Nobelove ceny – tranzistory

Lenka Čigášová 2.C

Čo je tranzistor ?

TRANZISTOR

• Tranzistor je trojvrstvová polovodičová súčiastka, ktorá sa skladá z troch vrstiev polovodičového materiálu. Vnútorná vrstva, ktorá má opačný typ nevlastnej vodivosti ako vonkajšie vrstvy, sa nazýva báza  (B). Vonkajšie vrstvy sú emitor (E) a kolektor (C). Emitor je dotovaný väčším množstvom prímesí ako kolektor a preto má v porovnaní s ním omnoho väčšiu vodivosť. Elektródy tranzistora sa navzájom líšia aj konštrukčným vyhotovením. Poznáme typy PNP a NPN.     

Druhy tranzistorov:

• 1) Bipolárne tranzistory - využívajú nosiče náboja obidvoch polarít, t.j. diery prichádzajúce z bázy, ktoré sú v kolektore väčšinové (majoritné) a é , ktoré sú menšinovými (minoritnými) nosičmi.Poznáme tieto druhy bipolárnych tranzistorov:   a) Zliatinový   b) Zliatinovo-difúzny tranzistor   c) Tranzistor mesa   d) Difúzne epitaxný tranzistor    e) Epitaxne planárny tranzistor

• 2) Unipolárne tranzistory - využívajú elektrostatické pole na ovládanie prúdu prechádzajúceho polovodičovou platničkou a vedenia prúdu sa zúčastňujú nosiče náboja len jednej polarity ( z toho aj názov unipolárny). Takto pracujúce tranzistory boli nazvané ako tranzistory ovládané elektrostatickým poľom, resp.  Field-Effect-Tranzistor = FET.Poznáme tieto druhy:     a)Tranzistor ovládaný elektrickým poľom s priechodovým hradlom (JFET)     b)Tranzistor ovládaný elektrickým poľom s izolovaným hradlom         - MISFET s vodivým kanálom         - MISFET s indukovaným kanálom     c)Tranzistor ovládaný elektrickým poľom sa Schottkyho kontaktom (MESFET)

   Tranzistory sa označujú podobným spôsobom ako polovodičové diódy:

     1. písmeno - materiál (K alebo G),     2. písmeno - druh tranzistora:     C nízkofrekvenčný tranzistor,     D nízkofrekvenčný výkonový tranzistor (tepelný odpor Rth<15 K/W),

      F vysokofrekvenčný tranzistor,      L vysokofrekvenčný výkonový tranzistor,      S spínací tranzistor,      U výkonový spínací tranzistor.

     Skupinou číslic sa rozlišuje typ tranzistora.

Nobelove ceny za tranzistory

Bez vynálezu polovodičov by sme dnes nemali počítače, mobily, videokamery a ostatné vymoženosti. Vynález tranzistorového javu nechtiac zmenil celý svet. Je to najväčší technický vynález 20. storočia, ktorý zmenil životný štýl ľudí. Preto nesmieme zabudnúť na troch veľkých vynálezcov, ktorí za svoj objav boli v roku 1956 odmenení Nobelovou cenou. Johnovi Bardeenovi sa podarilo získať až dve Nobelove ceny, druhú dostal v roku 1972 za fyziku.

Podrobnejšiemu výskumu polovodičov sa začal ako prvý venovať Losev v Nižnom Novgorode, ktorý veľmi úspešný nebol. Prvé polovodičové termoelektrické generátory zostrojil okolo roku 1930 fyzik A. F. Ioffe. Germániová hrotová dióda sa objavila až po druhej svetovej vojne, ktorej vznik si vynútila doba. Nedokonalé vákuové prvky bola snaha nahradiť polovodičovými. Vznik polovodičovej diódy svetom neotriasol,

no predsa ukázal nový smer a ďalšie nádeje pre vývoj elektroniky.

Tranzistory ešte stále svet nepoznal. Za objav novej elektronickej súčiastky vďačíme trom vedcom, ktorých vynález zo dňa na deň zmenil svet. Germániový hrotový tranzistor prvýkrát zostrojili J. Bardeen, W. H. Brattain, W. Shockley. Keď v roku 1948 predviedli prvý prototyp tranzistora, iba vedci tušili, že prišiel veľký historický moment. Už v roku 1949 Shockley publikoval vlastnosti polovodičov, čím vedecky vysvetlil funkciu novej polovodičovej súčiastky.

Nový vynález mal ešte stále mnoho technických nedostatkov, čo bránilo komerčnému použitiu. V roku 1950 sa objavil prvý germániový plošný tranzistor. Rok 1950 môžeme označiť za dôležitý medzník, ktorý ovplyvnil ďalší vývoj polovodičov. Prvé komerčne vyrábané tranzistory mali veľkosť hrášku. Vynález plošného tranzistora vo veľkej miere ovplyvnil ďalší vývoj elektroniky, ale aj silnoprúdovej elektroniky. V roku 1956 dostali Bardeen, Brattain a Shockley za svoj objav Nobelovu cenu. Málokto vie, že J. Bardeen je jedným z mála držiteľov dvoch Nobelových cien. Tento veľký vedec 20. storočia bol odmenený druhou Nobelovou cenou za fyziku v roku 1972. John Bardeen, ovenčený dvoma Nobelovými cenami (druhú získal s Cooperom a Schriefferom za teóriu supravodivosti v roku 1972), zostal Illinoiskej univerzite v Urbana-Champaign verný.Ďalej učil, skúmal, vychovával deti a hral svoj obľúbený bridž a golf. Zomrel 30. januára 1991.

John Bardeen je jedným z mála osobností 20. storočia, ktorému sa podarilo získať až dve Nobelove ceny. Narodil sa pred 101 rokmi, 23. mája 1908. Pochádzal z Madisonu vo Wisconsine, kde vyštudoval univerzitu a získal titul elektroinžiniera.Neskôr začal študovať matematiku na Princetonskej univerzite, vedúcim jeho záverečnej práce bol iný významný kvantový fyzik, Eugen Wigner. Tu sa začal zaujímať o fyziku pevných látok.Cez vojnu si zvolil civilné zamestnanie a odmietol účasť na projekte Manhattan, kde sa vyvíjala atómová bomba. Po vojne sa zapojil do práce výskumnej skupiny v dnes už legendárnych Bellových laboratóriách, kde začal prepisovať dejiny elektrotechniky.Deň pred Štedrým večerom roku 1947 spolu s Brattainom a Shockleym zostavili prvý polovodičový tranzistor, veľký asi ako hrášok.Ich revolučná myšlienka spočívala v tom, že spojili tri polovodičové vrstvy s odlišnými typmi vodivosti.

Vznikol tranzistor, ktorý sa správal ako bežná zosilňovacia a spínacia elektrónka. Vďaka spoľahlivosti, nízkej spotrebe a veľkému výkonu však začal nad svojou predchodkyňou veľmi rýchlo víťaziť. Uplatnil sa najskôr v tranzistorových prijímačoch, rýchlo aj v počítačoch.Stal sa základnou súčasťou modernej mikroelektroniky po tom, čo v roku 1959 vytvoril Američan Jack Kilby z Texas Instruments prvý integrovaný obvod (skladal sa z tranzistora, kondenzátora a odporu na germániovej doštičke).Ako zdôrazňoval Bardeen, tranzistor nevynašli náhodou, ale vďaka veľkému úsiliu, vyvinutému v rámci rozsiahleho výskumného programu. Jeho cieľom bolo pochopiť funkciu polovodičov s využitím znalostí atómovej teórie.

„John Bardeen bol najinteligentnejší človek, akého som kedy stretol,“ povedal Bob Brattain. Bob bol bratom Waltera Brattaina, Bardeenovho najbližšieho spolupracovníka, s ktorým v roku 1956 získali Nobelovu cenu.Hovorilo sa, že títo dvaja tvoria jeden organizmus, pričom Bardeen predstavuje mozog a Brattain ruky. Tretím z ocenenej „tranzistorovej trojky“ bol William Shockley.

Ďakujem za pozornosť.