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Erfindung und Entdeckung von Transistoren

Erfindung und Entdeckung von Transistoren


Es dauerte viele Jahre, bis alle Vorbereitungsarbeiten abgeschlossen und das Team aufgebaut war, bevor die eigentliche Transistorerfindung oder Transistorentdeckung durchgeführt werden konnte.

Das Team, das den Transistor erfunden hat, hat gut zusammengearbeitet und trotz anfänglicher Rückschläge schnelle Fortschritte erzielt.

Die von Bell Labs eingerichtete Umgebung funktionierte gut und dies bot die richtige Atmosphäre für die Erfindung des Transistors.

Erste Versuche zur Transistorerfindung

Die Halbleitergruppe begann mit der Arbeit an einer von Shockleys Ideen. Er hatte daraus geschlossen, dass es möglich sein könnte, eine Form einer Halbleitertriode zu entwickeln. Er stellte sich eine Struktur von Schichten aus Silizium vom p- und n-Typ vor. Der Hauptstrom würde in einer der Schichten geführt und die Leitfähigkeit dieser Schicht würde durch ein externes Feld gesteuert. Dies würde die Anzahl der Ladungsträger (Löcher oder Elektronen) variieren, die verfügbar sind, um den Strom zu führen. Im Wesentlichen war diese Idee der Feldeffekttransistor, der heute weit verbreitet ist.

Um die Struktur zu schaffen, um diese Idee auszuprobieren, verwendete Shockley einige dünne Siliziumfilme, die durch Abscheidung hergestellt worden waren. Dies an sich war ein neuer Prozess, der gerade erst von einem anderen Bell-Mitarbeiter namens Teal entwickelt worden war.

Unter Verwendung der neuen Struktur erwartete Shockley eine signifikante Änderung der Leitung, wenn das Kontrollfeld geändert wurde. Zu seiner großen Enttäuschung wurde der Effekt nicht beobachtet. Berechnungen und Theorien wurden von anderen Mitgliedern der Gruppe überprüft und erneut überprüft, und es wurde kein Grund für das Scheitern gefunden.

Erst im März 1946 wurde das Problem gelöst. Bardeen vermutete, dass die Halbleiteroberfläche Elektronen einfing, die den Hauptkanal vor den Auswirkungen des externen Feldes abschirmten. Später sagte Shockley, dass diese Entdeckung eine der bedeutendsten Entwicklungen im gesamten Halbleiterprogramm war.

Richtungswechsel

Angeblich von den eingefangenen Elektronen geschlagen, änderte die Gruppe die Richtung. Sie wandten sich Untersuchungen zu umgekehrten vorgespannten pn-Übergängen zu, um eine neue Art von Blitzableiter zu entwickeln. Die Forschung drehte sich um dreischichtige Strukturen mit einer vorwärts und rückwärts vorgespannten Verbindung, und die Arbeiten daran wurden bis zum größten Teil des Jahres 1947 fortgesetzt.

Gegen Ende dieses Jahres begannen die Ereignisse, nach der Gruppe zu suchen. Im November hatte ein neuer Mitarbeiter des Teams eine entscheidende Idee. Zurück zu ihren früheren Arbeiten an Feldeffektgeräten schlug er vor, dass der Abschirmeffekt der eingefangenen Elektronen überwunden werden könnte, wenn ein Elektrolyt zwischen der Steuerplatte und dem Leitungskanal platziert würde. Ein neues Experiment wurde durchgeführt und war erfolgreich, wenn auch nur in begrenztem Umfang. Mit einem Maß an Erfolg fand das Team ein neues Maß an Motivation. In den folgenden Tagen wurden zahlreiche Ideen für mögliche Verstärker diskutiert.

Transistor Erfindung

Anfang Dezember begannen Bardeen und Brattain als neue Idee für die Transistorerfindung mit zwei eng beieinander liegenden Punktkontaktübergängen zu experimentieren. Sie stellten fest, dass beim Vorwärts- und Rückwärts-Vorspannen des anderen ein geringer Gewinn festgestellt wurde.

Bald startete das Team einige weitere Experimente, die auf dieser Idee basierten, aber anfangs konnten sie den Transistoreffekt nicht richtig nutzen. In einem Experiment wurde sogar ein Elektrolyt um die Probe gelegt, aber mit jedem neuen Test kamen sie der Entdeckung des vollen Transistoreffekts einen Schritt näher.

Schließlich entschieden sie, dass zwei Diodenübergänge in einem Abstand von etwa 0,05 mm angeordnet werden mussten. Dies wurde bemerkenswert leicht erreicht. Eine Goldschicht wurde auf einen kleinen Keil aus Plexiglas aufgebracht. Dann wurde eine Rasierklinge verwendet, um einen sehr dünnen Schlitz in das Gold genau an der Spitze des Keils zu schneiden. Dann wurde der Keil unter der Kraft einer kleinen Feder auf eine Germaniumschicht gelegt. Der Kollektor und der Emitter wurden durch die beiden Goldkontakte gebildet und die Germaniumschicht war der Basiskontakt.

Die Idee wurde am 16. Dezember 1947 ausprobiert und zu ihrer Überraschung funktionierte sie zum ersten Mal. Der erste Punktkontakttransistor war hergestellt und der Transistor erfunden worden.

Genau eine Woche später demonstrierten Shockley, Bardeen und Brattain der Geschäftsleitung von Bell die neue Transistor-Erfindung. Dies läutete den Beginn des Transistorzeitalters ein. Es waren jedoch noch viele weitere Entwicklungen erforderlich, bevor diese Geräte zur alltäglichen Realität werden konnten.

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