Transistor de tubo electrónico
¿Qué es un transistor? En términos generales, un transistor es un componente electrónico sólido hecho de semiconductores. Oro, plata, cobre, hierro y otros metales. Tiene buena conductividad eléctrica y se llama conductor. Madera, vidrio, cerámica, mica, etc. No conduce la electricidad fácilmente y se llama aislante. Una sustancia que tiene conductividad entre un conductor y un aislante se llama semiconductor. Los transistores están hechos de materiales semiconductores. Los materiales más comunes son el germanio y el silicio.
El semiconductor es un material descubierto al cabo de 19 años. En ese momento, la gente no descubrió el valor de los semiconductores, por lo que no prestaron atención a la investigación de semiconductores. Hasta la Segunda Guerra Mundial, debido al desarrollo de la tecnología de radar, la aplicación de dispositivos semiconductores (detectores de minerales por microondas) se volvió cada vez más madura y desempeñó un papel importante en el ejército, despertando el interés de la gente por los semiconductores. Muchos científicos están comprometidos con la investigación en profundidad sobre los semiconductores. Después de un intenso trabajo de investigación, los físicos estadounidenses Shockley, Bardeen y Brattain tomaron la iniciativa e inventaron conjuntamente el transistor, un componente sólido semiconductor con tres pivotes. El transistor se llama "mago de tres patas". Su invención es un acontecimiento trascendental en la historia de la tecnología electrónica y abre una nueva era: la era de la tecnología electrónica de estado sólido. Los tres también recibieron 10 por su investigación sobre semiconductores y el descubrimiento del efecto transistor.
Grupo Shockley y Transistores El estadounidense William Shockley nació en Londres el 3 de febrero de 1910 y estudió física cuántica en el MIT. Después de doctorarse en esta escuela en 1936, ingresó en los prestigiosos Laboratorios Bell, fundados por Bell, el inventor del teléfono. Bell Labs es el instituto de investigación más famoso en el campo de la electrónica, especialmente las comunicaciones. Conocido como el "Reino de la Investigación", ya en 1936, Mervyn Kelly, entonces director del departamento de investigación y más tarde presidente de los Laboratorios Bell, le dijo a Shockley que para satisfacer las crecientes necesidades de comunicación, la mecánica del futuro sistema telefónico. serán reemplazados por interruptores electrónicos. Este pasaje dejó una impresión imborrable en Shockley y despertó su entusiasmo. Dedicó su vida a promover el avance de la tecnología electrónica. Walter Brattain también era estadounidense. Nació en febrero de 1902 en Xiamen, una hermosa ciudad al sur de China. En ese momento, su padre trabajaba como profesor en China. Bratton es un experto en experimentos. Bardeen nació en Madison, Wisconsin, EE. UU. en 1908, después de recibir su doctorado en la Universidad de Minnesota en 1929. Recibió dos títulos de la Universidad de Wisconsin en 1928 y 1929. Posteriormente, se trasladó a la Universidad de Princeton para estudiar física del estado sólido. Obtuvo el doctorado en 1936. Llegó a trabajar a Bell Labs en 1945. Mervyn Kelly es un director de tecnología visionario. Desde la década de 1930, se preocupa por encontrar y adoptar nuevos materiales y dispositivos electrónicos de amplificación que funcionen según nuevos principios. Antes y después de la Segunda Guerra Mundial, su aguda visión científica le impulsó a decidirse decididamente a reforzar la investigación básica sobre semiconductores para abrir nuevas áreas de la tecnología electrónica. En el verano de 1945, los Laboratorios Bell decidieron oficialmente tomar la física del estado sólido como su principal dirección de investigación y formularon un enorme plan de investigación para este propósito. Inventar el transistor fue una parte importante de este plan. En el verano de 1946, se estableció formalmente el Grupo de Investigación de Física del Estado Sólido de los Laboratorios Bell. Este grupo estaba encabezado por Shockley y tenía varios grupos bajo su jurisdicción. Uno es Semiconductor Group, que incluye a Brattain y Bardeen. Hay muchos talentos en este grupo, incluidos físicos teóricos, expertos experimentales, químicos físicos, expertos en circuitos, expertos metalúrgicos, ingenieros y otros campos. Trabajan juntos y saben aprovechar las experiencias beneficiosas de sus predecesores. Al mismo tiempo, también prestan atención a aprovechar los resultados de las investigaciones de sus contemporáneos y absorber las fortalezas de muchas personas. Dentro del grupo se llevan a cabo debates académicos útiles.
"Si surgen nuevas ideas y nuevos problemas, se recurrirá a ellos."
Al principio, Bratton y Bardeen adoptaron el concepto de efecto de campo propuesto por Shockley al estudiar los transistores. La idea del efecto de campo fue la primera propuesta concreta para un amplificador de estado sólido. Según este plan, intentaron imitar el principio de un triodo de vacío y utilizar un campo eléctrico externo para controlar el movimiento de los electrones en los semiconductores. Sin embargo, las cosas salieron mal y los experimentos fracasaron repetidamente.
La gente obtiene mucho menos de lo esperado. Es desconcertante. ¿Por qué la teoría siempre entra en conflicto con la práctica?
¿Alguna pregunta? Después de muchas noches de insomnio pensando intensamente, Bardeen propuso una nueva teoría: la teoría del estado superficial. Esta teoría sostiene que los fenómenos superficiales pueden provocar efectos de amplificación de la señal. La introducción del concepto de estados superficiales ha supuesto un gran paso adelante para que la gente comprenda la estructura y las propiedades de los semiconductores. Bratton y otros persiguieron la victoria y llevaron a cabo cuidadosamente una serie de experimentos. Como resultado, descubrieron inesperadamente que cuando la muestra y el electrodo de referencia se colocaban en el electrolito, aparecía una capa de carga y una fuerza eléctrica dentro de la superficie del semiconductor. Este descubrimiento emocionó mucho a todos. Con gran entusiasmo, aceleraron su investigación y repitieron experimentos utilizando efectos de campo. Inesperadamente, apareció repentinamente un efecto completamente diferente durante la continuación del experimento. La nueva situación que siguió superó con creces las expectativas del experimentador.
El pensamiento de la gente se vio interrumpido, el plan original para fabricar dispositivos prácticos tuvo que cambiarse y la situación cada vez más clara volvió a volverse confusa. Sin embargo, el equipo de Shockley no se rindió. Siguieron de cerca un rayo de luz en la niebla, cambiaron de opinión y continuaron explorando. Después de muchos análisis, cálculos y experimentos, finalmente se consiguió lo tan esperado: "." Bardeen y Bratton colocaron dos cables de contacto en la superficie de una oblea semiconductora de germanio. Cuando los dos cables de contacto están muy cerca, se produce la amplificación. El primer sólido del mundo. También nació el transistor amplificador de estado. En este momento digno de celebración, Bratton reprimió su entusiasmo interior y aún escribió meticulosamente en sus notas experimentales: "Ganancia de voltaje 100, ganancia de potencia 40". La pérdida actual es 1/2,5... quienes presenciaron y escucharon el audio fueron Gibney, Moore, Bardeen, Pearson, Shockley, Fletcher y Bowen. "En las notas de Bratton, Pearson, Moore y Shockley firmaron sus fechas y nombres respectivamente para mostrar su aprobación.
El transistor con el que Bardeen y Bratton experimentaron con éxito fue una línea de contacto metálica Punto de contacto entre el transistor y el semiconductor , por eso se le llama transistor de contacto puntual. Este transistor puede amplificar corriente y voltaje.
Basado en la rigurosa actitud científica posterior a la invención del transistor, Bell Labs no anunció de inmediato los resultados del equipo de Shockley. Resultados de la investigación Creyeron que tomaría tiempo comprender el papel del transistor para poder escribir el artículo y solicitar la patente. Después de eso, Shockley y otros estaban ocupados trabajando en un estado extremadamente nervioso, con un poco de preocupación. sus mentes. Si se anunciaba primero, sus esfuerzos serían en vano. En ese momento, muchos científicos se centraban en este tema, en una reunión de la Sociedad Estadounidense de Física, Bray y la Universidad de Baidu informaron sobre sus experimentos y descubrimientos sobre el germanio. contactos puntuales En ese momento, el secreto del transistor inventado por Bell Labs aún no había sido revelado, y Bratton, uno de sus inventores, estaba sentado entre el público. Resultó que el experimento de Bray estaba a sólo un pequeño paso de la realidad. Por lo tanto, cuando Bray y Bratton hablaron sobre su experimento después de la reunión, Bratton inmediatamente se puso nervioso y no se atrevió a decir mucho que la otra parte dijera que tenía miedo de filtrar el secreto a la otra parte. Luego se apresuró a alejarse. Más tarde, Bray dijo con pesar: "Si coloco el electrodo cerca del electrodo de Benze, me arrepentiré. "Los poderosos laboratorios Bell sólo fueron ligeramente mejores en esta competencia de sabiduría y habilidades.
Medio año después de la invención del transistor, el 30 de junio de 1948, los laboratorios Bell presentaron el invento al público para la Se demostró por primera vez en Nueva York este gran invento sorprendió a muchos expertos, pero la mayoría expresó dudas sobre su valor práctico. El 30 de julio de ese año, el New York Times lo informó en sólo 8 frases y 201 palabras. eso debería conmocionar al mundo.
De hecho, el transistor de contacto puntual en ese momento era el mismo que el detector de minerales. Era inestable, ruidoso, de baja frecuencia, baja amplificación, su rendimiento no podía seguir el ritmo del tubo electrónico. , y fue difícil de hacer. No es de extrañar que la gente sea indiferente. Sin embargo, el físico Shockley y otros creen firmemente que el transistor tiene un futuro brillante y que su enorme potencial aún no se ha aprovechado. Entonces, después de la invención del transistor de contacto puntual, no escatimaron esfuerzos. Sigue aprendiendo. Después de más de un mes de pensar repetidamente, Shockley perdió peso y sus ojos estaban inyectados en sangre. Sin embargo, una idea se hizo cada vez más clara en su mente: la razón fundamental del fracaso de investigaciones anteriores fue que la gente imitaba ciegamente el triodo de vacío a toda costa. En realidad, esto conduce a un malentendido en la investigación. Los transistores y los tubos de electrones surgen de fenómenos físicos completamente diferentes, por lo que el efecto transistor tiene su propia singularidad. Sabiendo esto, Shockley decidió inmediatamente abandonar el transistor de efecto de campo original y concentrarse en otra idea: la amplificación por transistor. Las ideas correctas eventualmente florecen y se convierten en las flores más hermosas. En octubre, Shockley imaginó un nuevo tipo de transistor estructurado como un pan sándwich, con una capa de semiconductor tipo N intercalada entre dos capas de semiconductor tipo P. ¡bonita! Desafortunadamente, debido a las limitaciones de las condiciones técnicas de la época, la investigación y los experimentos fueron muy difíciles. No fue hasta 1950 que se fabricó con éxito el primer transistor de unión PN.
La aparición del transistor, un hito en la historia del desarrollo de la tecnología electrónica, es una extraña flor en el árbol de la tecnología electrónica. En comparación con los tubos electrónicos, los transistores tienen muchas ventajas: ① Los componentes de los transistores no se consumen. No importa qué tan bueno sea el tubo de electrones, se deteriorará gradualmente debido a cambios en los átomos del cátodo y fugas crónicas de gas. Por razones técnicas, el mismo problema existía al comienzo de la producción de transistores. Con el avance de la producción de materiales y diversas mejoras, en términos generales, la vida útil de los transistores es de 65.438.000 a 65.438.0000 veces más larga que la de los tubos de electrones, y pueden denominarse dispositivos permanentes. ②Los transistores consumen muy pocos electrones, sólo una décima o una décima parte de los de los tubos de electrones. No requiere calentamiento de un filamento para producir electrones libres como un tubo de vacío. Una radio de transistores se puede escuchar durante medio año utilizando sólo unas pocas pilas secas. Esto es difícil de hacer con una radio de tubo. ③El transistor funciona tan pronto como se enciende. Por ejemplo, una radio de transistores suena cuando se enciende y un televisor de transistores muestra imágenes cuando se enciende. Los equipos de tubo no pueden hacer esto. Después de encender el teléfono, se tarda un rato en escuchar el sonido y ver la imagen. Obviamente, los transistores son muy ventajosos en aplicaciones militares, medición y registro. ④Los transistores son fuertes y confiables, 65,438 veces más confiables que los tubos de electrones. Esto no tiene comparación con los tubos electrónicos. Además, el volumen de un transistor es sólo de una décima a una centésima parte del de un tubo de electrones, libera muy poco calor y puede usarse para diseñar circuitos pequeños, complejos y confiables. Aunque el proceso de fabricación de transistores es preciso, es sencillo y ayuda a aumentar la densidad de montaje de los componentes. Debido al rendimiento superior de los transistores, los transistores se han utilizado ampliamente en la producción industrial y agrícola, la construcción de defensa nacional y la vida diaria de las personas desde su nacimiento. En 1953, el primer lote de radios de transistores alimentados por baterías fue muy bien recibido por la gente tan pronto como salieron al mercado, y la gente se apresuró a comprarlos. Luego hubo una competencia entre los fabricantes para crear transistores de onda corta. Poco después, comenzaron a venderse en todo el mundo "radios de transistores" de bolsillo que no requerían corriente alterna, lo que provocó un nuevo auge en el consumo.