Lịch sử bóng bán dẫn

Một trong những phát minh quan trọng của thế kỷ XX được coi là phát minh bóng bán dẫnngười đã đến để thay thế đèn điện tử.

Trong một thời gian dài, đèn là thành phần hoạt động duy nhất của tất cả các thiết bị điện tử, mặc dù chúng có nhiều nhược điểm. Trước hết, nó là một tiêu thụ năng lượng lớn, kích thước lớn, tuổi thọ ngắn và độ bền cơ học thấp. Những thiếu sót này đã được cảm nhận ngày càng mạnh mẽ hơn với sự cải tiến và tinh tế của thiết bị điện tử.

Một cuộc cách mạng trong kỹ thuật vô tuyến đã diễn ra khi đèn lỗi thời được thay thế bằng các thiết bị khuếch đại bán dẫn - bóng bán dẫn, không có bất kỳ nhược điểm nào được đề cập.

Transitor hoạt động đầu tiên ra đời vào năm 1947, nhờ vào nỗ lực của các nhân viên của công ty Bell Electrical Laboratory Laboratory. Tên của họ hiện được biết đến trên toàn thế giới. Đây là những nhà khoa học - nhà vật lý W. Shockley, D. Bardin và W. Brighten. Ngay trong năm 1956, cả ba đã được trao giải thưởng Nobel Vật lý cho phát minh này.

Nhưng, giống như nhiều phát minh vĩ đại, bóng bán dẫn không được chú ý ngay lập tức. Chỉ trong một trong những tờ báo của Mỹ đã đề cập rằng Phòng thí nghiệm Điện thoại Bell đã trình diễn thiết bị của mình được gọi là bóng bán dẫn. Người ta cũng nói rằng nó có thể được sử dụng trong một số lĩnh vực kỹ thuật điện thay vì ống điện tử.

Các bóng bán dẫn được hiển thị ở dạng một xi lanh kim loại nhỏ dài 13 mm và được chứng minh trong một máy thu không có ống điện tử. Đối với mọi thứ khác, công ty tuyên bố rằng thiết bị có thể được sử dụng không chỉ để khuếch đại, mà còn để tạo hoặc chuyển đổi tín hiệu điện.

Hình. 1. Transitor đầu tiên

Hình. 2. John Bardin, William Shockley và Walter Brattain. Với sự hợp tác của họ trong việc phát triển bóng bán dẫn hoạt động đầu tiên trên thế giới vào năm 1948, họ đã chia sẻ giải thưởng Nobel năm 1956.

Nhưng khả năng của bóng bán dẫn, như, thực sự, của nhiều khám phá vĩ đại khác, đã không được hiểu và đánh giá ngay lập tức. Để khơi dậy sự quan tâm đến thiết bị mới, Bell kiên quyết quảng cáo nó tại các hội thảo và bài báo, và cấp cho mọi người giấy phép sản xuất nó.

Các nhà sản xuất đèn điện tử đã không nhìn thấy một đối thủ cạnh tranh nghiêm trọng trong bóng bán dẫn, bởi vì không thể ngay lập tức, trong một lần giảm giá, đã giảm giá lịch sử ba mươi năm của việc sản xuất hàng trăm thiết kế và đầu tư hàng triệu đô la vào phát triển và sản xuất. Do đó, bóng bán dẫn đi vào thiết bị điện tử không quá nhanh, vì thời đại của các ống điện tử vẫn đang tiếp diễn.

Hình. 3. Transitor và đèn điện tử

Những bước đầu tiên để bán dẫn

Từ thời xa xưa, hai loại vật liệu chủ yếu được sử dụng trong kỹ thuật điện - dây dẫn và điện môi (chất cách điện). Kim loại, dung dịch muối và một số chất khí có khả năng dẫn dòng điện. Khả năng này là do sự hiện diện trong các dây dẫn của chất mang điện tích tự do - electron. Trong các dây dẫn, các electron khá dễ tách ra khỏi nguyên tử, nhưng những kim loại có điện trở thấp (đồng, nhôm, bạc, vàng) là phù hợp nhất để truyền năng lượng điện.

Chất cách điện bao gồm các chất có điện trở cao, các electron của chúng liên kết rất chặt với nguyên tử. Đó là đồ sứ, thủy tinh, cao su, gốm sứ, nhựa. Do đó, không có phí miễn phí trong các chất này, và do đó không có dòng điện.

Rất thích hợp để nhớ lại từ ngữ trong sách giáo khoa vật lý rằng dòng điện là chuyển động có hướng của các hạt tích điện dưới tác động của điện trường. Trong các chất cách điện, đơn giản là không có gì để di chuyển dưới ảnh hưởng của điện trường.

Tuy nhiên, trong quá trình nghiên cứu các hiện tượng điện trong các vật liệu khác nhau, một số nhà nghiên cứu đã có thể "cảm nhận" được các hiệu ứng bán dẫn.Ví dụ, máy dò tinh thể đầu tiên (diode) được tạo ra vào năm 1874 bởi nhà vật lý người Đức Karl Ferdinand Brown dựa trên sự tiếp xúc của chì và pyrite. (Pyrite là một pyrite sắt; khi nó va vào một cái ghế, một tia lửa bị cắt ra, đó là lý do tại sao nó có tên từ tiếng Hy Lạp feast Lửa - lửa). Sau đó, máy dò này đã thay thế thành công máy kết hợp trong các máy thu đầu tiên, giúp tăng đáng kể độ nhạy của chúng.

Năm 1907, Beddecker, nghiên cứu tính dẫn điện của đồng iốt, đã phát hiện ra rằng độ dẫn của nó tăng gấp 24 lần khi có tạp chất iốt, mặc dù bản thân iốt không phải là chất dẫn điện. Nhưng tất cả những điều này là những khám phá ngẫu nhiên không thể đưa ra một bằng chứng khoa học. Một nghiên cứu có hệ thống về chất bán dẫn chỉ bắt đầu vào năm 1920 - 1930 năm.

Một đóng góp to lớn cho nghiên cứu về chất bán dẫn được thực hiện bởi một nhà khoa học Liên Xô tại phòng thí nghiệm vô tuyến nổi tiếng Nizhny Novgorod O.V. Losev. Ông đi vào lịch sử chủ yếu là người phát minh ra cristadine (một bộ tạo dao động và bộ khuếch đại dựa trên một diode) và một đèn LED. Xem thêm về điều này ở đây: Lịch sử của đèn LED. Sự phát sáng của Losev.

Vào buổi bình minh của việc sản xuất bóng bán dẫn, chất bán dẫn chính là Germanium (Ge). Về tiêu thụ năng lượng, nó rất kinh tế, điện áp để mở khóa tiếp giáp pn của nó chỉ là 0,1 ... 0,3V, nhưng nhiều thông số không ổn định, vì vậy nó đã thay thế silicon (Si).

Nhiệt độ tại đó các bóng bán dẫn Germanium có thể hoạt động không quá 60 độ, trong khi các bóng bán dẫn silicon có thể tiếp tục hoạt động ở 150. Silicon, như một chất bán dẫn, vượt qua Germanium trong các tính chất khác, chủ yếu là về tần số.

Ngoài ra, trữ lượng silicon (cát thông thường trên bãi biển) trong tự nhiên là không giới hạn, và công nghệ làm sạch và xử lý nó đơn giản và rẻ hơn so với nguyên tố tự nhiên hiếm có của Germanium. Transitor silicon đầu tiên xuất hiện ngay sau bóng bán dẫn Germanium đầu tiên - vào năm 1954. Sự kiện này thậm chí còn đòi hỏi một cái tên mới là silicon silicon tuổi, không bị nhầm lẫn với đá!

Hình. 4. Sự phát triển của bóng bán dẫn

Bộ vi xử lý và chất bán dẫn. Hoàng hôn thời đại Silicon

Bạn có bao giờ tự hỏi tại sao gần đây tất cả các máy tính đã trở thành đa lõi? Các thuật ngữ lõi kép hoặc lõi tứ là phổ biến cho tất cả mọi người. Thực tế là sự gia tăng hiệu suất của bộ vi xử lý bằng cách tăng tần số xung nhịp và tăng số lượng bóng bán dẫn trong một gói, đối với các cấu trúc silicon gần như đạt đến giới hạn.

Sự gia tăng số lượng chất bán dẫn trong một vỏ được thực hiện bằng cách giảm kích thước vật lý của chúng. Năm 2011, INTEL đã phát triển công nghệ xử lý 32nm trong đó độ dài kênh bóng bán dẫn chỉ là 20 nm. Tuy nhiên, việc giảm như vậy không mang lại sự gia tăng đáng kể về tần số xung nhịp, vì nó là công nghệ lên đến 90nm. Rõ ràng là đã đến lúc chuyển sang một cái gì đó mới về cơ bản.

Hình. 5. Lịch sử của bóng bán dẫn

Graphene - chất bán dẫn của tương lai

Năm 2004, các nhà vật lý đã phát hiện ra một vật liệu bán dẫn mới. graphene. Ứng cử viên chính này để thay thế silicon cũng là một vật liệu nhóm carbon. Trên cơ sở của nó, một bóng bán dẫn được tạo ra hoạt động ở ba chế độ khác nhau.

Hình. 6. Graphene

Hình. 7. Hình ảnh của một bóng bán dẫn graphene trường thu được bằng kính hiển vi điện tử quét

So với các công nghệ hiện có, điều này sẽ cho phép giảm số lượng bóng bán dẫn trong một trường hợp chính xác ba lần. Ngoài ra, theo các nhà khoa học, tần số hoạt động của vật liệu bán dẫn mới có thể đạt tới 1000 GHz. Các thông số, tất nhiên, rất hấp dẫn, nhưng cho đến nay chất bán dẫn mới đang ở giai đoạn phát triển và nghiên cứu, và silicon vẫn còn là một công việc. Tuổi anh vẫn chưa kết thúc.

Boris Aladyshkin 

Comments

[#1]

Tuy nhiên, trong công nghệ âm thanh có sự quay trở lại với đèn, bởi vì âm thanh của bộ khuếch đại ống không thể so sánh với âm thanh của bóng bán dẫn.

[#2]

volfram Đối với sự trở lại với công nghệ đèn, bạn đã đưa ra một tuyên bố quá gây tranh cãi. Đơn giản là có những người chủ quan nghĩ rằng đèn tốt hơn, thế thôi. Về thực tế là "không đi đến bất kỳ so sánh," tôi sẽ không nói. Đây chỉ là một thói quen.

[#3 Vlad]

Tuy nhiên, âm thanh của đèn tốt hơn bóng bán dẫn. Và đây không phải là "có vẻ chủ quan", mà là một thực tế. Bây giờ ngay cả sở thích cũ đã hồi sinh - thiết kế các bộ khuếch đại ống. Tất cả các loại sách mới về chủ đề này đang được viết, rất nhiều người đang ngồi trên các diễn đàn đến mức điên rồ. Mọi người đều muốn âm thanh hoàn hảo. Đèn trong kinh doanh này chỉ là những gì bạn cần!

[#4 Alexander Molokov]

Vlad, đưa ra một liên kết, hoặc tên của bất kỳ cuốn sách này. Chỉ có vậy, đây là những ấn phẩm nghiêm túc, và không cố gắng "xé bìa" và cho biết nó thực sự "như thế nào". Vì vậy, lý do biện minh trên lý thuyết là: "vì vậy và như vậy, đèn tốt hơn bởi vì ..."

[#5 Linh tinh]

"Người nghe, bị khuất phục bởi sự rõ ràng chưa từng thấy của âm thanh của hệ thống bán dẫn, tuy nhiên, đã lưu ý các khía cạnh tiêu cực. Người ta có thể bắt gặp một số phán đoán như vậy." Tôi muốn nghe và nghe một thiết bị ống, bóng đèn nhanh chóng. Các phát hiện đã được làm rõ, chúng nằm trong các chi tiết cụ thể về hoạt động của các mạch có phản hồi âm sâu (và không có các kết nối như vậy, các bộ khuếch đại bán dẫn không thể hoạt động có thể chấp nhận được, đặc biệt là các đặc tính của bóng bán dẫn.) Các biện pháp để chống lại âm thanh tranzito. Các tín đồ âm thanh tự tin rằng các tính năng tiêu cực của âm thanh không thể được loại bỏ hoàn toàn và tai tinh vi mang lại lợi thế không thể phủ nhận cho âm thanh của các bộ khuếch đại ống không có phản hồi . " (Gavrilov S. A. "Nghệ thuật kỹ thuật mạch đèn" 2012).

[#6 Alexander Molokov]

Âm thanh "vượt qua rào cản" là "khắc nghiệt và khó chịu". Một ống - "mềm và nhung." Và những sự khác biệt khách quan này? Thính giả - họ là, và thậm chí không nói.

Nó giống như các cửa hàng tạp hóa mà việc ăn uống là một nghi thức trong đó mọi điều nhỏ nhặt đều quan trọng. Và vì vậy, ánh sáng nên mờ, các món ăn màu trắng, con dao nên nằm bên phải và cái nĩa bên trái (hoặc ngược lại? - con chó biết anh ta). Tuy nhiên, thức ăn là như nhau. Và với thiết bị âm thanh rắc rối tương tự. Kết nối tiêu cực rõ ràng là không làm việc.

[#7 Vlad]

Tôi đồng ý rằng văn bản được cung cấp bởi Vadim không chứng minh được lợi thế của bộ khuếch đại ống so với bóng bán dẫn. Bản thân tôi đã xem xét một số nguồn khác (sách của G.S. Gendin, Jones Morgan). Không có dữ liệu về nghiên cứu thực sự ở bất cứ đâu. Nhưng nếu bạn đánh giá thời trang đèn trên toàn cầu, mẹo chính ở đây là bộ khuếch đại ống giống như nghệ thuật, một vật phẩm ưu tú, một tác phẩm nghệ thuật thủ công đòi hỏi phải tinh chỉnh và điều chỉnh, trái ngược với các thiết bị bóng bán dẫn đơn điệu và ảm đạm được làm trên một băng tải lớn của Trung Quốc ... Những người hâm mộ cuồng nhiệt của công nghệ đèn thậm chí không sử dụng điốt silicon - chỉ có đèn! Đó là, nó là một ý thức hệ, nhưng là một ý thức hệ cho những người được chọn và những người hiểu rất nhiều về những thứ thủ công đắt tiền. Luôn phải có một nơi trong cuộc sống cho những thứ không phải là thời gian! Chà, âm thanh của đèn dĩ nhiên là có độ lớn hơn bóng bán dẫn

[#8 Alexander Molokov]

Nó đây rồi "Sự đẹp đẽ" của âm thanh, sự hiện diện của linh hồn và những thứ tương tự khác không thể đo lường bằng bất kỳ nhạc cụ nào. Không thể thiết lập chúng với bất kỳ độ chính xác nào, có nghĩa là nó là một ý thức hệ. Ngay cả tôn giáo, có thể. Nhưng ý thức hệ và tôn giáo là những thứ chủ quan. Họ không thể được xác nhận hay từ chối. Giống như sự tồn tại của thần.

[#9]

Tôi đã gặp một bóng bán dẫn D13009 trong các loại đèn tiết kiệm năng lượng, nhưng tôi không thể tìm thấy tấm chắn dữ liệu trên nó. Đây là loại bóng bán dẫn nào, ở đâu và với chất lượng như thế nào nó vẫn có thể được sử dụng? Hãy trả lời qua e-mail.