Categories: Articles destacats » Fets interessants
Nombre de visualitzacions: 36129
Comentaris sobre l'article: 9
Historial de transistors
Es considera un dels invents significatius del segle XX invenció del transistorque va venir a substituir les làmpades electròniques.
Durant molt de temps, les làmpades van ser l’únic component actiu de tots els dispositius electrònics, tot i que presentaven moltes mancances. En primer lloc, es tracta d’un gran consum d’energia, de grans dimensions, de curta vida i de baixa resistència mecànica. Aquestes mancances es van notar cada cop més amb la millora i sofisticació dels equips electrònics.
Una revolució revolucionària en l’enginyeria de la ràdio va tenir lloc quan les làmpades obsoletes van ser substituïdes per dispositius d’amplificació de semiconductors: transistors, sense tots els inconvenients esmentats.
El primer transistor operatiu va néixer el 1947, gràcies a l’esforç dels empleats de l’empresa nord-americana Bell Telephone Laboratories. Els seus noms són ara coneguts a tot el món. Es tracta de científics: els físics W. Shockley, D. Bardin i W. Brighten. Ja el 1956, els tres van rebre el premi Nobel de física per aquest invent.
Però, com molts grans invents, el transistor no es va fer notar immediatament. Només en un dels diaris nord-americans es va esmentar que Bell Telephone Laboratories va demostrar el seu dispositiu anomenat transistor. També es va dir que es pot utilitzar en algunes àrees d’enginyeria elèctrica en lloc de tubs d’electrons.
El transistor mostrat tenia la forma d’un petit cilindre metàl·lic de 13 mm de llarg i es va demostrar en un receptor que no tenia tubs d’electrons. Per a tota la resta, l'empresa va afirmar que el dispositiu es pot utilitzar no només per a l'amplificació, sinó també per a la generació o la conversió d'un senyal elèctric.
Fig. 1. El primer transistor
Fig. 2. John Bardin, William Shockley i Walter Brattain. Per a la seva col·laboració en el desenvolupament del primer transistor operacional del món el 1948, van compartir el premi Nobel de 1956.
Però les capacitats del transistor, com, de fet, de molts altres grans descobriments, no es van entendre i apreciar immediatament. Per despertar interès pel nou dispositiu, Bell va anunciar-lo fermament a seminaris i articles i va concedir a tothom una llicència per fabricar-lo.
Els fabricants de làmpades electròniques no van veure un competidor seriós en el transistor, ja que era impossible alhora, en una sola caiguda, descomptar els trenta anys d’història de la producció de làmpades de diversos centenars de dissenys i les inversions multimilionàries en el seu desenvolupament i producció. Per tant, el transistor va entrar a l’electrònica no tan ràpid, ja que l’era dels tubs d’electrons era encara en curs.
Fig. 3. Transistor i làmpada electrònica
Primers passos cap als semiconductors
Des de l’antiguitat, dos tipus de materials s’utilitzaven principalment en enginyeria elèctrica: conductors i dielèctrics (aïllants). Metalls, solucions salades i alguns gasos tenen capacitat de conduir corrent. Aquesta capacitat es deu a la presència als conductors de portadors de càrrega gratuïta (electrons). En els conductors, els electrons es poden separar fàcilment de l’àtom, però aquells metalls que presenten una baixa resistència (coure, alumini, plata, or) són els més adequats per transferir energia elèctrica.
Els aïllants inclouen substàncies d’alta resistència, els seus electrons estan molt lligats a l’àtom. Es tracta de porcellana, vidre, cautxú, ceràmica, plàstic. Per tant, no hi ha càrregues lliures en aquestes substàncies i, per tant, no hi ha corrent elèctric.
És convenient recordar la redacció dels llibres de text de física que el corrent elèctric és el moviment direccional de les partícules carregades elèctricament sota la influència d’un camp elèctric. Als aïllants, simplement no hi ha res per moure’s sota la influència d’un camp elèctric.
Tot i això, en el procés d’estudi de fenòmens elèctrics en diversos materials, alguns investigadors van poder “sentir-se” per efectes semiconductors.Per exemple, el primer detector de cristalls (díode) va ser creat el 1874 pel físic alemany Karl Ferdinand Brown a partir del contacte de plom i pirita. (La pirita és una pirita de ferro; quan arriba a una cadira es trenca una guspira, per la qual cosa va rebre el nom del grec "festa" - foc). Més endavant, aquest detector va substituir amb èxit el cofre en els primers receptors, cosa que va augmentar significativament la seva sensibilitat.
El 1907, Beddecker, estudiant la conductivitat del coure de iode, va trobar que la seva conductivitat augmenta de 24 vegades en presència d’una impuresa de iode, tot i que el iode no és conductor. Però tots aquests van ser descobriments aleatoris als quals no es va poder donar una justificació científica. Un estudi sistemàtic dels semiconductors només es va iniciar el 1920 - 1930 anys.
Una gran contribució a l’estudi dels semiconductors la va fer un científic soviètic al famós laboratori de ràdio Nizhny Novgorod O.V. Losev. Va passar a la història principalment com a inventor de la cristadina (un oscil·lador i amplificador basat en un díode) i un LED. Vegeu més informació aquí: Historial de LEDs. Brillo de Losev.
A la matinada de la producció de transistors, el principal semiconductor era el germani (Ge). En termes de consum d’energia, és molt econòmic, la tensió per desbloquejar la seva unió pn és de només 0,1 ... 0,3V, però molts paràmetres són inestables, de manera que el silici (Si) va arribar a substituir-lo.
La temperatura en la qual funcionen els transistors de germani no és superior a 60 graus, mentre que els transistors de silici poden continuar funcionant a 150. El silici, com a semiconductor, supera el germani en altres propietats, principalment en freqüència.
A més, les reserves de silici (sorra ordinària de la platja) a la natura són il·limitades, i la tecnologia per a la seva neteja i processament és més senzilla i més barata que l’element de naturalesa rar de germani. El primer transistor de silici va aparèixer poc després del primer transistor de germani, el 1954. Aquest esdeveniment va comportar fins i tot un nou nom "era del silici", que no s'ha de confondre amb la pedra.
Fig. 4. L’evolució dels transistors
Microprocessadors i semiconductors. Capvespre de l’edat de silici
Alguna vegada has pensat per què recentment gairebé tots els ordinadors s’han convertit en multiconcle? Els termes de dual core o quad-core són prou coneguts. El fet és que l’augment del rendiment del microprocessador augmentant la freqüència del rellotge i augmentant el nombre de transistors d’un paquet, per a les estructures de silici està gairebé a prop del límit.
S'aconsegueix un augment del nombre de semiconductors d'un habitatge reduint les seves dimensions físiques. El 2011, INTEL ja va desenvolupar una tecnologia de processos de 32 nm en què la longitud del canal del transistor és de només 20 nm. Tanmateix, aquesta disminució no comporta un augment notable de la freqüència del rellotge, ja que es tractava de fins a 90 nm. És evident que ja és hora de passar a quelcom fonamentalment nou.
Fig. 5. Història dels transistors
Grafè: el semiconductor del futur
El 2004, els físics van descobrir un nou material semiconductor. grafene. Aquest principal candidat a la substitució del silici és també un material del grup carboni. Sobre la seva base, es crea un transistor que funciona en tres modes diferents.
Fig. 6. Grafen
Fig. 7. Imatge d’un transistor de grafè de camp obtingut mitjançant un microscopi electrònic d’escaneig
En comparació amb les tecnologies existents, això permetrà reduir el nombre de transistors en un cas exactament tres vegades. A més, segons els científics, les freqüències de funcionament del nou material semiconductor poden arribar fins als 1000 GHz. Els paràmetres, per descomptat, són molt temptadors, però fins ara el nou semiconductor es troba en fase de desenvolupament i estudi, i el silici continua sent un punt de treball. La seva edat encara no ha acabat.
Boris Aladyshkin
Consulteu també a electro-ca.tomathouse.com
: