Історичний огляд з часу винаходу транзистора

До кінця 40-х років стали очевидними обмежені можливості електровакуумних приладів, які неподільно панували в прикладній електроніці починаючи з винаходу Флемінгом вакуумного діода. Єдино можливим виходом стала розробка нових приладів без розжарюваних катодів. Рішення було знайдено, і воно полягало в застосуванні таких твердих тіл, електропровідність яких може мінятися під дією електричних чинників.

Біполярний транзистор

Спосіб модуляції електропровідності був запатентований Лілієнфельдом (1926), який описав пристрій для управління струмом, що працює за принципом, що вельми нагадує принцип роботи сучасного МОП-ТРАНЗИСТОРА. Такий же пристрій описаний в патенті Хейля (1935). Але ні Лілієнфельду, ні Хейлю не вдалося утілити свої ідеї на практиці. Це було здійснено в кінці 40-х років в лабораторіях фірми «Белл Телефон», де група інженерів, фахівців у області електроніки і металургії, створила перший підсилювальний напівпровідниковий прилад.

Спочатку були проведені досліди, в яких напівпровідником служив германій (Ge), а діелектриком—тонка пластинка слюди. Дослідження, виконані Шоклі і Пірсоном, привели до негативного результату, оскільки лише 10% наведеного заряду брало участь в модуляції провідності (у наші дні відомо, що причиною цього є наявність поверхневих рівнів в напівпровіднику). У 1947 р. Браттейну і Бардіну вдалося створити діючу модель підсилювального приладу, в якому використовувалися поверхневі явища в германії. Прилад мав, два точкові контакти, утворені між поверхнею Ge і тонкою золотою тяганиною.

Шоклі проаналізував отримані результати і запропонував конструкцію сплавного транзистора, яка була реалізована наступного року. Термін «біполярний транзистор» пов'язаний з тим, що в ньому використовуються носії заряду двох видів: електрони і дірки. Слово «транзистор» (від англ, transfer resistor) означає, що цей прилад погоджує низкоомне коло емітера з високоомним ланцюгом колектора. У 1956 р. Шоклі, Бардін і Браттейн були удостоєні Нобелівській премії по фізиці за створення біполярного транзистора.

Польовий транзистор з переходом, що управляє, і інші прилади

У подальші роки біполярний транзистор продовжував удосконалюватися, створювалися і нові напівпровідникові прилади. Тут можна згадати появу транзисторів з нерівномірно легованою базою, могутніх транзисторів, польових (уніполярних) транзисторів з переходом (від англ. JFET—Junction Field-Effect Transistor), що управляє, запропонованих Шоклі в 1952 р. З'явилися чотиришарові діоди (також розроблені Шоклі), могутні комутаційні прибори—діодні і тріодні тиристори і, нарешті, тунельні діоди, винайдені Есаки (1958).

Польові МОП-ТРАНЗИСТОРИ

Як вже наголошувалося, ще в 1926 р. була висловлена ідея пристрою, аналогічного сучасному польовому транзистору із структурою метал — оксид—півпровідник (МОП-ТРАНЗИСТОР). З технологічних причин реалізувати цю ідею в ті роки не вдалося. У 1960 р. Аталла і Каланг запропонували наносити на поверхню підкладки з кремнію тонку плівку оксиду кремнію (SiO2₎, яка дозволяє зменшити щільність поверхневих рівнів на межі розділу Si — SiO2_. Нарешті, в 1963 р. Хофстейн і Нейман створили перший МОП-ТРАНЗИСТОР, що працює в режимах збіднення і збагачення.

Мікроелектроніка. Інтегральні схеми

Вже в 1958 р. стала ясною необхідність створити прилади, а може бути, і цілі пристрої з розмірами, набагато меншими розмірів існуючих у той час виробів. Першим результатом з'явилося створення пристроїв на дискретних компонентах, виконаних з кремнію (прототипам з'явився автогенератор з фазовим автопідстроюванням частоти, сконструйований Килбі в 1959 р.).

Розвиток нових типів пристроїв почався із створення цифрових схем на дискретних біполярних транзисторах (1962). Незабаром були розроблені перші монолітні мікросхеми, які вже були інтегральними пристроями, виконаними на загальній підкладці з кремнію. До ним відносилися різноманітні серії ІС з ТТЛ-логікою (транзисторно-транзисторною логікою). Подібні пристрої не можна було виконати на дискретних елементах, тому що в них застосовувався багатоемітерний транзистор, що не випускався в дискретному варіанті.

Наступним кроком став додаток технологічних досягнень, одержаних при створенні біполярних ІС, до МОП-ПРИСТРОЇВ. Завдяки цьому були досягнуті крупні успіхи у виробництві цифрових ІС, пристроїв, що зокрема запам'ятовують. Як наслідок, вартість ЕОМ в 70-х роках істотно знизилася і продовжує знижуватися рік від року. Починаючи з 1972 р. випуск ІС на основі МОП-ТЕХНОЛОГИИ став перевищувати випуск мікроелектронних біполярних пристроїв. Останні проте зберігають своє значення, оскільки ТТЛ-логіка забезпечує вищу швидкодію.

Приблизно у ті ж роки стало очевидним, що панування МОП-ТЕХНОЛОГИИ не абсолютно. Це було пов'язано з розробкою біполярної логічної схеми типу И²Л (інтегральна інжекційна логіка). Основна конфігурація цієї логіки, що включає n-p-n-транзистор, доповнений таким, що живить p-n-p транзистором, дозволяє досягати великого ступеня інтеграції і кращої швидкодії, ніж по МОП-ТЕХНОЛОГІЇ.

На підставі приведених в таблиці цифр можна затверджувати, не ризикуючи впасти в помилку, що тенденція розвитку мікроелектроніки - це зростання числа елементів, що розміщуються на одному кристалі, що супроводжується зменшенням їх геометричних розмірів.

Надвеликі інтегральні схеми (СБИС), що дозволяють створювати репрограмовані блоки пам'яті, визначають потенційні можливості ЕОМ, які в свою чергу впливають на темпи прогресу цивілізації. Розвиток лінійних, або аналогових ІС, протікав набагато повільніше, і досягнуті результати тут не такі вражаючі. Серед інших видів лінійних ІС виділяється операційний підсилювач (ОУ), який завдяки своїй точності і багатофункціональності є базовим елементом для численних мікроелектронних пристроїв. У тих випадках, коли потрібно працювати з високими рівнями, потужності або на дуже високих частотах, як і раніше використовують транзистори в дискретному виконанні.

Дата добавления: 2014-01-07