Vývoj diód a tranzistorov

Vývoj diód a tranzistorov

Úvod

• Historický vývoj diód a tranzistorov je úzko spojený s objavovaním vlastností polovodičov.
• Prvé poznatky pochádzajú už z 19. storočia (Faraday, Guthrie, Braun).

1. Začiatky výskumu polovodičov

1.1 Michael Faraday (1833)

• Zistil, že sulfidy zvyšujú vodivosť so stúpajúcou teplotou.
• Objavil základný polovodičový efekt (opačný ako pri kovoch).

1.2 Frederick Guthrie (1873)

• Pozorovanie úniku elektrónov zo zahriateho kovu.

1.3 Ferdinand Braun (1874)

• Objavil jednosmernú vodivosť kryštálu galenitu.
• Predchodca dnešných diód.

2. Vákuové diódy

2.1 Edisonov efekt (1880)

• Pozorovanie toku elektrónov vo vákuu.

2.2 Flemingova dióda (1904)

• Prvá termionická dióda.
• Zásadná súčiastka v rádiách, zosilňovačoch a televízoroch až do 60. rokov.

2.3 Konštrukcia vákuovej diódy

• Katóda – žeravená, vyžaruje elektróny.
• Anóda – prijíma elektróny.
• Prúd preteká len jedným smerom.

3. Kryštálové (hrotové) diódy – začiatok polovodičovej éry

3.1 Prvé experimenty s kryštálmi

• J. C. Bose (1894) – použitie galenitu na detekciu vysokých frekvencií.
• Pickard (1903–1906) – vynašiel kryštálový detektor, zaviedol „mačací fúz“.

3.2 Priemyselný rozmach

• Roku 1946 Sylvania uviedla prvú komerčnú germániovú diódu 1N34.
• Nasledovali typy 1N48, 1N65, hermetické puzdrá a mnohé ďalšie.

3.3 Výhody germániových diód

• nepotrebujú žeravenie,
• pracujú na vyšších frekvenciách,
• sú malé a odolné,
• vhodné pre masovú výrobu.

3.4 Výrobný postup v skratke

• Čistenie germánia,
• rezanie ingotov,
• spájkovanie hrotu,
• nastavovanie a formovanie diódy,
• uzatváranie do skleneného puzdra.

4. Teoretické vysvetlenie polovodičov

4.1 Prelomové roky (1930–1940)

• Wilson, Davidov, Mott, Schottky – teórie vodivosti polovodičov.
• Pochopenie úlohy nečistôt (dopovania).

4.2 Objav PN prechodu (Russell Ohl, 1940)

• Oddelenie oblastí typu N a P,
• vznik bariéry PN,
• základ všetkých polovodičových súčiastok.
• Ohl objavil aj fotovoltaický efekt – základ solárnych článkov.

5. Vývoj tranzistorov

5.1 Hrotový tranzistor (1947)

• Autori: Bardeen, Brattain, Shockley (Bell Labs).
• Prvý funkčný polovodičový zosilňovač.
• Zvýšil signál až 100-násobne.

5.2 Paralelný francúzsky vývoj (Transistron, 1948)

• Mataro a Welker – nezávisle vytvorili vlastnú verziu hrotového tranzistora.
• Využitie v telefonických zosilňovačoch.

5.3 Telefunken a nemecký program

• Vývoj germániových detektorov počas 2. svetovej vojny.
• Prvé nemecké hrotové tranzistory typov GT10, VS200.

6. Plošný (junction) tranzistor – prelom v elektronike

6.1 Shockleyho koncepcia (1948)

• Tranzistor s tromi vrstvami: emitor – báza – kolektor.
• Oveľa spoľahlivejší a výkonnejší ako hrotový tranzistor.

6.2 Výrobné zdokonalenia

• G. K. Teal a M. Sparks – výroba veľkých monokryštálov germánia.
• Pfann – zónová rafinácia → extrémne čisté polovodiče.
• Theurer – plávajúca zóna → čistota až 1 nečistota na miliardu.

6.3 Masové uplatnenie

• 1952 – prvé tranzistorové načúvacie pomôcky.
• 1954 – prvé tranzistorové rádio Regency TR-1.
• 1955 – Sony TR-52 → expanzia tranzistorovej elektroniky.

7. Prechod od elektrónok k polovodičom

7.1 Počítače a priemysel

• 50. roky – polovodiče nahradili elektrónky v počítačoch.
• 1960 – nové počítače už plne tranzistorové.

7.2 Významné zariadenia

• SEAC – prvý veľký počítač s masívnym použitím polovodičových diód.

8. Zhrnutie

• Vývoj diód a tranzistorov trval viac než 120 rokov.
• Kľúčovými míľnikmi boli:
  Faradayov efekt → Braunova jednosmerná vodivosť → vákuová dióda → hrotové diódy → PN prechod → hrotový tranzistor → plošný tranzistor → masová tranzistorová technika.
• Dnešné polovodičové súčiastky sú pokračovaním týchto objavov.

Obsah referátu je v priloženom pdf súbore.