10.2.3.Изобретение транзистора

Появление транзистора было исторически обусловлено. Объективной предпосылкой его изобретения стали знания, нако-пленные в области изучения полупроводников. В ходе Второй мировой войны были существенно ускорены процессы развития полупроводниковой электроники. Полупроводниковые приборы стали необходимой базой военной техники.

В 1945 г. в крупнейшем исследовательском центре Bell Telеphone Laboratories (США) группа из ведущих ученых иссле-довала полупроводниковые структуры с целью создания прибо-ра, способного заменить вакуумные усилительные радиолампы. 17 декабря 1947 г. У. Шокли, У. Браттейн и Д. Бардин продемонстрировали усилитель на кристалле германия с металлическими контактами вместо вакуумной лампы (см. до-кументы №№ 87, 90 хрестоматии). Это был первый в мире то-чечный транзистор.

В 1956 г. транзистор был удостоен Нобелевской премии. Именно это устройство стало прообразом современных транзи-сторных структур, составивших основу современной электронной техники, включая компьютеры.

В ходе набиравшей темпы "холодной войны" были уско-рены подобные разработки и в Советском Союзе. Весной 1949 г. в НИИ-160 А. Красилов и С. Мадоян разработали первый в СССР точечный транзистор (см. документ № 89 хрестоматии) В 1952 г. были созданы промышленные образцы. Первые советские германиевые сплавные транзисторы были разработаны в начале 1950-х гг. в Физико-техническом институте им. А. Иоффе в Ле-нинграде (ФТИ). В 1954 г. началось их промышленное освоение.

Со временем обнаружилось, что германиевые транзисто-ры имеют недостаточно стабильные параметры. Кроме того, кри-сталлический германий был достаточно дорог. Альтернативные поиски привели к исследованию кремния. Кремний, имеющий температуру плавления 1420° С, позволял делать транзисторы, работающие в более широком диапазоне температур и обеспечи-вающие большую мощность. Используя технику формирования p-n-переходов, в 1954 г. компания Texas Instrument Inc. (США) создала кремниевый транзистор с хорошими характеристиками. В дальнейшем кремниевые транзисторы вытеснили германиевые из сферы практического применения. Благодаря малым габарит-ным размерам транзисторных приборов, массе, потребляемой мощности и высокой надежности, они сразу нашли применение в военной и бытовой аппаратуре.

После изобретения транзистора полупроводниковая элек-троника и фотоприемная техника развивались в тесной взаимо-связи. Достижения транзисторной электроники давали импульс развитию соответствующего направления полупроводниковых фотоприемников. Появление нового класса диодов сопровожда-лось увеличением их фоточувствительности. Так появились фо-тотранзисторы, фототиристоры, фотоварикапы, лавинные фото-диоды, p-i-n-фотодиоды, фотодиоды с барьером Шоттки.

К 1960-м гг. были разработаны различные оптические компоненты - световоды, линзы, волоконно-оптические элемен-ты.

10.2.4.Интегральные схемы

Бурное развитие транзисторной технологии поставило пе-ред разработчиками и схемотехниками задачу интеграции раз-розненных элементов электронной аппаратуры в процессе изго-товления в единое целое. Например: конструкция первых амери-канских радиовзрывателей минометных снарядов определяла объем радиопередатчика размером с кулак, и, чтобы уложиться в него, была придумана техника печатного монтажа, т.е. интегра-ция межсоединений. В послевоенных ракетах в головки самона-ведения стали вводить счетно-решающие устройства. Далее - вы-числительная техника: в ЭВМ первого поколения использовались сотни тысяч и миллионов элементов. Требовалось не только из-готовить эти элементы, но и провести множество дополнитель-ных операций: протестировать, доставить потребителю, осуще-ствить повторный контроль, монтаж на плату и пр. Возникло по-нятие "тирании количества". В этих условиях избежать брака бы-ло невозможно. Начали делать микротранзисторы, микрорези-сторы и т. д. Была освоена технология изготовления так называе-мых гибридных интегральных схем (ИС), которые содержали пассивные элементы (резисторы и конденсаторы) и межсоедине-ния, выполненные в виде пленок на керамической подложке. К пассивной части подсоединялись транзисторы и диоды. Появи-лись бескорпусные транзисторы в виде кремниевых кристаллов - чипов (chip - кристалл). Эти первые схемы были дорогими в изго-товлении и использовались поэтому только в ракетной технике. Задачам резкого повышения степени интеграции и надежности они не отвечали. Остро стояла проблема автоматизации сборки.

Прогрессивным направлением конца 1950-х гг. считались транзисторы фирмы Fairchild Semiconductor, выполненные по мезатехнологии (название возникло от того, что меза-транзистор в поперечном сечении напоминал плоскогорье). Рабочие частоты некоторых из первых меза-транзисторов достигали гигагерцевого уровня. Они были надежными, работали при более высоких тем-пературах.

Идея о возможности изготовления всей схемы в одном полупроводниковом кристалле принадлежит Д. Килби, специали-сту по микроминиатюризации компании Texas Instruments (ТI). Требовалось так разрезать пластину, чтобы на чипе оказывалось несколько меза-транзисторов, а также разместить на том же кри-сталле резисторы и конденсаторы, создав, таким образом, закон-ченное устройство (интегральную схему). Это было реализовано в начале 1959 г., когда удалось получить схему с памятью (триг-гер), изготовленную на одном кристалле монолитного германия (см. документ № 93 хрестоматии).

Новая технология, названная "планарной" (поскольку все элементы ИС изготавливались на одной стороне кремниевого кристалла, "в плане"), нашла всеобщее признание. Недостатком было то, что меза-структуры соединялись с помощью распайки металлических проволочек. Пайки снижали надежность микро-схем при большом количестве элементов. Многие недостатки первой ИС устранил Р. Нойс (Fairchild) (см. документы №№ 95-96 хрестоматии). Он применил тонкопленочные металлические межсоединения, проходящие по пленке окисла, а также усовер-шенствовал ряд других технологических процессов.

Р. Нойс и Д. Килби вошли в историю как создатели пер-вой интегральной схемы. В 2000 г. Д. Килби был удостоен Нобе-левской премии по физике. Р. Нойс не дожил до этого дня.

С 1959 г. разработки в области интегральных схем разви-вались высокими темпами. Сначала ИС применяли в военных областях - системах управления боевых ракет, средствах проти-воракетной обороны, а также в электронном криптографическом оборудовании.

Интегральные схемы возникли в результате военного противостояния времен "холодной войны" для усовершенство-вания новых оборонных и наступательных систем. В послевоен-ное время эффективность и низкая стоимость ИС обеспечили им широкое применение в бытовой аппаратуре. Планарная техноло-гия стала основой широкого промышленного освоения ИС и при-вела к увеличению транзисторов на одном кремниевом кристалле до сотен и тысяч.