. Два вида половинок с тех пор называют полупроводниками n-типа и p-типа. Выяснилось, что в кремнии наверху собирались лёгкие примеси (бор и алюминий), поэтому там образовывался кремний с переходом p-типа, а в центре "тигля" (штуки, в которой плавили кремний) собирались тяжёлые примеси (фосфор), поэтому там образовывался кремний с переходом n-типа.
Был это 1940-ой год, потом чуваки пошли в патентное бюро и держали всё в секрете, до 1946-ого, когда они получили свой патент, и открыли изобретению всему человечеству.
К 1950-ым годам начали выпускать первые биполярные транзисторы, а к 1960-ым — планарные биполярные транзисторы.
Сейчас почти все транзисторы на микросхемах - полевые, а не биполярные (которые проходят в школах).
Идеи создания полевых транзисторов появились ещё в 1920-ых годах, однако по техническим причинам первые работающие образцы удалось создать лишь к 1960-ым годам.
Преимущества полевых транзисторов над биполярными процитируем из Википедии:
"За счёт того, что полевые транзисторы управляются полем (величиной напряжения приложенного к затвору), а не током, протекающим через базу (как в биполярных транзисторах), полевые транзисторы потребляют значительно меньше энергии, что особенно актуально в схемах ждущих и следящих устройств, а также в схемах малого потребления и энергосбережения (реализация спящих режимов).
Выдающиеся примеры устройств, построенных на полевых транзисторах, — наручные кварцевые часы и пульт дистанционного управления для телевизора. За счёт применения КМОП-структур эти устройства могут работать до нескольких лет, потому что практически не потребляют энергии."
Что до основного вопроса — "как работает транзистор?" — то я до сих пор не нашёл на него ответа.
Возможно даже, что этого никто не знает, раз никто не может нормально это объяснить, и я думаю, что официальная наука только делает вид, будто бы знает, как работает транзистор.
Наука всегда подгоняет теоретическую модель под наблюдаемую практику.
И вообще, в целом, вопросы типа "почему?" и "как?" всегда основываются на чём-то - на какой-то аксиоматике, на каком-то наборе общепринятых фактов - и всегда имеют негласный предел.
Например, "почему с колесом легче, чем волоком? потому что колесо перекатывает", "почему легче, когда колесо перекатывает? потому трение качения меньше трения скольжения", "почему трение качения меньше трения скольжения? потому что сила трения прямо пропорциональна площади соприкасающихся поверхностей", "почему сила трения прямо пропорциональна площади соприкасающихся поверхностей? потому что она имеет электромагнитную природу, и появляется, когда атомы и молекулы движутся насколько близко друг к другу, что взаимодействуют своими положительными и отрицательными зарядами, создавая микроскопическую силу взаимного притяжения, которая, будучи помноженной на гигантское число атомов и молекул на площади поверхности, даёт вполне осязаемую силу трения", "почему положительные и отрицательные заряды притягиваются? почему вещество состоит из атомов? почему в атоме есть положительные и отрицательные заряды? почему в природе есть заряд?", и так далее, и тому подобное - гипотетически, эту цепочку можно продолжать до бесконечности. И поэтому все негласно соглашаются на некий предел такой цепочки. Ведь самое главное получено: получены практические результаты, построены новые мощные машины, получена Сила. И не так важно в данный момент, как это всё объяснить с философской точки зрения. Потому что работает, и работает хорошо, а завтра будет завтра.
Наука всегда подгоняет теоретическую модель под наблюдаемую практику.
И вообще, в целом, вопросы типа "почему?" и "как?" всегда основываются на чём-то - на какой-то аксиоматике, на каком-то наборе общепринятых фактов - и всегда имеют негласный предел.
Например, "почему с колесом легче, чем волоком? потому что колесо перекатывает", "почему легче, когда колесо перекатывает? потому трение качения меньше трения скольжения", "почему трение качения меньше трения скольжения? потому что сила трения прямо пропорциональна площади соприкасающихся поверхностей", "почему сила трения прямо пропорциональна площади соприкасающихся поверхностей? потому что она имеет электромагнитную природу, и появляется, когда атомы и молекулы движутся насколько близко друг к другу, что взаимодействуют своими положительными и отрицательными зарядами, создавая микроскопическую силу взаимного притяжения, которая, будучи помноженной на гигантское число атомов и молекул на площади поверхности, даёт вполне осязаемую силу трения", "почему положительные и отрицательные заряды притягиваются? почему вещество состоит из атомов? почему в атоме есть положительные и отрицательные заряды? почему в природе есть заряд?", и так далее, и тому подобное - гипотетически, эту цепочку можно продолжать до бесконечности. И поэтому все негласно соглашаются на некий предел такой цепочки. Ведь самое главное получено: получены практические результаты, построены новые мощные машины, получена Сила. И не так важно в данный момент, как это всё объяснить с философской точки зрения. Потому что работает, и работает хорошо, а завтра будет завтра.
Комментариев нет:
Отправить комментарий