Транзисторная революция: Транзисторы в мире Fallout есть(?)

Содержание

Транзисторы в мире Fallout есть(?)

Спросите любого геймера, чем отличается вселенная fallout от других постапокалиптических сеттингов, ответ, как правило, один – ретрофутуризм. Что это значит? Это значит, что мир fallout “разошелся” с нашим где-то в 50-е годы, что транзисторной революции там не случилось, что будущее там показано таким, каким его видели наши (ну, вернее американские) дедушки. Такой взгляд является общепризнанным в среде поклонников франшизы, игровых журналистов и, наверное, даже нынешних разработчиков-правообладателей.

Тем не менее, так было не всегда. Так случилось, что Fallout делали одни люди, Fallout 2 – другие, Fallot 3 -третьи. При таких резких поворотах, некоторые идеи и замыслы авторов меняются до неузнаваемости или теряются.Собственно, именно это произошло с идеей о широком распространении ламповой электроники.

Интро самой первой игры прекрасно представляет нам тот мир, где будет происходить действие: сначала мы видим рекламный ролик Vaultech, предлагающий купить место в убежище, что бы спастись от ядерной войны. Далее – отрывок из новостной передачи Galaxy News и скандальная сцена с расстрелом канадского пленного. Затем реклама автомобиля Corvega, с мощностью двигателя более 800 лошадиных сил и с разгоном до 60 (миль в час?) за 0,5 секунды. Но самое главное достоинство, выделяемое восклицательными знаками – “Полностью аналоговая система!!! Ни какой электроники!!! Ни каких компьютеров!!!”. Далее следует реклама робота “Мистер Хэнди”, способного гулять с собакой. Для человека, впервые знакомящегося со вселенной – а именно для такого человека предназначен самый первый

ролик самой первой игры – очевидно, что этот робот не может работать на лампах – внутри привычный нам полупроводниковый процессор.

А теперь представим себе общество, находящееся в тревожном ожидании ядерной войны – к сожалению, это не так трудно. Люди раскупают места в обустроенных бомбоубежищах. А еще, в обществе набирает популярность мнение, что при ядерной войне вся полупроводниковая электроника сгорит и выживут только лампы. Легко поверить, что и авторы игры – Брайан Фарго, например, разделяли это мнение. Таким образом, незадолго до войны появляется мода на ламповые приборы – технология переживает ренессанс. Маркетологи подхватывают новую тенденцию и вовсю рекламируют “теплые ламповые” автомобили – автомобили, которым не страшна ядерная война.  Противопоставлять “хорошие лампы” “плохим транзисторам” можно лишь в таком мире, где существуют транзисторы и где всем известен их главный изъян.

Затем мы впервые слышим фразу, навсегда врезающуюся в память “Война. Война никогда не меняется”. Ни короткая лекция, ни слайд-шоу не содержать ни малейших намеков на то, что действие происходит в “параллельной вселенной” мир fallout – это наш мир, наше будущее.

После создания персонажа мы смотрим еще один ролик, в котором смотритель убежища 13 отправляет протагониста на поиски устройства, именуемого “водяной чип”. Именно так – “чип”. То есть, если по-русски, “микросхема”. Тут же нам показывают, как выглядит это “чип” – как типичный ламповый прибор. Само слово “чип” относится к твердотельной радиоэлектронике и не имеет никого отношения к лампам. Как мне видится, такая эволюция слова вызвана той самой модой на лампы и заменой микросхем эквивалентными устройствами на лампах.

Подведем итог. Из двух вступительных роликов становится понятно, что первоначальная задумка состояла в том, что во время ядерной войны вся (или почти вся) твердотельная электроника погибла. Предвидя это, люди заранее заменили часть микросхем на эквивалентные ламповые устройства. Именно их мы и наблюдаем в рабочем состоянии спустя столетие после войны. В сиквеллах идея о ламповом реессансе потерялась. Авторы лора, а вслед за ними и поклонники, натягивают сову на глобус то объявляя, что транзисторов не было, то перенося транзисторную революцию на сто лет позднее. А ведь все нестыковки лора можно было бы легко обойти просто посмотрев вступительный ролик оригинальной игры.

транзисторная революция по закону Мура

Компания Intel совместно с партнерами отметила в Украине  юбилей действия закона Мура. 50 лет назад Гордон Мур предусмотрел зависимость, согласно которой количество транзисторов, содержащихся в микросхемах, должно удваиваться каждые 2 года. Полвека следования этому закону принесли фантастические результаты, плодами которых мы пользуемся ежедневно.

Делая небольшой исторический экскурс, региональный директор Intel в странах СНГ и России, Дмитрий Конаш, отметил, что точкой отсчета действия закона Мура принято считать 19 апреля 1965 года.

В этот день была опубликована статья автора в журнале Electornics. Это был результат анализа динамики развития полупроводниковой промышленности за несколько лет, которые прошли с момента появления первой интегральной микросхемы. Согласно первоначальному утверждению Мура, количество транзисторов, которое содержится в одном чипе, будет удваиваться каждые 12 месяцев. Именно такой темп технологического развития позволяет увеличивать производительность и возможности микросхем, сохраняя экономическую целесообразность.

В каждый момент времени есть некое оптимальное соотношение количества транзисторов, содержащихся в микросхеме и стоимости изготовления такого чипа. Можно было бы увеличить количество транзисторов, но в этом случае значительно возрастала бы цена производства, а при уменьшении их числа – снижалось бы быстродействие (условно).  Изначально прогноз делался на ближайшие 10 лет, то есть до 1975 года. Спустя десятилетие после некоторых поправок, уточненная версия закона предполагала последующее удвоение числа транзисторов каждые 24 месяца. Такая формулировка остается актуальной и до настоящего момента.

Следуя закону Мура, полупроводниковая промышленность развивалась колоссальными темпами. В 1971 году был представлен первый микропроцессор Intel 4004, который содержал 2300 транзисторов и производился по технологии 10 мкм (10 000 нм). Спустя почти 45 лет, процессор Intel Core i7 включает порядка 1,3 млрд. транзисторов, при этом для изготовления кристаллов используется 14-нанометровый техпроцесс. За прошедшее время производительность увеличилась примерно в 3500 раз, а энергоэффективность – в 90 000 раз. При этом стоимость процессоров изменилась незначительно.

Очень важно не только уменьшать размер транзисторов и увеличивать их количество в одной микросхеме, необходимо также создать условия, при которых производить такие кристаллы будет выгодно с экономической точки зрения. Один из способов этого добиться – увеличение диаметра кремниевых пластин.

Большие пластины позволяют повысить выход годных кристаллов, улучшая себестоимость изготовления процессоров. В 1975 году при производстве использовались 100-миллиметровые пластины, сейчас активно применяются пластины диаметром 300 мм. В 2017-ом начнется переход на 450-миллиметровые. Каждое последующее увеличение диаметра пластин требует очень серьезных финансовых затрат. Ведущим мировым производителям приходится действовать сообща, организовывая консорциумы, чтобы снизить расходы на разработку и внедрение соответствующего оборудования.

Увы, не все компании могут выдерживать высокие темпы развития микроэлектроники. С каждым последующим совершенствованием технологии производства, на мировом рынке остается все  меньшее количество активных игроков, которые могут предложить полный производственный цикл – разработка архитектуры и самой микросхемы, подготовка технологического обеспечения и непосредственно производство кремниевых кристаллов. Переход на очередной техпроцесс – это миллиардные инвестиции, которые должны окупиться за определенный промежуток времени. При нынешнем темпе развития это всего 2–3 года. Intel – одна из немногих компаний, которой удается выдерживать подобную цикличность.

Сколько еще будет актуален закон Мура для индустрии полупроводников? Очевидно, что бесконечно подобные итерации повторяться не могут. В 2005 году сам Гордон Мур предполагал, что закон будет работать примерно до 2015 года. Дальнейшее уменьшение размеров транзисторов будет вступать в противоречие с фундаментальными законами физики. Но, как мы видим, предложенный принцип все еще остается актуальным. Intel предлагает свои решения в рамках 14-нанометрового техпроцесса, готовится к переходу на 10 нм, уже ведутся работы над 7-нанометровой технологией изготовления кристаллов. То есть в ближайшей перспективе, в пределах как минимум пяти лет, закон Мура будет по-прежнему работать.

Директор Intel в Украине, Дмитрий Калита, не без доли иронии отметил, что уже множество раз предрекали окончание действия закона Мура, как и неоднократно говорили о забвении ПК. Но, реалии таковы, что закон Мура действует, а ПК в свою очередь, жив и постоянно трансформируется.

Изменяются модели использования вычислительных системы и их формы, однако потребности в подобных устройствах только возрастают. Мы сейчас находимся на пороге взрывного роста носимых компьютеров, очевидно приближение эры Internet Of Things (IoT). Даже в сегменте привычных десктопов за последние несколько лет происходят большие изменения.

Intel вскоре представит новые мобильные и десктопные платформы с процессорами на базе  архитектуры Intel Core 6-го поколения. 14-нанометровые чипы Skylake будут иметь еще более высокую производительность вычислительных блоков и интегрированной графики.

Мобильная платформа предложит расширенные возможности беспроводной передачи данных. Технология WiGig упростит подключение периферии и позволит без задержек передавать изображение на широкий экран. Ключевой особенностью систем на базе Skylake также станет возможность беспроводной зарядки. Технология Rezence, в основе которой положен принцип магнитного резонанса, позволит пополнять заряд аккумулятора, не подключая систему к электрической розетке. Ожидается, что с выходом новых платформ массовое распространение получат системы, оснащенные камерами с поддержкой Intel RealSense.

Возвращаясь к тонким материям, специалист по применению решений Intel, Сергей Шевченко, отметил, что еще 10 лет назад следование закону Мура предполагало линейное уменьшение размеров транзисторов. Однако в какой-то момент разработчики столкнулись с трудностями, вызванным фундаментальными законами физики. Приближаясь к атомарным размерам, двигаться дальше теми же темпами и способами не представляется возможным.

Intel приходится идти на всевозможные технические ухищрения для дальнейшей миниатюризации полупроводниковых элементов. Технология напряженного кремния, использование металлических затворов и материалов с высокой диэлектрической проницаемостью (High-K), применение 3D-транзистров Tri-Gate, многослойная компоновка 3D NAND для микросхем флеш-памяти. Все эти способы позволяют двигаться дальше не пути технологического прогресса. Он не всегда заметен на первый взгляд, однако результаты, которых удалось достичь за сравнительно небольшой период времени иногда впечатляют. Например, компания Cray в 1985 году потратила $17 млн.  на создание суперкомпьютера, который сегодня уступает по производительности нынешним смартфонам. Любопытен и факт, что быстродействие процессора, используемого для «марсохода» Curiosity в 4 раза меньше, чем у чипа современного смартфона.

По словам самого Гордона Мура: «Ничто не может вечно изменяться по экспоненте. Наша работа состоит в том, чтобы максимально продлить этот процесс». Intel уже в течение 50 лет удается следовать закону одного из основателей компании. За этот период на рынке микроэлектроники произошли фантастические изменения. По какому пути в дальнейшем будет развиваться индустрия полупроводников, мы узнаем через некоторое время. Интрига сохраняется.

Транзисторная 2D революция | Keddr.com

Современные кремниевые транзисторы, несмотря на весь прогресс в плане миниатюризации и прочие свершения последних десятилетий, не могут считаться эталонными компонентами ни по габаритам, ни по скорости переключения режимов. Команда исследователей из Университета штата Юта взялась исправить это дело. И первые практические результаты их экспериментов весьма обнадеживают!

Исследовательская группа кафедры полупроводниковых материалов вышеупомянутого университета сделала ставку на применение в разы более дешевого, чем новомодные графен, борофен и прочие «2D-материалы» моноксида олова. Сравнительно дешевое и простое в производстве вещество при соответствующей обработке и технологическом процессе способно стать отличной основой для полностью планарных транзисторов обозримого будущего.

Пример устройства предыдущих поколений «кремниевых» 2D-транзисторов

Плюсы такого рода компонентов очевидны — отказ от третьего измерения позволяет кардинально уменьшить габариты микросхем в том, что касается высоты. Переход с кремния на подобную технологию способен как обеспечить уменьшение габаритов чипов, так и возможность создания более сложных и производительных устройств. Заявленная скорость переключения режимов у их разработки по словам одного из участников группы, Ашутоша Тивари, более чем в 100 раз превышает таковую у кремниевых аналогов!

Будущее 2D-транзисторов. Единицами измерения становятся атомы

Не стоит так же забывать и о терморежимах в сочетании с энергоэффективностью. Недостижимые для классических «трехмерных» аналогов скорости работы 2D-транзисторов, а так же их незначительный объем, обеспечивают существенно меньший нагрев при работе. Равно как и низкую теплоемкость .В плюсы технологии так же следует записать и принципиальную возможность создания гибких PCB. Логично предположить, что именно 2D-транзисторы станут фундаментом элементной базы для носимой электроники будущего.

От пассивных «меток» к полноценным электронным устройствам

Однако и этот проект, к сожалению, не лишен недостатков. Как это всегда бывает с новыми, зачастую революционными начинаниями, некоторые недостатки можно смело отнести к «детским болезням» и сознательно закрыть на них глаза. Но есть и такие, игнорировать которые не получается при всем желании:

  • неясности с граничными параметрами техпроцесса. Существующие рамки применительно к 2D-транзисторам по понятным причинам не применимы. Так какими же они должны быть? Вопрос на данным момент остается без ответа. Не исключено, что переход на такую элементную базу потребует полного пересмотра принципов проектирования электронных устройств. Стоит ли дальнейшая миниатюризация того, чтобы пойти на столь непопулярные меры уже сегодня? Главным образом все упираются в ту самую пресловутую экономическую целесообразность. Если profit от положительных сторон такой технологии перевесит убытки от неизбежных расходов по внедрению, то затея безусловно будет иметь как смысл, так и практическое продолжение.
  • необходимость кардинальной перестройки и модернизации существующих промышленных мощностей. Нынешние foundry-чипмейкеры вложили в свои кремний-ориентированные заводы не один десяток миллиардов долларов долгосрочных инвестиций. И пока оные не отобьются, рассуждать о переводе промышленности на новые рельсы попросту неразумно.

Что же мы имеем в итоге? Бесспорно перспективную технологию, находящуюся пока лишь в зачаточном, далеком от промышленного применения состоянии. В то же время, ожидать от индустрии быстрого перехода с кремния на моноксид олова нельзя. Ведь это потребует колоссальных инвестиций и постройки принципиально новых производственных мощностей. При чем не только по прямому производству чипов, но и во всех сопутствующих сферах. А для того, чтобы ведущие производители всерьез рассматривали подобные варианты, преимущества 2D-транзисторов должны быть во-истину абсолютными. По моему мнению ожидать внедрения подобных технологий в серийное производство можно не ранее чем через 10-15 лет. К тому времени кремниевые чипы действительно могут достичь пика техпроцесса, преодолеть который им не позволят никакие ухищрения. Только в такой ситуации можно с уверенностью гарантировать переход на аналогичные моноксиду олова материалы. А что ты думаешь по этому поводу?

Щука А.А. Электроника (2005) – DJVU, страница 39

Произошла первая транзисторная революция! их Первые транзисторы не отличались высокой надежностью (рис. ! 2). Виной тому оыли и. ных конструктивные решения. Отказы шли из-за контактов, выполненных в виде проволочив ‘ пружинок (” кошачий ус”). Стоимость транзисторов была велика, а воспроизводимое сть характеристик плохая. Однако уникальность свойств транзистора стимулировала,па”ь нейшие их исследования. них подали напряжение, полярность которого совпадала с типом проводимости, на дру. той — обратное !Рис 1.2). 1 Микроэлектроника вчера и сегодня церез год после изобретения транзистора фирма Вей наводнила мир с гатьями и доклада- ,и о транзисторах и их возможностях.

Прибор нс был засекречен. Видимо, военные не Ве)тини В его Возможности. В Советском Союзе.1ранзисторный эффект впервые наблитда1И в 1949 году. Авторами первого отечественного точечного транзисюра были сове1ские исследователи НИИ-1б0 (ныне Исток”) Александр Викторович Красилов и его аспирантка Сусанна Гукасовна Мадоян (рнс. 1.3). Лабораторный экземпляр работал не более часа. а затем требовал новой на~тройки — поиска нового точечного контакта с помощью запстренных бронзовых проволочек.

Потом были получены транзисторы в ФИА1)е в лаборатории Бенциона Моисеевича Вула, в ЯФТИ в лаборатории Владимира Максимовича Тучкевича, в НИ)!-108 в лаборатории Сергея Григорьевича Калашникова, и, наконец, в ИРО АН Полниныл1 Н. А. В ) 951 год) академик, зал1еститель министра обороны Лксель Иванович Берг созвал совещание специалистов по развитию транзисторостроения. Ленинградский физико-технический иншитут ЛН СССР представлял Наследов Д. Н. н Тучкевич В.

М., ФИАН АН СССР делегировал Вула Б. М. и Ржанова А. В., от ЦНИИРТИ (НИИ-108) Калашников С. Г. и Пении Н. Л., от Украинской ЛН — Яашкарев В. Е., от НИИ “Исток” (НИИ-160) — — Красилов А. В, Результатом совещания стала постановка ОКР по точечным транзисторач “Точка” в НИИ “Исток” (руководитель Красилов А. В.) и по плоскостным транзисторам НИР “Плоскость”. Эта нау ~но-исследовательская работа выполнялась нссколькимп органиэациями: ЛФТИ (руководитель Наследов Д. Н.), ФИАН (руководитель Вул Б.

М.), НИИ “Исток” (руководитель Красилов Л. В.). В конце 1953 года эти работы были сданы Госкомиссии, которая работала во вновь созланном НИИ “Пульсар” (НИИ-35). Сюда же была передислоцирована лаборатория Красилова А. В. В этой лаборатории были изготовлены первые в СССР плоскостные транзисторы П1, П2, 113, которые стали основой для других серийных полупроводниковых приборов. Прочышленный выпуск был освоен на 3)ОЗП “Светлана” (Я.

Л. Кацчан). Бьш создан второй полупроводниковый институт — НИИ-311 в дальнейшем НИИ “Сапфир”. Его профилем стали работы по созданию диодов Одновременно с этим академик Берг Л. И. создал новый Инс1итут радиоэлектроники (ИРЭ) в рамках АН СССР, который сам и возглавил. Сюда перешли преимущественно сотрудники ННИИ-!08, а работы по полупроводникам в нем были свернуты. Рис. 1.3.

ГРуппа отечественных исследователей — пионеров микроэлектроники профессор, лауреат Сталинской и Ленинской премий Красипов А. В., профессор, лауреат Ленинскои премии Федотов я. А, старший научный сотрудник Мадопн С Г, Рофессор пенин ы А., ~павный научный сотрудник, лауреат ленинскои премии щитопь Ф А. мирэА ‘ Зп, ;тп1 Часть!!. !Иикрозлекгроника К середине пятидесятьж годов общий объем выпуска дискретных полупроводниковых приборов составил 24 миллиона, из которых более десяти процентов составляли транзи.

сторы. С !958 года в стране началось интенсивное развитие полупроводниковой промышленности Под полупроводниковые предприятия на первых порах выделялись не эффективно используемые предприятия: совпартшкола в Новгороде, макаронная фабрика в Брянске, спичечная фабрика в Таллинне, сельхоззавод в Херсоне, швейная фабрика в Воронеже, коммерческий техникум в Риге и т. д.

Все эти предприятия быстро реконструировались н оснащались соврелзеиным оборудованием. За неполное десятилетие была создана отече огненная полупроводниковая промышленность, обеспечившая оборонную, ракетнокосмическую и народно-хозяйственную мощь державы. А между тем интерес к транзисторам нарастал лавинообразно. Транзистор стал выдаошейся “личностью” в научно-техническом прогрессе. Наступала эпоха транзисторизации… 1.1.3. Вторая транзисторная революция Итак, “главой” славной династии транзисторов стал германиевый прибор, изобретенный Д.

Бардиным, У. Брап ейном и У. Шекли, за который в !956 году они получили Нобелевскую премию, Правда, патент на точечный транзистор получили первые двое в !950 году, а У. Шокли только в следующем году получил патент на плоскостной транзистор. А всего за первые 20 лет была выдана почти тысяча патентов. Особое значение приобрели технологические разработки. В !954 году с помощью мелюди зоннои чнгшкл удалось получить слитки полупроводников высокой чистоты. Этот же метод позволил получить равномерное распределение примесей в крис~алле. К !955 году стало возможным получение транзисторов со сплавными и р-, п-переходачи, выращенными из расплава Позже появились и другие разновидности сплавных транзисторов: дрейфовые и сплавные с диффузией.

Разработанный электрохцищческяя! мелюд получения тонких базовых слоев позволил создать новые типы дискретных транзисторов; микросцзавные, поверхностно-барьерные, сплавно-диффузионные, микрослойные. Частотный диапазон их работы достшвл нескольких мегагерц. Нача. лось производство автоматизированного ооорудования для производства транзисторов. Для получения р — п-перехода стали использовать ддффузионлыи.иешад.

Сущность его зя. ключалась в равномерном распределении примесных атомов в кристалле при нагреве его в атмосфере, содержащей необходимые примеси. Этот метод положил начало групповой техноло гни производства приборов. Наиболее популярным среди транзисторов с диффузионной баюй стал.чезолззипзяслюр, отличающийся высокими рабочими частоталш. Испольювание процесса диффузии позволило резко увеличить точность задания толщины об ласти базы, который является одних~ из важнейших паралзетров. Толщина базы должна быть ез настолько узкой, чтобы практически все элок~ренах инжектированные эмипером, попали черо ные оазу в коллектор.

При тонкой базе можно уменьшить время, за которое инжектированнь ения электроны попадают на коллектор, а следовательно, увеличить частоту переключен транзистора из одного состояния в другое, Транзисторы с тонкой базой получили ” название бнпозярлмх, поскольку в них использую~ся два типа носителей — электроны и дыр или ки.

В зависимости от расположения легированных областей они именуются и- — р — и ил р — и — р-типа. В конце 50-х годов была разработана технология создания планариых транзисторов, консг рукция которых имеет плоскую струкгуру и расположена у поверхности полупроводин инка 195 1 Микроэлектроника вчера и сегодня с 1.4). Отличщельной особенноаъю планарной технологии является возможность создания ножесгва приборов на одной подложке.

Это открывало путь к групповой технологии произ„одства транзисторов, к автоматизации их производства. Рис. 1.9. Первый МОП-транзистор с р-каналом. 1964 гол Рис. 1.4. Первый планарный транзистор “бычий глаз”, который ознаменовал собой начало второи траизисгорной революции. 1959 год Создание высокочастотных транзисторов вело к увеличению активной площади структуры. Так появились приборы со структурой эмгптера в виде гребешка с хорошо развитым периметром.

История разработки транзисторов знает примеры новых технических решений, которые открывали отлельные направления в полупроводниковой электронике. Таким примером может служить разработка волевых шранзислюров. Этот прибор одновременно мог выполнять функции резисторов, управляемых напряжением. Первый промышленный полевой транзистор бьш изготовлен в 1958 году Станиславом Теш нером во Франш~и и получил название шеклелгрон.

Типичный полевой транзистор был реализован на базе струьчуры якллалл — оклгея позулроеодллк(МОП). В кремниевой подложке, наприлзер, р-типа, создаются два островка кремния п-типа. Эти островки снабжены меиллическими контактами, один пз которых называется вслгокаи, другой — стокам. На поверхности кремния над пространством между истоком и стоком (каналом) наносится слой двуокиси кремния. Поверх этого слоя осаждается тонкая металлическая пленка, образующая третий электрод, называемый залгворач, Двуокись кремния являегся хоро~дим изолятором, поэтому затвор не имеет прямого электрического контакта с полупроводниковой подложкой.

Транзистор приходит на смену радиолампе, история радио в СССР

Вскоре после окончания второй мировой войны страницы журналов всего мира облетело сенсационное сообщение об изобретении новой «радиолампы», которая не требует вакуума и нити накала.

Транзисторная революция

Новый усилительный прибор отличался чрезвычайно малыми размерами, высокой экономичностью и обещал иметь во много раз больший срок службы, чем обычные радиолампы. Основной частью этого прибора была маленькая пластинка, вырезанная из кристалла полупроводникового материала.

Так, в период бурного расцвета электронной техники, когда радиолампы успели уже пройти большой путь технического развития и стать весьма совершенными приборами, прочно вошедшими в современную технику, началась вторая молодость полупроводниковых усилителей.

Совсем в иных условиях проходила их первая жизнь. Начало 20-х годов. Предпринимаются первые попытки организовать радиовещание и дальнюю радиосвязь. Хотя радиолампа известна человечеству уже около 20 лет, слабое развитие электровакуумной техники и радиотехнической промышленности все еще заставляет широко пользоваться искровыми передатчиками и искать другие приборы для генерирования, обнаружения и усиления радиосигналов.

И вот сотрудник Нижегородской лаборатории О. В. Лосев совершает открытие, известие о котором лихорадочно перепечатывают все иностранные радиожурналы: генерировать и усиливать может не только сложная в изготовлении вакуумная радиолампа, но и простой кристаллический детектор!

Приемники Лосева — «кристадины» (рис. 1) —воспроизводятся в Европе и Америке, строятся прогнозы о скором вытеснении радиоламп кристаллами.

Однако недостаточность научных знаний об электрической природе кристаллов, слабое развитие лабораторной техники не позволили в то время глубоко исследовать процессы, происходящие в полупроводниках, и создать надежные высокоэффективные, не уступающие радиолампам полупроводниковые усилительные приборы.

По мере дальнейшего совершенствования электронных ламп кристадин уступает место ламповым приемникам и уже к концу 20-х годов теряет практическое значение.

Рис. 1. Кристадин Лосева – первый радиоприемник, использовавший полупроводниковый усилитель (1922 г.).

30-е годы явились триумфальным шествием электронной лампы. Благодаря успехам электронной техники стали реальностью и «газета без бумаги и без расстояний» и массовое радиовещание, звуковое кино и телевидение, радиолокация и радиоастрономия, современные быстродействующие системы автоматики и телеуправления, радионавигация и электронные вычислительные машины, ультразвуковая техника и управление ядерными реакциями.

И чем более широкое применение находят электронные лампы, тем острее начинают проявляться некоторые принципиальные недостатки, свойственные им.

Еще в период второй мировой войны выявилась недостаточная надежность военной радиоаппаратуры, причем основная масса отказов была связана с неисправностью радиоламп.

Широкое распространение радиовещательных приемников и телевизоров вскрывает другой серьезный недостаток современных радиоламп — их низкую экономичность.

Развитие электронных вычислительных машин и других специальных устройств, включающих в себя тысячи радиоламп, выдвигает жесткие требования как к надежности и сроку службы ламп, так и к экономичности питания и минимальным размерам их.

Еще в 40-х годах наблюдается стремление в ряде случаев переложить некоторые функции радиоламп на приборы других классов (рис. 2): кенотроны начинают заменяться селеновыми выпрямителями, вместо детекторных и смесительных ламп начинают применяться кремниевые и германиевые диоды с постоянной рабочей точкой.

Конечно, эти приборы способны решать лишь узкие специфические задачи и не могут серьезно конкурировать со всем классом электронно-вакуумных приборов. Основным универсальным усилительным и генераторным прибором остается радиолампа.

Рис. 2. Новые типы приборов – на смену радиолампам приходят полупроводники.

С 40-х годов радиолампы начинают вытесняться полупроводниковыми приборами. Сейчас осталась только одна область, в которой лампа еще не может быть заменена: генерирование и усиление больших мощностей на высоких частотах.

Но вот параллельно с прогрессом электронной техники, а в значительной мере и благодаря ему расширяются и углубляются представления человека о природе материи: развивается электронная теория металлов, обогащающая наши представления о физике металлических проводников и механизме их электропроводности; квантовая механика проливает новый свет на свойства электрона и его взаимодействие с другими частицами.

Наконец, появляется зонная теория, которая позволяет объяснить свойства совершенно различных веществ — диэлектриков, проводников и полупроводников — с одной позиции: с точки зрения возможных энергетических состояний электрона.

В ходе этого прогресса науки удается не только объяснить многие непонятные прежде явления, но и вскрыть новые свойства материи, подчинить эти свойства воле человека.

Этими достижениями и была подготовлена вторая жизнь полупроводниковых усилителей. Человек научился сознательно управлять движением электрона не только в вакууме, но и в толще кристалла, где электрон находится в непрерывном взаимодействии с другими частицами.

В 1948 г. американцами Джоном Бардиным и Вальтером Браттейном был изготовлен первый трехэлектродный усилительный прибор, основанный на использовании особых свойств контактов с кристаллом полупроводника, — так называемый «точечный» транзистор.

Дальнейшее развитие транзисторов

Открытие нового усилительного прибора, не требовавшего вакуума и нити накала, имевшего чрезвычайно малые размеры (рис. 3) и обладавшего большим сроком службы (рис. 4), было теперь как нельзя кстати.

Рис. 3. Важнейшим преимуществом транзистора перед лампой являются его малые размеры и вес.

И, несмотря на то, что по своим усилительным свойствам первый транзистор с трудом шел в сравнение с современными радиолампами, за его усовершенствование сразу же взялся большой отряд специалистов.

Рис. 4. Срок службы транзистора может достигать сотен тысяч часов.

Вильям Шокли в короткий срок разработал теорию транзисторов и изобрел новый, более совершенный тип их — так называемый «плоскостной» транзистор.

Существенный вклад в теорию и технику полупроводников внесли и советские специалисты: академики А. Ф. Иоффе, Б. М. Вул и И. Е. Тамм и многие другие специалисты, в том числе предвосхитивший в своей предвоенной работе основные идеи теории Шокли Б. И. Давыдов.

Первым транзисторам были свойственны серьезные недостатки: высокий уровень шумов, ограниченный диапазон рабочих частот, сильная зависимость электрических параметров от температуры, ограниченная мощность.

Многие из них являлись детскими болезнями молодой техники и уже успешно преодолены. Становится все яснее, что в лице транзистора старая электронная лампа встречает серьезного конкурента.

За короткий срок предельные рабочие частоты транзисторов выросли от нескольких сотен килогерц до тысячи мегагерц. Наряду с маломощными приборами уже созданы транзисторы, обеспечивающие выходную мощность до 100 вт и выше.

Появились полупроводники, способные работать при температурах выше 1 000° С. Резко снижен уровень собственных шумов транзисторов. Сейчас самые низкошумящие усилители часто удается создавать именно на транзисторах, а не на лампах.

Что же касается миниатюрности, механической прочности и экономичности, то в этих вопросах пальма первенства безраздельно принадлежит транзисторам с момента их изобретения.

В ряде применений лампа уже неспособна конкурировать с транзистором. Это прежде всего слуховые аппараты, размеры и вес которых при переходе к транзисторам уменьшились в 5—20 раз, а потребление энергии сократилось в 20—50 раз.

Затем — это карманные приемники (рис. 5), проблему которых с помощью радиоламп удовлетворительно решить не удалось вообще.

Рис. 5. Наибольший эффект дает применение транзисторов в портативной переносной радиоаппаратуре.

Успешно продвигается внедрение транзисторов в вычислительные машины, в аппаратуру, предназначенную для длительной работы без контроля человека, например промежуточные усилители в системах дальней связи, где требуются высокая надежность, экономичность и большой срок службы.

Весьма эффективно применение транзисторов в искусственных спутниках земли и космических станциях, где их преимущества перед лампой проявляются особенно сильно.

В настоящее время промышленностью выпускаются транзисторы, предназначенные для решения следующих задач (рис. 6).

Рис. 6. Внешний вид транзисторов эпохи СССР. а—для усиления малых сигналов низкой частоты; б—то же высокой частоты; в—мощные низкочастотные транзисторы.

Универсальные маломощные транзисторы

Типичными представителями, этой группы являются плоскостные германиевые транзисторы типов П13—П15, П8—П11 и кремниевые типов П101—П103.

Это высокоэкономичные усилительные приборы малых размеров, позволяющие успешно усиливать и генерировать сигналы низких и умеренно высоких частот (до 500—1 000 кгц).

Один каскад усиления с таким транзистором способен обеспечить усиление мощности сигнала до 30 000 раз. Максимальная выходная мощность в однотактной схеме достигает 10—30 мВт.

Для нормальной работы этих транзисторов требуется питание током до 1 ма при напряжении в несколько вольт, но усилительные свойства проявляются и при существенно меньших мощностях питания, совершенно немыслимых для обычных радиоламп, например, при токе 10 мкА и напряжении 0,2 в.

Мощные низкочастотные транзисторы

Эта группа включает в себя плоскостные транзисторы, предназначенные специально для оконечных и мощных предоконечных каскадов низкочастотных усилителей.

Они также успешно применяются в преобразователях постоянного тока, повышающих напряжение от единиц и десятков до сотен и даже тысяч вольт, в усилителях, работающих на исполнительные механизмы (реле, двигатели), генераторах низкой частоты (до нескольких десятков килогерц), стабилизаторах напряжения и импульсных схемах при умеренных частотах.

К этой группе приборов относятся транзисторы типов П4, П201—П203, П207—П210. Эти транзисторы обеспечивают выходную мощность от единиц ватт (П201) до сотен ватт (П207—П208).

Высокочастотные маломощные транзисторы

Несмотря на то, что сначала наиболее высокочастотными транзисторами считали точечные, развитие методов изготовления плоскостных транзисторов привело к полному вытеснению точечных.

В настоящее время наиболее высокочастотными приборами являются особые разновидности плоскостных транзисторов, среди которых основная роль принадлежит транзисторам, изготавливаемым методом диффузии примесей из газовой среды (так называемые «диффузионные» транзисторы).

Высокочастотные плоскостные транзисторы пригодны для усиления и генерирования сигналов с частотой от единиц мегагерц (П12) до сотен мегагерц (П410, П411). Эти транзисторы оказываются также прекрасными приборами для быстродействующих импульсных схем и широкополосных усилителей.

Мощные высокочастотные транзисторы

В основе создания высокочастотных транзисторов лежит миниатюризация геометрии рабочих элементов. Это в свою очередь приводит к утяжелению теплового режима транзистора и ограничивает допустимые мощности.

В связи с этим долгое время не удавалось создать мощный высокочастотный транзистор. Однако интенсивные исследования уже дали первые положительные результаты и в этом направлении. Из литературы известно о создании кремниевых диффузионных транзисторов, развивающих на частотах 100 Мгц мощность в несколько Ватт.

Несмотря на то, что пути дальнейшего резкого увеличения мощности высокочастотных транзисторов еще неясны, уже созданный ассортимент полупроводниковых приборов является мощным средством совершенствования радиоэлектронной аппаратуры.

Источник: Бурлянд В.А., Жеребцов И.П. Хрестоматия радиолюбителя. 1963 г.

Интернет-издание о высоких технологиях

Обозрение подготовлено При поддержке

От транзистора к MP3: краткий исторический курс

Началом новой эпохи “карманной музыки” можно считать 1999 год, когда американская независимая компания Sub Pop выпустила первую музыкальную запись в формате MP3. Тогда же было создано первое общедоступное программное обеспечение, позволяющее проигрывать эти файлы на персональном компьютере. Однако революционному событию предшествовала долгая эволюционная история.

МР3 — новая технологическая революция?

За последние 50 лет во всем мире и в первую очередь в США произошло три значительных технологических события – фактически революции, во многом повлиявшие на структуру производства, а также экономику и образ жизни страны. Первый технологический прорыв имел место сразу после окончания Второй Мировой войны, когда передовые военные разработки в области радиосвязи перешли на гражданскую службу. Собственно, тогда в мире и началась эпоха Hi-Fi. В 1948 году физики, работавшие в исследовательском подразделении концерна Bell Laboratories, создали первый в мире транзистор, за что впоследствии получили Нобелевскую премию.


Первый точечно-контактный транзистор, выпускаемый для коммерческого использования “Код 1”

Следующим за разработкой транзистора технологическим шагом стало появление портативных транзисторных приемников. Первый из них был выведен на рынок американской компанией Texas Instruments в 1954 году и сразу стал модным атрибутом своего времени. Первоначально приемники было принято носить в руках (или на плече) и слушать звук через динамик. Использование наушников для прослушивания музыки приобрело популярность лишь в середине 60-х годов. Так или иначе, появление портативных радиоприемников стимулировало развитие широчайшего спектра отраслей американской экономики. В частности, на сегодняшний день в США насчитывается порядка 13 тыс. радиостанций (при общемировом уровне 50 тысяч), что дает порядка 2 млн. рабочих мест. Не стоит забывать и о производственных отраслях, обеспечивающих радиостанции разного рода техникой, а также о новейших разработках в области телекоммуникаций, появление которых в значительной мере обусловили именно потребности радио.

Первый в мире транзисторный радиоприемник «Regency TR-1»

Следующим революционным рывком стало создание портативного магнитофона Philips в 1963 году. Стоит отметить, что и до этого меломаны имели возможность слушать не только то, что предлагается по радио – уже существовали проигрыватели виниловых пластинок. Однако, «вертушка» не являлась портативным устройством: ее невозможно было слушать в дороге или на ходу. А кассетный магнитофон обеспечивал любителям музыки именно мобильность.

Первая линейка плейеров Sony

Три года спустя, в 1966 году силами компании RCA и корпорации Ford Motors была создана первая интегрированная автомагнитола. По мере развития технологий совершенствовалась компактность воспроизводящих устройств и магнитных пленок. В 1979 году японская корпорация Sony, занимавшаяся производством портативных магнитофонов, вывела на рынок первый в мире кассетный плеер Walkman. Одному из японских менеджеров пришла в голову идея воплотить технологию воспроизведения записей на магнитной пленке в габаритах карманного радиоприемника. На сегодняшний день по всему миру продано уже более миллиарда кассетных плееров.

Эра компакт-дисков

Пока портативные магнитофоны набирали популярность, в различных исследовательских бюро мира полным ходом шли приготовления к новому этапу эволюции портативного аудио. В 1970 году в Нидерландах был создан первый прототип компакт-диска (CD), а годом позже американские ученые из корпорации Intel сумели изготовить первый компьютерный чип. Десять лет понадобилось для того, чтобы совместить эти два изобретения: в 1980-м году утвердился стандарт записи CD Audio, а в 1983-м – на рынок вышли первые CD-проигрыватели. Еще через год, в 1984 году любители смогли приобрести первую модель портативного CD-плеера. В 1988 году появились первые интегрированные автомобильные магнитолы, умеющие воспроизводить компакт-диски. В 1991 году возникла технология CD-R (CD-Recording), несколько лет спустя ставшая доступной простым смертным.

Первые кассетные магнитофоны

Любопытно, что на рассвете эры CD «пираты» оказали индустрии портативного аудио своеобразную поддержку: гигантские тиражи дешевых «пиратских» компакт-дисков фактически подогревали интерес массового потребителя к CD-устройствам. А вот технология MD (мини-диск, втрое меньше стандартных компакт-дисков), в рамках которой в 1992 году нашла свое отражение тенденция к созданию все более и более компактного и практичного плеера, не получила такой поддержки со стороны производителей контрафактной аудиопродукции. Возможно, этим объясняется тот факт, что большинство потребителей оказались равнодушны к этой разработке. Завоевать настоящую популярность мини-дискам удалось лишь в профессиональной среде: у людей, так или иначе связанных с индустрией звукозаписи.

Рождение MP3

В 1987 году германский Институт Фраунхофера получил заказ на разработку метода цифровой компрессии аудио- и видео-сигнала для дальнейшей его передачи. Немецкие физики разработали алгоритм, удаляющий “избыточные” данные, к которым невосприимчиво человеческое ухо. Это позволило значительно сократить объем передаваемой информации и, как следствие, увеличить скорость передачи. В 1992 году технология была запатентована организацией Moving Picture Experts Group как стандарт сжатия видео MPEG-1, а MP3 был вспомогательным алгоритмом компрессии звуковых файлов с минимальными потерями в качестве.

Шесть лет назад мир оказался на пороге очередного культурно-технологического прорыва: в 1999 году американская независимая компания грамзаписи SUB POP выпустила первую музыкальную запись в формате МР3, тогда же появились первые компьютерные приложения, умеющие работать с такими файлами на ПК. Этот момент считается началом новой эпохи “карманной музыки”. Кроме MP3, было разработано несколько других форматов цифрового звука, дающих то или иное соотношение качества воспроизведения и степени сжатия (объема файла).

В начале 2003 года Recording Industry Association of America (Американская Ассоциация звукозаписывающих компаний) сообщила, что за последние четыре года продажи музыкальных компакт-дисков в США упали на 25%. Популяризация глобальной сети повлекла за собой рост популярности МР3. Высокая степень сжатия файлов и относительная простота их воспроизведения сыграли свою роль: кодек оказался наиболее практичным для размещения музыкальных произведений в World Wide Web. По статистике, из интернета ежедневно загружается 17 млн. МРЗ-файлов. «МРЗ» становится самым часто запрашиваемым словом в поисковиках после «секса». Это не единственный кодек, пригодный для представления файлов в сети, существуют и другие, в том числе разработки Microsoft и AT&T, но их популярность крайне мала – 98% музыки в Web предлагается в формате МРЗ.

Apple iPod-мания

Эра CD- плееров совершенно явно подошла к концу, когда в продаже появился первый Apple iPod. Сначала этот продукт вызывал некоторую настороженность у массового потребителя по причине высокой цены (более 400 долларов), однако постепенно стильное и удобное устройство нашло своих поклонников. Сегодня уже можно говорить об iPod-мании, охватившей весь мир.

Владимир Владимиров / CNews

Дмитрий Бергельсон: В 2005 году объем рынка MP3 превысит $200 млн.

На вопросы CNews отвечает Дмитрий Бергельсон, генеральный директор компании IRR, представляющей интересы IRIVER в России.

CNews: Как вы оцениваете динамику российского рынка портативных аудиоустройств в последние годы?

Дмитрий Бергельсон: За последние несколько лет на рынке портативного цифрового аудио/видео действительно наблюдается гигантский рост. Этот сегмент рынка развивается быстрыми темпами: по нашим оценкам, только за прошлый год он вырос на 90-100% (в денежном эквиваленте – с $60-70 млн. 2003 года до $120-140 млн.2004 года. Исходя из этих цифр и ситуации на рынке, мы ожидаем, что в 2005 году объем рынка MP3 составит $200-240 млн.

CNews: Какова, на ваш взгляд, емкость этого рынка сегодня? Какая доля приходится на MP3-плееры?

Дмитрий Бергельсон: Если говорить в целом о рынке портативных аудиоустройств, включающем в себя аналоговое аудио (кассетные плееры) и диктофоны, то на долю MP3-устройств приходится 70-80% всего рынка. По разным оценкам, емкость российского сектора CD-MP3, HDD и flash в среднем составляет около 1 000 000 штук в год.

Полный текст интервью

Первый Транзистор — Кто придумал? Транзисторная история.

Кто создал первый транзистор? Этот вопрос волнует очень многих. Первый патент для полевого транзисторного принципа был оформлен в Канаде австро-венгерским физиком Юлием Эдгаром Лилиенфельдом 22 октября 1925 года, но Лилиенфельд не опубликовал никаких научных статей о своих устройствах, и его работа была проигнорирована промышленностью. Таким образом первый в мире транзистор канул в историю. В 1934 году немецкий физик доктор Оскар Хайль запатентовал другой полевой транзистор. Нет прямых доказательств того, что эти устройства были построены, но позже работа в 1990-х годах показала, что один из проектов Лилиенфельда работал так, как описано, и давал существенный результат. Ныне известным и общепринятым фактом считается то, что Уильям Шокли и его помощник Джеральд Пирсон создали рабочие версии аппаратов из патентов Лилиенфельда, о чем, разумеется, никогда не упоминали ни в одной из своих более поздних научных работ или исторических статей. Первые компьютеры на транзисторах, разумеется, были построены значительно позже.

Лаборатория Белла

Лаборатория Белла работала на транзисторе, построенном для производства чрезвычайно чистых германиевых «кристальных» миксеров-диодов, используемых в радиолокационных установках в качестве элемента частотного микшера. Параллельно этому проекту существовало множество других, в их числе – транзистор на германиевых диодах. Ранние схемы на основе трубки не обладали функцией быстрого переключения, и вместо них команда Bell использовала твердотельные диоды. Первые компьютеры на транзисторах работали по похожему принципу.

Дальнейшие изыскания Шокли

После войны Шокли решил попытаться построить триодоподобное полупроводниковое устройство. Он обеспечил финансирование и лабораторное пространство, и затем стал разбираться с возникшей проблемой совместно с Бардином и Браттеном. Джон Бардин в конечном итоге разработал новую ветвь квантовой механики, известную как физика поверхности, чтобы объяснить свои первые неудачи, и этим ученым в конечном итоге удалось создать рабочее устройство.

Ключом к развитию транзистора стало дальнейшее понимание процесса подвижности электронов в полупроводнике. Было доказано, что если бы был какой-то способ контролировать поток электронов от эмиттера до коллектора этого вновь обнаруженного диода (обнаруженный 1874 г., запатентованный 1906 г.), можно было бы построить усилитель. Например, если поместить контакты по обе стороны от одного типа кристалла, ток не пройдет через него.

На самом деле делать это оказалось очень сложно. Размер кристалла должен был бы быть более усредненным, а число предполагаемых электронов (или отверстий), которые необходимо было “впрыскивать”, было очень большим, что сделало бы его менее полезным, чем усилитель, потому что для этого потребовался бы большой ток впрыска. Тем не менее вся идея кристаллического диода заключалась в том, что сам кристалл мог удерживать электроны на очень небольшом расстоянии, находясь при этом практически на грани истощения. По-видимому, ключ заключался в том, чтобы контакты ввода и вывода были очень близки друг к другу на поверхности кристалла.

Труды Браттена

Браттен начал работать над созданием такого устройства, и намеки на успех все также продолжали появляться, когда команда работала над проблемой. Изобретательство – сложная работа. Иногда система работает, но затем происходит очередной сбой. Порой результаты работы Браттена начинали неожиданно работать в воде, по-видимому, из-за ее высокой проводимости. Электроны в любой части кристалла мигрируют из-за близких зарядов. Электроны в эмиттерах или «дыры» в коллекторах аккумулировались непосредственно сверху кристалла, где и получают противоположный заряд, «плавающий» в воздухе (или воде). Однако их можно было оттолкнуть с поверхности с применением небольшого количества заряда из любого другого места на кристалле. Вместо того, чтобы потребовать большой запас инжектированных электронов, очень небольшое число в нужном месте на кристалле выполнит одно и то же.

Новый опыт исследователей в какой-то степени помог решить ранее возникшую проблему небольшой контрольной области. Вместо необходимости использования двух отдельных полупроводников, соединенных общей, но крошечной областью, будет использоваться одна большая поверхность. Выходы эмиттера и коллектора были бы расположены сверху, а контрольный провод размещен на основании кристалла. Когда ток был применен к «базовому» выводу, электроны выталкивались бы через блок полупроводника и собирались на дальней поверхности. Пока излучатель и коллектор были очень близко расположены, это должно было бы обеспечивать достаточное количество электронов или дырок между ними, чтобы начать проведение.

Присоединение Брея

Ранним свидетелем этого явления был Ральф Брей, молодой аспирант. Он присоединился к разработке германиевого транзистора в Университете Пердью в ноябре 1943 года и получил сложную задачу измерения сопротивления рассеяния на контакте металл-полупроводник. Брей обнаружил множество аномалий, таких как внутренние барьеры высокого сопротивления в некоторых образцах германия. Наиболее любопытным явлением было исключительно низкое сопротивление, наблюдаемое при применении импульсов напряжения. Первые советские транзисторы разрабатывались на основе этих американских наработок.

Прорыв

16 декабря 1947 года, используя двухточечный контакт, был сделан контакт с поверхностью германия, анодированной до девяносто вольт, электролит смылся в H 2 O, а затем на нем выпало несколько золотых пятен. Золотые контакты были прижаты к голым поверхностям. Разделение между точками было около 4 × 10 -3 см. Одна точка использовалась как сетка, а другая точка – как пластинка. Уклонение (DC) на сетке должно было быть положительным, чтобы получить усиление мощности напряжения на смещении пластины около пятнадцати вольт.

Изобретение первого транзистора

С историей сего чудомеханизма связано множество вопросов. Часть из них знакома читателю. К примеру: почему первые транзисторы СССР были PNP-типа? Ответ на этот вопрос кроется в продолжении всей этой истории. Браттен и Х. Р. Мур продемонстрировали нескольким коллегам и менеджерам в Bell Labs во второй половине дня 23 декабря 1947 года результат, которых они добились, потому этот день часто упоминается в качестве даты рождения транзистора. PNP-контактный германиевый транзистор работал в качестве речевого усилителя с коэффициентом усиления мощности 18. Это ответ на вопрос, почему первые транзисторы СССР были PNP-типа, ведь их закупили именно у американцев. В 1956 году Джон Бардин, Уолтер Хаузер Браттен и Уильям Брэдфорд Шокли были удостоены Нобелевской премии по физике за исследования полупроводников и открытие эффекта транзистора.

Двенадцать человек упоминаются как непосредственное участие в изобретении транзистора в лаборатории Bell.

Самые первые транзисторы в Европе

В то же время некоторые европейские ученые загорелись идеей твердотельных усилителей. В августе 1948 года немецкие физики Герберт Ф. Матаре и Генрих Велькер, работавшие в институте Compagnie des Freins et Signaux Westinghouse в Ольне-су-Буа, Франция, подали заявку на патент на усилитель, основанный на меньшинстве которые они назвали «транзистором». Поскольку Bell Labs не публиковал транзистор до июня 1948 года, транзистор считался независимо разработанным. Впервые Mataré наблюдала эффекты крутизны при производстве кремниевых диодов для немецкого радиолокационного оборудования во время Второй мировой войны. Транзисторы были коммерчески изготовлены для французской телефонной компании и военных, а в 1953 году на радиостанции в Дюссельдорфе была продемонстрирована твердотельная радиоприемник с четырьмя транзисторами.

Bell Telephone Laboratories нуждалось в названии для нового изобретения: Semiconductor Triode, Tried States Triode, Crystal Triode, Solid Triode и Iotatron были рассмотрены, но «транзистор», придуманный Джоном Р. Пирсом, был явным победителем внутреннего голосования (частично благодаря близости, которую инженеры Белла разработали для суффикса «-истор»).

Первая коммерческая линия по производству транзисторов в мире была на заводе Western Electric на Union Boulevard в Аллентауне, штат Пенсильвания. Производство началось 1 октября 1951 г. с точечного контактного германиевого транзистора.

Дальнейшее применение

Вплоть до начала 1950-х этот транзистор использовался во всех видах производства, но все еще существовали значительные проблемы, препятствующие его более широкому применению такие, как чувствительность к влаге и хрупкость проводов, прикрепленных к кристаллам германия.

Шокли часто обвиняли в плагиате из-за того, что его работы были очень приближены к трудам великого, но непризнанного венгерского инженера. Но адвокаты Bell Labs быстро уладили эту проблему.

Тем не менее Шокли был возмущен нападками со стороны критиков и решил продемонстрировать, кто был настоящим мозгом всей великой эпопеи по изобретению транзистора. Всего несколько месяцев спустя он изобрел совершенно новый тип транзистора, обладающего очень своеобразной «бутербродной структурой». Эта новая форма была значительно более надежной, чем хрупкая система точечного контакта, и в итоге именно она начала использоваться во всех транзисторах 60-х годов ХХ столетия. Вскоре она развилась в аппарат биполярного перехода, ставший основой для первого биполярного транзистора.

Статический индукционный прибор, первая концепция высокочастотного транзистора, был изобретен японскими инженерами Jun-ichi Nishizawa и Y. Watanabe в 1950 году и, наконец, смог создать экспериментальные прототипы в 1975 году. Это был самый быстрый транзистор в 80-е годы ХХ столетия.

Дальнейшие разработки включали в себя приборы с расширенным соединением, поверхностно-барьерный транзистор, диффузионный, тетродный и пентодный. Диффузионный кремниевый «меза-транзистор» был разработан в 1955 году в Bell и коммерчески доступен Fairchild Semiconductor в 1958 году. Пространство было типом транзистора, разработанного в 1950-х годах как улучшение по сравнению с точечным контактным транзистором и более поздним транзистором из сплава.

В 1953 году Филко разработал первый в мире высокочастотный поверхностно-барьерный прибор, который также был первым транзистором, подходящим для высокоскоростных компьютеров. Первое в мире транзисторное автомобильное радио, изготовленное Philco в 1955 году, использовало поверхностно-барьерные транзисторы в своей схеме.

Решение проблем и доработка

С решением проблем хрупкости осталась проблема чистоты. Создание германия требуемой чистоты оказалось серьезной проблемой и ограничило количество транзисторов, которые фактически работали из данной партии материала. Чувствительность германия к температуре также ограничивала его полезность.

Ученые предположили, что кремний будет легче изготовить, но мало кто изучил эту возможность. Morris Tanenbaum в Bell Laboratories были первыми, кто разработал рабочий кремниевый транзистор 26 января 1954 г. Несколько месяцев спустя, Гордон Тил, работающий самостоятельно в Texas Instruments, разработал аналогичное устройство. Оба эти устройства были сделаны путем контроля легирования кристаллов одного кремния, когда они выращивались из расплавленного кремния. Более высокий метод был разработан Моррисом Таненбаумом и Кальвином С. Фуллером в Bell Laboratories в начале 1955 года путем газовой диффузии донорных и акцепторных примесей в монокристаллические кремниевые кристаллы.

Полевые транзисторы

Полевой транзистор был впервые запатентован Юлисом Эдгаром Лилиенфельдом в 1926 году и Оскаром Хейлом в 1934 году, но практические полупроводниковые устройства (транзисторы с полевым эффектом перехода ) были разработаны позднее, после того как эффект транзистора наблюдался и объяснялся командой Уильяма Шокли в Bell Labs в 1947 году, сразу же после истечения двадцатилетнего патентного периода.

Первым типом JFET был статический индукционный транзистор (SIT), изобретенный японскими инженерами Jun-ichi Nishizawa и Y. Watanabe в 1950 году. SIT – это тип JFET с короткой длиной канала. Полупроводниковый полевой транзистор (МОП-транзистор) из металла-оксида-полупроводника, который в значительной степени вытеснил JFET и оказал глубокое влияние на развитие электронной электронной техники, был изобретен Дауном Кахнгом и Мартином Аталлой в 1959 году.

Полевые транзисторы могут быть устройствами с мажоритарным зарядом, в которых ток переносится преимущественно мажоритарными носителями или устройствами с носителями меньших зарядов, в которых ток в основном обусловлен потоком неосновных носителей. Прибор состоит из активного канала, через который носители заряда, электроны или отверстия поступают из источника в канализацию. Концевые выводы источника и стока подключаются к полупроводнику через омические контакты. Проводимость канала является функцией потенциала, применяемого через клеммы затвора и источника. Этот принцип работы дал начало первым всеволновым транзисторам.

Все полевые транзисторы имеют клеммы источника, стока и затвора, которые примерно соответствуют эмиттеру, коллектору и базе BJT. Большинство полевых транзисторов имеют четвертый терминал, называемый корпусом, базой, массой или субстратом. Этот четвертый терминал служит для смещения транзистора в эксплуатацию. Редко приходится делать нетривиальное использование терминалов корпуса в схемах, но его присутствие важно при настройке физической компоновки интегральной схемы. Размер ворот, длина L на диаграмме, – это расстояние между источником и стоком. Ширина – это расширение транзистора в направлении, перпендикулярном поперечному сечению на диаграмме (т. е. в/из экрана). Обычно ширина намного больше, чем длина ворот. Длина затвора 1 мкм ограничивает верхнюю частоту примерно до 5 ГГц, от 0,2 до 30 ГГц.

Одним из значительных изобретений XX века по праву считается изобретение транзистора , пришедшего на замену электронным лампам.

Долгое время лампы были единственным активным компонентом всех радиоэлектронных устройств, хотя и имели множество недостатков. Прежде всего, это большая потребляемая мощность, большие габариты, малый срок службы и малая механическая прочность. Эти недостатки все острее ощущались по мере усовершенствования и усложнения электронной аппаратуры.

Революционный переворот в радиотехнике произошел, когда на смену устаревшим лампам пришли полупроводниковые усилительные приборы – транзисторы, лишенные всех упомянутых недостатков.

Первый работоспособный транзистор появился на свет в 1947 году, благодаря стараниям сотрудников американской фирмы Bell Telephone Laboratories. Их имена теперь известны всему миру. Это ученые – физики У. Шокли, Д. Бардин и У. Брайтен. Уже в 1956 году за это изобретение все трое были удостоены нобелевской премии по физике.

Но, как и многие великие изобретения, транзистор был замечен не сразу. Лишь в одной из американских газет было упомянуто, что фирма Bell Telephone Laboratories продемонстрировала созданный ею прибор под названием транзистор. Там же было сказано, что его можно использовать в некоторых областях электротехники вместо электронных ламп.

Показанный транзистор имел форму маленького металлического цилиндрика длиной 13 мм и демонстрировался в приемнике, не имевшем электронных ламп. Ко всему прочему, фирма уверяла, что прибор может использоваться не только для усиления, но и для генерации или преобразования электрического сигнала.

Рис. 1. Первый транзистор

Рис. 2. Джон Бардин, Уильям Шокли и Уолтер Браттейн. За сотрудничество в разработке первого в мире действующего транзистора в 1948 году они разделили Нобелевскую премию 1956 года.

Но возможности транзистора, как, впрочем, и многих других великих открытий, были поняты и оценены не сразу. Чтобы вызвать интерес к новому прибору, фирма Bell усиленно рекламировала его на семинарах и в статьях, и предоставляла всем желающим лицензии на его производство.

Производители электронных ламп не видели в транзисторе серьезного конкурента, ведь нельзя было так сразу, одним махом, сбросить со счетов тридцатилетнюю историю производства ламп нескольких сотен конструкций, и многомиллионные денежные вложения в их развитие и производство. Поэтому транзистор вошел в электронику не так быстро, поскольку эпоха электронных ламп еще продолжалась.

Рис. 3. Транзистор и электронная лампа

Первые шаги к полупроводникам

С давних времен в электротехнике использовались в основном два вида материалов – проводники и диэлектрики (изоляторы). Способностью проводить ток обладают металлы, растворы солей, некоторые газы. Эта способность обусловлена наличием в проводниках свободных носителей заряда – электронов. В проводниках электроны достаточно легко отрываются от атома, но для передачи электрической энергии наиболее пригодны те металлы, которые обладают низким сопротивлением (медь, алюминий, серебро, золото).

К изоляторам относятся вещества с высоким сопротивлением, у них электроны очень крепко связаны с атомом. Это фарфор, стекло, резина, керамика, пластик. Поэтому свободных зарядов в этих веществах нет, а значит нет и электрического тока.

Здесь уместно вспомнить формулировку из учебников физики, что электрический ток это есть направленное движение электрически заряженных частиц под действием электрического поля. В изоляторах двигаться под действием электрического поля просто нечему.

Однако, в процессе исследования электрических явлений в различных материалах некоторым исследователям удавалось «нащупать» полупроводниковые эффекты. Например, первый кристаллический детектор (диод) создал в 1874 году немецкий физик Карл Фердинанд Браун на основе контакта свинца и пирита. (Пирит – железный колчедан, при ударе о кресало высекается искра, отчего и получил название от греческого «пир» – огонь). Позднее этот детектор с успехом заменил когерер в первых приемниках, что значительно повысило их чувствительность.

В 1907 году Беддекер, исследуя проводимость йодистой меди обнаружил, что ее проводимость возрастает в 24 раза при наличии примеси йода, хотя сам йод проводником не является. Но все это были случайные открытия, которым не могли дать научного обоснования. Систематическое изучение полупроводников началось лишь в 1920 – 1930 годы.

На заре производства транзисторов основным полупроводником являлся германий (Ge). В плане энергозатрат он весьма экономичен, напряжение отпирания его pn – перехода составляет всего 0,1…0,3В, но вот многие параметры нестабильны, поэтому на замену ему пришел кремний (Si).

Температура, при которой работоспособны германиевые транзисторы не более 60 градусов, в то время, как кремниевые транзисторы могут продолжать работать при 150. Кремний, как полупроводник, превосходит германий и по другим свойствам, прежде всего по частотным.

Кроме того, запасы кремния (обычный песок на пляже) в природе безграничны, а технология его очистки и обработки проще и дешевле, нежели редкого в природе элемента германия. Первый кремниевый транзистор появился вскоре после первого германиевого – в 1954 году. Это событие даже повлекло за собой новое название «кремниевый век», не надо путать с каменным!

Рис. 4. Эволюция транзисторов

Микропроцессоры и полупроводники. Закат «кремниевого века»

Вы никогда не задумывались над тем, почему в последнее время практически все компьютеры стали многоядерными? Термины двухъядерный или четырехъядерный у всех на слуху. Дело в том, что увеличение производительности микропроцессоров методом повышения тактовой частоты, и увеличения количества транзисторов в одном корпусе, для кремниевых структур практически приблизилось к пределу.

Увеличение количества полупроводников в одном корпусе достигается за счет уменьшения их физических размеров. В 2011 году фирма INTEL уже разработала 32 нм техпроцесс, при котором длина канала транзистора всего 20 нм. Однако, такое уменьшение не приносит ощутимого прироста тактовой частоты, как это было вплоть до 90 нм технологий. Совершенно очевидно, что пора переходить на что-то принципиально новое.

ПЯТИГОРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА УПРАВЛЕНИЯ И ИНФОРМАТИКИ В ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

РЕФЕРАТ

«История развития транзисторов»

Выполнил:

Студент гр. УИТС-б-101

Сергиенко Виктор

Пятигорск, 2010

Введение

Транзи́стор (от англ. transfer – переносить и resistance – сопротивление или transconductance – активная межэлектродная проводимость и varistor – переменное сопротивление) – электронный прибор из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами, позволяющий входным сигналам управлять током в электрической цепи. Обычно используется для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов.

Управление током в выходной цепи осуществляется за счёт изменения входного напряжения или тока. Небольшое изменение входных величин может приводить к существенно большему изменению выходного напряжения и тока. Это усилительное свойство транзисторов используется в аналоговой технике (аналоговые ТВ, радио, связь и т. п.).

В настоящее время в аналоговой технике доминируют биполярные транзисторы (БТ) (международный термин – BJT, bipolar junction transistor). Другой важнейшей отраслью электроники является цифровая техника (логика, память, процессоры, компьютеры, цифровая связь и т. п.), где, напротив, биполярные транзисторы почти полностью вытеснены полевыми.

Вся современная цифровая техника построена, в основном, на полевых МОП (металл-оксид-полупроводник)-транзисторах (МОПТ), как более экономичных, по сравнению с БТ, элементах. Иногда их называют МДП (металл-диэлектрик-полупроводник)- транзисторы. Международный термин – MOSFET (metal-oxide-semiconductor field effect transistor). Транзисторы изготавливаются в рамках интегральной технологии на одном кремниевом кристалле (чипе) и составляют элементарный «кирпичик» для построения микросхем логики, памяти, процессора и т. п. Размеры современных МОПТ составляют от 90 до 32 нм. На одном современном чипе (обычно размером 1-2 см²) размещаются несколько (пока единицы) миллиардов МОПТ. На протяжении 60 лет происходит уменьшение размеров (миниатюризация) МОПТ и увеличение их количества на одном чипе (степень интеграции), в ближайшие годы ожидается дальнейшее увеличение степени интеграции транзисторов на чипе (см. Закон Мура). Уменьшение размеров МОПТ приводит также к повышению быстродействия процессоров, снижению энергопотребления и тепловыделения.

История

Первые патенты на принцип работы полевых транзисторов были зарегистрированы в Германии в 1928 году (в Канаде, 22 октября 1925 года) на имя австро-венгерского физика Юлия Эдгара Лилиенфельда. В 1934 году немецкий физик Оскар Хейл запатентовал полевой транзистор. Полевые транзисторы (в частности, МОП-транзисторы) основаны на простом электростатическом эффекте поля, по физике они существенно проще биполярных транзисторов, и поэтому они придуманы и запатентованы задолго до биполярных транзисторов. Тем не менее, первый МОП-транзистор, составляющий основу современной компьютерной индустрии, был изготовлен позже биполярного транзистора, в 1960 году. Только в 90-х годах XX века МОП-технология стала доминировать над биполярной.


В 1947 году Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Браттейн в лабораториях Bell Labs впервые создали действующий биполярный транзистор, продемонстрированный 16 декабря. 23 декабря состоялось официальное представление изобретения и именно эта дата считается днём изобретения транзистора. По технологии изготовления он относился к классу точечных транзисторов. В 1956 году они были награждены Нобелевской премией по физике «за исследования полупроводников и открытие транзисторного эффекта». Интересно, что Джон Бардин вскоре был удостоен Нобелевской премии во второй раз за создание теории сверхпроводимости.

Позднее вакуумные лампы были заменены транзисторами в большинстве электронных устройств, совершив революцию в создании интегральных схем и компьютеров.

Bell нуждались в названии устройства. Предлагались названия «полупроводниковый триод» (semiconductor triode), «Solid Triode», «Surface States Triode», «кристаллический триод» (crystal triode) и «Iotatron», но слово «транзистор» (transistor), предложенное Джоном Пирсом (John R. Pierce), победило во внутреннем голосовании.

Первоначально название «транзистор» относилось к резисторам, управляемым напряжением. В самом деле, транзистор можно представить как некое сопротивление, регулируемое напряжением на одном электроде (в полевых транзисторах – напряжением между затвором и истоком, в биполярных транзисторах – напряжением между базой и эмиттером).

Классификация транзисторов

Биполярный транзистор – трёхэлектродный полупроводниковый прибор, один из типов транзистора. Электроды подключены к трём последовательно расположенным слоям полупроводника с чередующимся типом примесной проводимости. По этому способу чередования различают npn и pnp транзисторы (n (negative) – электронный тип примесной проводимости, p (positive) – дырочный). В биполярном транзисторе, в отличие от других разновидностей, основными носителями являются и электроны, и дырки (от слова «би» – «два»).

Электрод, подключённый к центральному слою, называют базой, электроды, подключённые к внешним слоям, называют коллектором и эмиттером. На простейшей схеме различия между коллектором и эмиттером не видны. В действительности же главное отличие коллектора – бо́льшая площадь p – n-перехода. Кроме того, для работы транзистора абсолютно необходима малая толщина базы.

Биполярный точечный транзистор был изобретен в 1947 году, в течение последующих лет он зарекомендовал себя как основной элемент для изготовления интегральных микросхем, использующих транзисторно-транзисторную, резисторно-транзисторную и диодно-транзисторную логику.

Первые транзисторы были изготовлены на основе германия. В настоящее время их изготавливают в основном из кремния и арсенида галлия. Последние транзисторы используются в схемах высокочастотных усилителей. Биполярный транзистор состоит из трех различным образом легированных полупроводниковых зон: эмиттера E, базы B и коллектора C. В зависимости от типа проводимости этих зон различают NPN (эмиттер − n-полупроводник, база − p-полупроводник, коллектор − n-полупроводник) и PNP транзисторы. К каждой из зон подведены проводящие контакты. База расположена между эмиттером и коллектором и изготовлена из слаболегированного полупроводника, обладающего большим сопротивлением. Общая площадь контакта база-эмиттер значительно меньше площади контакта коллектор-база, поэтому биполярный транзистор общего вида является несимметричным устройством (невозможно путем изменения полярности подключения поменять местами эмиттер и коллектор и получить в результате абсолютно аналогичный исходному биполярный транзистор).

В активном режиме работы транзистор включён так, что его эмиттерный переход смещён в прямом направлении (открыт), а коллекторный переход смещён в обратном направлении. Для определённости рассмотрим npn транзистор, все рассуждения повторяются абсолютно аналогично для случая pnp транзистора, с заменой слова «электроны» на «дырки», и наоборот, а также с заменой всех напряжений на противоположные по знаку. В npn транзисторе электроны, основные носители тока в эмиттере, проходят через открытый переход эмиттер-база (инжектируются) в область базы. Часть этих электронов рекомбинирует с основными носителями заряда в базе (дырками), часть диффундирует обратно в эмиттер. Однако, из-за того что базу делают очень тонкой и сравнительно слабо легированной, большая часть электронов, инжектированных из эмиттера, диффундирует в область коллектора. Сильное электрическое поле обратно смещённого коллекторного перехода захватывает электроны (напомним, что они – неосновные носители в базе, поэтому для них переход открыт), и проносит их в коллектор. Ток коллектора, таким образом, практически равен току эмиттера, за исключением небольшой потери на рекомбинацию в базе, которая и образует ток базы (Iэ=Iб + Iк). Коэффициент α, связывающий ток эмиттера и ток коллектора (Iк = α Iэ) называется коэффициентом передачи тока эмиттера. Численное значение коэффициента α 0.9 – 0.999. Чем больше коэффициент, тем эффективней транзистор передаёт ток. Этот коэффициент мало зависит от напряжения коллектор-база и база-эмиттер. Поэтому в широком диапазоне рабочих напряжений ток коллектора пропорционален току базы, коэффициент пропорциональности равен β = α / (1 − α) =(10..1000). Таким образом, изменяя малый ток базы, можно управлять значительно большим током коллектора. Уровни электронов и дырок примерно равны.

Полевой транзистор – полупроводниковый прибор, в котором ток изменяется в результате действия перпендикулярного тока электрического поля, создаваемого входным сигналом.

Протекание в полевом транзисторе рабочего тока обусловлено носителями заряда только одного знака (электронами или дырками), поэтому такие приборы часто включают в более широкий класс униполярных электронных приборов (в отличие от биполярных).

История создания полевых транзисторов

Идея полевого транзистора с изолированным затвором была предложена Лилиенфельдом в 1926-1928 годах. Однако объективные трудности в реализации этой конструкции позволили создать первый работающий прибор этого типа только в 1960 году. В 1953 году Дейки и Росс предложили и реализовали другую конструкцию полевого транзистора – с управляющим p-n-переходом. Наконец, третья конструкция полевых транзисторов – полевых транзисторов с барьером Шоттки – была предложена и реализована Мидом в 1966 году.

Схемы включения полевых транзисторов

Полевой транзистор можно включать по одной из трех основных схем: с общим истоком (ОИ), общим стоком (ОС) и общим затвором (ОЗ).

На практике чаще всего применяется схема с ОИ, аналогичная схеме на биполярном транзисторе с ОЭ. Каскад с общим истоком даёт очень большое усиление тока и мощности. Схема с ОЗ аналогична схеме с ОБ. Она не даёт усиления тока, и поэтому усиление мощности в ней во много раз меньше, чем в схеме ОИ. Каскад ОЗ обладает низким входным сопротивлением, в связи с чем он имеет ограниченное практическое применение.

Классификация полевых транзисторов

По физической структуре и механизму работы полевые транзисторы условно делят на 2 группы. Первую образуют транзисторы с управляющим р-n переходом или переходом металл – полупроводник (барьер Шоттки), вторую – транзисторы с управлением посредством изолированного электрода (затвора), т. н. транзисторы МДП (металл – диэлектрик – полупроводник).

Транзисторы с управляющим p-n переходом

Полевой транзистор с управляющим p-n переходом – это полевой транзистор, затвор которого изолирован (то есть отделён в электрическом отношении) от канала p-n переходом, смещённым в обратном направлении.

Такой транзистор имеет два невыпрямляющих контакта к области, по которой проходит управляемый ток основных носителей заряда, и один или два управляющих электронно-дырочных перехода, смещённых в обратном направлении (см. рис. 1). При изменении обратного напряжения на p-n переходе изменяется его толщина и, следовательно, толщина области, по которой проходит управляемый ток основных носителей заряда. Область, толщина и поперечное сечение которой управляется внешним напряжением на управляющем p-n переходе и по которой проходит управляемый ток основных носителей, называют каналом. Электрод, из которого в канал входят основные носители заряда, называют истоком. Электрод, через который из канала уходят основные носители заряда, называют стоком. Электрод, служащий для регулирования поперечного сечения канала, называют затвором.

Электропроводность канала может быть как n-, так и p-типа. Поэтому по электропроводности канала различают полевые транзисторы с n-каналом и р-каналом. Все полярности напряжений смещения, подаваемых на электроды транзисторов с n- и с p-каналом, противоположны.

Управление током стока, то есть током от внешнего относительно мощного источника питания в цепи нагрузки, происходит при изменении обратного напряжения на p-n переходе затвора (или на двух p-n переходах одновременно). В связи с малостью обратных токов мощность, необходимая для управления током стока и потребляемая от источника сигнала в цепи затвора, оказывается ничтожно малой. Поэтому полевой транзистор может обеспечить усиление электромагнитных колебании как по мощности, так и по току и напряжению.

Таким образом, полевой транзистор по принципу действия аналогичен вакуумному триоду. Исток в полевом транзисторе подобен катоду вакуумного триода, затвор – сетке, сток – аноду. Но при этом полевой транзистор существенно отличается от вакуумного триода. Во-первых, для работы полевого транзистора не требуется подогрева катода. Во-вторых, любую из функций истока и стока может выполнять каждый из этих электродов. В-третьих, полевые транзисторы могут быть сделаны как с n-каналом, так и с p-каналом, что позволяет удачно сочетать эти два типа полевых транзисторов в схемах.

От биполярного транзистора полевой транзистор отличается, во-первых, принципом действия: в биполярном транзисторе управление выходным сигналом производится входным током, а в полевом транзисторе – входным напряжением или электрическим полем. Во-вторых, полевые транзисторы имеют значительно большие входные сопротивления, что связано с обратным смещением p-n-перехода затвора в рассматриваемом типе полевых транзисторов. В-третьих, полевые транзисторы могут обладать низким уровнем шума (особенно на низких частотах), так как в полевых транзисторах не используется явление инжекции неосновных носителей заряда и канал полевого транзистора может быть отделён от поверхности полупроводникового кристалла. Процессы рекомбинации носителей в p-n переходе и в базе биполярного транзистора, а также генерационно-рекомбинационные процессы на поверхности кристалла полупроводника сопровождаются возникновением низкочастотных шумов.

Транзисторы с изолированным затвором (МДП-транзисторы)

Полевой транзистор с изолированным затвором – это полевой транзистор, затвор которого отделён в электрическом отношении от канала слоем диэлектрика.

В кристалле полупроводника с относительно высоким удельным сопротивлением, который называют подложкой, созданы две сильнолегированные области с противоположным относительно подложки типом проводимости. На эти области нанесены металлические электроды – исток и сток. Расстояние между сильно легированными областями истока и стока может быть меньше микрона. Поверхность кристалла полупроводника между истоком и стоком покрыта тонким слоем (порядка 0,1 мкм) диэлектрика. Так как исходным полупроводником для полевых транзисторов обычно является кремний, то в качестве диэлектрика используется слой двуокиси кремния SiO2, выращенный на поверхности кристалла кремния путём высокотемпературного окисления. На слой диэлектрика нанесён металлический электрод – затвор. Получается структура, состоящая из металла, диэлектрика и полупроводника. Поэтому полевые транзисторы с изолированным затвором часто называют МДП-транзисторами.

Входное сопротивление МДП-транзисторов может достигать 1010…1014 Ом (у полевых транзисторов с управляющим p-n-переходом 107…109), что является преимуществом при построении высокоточных устройств.

Существуют две разновидности МДП-транзисторов: с индуцированным каналом и со встроенным каналом.

В МДП-транзисторах с индуцированным каналом проводящий канал между сильнолегированными областями истока и стока отсутствует и, следовательно, заметный ток стока появляется только при определённой полярности и при определённом значении напряжения на затворе относительно истока, которое называют пороговым напряжением (UЗИпор).

В МДП-транзисторах со встроенным каналом у поверхности полупроводника под затвором при нулевом напряжении на затворе относительно истока существует инверсный слой – канал, который соединяет исток со стоком.

Поэтому сильнолегированные области под истоком и стоком, а также индуцированный и встроенный канал имеют электропроводность p-типа. Если же аналогичные транзисторы созданы на подложке с электропроводностью p-типа, то канал у них будет иметь электропроводность n-типа.

МДП-транзисторы с индуцированным каналом

При напряжении на затворе относительно истока, равном нулю, и при наличии напряжения на стоке, – ток стока оказывается ничтожно малым. Он представляет собой обратный ток p-n перехода между подложкой и сильнолегированной областью стока. При отрицательном потенциале на затворе (для структуры, показанной на рис. 2, а) в результате проникновения электрического поля через диэлектрический слой в полупроводник при малых напряжениях на затворе (меньших UЗИпор) у поверхности полупроводника под затвором возникает обеднённый основными носителями слой эффект поля и область объёмного заряда, состоящая из ионизированных нескомпенсированных примесных атомов. При напряжениях на затворе, больших UЗИпор, у поверхности полупроводника под затвором возникает инверсный слой, который и является каналом, соединяющим исток со стоком. Толщина и поперечное сечение канала будут изменяться с изменением напряжения на затворе, соответственно будет изменяться и ток стока, то есть ток в цепи нагрузки и относительно мощного источника питания. Так происходит управление током стока в полевом транзисторе с изолированным затвором и с индуцированным каналом.

В связи с тем, что затвор отделён от подложки диэлектрическим слоем, ток в цепи затвора ничтожно мал, мала и мощность, потребляемая от источника сигнала в цепи затвора и необходимая для управления относительно большим током стока. Таким образом, МДП-транзистор с индуцированным каналом может производить усиление электромагнитных колебаний по напряжению и по мощности.

Принцип усиления мощности в МДП-транзисторах можно рассматривать с точки зрения передачи носителями заряда энергии постоянного электрического поля (энергии источника питания в выходной цепи) переменному электрическому полю. В МДП-транзисторе до возникновения канала почти всё напряжение источника питания в цепи стока падало на полупроводнике между истоком и стоком, создавая относительно большую постоянную составляющую напряжённости электрического поля. Под действием напряжения на затворе в полупроводнике под затвором возникает канал, по которому от истока к стоку движутся носители заряда – дырки. Дырки, двигаясь по направлению постоянной составляющей электрического поля, разгоняются этим полем и их энергия увеличивается за счёт энергии источника питания, в цепи стока. Одновременно с возникновением канала и появлением в нём подвижных носителей заряда уменьшается напряжение на стоке, то есть мгновенное значение переменной составляющей электрического поля в канале направлено противоположно постоянной составляющей. Поэтому дырки тормозятся переменным электрическим полем, отдавая ему часть своей энергии.

МДП-структуры специального назначения

В структурах типа металл-нитрид-оксид-полупроводник (МНОП) диэлектрик под затвором выполняется двухслойным: слой оксида SiO2 и толстый слой нитрида Si3N4. Между слоями образуются ловушки электронов, которые при подаче на затвор МНОП-структуры положительного напряжения (28..30 В) захватывают туннелирующие через тонкий слой SiO2 электроны. Образующиеся отрицательно заряженные ионы повышают пороговое напряжение, причём их заряд может храниться до нескольких лет при отсутствии питания, так как слой SiO2 предотвращает утечку заряда. При подаче на затвор большого отрицательного напряжения (28…30 В), накопленный заряд рассасывается, что существенно уменьшает пороговое напряжение.

Структуры типа металл-оксид-полупроводник (МОП) с плавающим затвором и лавинной инжекцией (ЛИЗМОП) имеют затвор, выполненный из поликристаллического кремния, изолированный от других частей структуры. Лавинный пробой p-n-перехода подложки и стока или истока, на которые подаётся высокое напряжение, позволяет электронам проникнуть через слой окисла на затвор, вследствие чего на нём появляется отрицательный заряд. Изолирующие свойства диэлектрика позволяют сохранять это заряд десятки лет. Удаление электрического заряда с затвора осуществляется с помощью ионизирующего ультрафиолетового облучения кварцевыми лампами, при этом фототок позволяет электронам рекомбинировать с дырками.

В дальнейшем были разработаны структуры запоминающих полевых транзисторов с двойным затвором. Встроенный в диэлектрик затвор используется для хранения заряда, определяющего состояние прибора, а внешний (обычный) затвор, управляемый разнополярными импульсами для ввода или удаления заряда на встроенном (внутреннем) затворе. Так появились ячейки, а затем и микросхемы флэш-памяти, получившие в наши дни большую популярность и составившие заметную конкуренцию жестким дискам в компьютерах.

Для реализации сверхбольших интегральных схем (СБИС) были созданы сверхминиатюрные полевые микротранзисторы. Они делаются с применением нанотехнологий с геометрическим разрешением менее 100 нм. У таких приборов толщина подзатворного диэлектрика доходит до нескольких атомных слоев. Используются различные, в том числе трехзатворные структуры. Приборы работают в микромощном режиме. В современных микропроцессорах корпорации Intel число приборов составляет от десятков миллионов до 2 миллиардов. Новейшие полевые микротранзисторы выполняются на напряженном кремнии, имеют металлический затвор и используют новый запатентованный материал для подзатворного диэлектрика на основе соединений гафния.

В последние четверть века бурное развитие получили мощные полевые транзисторы, в основном МДП-типа. Они состоят из множества маломощных структур или из структур с разветвлённой конфигурацией затвора. Такие ВЧ и СВЧ приборы впервые были созданы в СССР специалистами НИИ «Пульсар» Бачуриным В. В. (кремниевые приборы) и Ваксембургом В. Я. (арсенид-галлиевые приборы) Исследование их импульсных свойств было выполнено научной школой проф. Дьяконова В. П. (Смоленский филиал МЭИ). Это открыло область разработки мощных ключевых (импульсных) полевых транзисторов со специальными структурами, имеющих высокие рабочие напряжения и токи (раздельно до 500-1000 В и 50-100 А). Такие приборы нередко управляются малыми (до 5 В) напряжениями, имеют малое сопротивление в открытом состоянии (до 0,01 Ом) у сильноточных приборов, высокую крутизну и малые (в единицы-десятки нс) времена переключения. У них отсутствует явление накопления носителей в структуре и явление насыщения, присушее биполярным транзисторам. Благодаря этому мощные полевые транзисторы успешно вытесняют мощные биполярные транзисторы в области силовой электроники малой и средней мощности.

За рубежом в последние десятилетия стремительно развивается технология транзисторов на высокоподвижных электронах (ТВПЭ), которые широко используются в СВЧ устройствах связи и радионаблюдения. На основе ТВПЭ создаются как гибридные, так и монолитные микроволновые интегральные схемы (англ.)). В основе действия ТВПЭ лежит управление каналом с помощью двумерного электронного газа, область которого создаётся под контактом затвора благодаря применению гетероперехода и очень тонкого диэлектрического слоя – спейсера.

Области применения полевых транзисторов

Значительная часть производимых в настоящий момент полевых транзисторов входит в состав КМОП-структур, которые строятся из полевых транзисторов с каналами разного (p- и n-) типа проводимости и широко используются в цифровых и аналоговых интегральных схемах.

За счёт того, что полевые транзисторы управляются полем (величиной напряжения приложенного к затвору), а не током, протекающим через базу (как в биполярных транзисторах), полевые транзисторы потребляют значительно меньше энергии, что особенно актуально в схемах ждущих и следящих устройств, а также в схемах малого потребления и энергосбережения (реализация спящих режимов).

Выдающиеся примеры устройств, построенных на полевых транзисторах, – наручные кварцевые часы и пульт дистанционного управления для телевизора. За счёт применения КМОП-структур эти устройства могут работать до нескольких лет, потому что практически не потребляют энергии.

Грандиозными темпами развиваются области применения мощных полевых транзисторов. Их применение в радиопередающих устройствах позволяет получить повышенную чистоту спектра излучаемых радиосигналов, уменьшить уровень помех и повысить надёжность радиопередатчиков. В силовой электронике ключевые мощные полевые транзисторы успешно заменяют и вытесняют мощные биполярные транзисторы. В силовых преобразователях они позволяют на 1-2 порядка повысить частоту преобразования и резко уменьшить габариты и массу энергетических преобразователей. В устройствах большой мощности используются биполярные транзисторы с полевым управлением (IGBT) успешно вытесняющие тиристоры. В усилителях мощности звуковых частот высшего класса HiFi и HiEnd мощные полевые транзисторы успешно заменяют мощные электронные лампы, обладающие малыми нелинейными и динамическими искажениями.

Помимо основного полупроводникового материала, применяемого обычно в виде монокристалла, транзистор содержит в своей конструкции легирующие добавки к основному материалу, металл выводов, изолирующие элементы, части корпуса (пластиковые или керамические). Иногда употребляются комбинированные наименования, частично описывающие материалы конкретной разновидности (например, «кремний на сапфире» или «Металл-окисел-полупроводник»). Однако основными являются транзисторы:

Германиевые

Кремниевые

Арсенид-галлиевые

Другие материалы транзисторов до недавнего времени не использовались. В настоящее время имеются транзисторы на основе, например, прозрачных полупроводников для использования в матрицах дисплеев. Перспективный материал для транзисторов – полупроводниковые полимеры. Также имеются отдельные сообщения о транзисторах на основе углеродных нанотрубок.

Комбинированные транзисторы

Транзисторы со встроенными резисторами (Resistor-equipped transistors (RETs)) – биполярные транзисторы со встроенными в один корпус резисторами.

Транзистор Дарлингтона – комбинация двух биполярных транзисторов, работающая как биполярный транзистор с высоким коэффициентом усиления по току.

на транзисторах одной полярности

на транзисторах разной полярности

Лямбда-диод – двухполюсник, комбинация из двух полевых транзисторов, имеющая, как и туннельный диод, значительный участок с отрицательным сопротивлением.

Биполярный транзистор с изолированным затвором – силовой электронный прибор, предназначенный в основном, для управления электрическими приводами.

По мощности

По рассеиваемой в виде тепла мощности различают:

маломощные транзисторы до 100 мВт

транзисторы средней мощности от 0,1 до 1 Вт

мощные транзисторы (больше 1 Вт).

По исполнению

дискретные транзисторы

корпусные

Для свободного монтажа

Для установки на радиатор

Для автоматизированных систем пайки

бескорпусные

транзисторы в составе интегральных схем.

По материалу и конструкции корпуса

металло-стеклянный

пластмассовый

керамический

Прочие типы

Одноэлектронные транзисторы содержат квантовую точку (т. н. «остров») между двумя туннельными переходами. Ток туннелирования управляется напряжением на затворе, связанном с ним ёмкостной связью.

Биотранзистор

Выделение по некоторым характеристикам

Транзисторы BISS (Breakthrough in Small Signal, дословно – «прорыв в малом сигнале») – биполярные транзисторы с улучшенными малосигнальными параметрами. Существенное улучшение параметров транзисторов BISS достигнуто за счёт изменения конструкции зоны эмиттера. Первые разработки этого класса устройств также носили наименование «микротоковые приборы».

Транзисторы со встроенными резисторами RET (Resistor-equipped transistors) – биполярные транзисторы со встроенными в один корпус резисторами. RET транзистор общего назначения со встроенным одним или двумя резисторами. Такая конструкция транзистора позволяет сократить количество навесных компонентов и минимизирует необходимую площадь монтажа. RET транзисторы применяются для контроля входного сигнала микросхем или для переключения меньшей нагрузки на светодиоды.

Применение гетероперехода позволяет создавать высокоскоростные и высокочастотные полевые транзисторы, такие как HEMT.

Применение транзисторов

Транзисторы применяются в качестве активных (усилительных) элементов в усилительных и переключательных каскадах.

Реле и тиристоры имеют больший коэффициент усиления мощности, чем транзисторы, но работают только в ключевом (переключательном) режиме.

Transistor Revolution MKII, плагин Transistor Revolution MKII, купить

Представляем Transistor Revolution MKII для Kontakt 5.

С момента своего создания Transistor Revolution оставалась близкой нашим сердцам. Настолько, что вскоре после его первого выпуска мы начали строить планы по обширному обновлению…

Transistor Revolution MKII был полностью переработан и переработан с нуля; теперь с значительно улучшенным рабочим процессом и новым интуитивно понятным графическим интерфейсом, 16-трековым пошаговым секвенсором в стиле TR, унифицированными инструментами для 808 и 909, специальным 10-трековым микшером с индивидуальной обработкой, посылками реверберации / задержки, регулятором громкости и панорама для каждого звука барабана, мастер-секция ленты с индивидуальной насыщенностью ленты для каждого звука и многое другое!

У вас должна быть полная зарегистрированная версия Native Instruments Kontakt 5.2.1 или выше, чтобы использовать версию Transistor Revolution Kontakt. Этот (нелицензионный) инструмент Kontakt НЕ работает с бесплатным проигрывателем Kontakt.

Transistor Revolution также доступен в форматах Live 9 и NI Maschine для тех, у кого нет Kontakt 5.

За кулисами двигатель Transistor Revolution был значительно усовершенствован, чтобы предложить множество дополнительных параметров управления, включая: обширные возможности секвенсора и живой режим, индивидуальное управление настройкой и обработка звука ударных, управление качанием / перемешиванием, синхронизация темпа хоста, уникальный набор впечатляющих опций сохранения RAM и многое другое…

Концепция

Можно ли точно воссоздать звук старинной аналоговой драм-машины в программном плагине? Почти 3 года назад мы отправились в путешествие, чтобы выяснить это…

После тяготения к самым влиятельным драм-машинам из когда-либо созданных (а именно TR-808 и TR-909) мы вскоре обнаружили чрезвычайную глубину фокуса, необходимую для точного улавливания звука, непосредственности и ритма оригинальных инструментов.

Спустя 3 года, после большого количества исследований и разработок (и 25 000 семплов спустя) мы пришли к тому, что мы считаем наиболее точной эмуляцией этих классических драм-машин из когда-либо созданных … Transistor Revolution MKII, наша виртуальная аналоговая драм-машина, вдохновленная классическими электронными драм-машинами TR-808 и TR-909 1980-х годов.

Почему 25000 образцов, спросите вы? В качестве примера деталей, задействованных при сэмплировании каждого инструмента, один только басовый барабан Revolution 909 использует 9318 уникальных звуков для точного воссоздания звука басового барабана 909. Каждый из 4 регуляторов на панели управления бас-барабаном Revolution 909 плавно просматривает каждый сэмпл в режиме реального времени … Кроме того, чтобы имитировать тонкие различия в звуке, присущие аналоговому оборудованию, мы записали 7 вариаций каждого звука барабана, которые циклически повторяются в случайном порядке. каждый раз, когда воспроизводится звук.

Каждый звук ударных в Transistor Revolution был тщательно записан с использованием безупречного 3-дюймового кабеля с твердым сердечником, подключенного к трансформаторному сбалансированному Radial JDI, и доведен до линейного уровня с помощью предусилителя AMS / NEVE 1073. Чтобы сохранить полную частотную характеристику и динамику этого инструмента, мы тщательно согласовали пиковый уровень каждого барабана и записали сэмплы на 24-битной частоте 96 кГц, используя преобразование, разработанное NEVE.

Характеристики
  • Единые унифицированные инструменты с интуитивно понятным графическим интерфейсом, аналогичным оригинальной компоновке лицевой панели TR-808 и TR-909
  • Воссоздайте все нюансы оригинальных аналоговых драм-машин или определите свой собственный уникальный звук, используя самый продвинутый в мире механизм сэмплирования Kontakt 5
  • Плавное сканирование тысяч многослойных сэмплов поворотом одной ручки и воспроизведение звуков, которые когда-то были привязаны только к аналоговым ручкам и схемам, в реальном времени с использованием данных скорости и контроллера
  • Совершенно новый 16-трековый пошаговый секвенсор в стиле TR с контролем акцента, синхронизацией хоста, свингом / перемешиванием и обширными расширенными настройками параметров
  • Выделенный 10-трековый микшер с индивидуальной обработкой, регулятором громкости и панорамированием для каждого звука барабана
  • Двойные блоки задержки и реверберации, загруженные с настраиваемыми импульсными характеристиками
  • Секция мастер-обработки, включая многодорожечный магнитофон, модули сжатия и мастер-эквалайзера
  • Создавайте и просматривайте сотни пресетов, которые охватывают всю историю звука барабанов 808 и 909.От оригинальных аналогов пошагово-секвенсорных машин, 12-битных MPC60, SP1200 и ленточных ресэмплингов или современных звуков еще не слышно. Все мгновенно переключаются одним щелчком мыши
  • Modular Preset Browser позволяет мгновенно вызывать паттерны ударных, каналы микшера и настройки магнитофона / мастер-шины в тысячах различных конфигураций.
  • Просмотрите 600 включенных шаблонов в различных стилях и с легкостью создавайте и делитесь своими собственными с помощью быстрого и интуитивно понятного внешнего браузера шаблонов / предустановок
  • Меняйте местами и просматривайте одни и те же предустановки и шаблоны между Revolution-808 и Revolution-909
  • Дополнительная стойка для барабанов Ableton Live и NI Maschine 2.0 предустановок включено
  • размером 6Гб после распаковки
  • Живое выступление
  • Функции живого исполнения делают выступление с Transistor Revolution плавным и естественным, независимо от того, являетесь ли вы барабанщиком, ди-джеем или продюсером.
  • Режим записи паттернов позволяет ди-джеям и продюсерам секвенировать и аранжировать паттерны в реальном времени с полными возможностями редактирования, не глядя на экран компьютера.
  • Возможности глубокой модуляции скорости позволяют живым барабанщикам добавлять истинное аналоговое выражение к классическим звукам барабанов 808 и 909, которые можно легко запускать и отображать с любого контроллера или электронного набора ударных
Системные требования

Windows

  • Windows 7 или Windows 8 (последний пакет обновления, 32/64-разрядная версия), Intel Core 2 Duo или AMD Athlon 64 X2, 2 ГБ ОЗУ (рекомендуется 4 ГБ)

Mac

  • Mac OS X 10.7 или 10.8 (последнее обновление), Intel Core 2 Duo, 2 ГБ ОЗУ (рекомендуется 4 ГБ)

Важные примечания:

  • Для использования этого инструмента требуется ПОЛНАЯ версия Kontakt 5.2.1+.
  • Вы застрянете в ДЕМОРЕЖИМЕ, если попытаетесь использовать этот инструмент в БЕСПЛАТНОМ Kontakt Player.
  • Этот продукт является нелицензионным прибором Kontakt и не требует серийного номера для установки в вашей системе.

Любые ссылки на какие-либо бренды на этом сайте / странице, включая ссылки на бренды и инструменты, предоставляются только в целях описания.Например, ссылки на бренды инструментов предназначены для описания звука инструмента и / или инструмента, использованного в сэмпле. Plugin Boutique не имеет (и не заявляет) о каких-либо отношениях с этими брендами или их одобрении. Любая репутация, связанная с этими брендами, принадлежит владельцу бренда. Plugin Boutique или его поставщики не несут ответственности за содержание продукта или точность описания. «RHODES» является зарегистрированным товарным знаком Joseph A Brandstetter.

Революция транзисторов

Wave Alchemy – Attack Magazine

Wave Alchemy’s Transistor Revolution – это ошеломляюще большая коллекция из 22 000 TR-808 и 909 сэмплов ударных. Но действительно ли нам нужен еще один набор старинных барабанных сэмплов? Оказывается, да.

Буквально на этой неделе в офисе Attack обсуждалось, сколько еще пакетов сэмплов старинных драм-машин действительно нужно миру. Мы бы поспорили, что существует ограниченное количество классических машин, которые стоит затраченных усилий, и из них сколько именно различных и интересных способов можно сэмплировать их звуки? «Ну, довольно много, – был в конечном итоге консенсус, – но все они были сделаны Goldbaby.”

И хотя Goldbaby выполнила поставленную задачу (особо упомянуть Tape 808 , личный фаворит), это не помешало почти всем другим поставщикам образцов и их собакам тоже дать ей взлом. Результат? Буквально миллионы посредственных итераций 808 хлопков, 606 шляп и 909 ударов ногами плавают в киберпространстве и засоряют сайты обмена файлами.

Но, конечно, есть причины, по которым существует так много таких наборов. Прежде всего, машины, которые они сэмплируют, звучат потрясающе; многие из них являются сердцем любимых нами треков.И кто бы не хотел, чтобы часть этой магии попала в их музыкальный арсенал? Это аккуратно подводит нас ко второму главному пункту продажи старинных сэмплов ударных: цене. Поскольку многие из классических товаров давно сняты с производства, цены на подержанные товары для большинства из нас непомерно высоки. Удачи в приобретении Roland TR-909 менее чем за 1000 фунтов стерлингов.

Так что же здесь у нас? Еще больше образцов TR-808 и TR-909. И 22 тысячи из них тоже! Но прежде чем вы нажмете кнопку «Назад» в браузере и подумаете, что в этом нет ничего нового или интересного, подождите немного; этот немного интереснее большинства.

Transistor Revolution – это не просто обычная библиотека для одного снимка. Ребята из Wave Alchemy слишком талантливы и увлечены, чтобы просто добавить к перегрузке барабанных ударов, описанной выше. У нас есть два тщательно созданных инструмента Roland TR-808 и TR-909 Kontakt, точно воспроизводящих звук и параметры управления этих культовых машин на откровенно ошеломляющем уровне.

Что делает его таким эффективным? Что ж, огромное количество предлагаемых здесь звуков – первая подсказка.Прелесть настоящего 808 или 909 заключается в его схемотехнике. Каждая машина имеет свою индивидуальность, недостатки и нюансы буквально встроены в нее. Каждый раз, когда нажимаются барабаны, вы получаете микроскопических различных звуков, что с психоакустической точки зрения доставляет удовольствие. Это опыт, который, возможно, невозможно воссоздать полностью в инструменте сэмплера, но Wave Alchemy превосходно справилась с этой задачей, обслуживая семь вариаций каждого удара, которые затем циклически повторяются в случайном порядке каждый раз, когда вы запускаете удар, чтобы воспроизвести поведение оборудования.Я не стесняюсь сказать, что обнаружил невозможность отличить тест на прослушивание вместе с настоящим TR-909 (я не мог достать 808 для тестирования, но готов поспорить, что результаты будут аналогичными. впечатляющий).

И внимание к деталям не ограничивается звуками. Этот продукт был тщательно продуман во всем. Сэмплы точно промаркированы, а 46 наборов хорошо продуманы, что делает поиск нужных звуков простым, а не сложным делом.Нужна грязь и хруст? Запустите версию, обработанную MPC60, и все готово.

На самом деле, поскольку это программная эмуляция, существует множество дополнительных функций, которые выводят этот инструмент далеко за пределы реальных возможностей, на которых он основан: насыщение ленты, битовое дробление, эквалайзер и различные фильтры, а также возможность использовать звуки с обеих машин. одновременно для машины вашей мечты. Все это делает это утверждение бесконечно более мощным.

Есть только один недостаток: несмотря на усердный подход Wave Alchemy к самому звуку, отсутствие классического пошагового секвенсора x0x действительно выглядит вопиющим упущением.Пробивать шаблоны – это половина удовольствия, не так ли? Его легко воссоздать в большинстве DAW, но есть что-то в том, чтобы делать все в одном окне, что немного более похоже на исходный рабочий процесс оборудования.

Тем не менее, это всего лишь одна черная метка на безупречном творении, от которого будут пускать слюни изверги драм-машины. Делаете ли вы хаус в стиле Чендлера, электро в стиле Бамбаатаа или задумчивое техно Боддика, этот потрясающий инструмент даст вам звук, который вы хотите, без необходимости жить на тостах в течение года.

Приговор

Формат: Kontakt Instrument

Размер: 6 ГБ

Цена: £ 69.95

Покупка: Волновая алхимия

(PDF) Transistor Revolution

26 Practical Wireless Октябрь 2018

The Transistor Revolution

приложений, включая версии CV для

военного использования. Справочное руководство Малларда по схеме

Transistor Circuits предоставило полезное руководство по запуску

для многих разработчиков-любителей, но транзисторы с высокой частотой

все еще были редкостью, а описанный только передатчик

представлял собой 5-транзисторное устройство

для аварийной частоты 500 кГц.

Кристаллы

В то время как в первых точечных транзисторах

использовался поликристаллический германий, ключом

к производству переходных транзисторов

является производство исключительно чистых одиночных кристаллов

, которые можно очень точно легировать

Примеси p-типа и n-типа. Chance

часто играет жизненно важную роль в открытии. В

1915 польский химик Ян Чохральский

рассеянно окунул перо в тигель с расплавленным оловом

вместо своей чернильной лунки.Когда он поднял ручку, он обнаружил, что

вытащил слой олова, который оказался для

монокристаллом.

Инженер-химик Bell Labs Гордон

Тил выступал за разработку этой техники

для выращивания крупных монокристаллов вытяжкой-

Медленное извлечение затравки из тигля с расплавленным германием

, но он не получил поддержки

от Шокли или руководства для это

работа. Работая по вечерам и в выходные, он

преследовал эту идею неофициально, закрыв свой аппарат

paratus на хранение в течение дня, так как

для него не было места в металлургической лаборатории

.К концу 1949 года он смог получить очень чистые монокристаллы германия

, и огромное улучшение на

по сравнению с поликристаллическим материалом линии

стало очевидным для всех. Для производства пластин

для современных микросхем VLSI micro-

процесс Чохральского / Тила по-прежнему является основой основного метода выращивания кремниевых булей

, которые сегодня могут достигать 2 м

в длину и 450 мм. в диаметре.

В то же время Уильям Пфанн изобрел

метод измельчения зон для очистки кристаллического слитка

с использованием индукционных нагревательных катушек

для медленного перемещения небольшой расплавленной области

по ее длине.Это заставляет примеси

перемещаться к концу кристалла, который в конечном итоге отсекает

. Для кристаллов кремния была разработана разновидность

этой техники, называемая регенерацией зоны покрытия

, в которой предотвращается загрязнение

путем удержания расплавленной части

на месте за счет поверхностного натяжения, без

защитной оболочки. судно. Аналогичный процесс был

, также независимо разработанный Siemens в

Западной Германии.

Для производства npn- или pnp-сэндвича

переходного транзистора Шокли компания Morgan

Sparks изобрела метод двойного легирования

, изменяя относительные концентрации примесей

, пока кристалл извлекался из расплава

, получая Первый маниевый транзистор с увеличенным переходом

появился в апреле 1950 года. После дальнейшего обновления

компания Bell Labs объявила об этом изобретении в июле 1951 года. вверх.

Разочарованный стилем управления Шокли,

Браттейн отказался снова с ним работать,

, в то время как Бардин полностью покинул Bell Labs. Этот

был предвкушением проблем, которые впоследствии приведут

к краху бизнес-предприятия Шокли.

Кремний

Для производства транзисторов кремний имеет

неотъемлемых преимуществ перед германием

из-за его большего количества, более низкого тока утечки

и более высокого рабочего диапазона температур –

.Но материал

труднее очищать и обрабатывать, и из-за более низкой подвижности носителей заряда

con-транзистор должен иметь гораздо более узкую базовую область

для работы на высоких частотах.

Только в 1961 году с применением легирования золотом и эпитаксии кремниевый транзистор (

2N709) превысил скорость германия.

Во время Второй мировой войны были достигнуты большие успехи

в области очистки материала, а

1945 кремния 99.Доступна чистота 999%.

регионов n-типа. После того, как было обнаружено, что

неосновных носителей действительно могут проходить через массивный полупроводник

, концепция

показалась осуществимой, и он успешно запатентовал этот биполярный «транзистор»

на свое имя.

Он в конечном итоге заменит тип контакта точечный

, но в то время никто не знал

, как такое устройство может быть изготовлено, и его

окрестили «настойчивым», потому что казалось, что

такая стойкость будет Требуется

сделать это.

Между тем, с защитой патента

и после того, как сотрудники Военно-морской исследовательской лаборатории

отозвали заявление о том, что они

уже сделали то же самое, Bell Labs

объявила об изобретении транзистора с точечным контактом

. на пресс-конференции

30 июня 1948 года. Директор по исследованиям Ральф Баун

проиллюстрировал структуру нового устройства

с помощью гигантской модели в разрезе. Посетителям

были предоставлены наушники, чтобы они могли слышать, как устройство

усиливает и генерирует колебания, а также слушать широкую трансляцию

, принимаемую по радиоприемнику, в котором вместо ламп использовались систоры транзисторов

.После открытия

публика проявила лишь умеренный интерес

, но Bell Labs была осаждена запросами на

образцов устройств от электронной промышленности

и вооруженных сил. К лету

1949 в лаборатории было изготовлено 4000 рабочих германиевых транзисторов

.

Также в том же году Министерство юстиции США

подало новый антимонопольный иск против

Bell System. В связи с этим, как только в конце 1951 года военные

согласились с тем, что технологию транзисторов

не нужно классифицировать, AT&T

предоставила лицензии на производство

без ограничений для заинтересованных компаний в

странах НАТО и Японии для относительно скромный гонорар

в размере 25 000 долларов (около 260 000 долларов в

сегодняшних деньгах).Лицензиаты, государственные

лабораторий и университетские исследователи получили

образцов транзисторов. Их также пригласили

на технологический симпозиум и двухдневную экскурсию по заводу по производству транзисторов

в West-

ern Electric, в которой приняли участие 100 представителей

из 40 компаний, в том числе

BTH, Ericsson, GEC. , Philips, Siemens и

Telefunken из Европы. После публикации в виде книги

пересмотренное издание симпозиумов

мкм под названием «Транзисторная технология

» вскоре было переименовано в Поваренную книгу Ма Белла.В

1955 AT&T отказалась от своих первоначальных патентов на транзисторы

tor, чтобы предотвратить принудительное отчуждение,

, хотя Western Electric сохранила эти

, охватывающие ключевые производственные процессы.

В Великобритании Mullard начал производство

точечных транзисторов OC50 и OC51 в

1952 году, а в следующем году выпустил серию транзисторов с переходом

. Впоследствии

более десяти британских производителей произвели

сотен типов транзисторов для различных

William Pfann (слева) с печью раннего изменения зоны

.(Bell Labs)

Шокли описывает концепцию транзистора npn junction

. (Bell Labs)

Изобретение транзистора – CHM Revolution

Изобретение транзистора

Ученые в 1920-х годах предложили строить усилители из полупроводников. Но они недостаточно хорошо разбирались в материалах, чтобы на самом деле это делать. В 1939 году Уильям Шокли из Bell Labs компании AT&T возродил идею замены электронных ламп.

Под руководством Шокли Джон Бардин и Уолтер Браттейн продемонстрировали в 1947 году первый полупроводниковый усилитель: точечный транзистор с двумя металлическими точками, контактирующими с полоской германия.В 1948 году Шокли изобрел более прочный переходной транзистор, построенный в 1951 году.

Эти трое разделили Нобелевскую премию по физике 1956 года за свои изобретения.

Как работал транзистор Бардина и Браттейна

Транзистор Бардина и Браттейна состоял из полоски германия с двумя близко расположенными золотыми точечными контактами, удерживаемыми пластиковым клином. Они выбрали материал германия, который был обработан так, чтобы содержать избыток электронов, названный N-типом. Когда они заставляли электрический ток проходить через один контакт (называемый эмиттером), он вызывал дефицит электронов в тонком слое (локально изменяя его на P-тип) около поверхности германия.Это изменило количество тока, который мог протекать через контакт коллектора. Небольшое изменение тока через эмиттер вызвало большее изменение тока коллектора. Они создали усилитель тока.

Транзисторы Взлет

Компания AT&T, которая изобрела транзистор, лицензировала технологию в 1952 году. Она надеялась извлечь выгоду из других усовершенствований.

Транзисторы быстро покинули лабораторию и вышли на рынок. Хотя они дороже электронных ламп, они были идеальными, когда важна портативность и работа от батарей.Слуховой аппарат Sonotone 1952 года был первым в Америке потребительским товаром на транзисторах. AT&T также использовала транзисторные усилители в своей системе междугородной телефонной связи. Вскоре они появились как переключатели, начиная с экспериментального компьютера в Манчестерском университете в 1953 году.

По мере того, как цены падали, количество потребителей увеличивалось. К 1960 году большинство новых компьютеров были транзисторными.

Wave Alchemy Transistor Revolution MKII для Live & Maschine

Wave Alchmey объявила о поддержке Ableton Live и Native Instruments Maschine своей библиотеки сэмплов драм-машины Transistor Revolution MKII для Kontakt.

Наш отмеченный наградами Transistor Revolution MKII для Kontakt теперь включает интуитивно понятные, специально разработанные стойки для барабанов Ableton Live Drum Racks (Live 9) и форматы NI Maschine в стандартной комплектации при покупке основного инструмента Kontakt.

Все клиенты Transistor Revolution MKII получают новые форматы бесплатно! Мы повторно активировали все загрузки Transistor Revolution MKII на 30 дней, что дает вам достаточно времени для входа в свою учетную запись и загрузки.

Ableton Live Pack (совместим с версией 9 и выше)

  • 3627 сэмплов ударных, упорядоченных и отображенных в специально построенных многофункциональных стойках для ударных (1 стойка для каждой драм-машины).
  • Наборы для 808 и 909.
  • 22 «Модули ударных», которые можно загружать отдельно в пустые стойки для барабанов для создания ваших собственных наборов. Комбинируйте типы ударных, чтобы создать свою собственную аналоговую драм-машину мечты.
  • Каждый модуль ударных включает 7 предварительно назначенных макросов для быстрого и интуитивно понятного редактирования в каждом наборе. Перебирайте различные звуковые вариации, записанные с выбранной драм-машины. Все вариации и параметры оригинальных машин были записаны для каждого барабанного голоса; высота / мелодия, затухание и другие различные настройки (в зависимости от драм-машины).
  • Простое сканирование многосэмплированных звуков ударных с помощью одной ручки управления такими параметрами, как аналоговый тон, аналоговая задержка и аналоговая мгновенная передача.
  • Все патчи работают с Simpler (полная версия Ableton Suite не требуется).

NI Maschine Pack (совместим с версией 2.0 и выше)

  • 516 барабанных сэмплов.
  • Полные комплекты для 808 и 909.
  • Тщательно промаркированные комплекты для быстрой и легкой загрузки с контроллера Maschine. Легко редактируйте настройки голоса сэмплера, включая высоту тона / мелодию, фильтры, огибающие, LFO и эффекты для каждого звука с помощью контроллера Maschine.
  • Комбинируйте типы ударных, чтобы создать свою собственную аналоговую драм-машину мечты. Каждый набор включает предварительно назначенные параметры сэмпла для быстрого и интуитивного редактирования с помощью контроллера Macshine.

Transistor Revolution MKII можно приобрести за 84,95 фунтов стерлингов.

Дополнительная информация: Волновая алхимия / Transistor Revolution MKII

Что такое транзистор? | Основы электроники

Транзистор был изобретен в 1948 году в Bell Telephone Laboratories.

Изобретение транзистора стало беспрецедентным достижением в электронной промышленности.Это ознаменовало начало нынешней эпохи в секторе электроники. После изобретения транзистора технический прогресс стал более частым, наиболее заметным из которых были компьютерные технологии. Трое физиков, которые изобрели транзистор; Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Браттейн были удостоены Нобелевской премии. Учитывая изобретения, которые открыли транзисторы, можно утверждать, что это было самое важное изобретение двадцатого века.

От германия к кремнию

Транзисторы изначально производились с использованием германия.Это было стандартом для первого десятилетия производства транзисторов. Транзисторы на основе кремния, которые мы привыкли видеть сегодня, были приняты, потому что германий разрушается при температуре 180 градусов F.

Функции транзистора

Функции транзистора состоят из усиления и переключения. Возьмем для примера радио: сигналы, которые радио принимает из атмосферы, очень слабые. Радио усиливает эти сигналы через выход динамика. Это функция «усиления».

Для аналогового радио простое усиление сигнала заставит динамики воспроизводить звук. Однако для цифровых устройств форму входного сигнала необходимо изменить. Для цифрового устройства, такого как компьютер или MP3-плеер, транзистор должен переключать состояние сигнала на 0 или 1. Это «функция переключения»

Даже более сложные компоненты, такие как интегральные схемы, изготовленные из жидкого кремния, в основном представляют собой наборы транзисторов.

Резисторы и транзисторы на одном кристалле

Изначально дискретные резисторы и транзисторы устанавливались на одних и тех же печатных платах.Позже транзисторные микросхемы со встроенными резисторами были разработаны как цифровые транзисторы. Использование цифровых транзисторов в конструкциях имеет:
1. Они требуют меньше места для установки компонентов на печатной плате.
2. Они требуют меньше времени для монтажа компонентов на печатной плате.
3. Это уменьшает количество необходимых компонентов.

Цифровые транзисторы защищены одним из эксклюзивных патентов ROHM.

Первые транзисторы со встроенными резисторами были разработаны фирмой ROHM, получившей патентные права.Цифровые транзисторы также защищены одним из эксклюзивных патентов ROHM.

Как работает транзистор?

Одна аналогия, которая помогает объяснить, как работает транзистор, – это думать о нем как о водопроводном кране. В этом случае электрический ток работает как вода. Транзистор имеет три контакта: база, коллектор и эмиттер. Основание работает как ручка крана, коллектор подобен трубе, которая идет в кран, а эмиттер подобен отверстию, через которое льется вода.Поворачивая ручку крана с небольшим усилием, мы можем контролировать мощный поток воды. Эта вода течет по трубе и выходит из отверстия. Слегка повернув ручку крана, можно значительно увеличить скорость потока воды. Если закрыть полностью, вода не будет течь. Если открыть полностью, вода будет хлестать как можно быстрее!

Теперь мы можем погрузиться в правильное объяснение, используя диаграммы ниже. Транзистор имеет три контакта: эмиттер (E), коллектор (C) и базу (B).База контролирует ток от коллектора до эмиттера. Ток, протекающий от коллектора к эмиттеру, пропорционален току базы. IE = IB x hFE. Показанная схема использует коллекторный резистор (RL). Если через RL протекает ток Ic, на этом резисторе образуется напряжение, равное произведению IC x RL. Это означает, что напряжение на транзисторе равно: E2 – (RL x IC). IC приблизительно соответствует IE, поэтому, если IE = hFE x IB, то IC также равно hFE x IB. Следовательно, посредством подстановки напряжение на транзисторах E = E2 – (RL x lB x hFE).

(* 1) hfe: Коэффициент усиления постоянного тока транзистора.

Транзистор

Уильям Шокли и изобретение транзистора

Уильям Брэдфорд Шокли (1910-1989) – вместе с Джоном Бардином (1908-1991) и Уолтером Браттейном (1902-1987) – был отцом транзистора, изобретения, которое, вероятно, является величайшей бесшумной революцией двадцатого века, которая в 2017 году исполняется 70 лет. Работа подавляющего большинства оборудования, которое мы используем ежедневно (включая телевизоры, мобильные телефоны и компьютеры), основана на свойствах транзисторов, из которых они построены. Часто говорят, что транзистор для двадцатого века олицетворяет то, что паровая машина значила для девятнадцатого века.

Шокли родился в Лондоне в 1910 году и был родом из США. У него было не очень счастливое детство, в значительной степени мотивированное плохими отношениями между его родителями, которые были нестабильными людьми, неспособными к социальному взаимодействию со своим окружением. Они передали это своему сыну, и это сформировало его угрюмый и нелюдимый нрав.После того, как его родители вернулись в Соединенные Штаты, он поступил в Калифорнийский технологический институт (Калифорнийский технологический институт) в 1928 году, , где он изучал физику, получив высшее образование в 1932 году. Впоследствии он получил докторскую степень в Массачусетском технологическом институте ( Массачусетский технологический институт) и получил звание доктора в 1936 году. В том же году он начал работать в Bell Telephone Laboratories в Нью-Йорке, принадлежащем американскому телекоммуникационному гиганту AT&T.

В 1945 году директор лаборатории Мервин Дж.Келли поручил Шокли руководить группой по исследованию полупроводников с идеей разработки усилителя на основе этих материалов. A.T.&T очень интересовалась созданием усилителя на полупроводниках, так как у них были серьезные проблемы с дальней связью. В телефонном разговоре голос становится электрическим сигналом, сигналом, который затем проходит по медным проводам. Если сигнал проходит несколько километров, он беспрепятственно достигает приемного устройства; но в США связь между берегами должна длиться от 6000 до 8000 км; , электрический сигнал теряет интенсивность, и на определенном расстоянии он должен быть снова увеличен, операция, которая называется усилением, и устройство, которое это делает, называется усилителем .Достаточно иметь на всей линии достаточное количество усилителей, чтобы сделать ее желаемой длины. В те годы усилением были вакуумные клапаны, хрупкие устройства, которые потребляли много энергии и выделяли много тепла. Келли пришел к выводу, что им необходимо иметь более надежное усилительное устройство для эффективной связи на таком большом расстоянии, и предположил, что отклик следует искать в полупроводниках , свойства которых они начинали выяснять в то время.

Гонка на транзисторе

В течение 1946 года и в начале 1947 года результаты, полученные группой под руководством Шокли, были отнюдь не обнадеживающими, но с весны 1947 года два самых блестящих члена группы, Джон Бардин и Уолтер Браттейн, работали над поиском решений проблемы. проблема без Шокли, поскольку, несмотря на то, что он был лидером группы, он проводил большую часть своего времени дома, развивая свои собственные идеи. Летом и осенью того же года Бардин и Браттейн лихорадочно работали без участия Шокли.16 декабря 1947 года они наконец смогли управлять усилителем на транзисторе, сделанном из германия, а 23 декабря, за день до Рождества, они показали свои результаты директорам лаборатории. В начале января 1948 года они подали патент (2 524 035 долларов США) на производство первого в истории транзистора с точечным контактом, изобретателем которого не был Шокли.

Когда Шокли узнал об успехе, достигнутом Бардином и Браттейном в его отсутствие, он пришел в ярость, так как его раздражало то, что он не участвовал в открытии.Анализируя разработанное ими устройство, Шокли почувствовал, что его будет трудно производить в больших количествах с достаточной надежностью, поскольку оно было физически слабым. Шокли снова заперся в своем доме, он придумал транзистор, который отличался от транзистора с точечным контактом, назвал переходным транзистором и подал еще один патент (2 569 347 долларов США) 23 января следующего года (1948), девять дней. после даты, когда Бардин и Браттейн представили свои.

Одна из официальных фотографий, на которой Bell Labs объявила об изобретении транзистора: Бардин (слева), Шокли (в центре) и Браттейн (справа).Хотя кажется, что между ними царит гармония, это было ничем иным, как далеко от истины / Изображение: Стиль MLA: «Уильям Б. Шокли – Фотогалерея». Nobelprize.org. Nobel Media AB 2014.

Эта неловкая ситуация поставила директоров Bell Labs перед дилеммой. С одной стороны, Бардин и Браттейн построили первый транзистор самостоятельно, без участия Шокли. С другой стороны, Шокли был руководителем группы, и было неуместно не упоминать его имя, тем более что несколько дней спустя он смог придумать устройство даже лучше оригинала.Поэтому директора лаборатории решили, что на любой фотографии изобретателей транзистора должен быть изображен Шокли, который также будет выступать в качестве официального представителя; Бардин и Браттейн, которые уже испытывали сильную неприязнь к Шокли, неохотно приняли это решение, в то время как Шокли согласился с этим решением. Научный и особенно личный конфликт между Шокли, с одной стороны, и Бардином и Браттейном, с другой, в конечном итоге привел к роспуску группы.

В 1955 году Шокли покинул Bell Labs и основал Shockley Semiconductors , – первую фабрику по производству полупроводников в Кремниевой долине , но это была неудача из-за того, что для его сотрудников было невозможно общаться с ним.В 1956 году он получил известие о присуждении Нобелевской премии по физике вместе со своими бывшими подчиненными в Bell Labs , Бардином и Браттейном.

Шокли (первый справа, сидит) празднует получение Нобелевской премии вместе с некоторыми сотрудниками своей компании / Изображение: Ник Райт

После краха своей компании Шокли посвятил себя академическому миру и в 1963 году был назначен Стэнфордским университетом. он был профессором инженерных наук, и он оставался в этом учреждении до выхода на пенсию в 1975 году.Он умер в 1989 году в возрасте 79 лет. Его дети и немногочисленные друзья узнали об этом из прессы.

Игнасио Мартиль.

Профессор электроники Университета Комплутенсе, Мадрид и член Королевского физического общества Испании

.

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *