पहला ट्रांजिस्टर किसने बनाया? यह सवाल बहुत से लोगों को चिंतित करता है। क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर सिद्धांत के लिए पहला पेटेंट 22 अक्टूबर, 1925 को ऑस्ट्रो-हंगेरियन भौतिक विज्ञानी जूलियस एडगर लिलियनफेल्ड द्वारा कनाडा में दायर किया गया था, लेकिन लिलियनफेल्ड ने अपने उपकरणों पर कोई वैज्ञानिक पत्र प्रकाशित नहीं किया और उनके काम को उद्योग द्वारा नजरअंदाज कर दिया गया। इस प्रकार, दुनिया का पहला ट्रांजिस्टर इतिहास में डूब गया है। 1934 में, जर्मन भौतिक विज्ञानी डॉ. ऑस्कर हील ने एक और FET का पेटेंट कराया। इस बात का कोई प्रत्यक्ष प्रमाण नहीं है कि इन उपकरणों का निर्माण किया गया था, लेकिन बाद में 1990 के दशक में काम से पता चला कि लिलियनफेल्ड के डिजाइनों में से एक ने वर्णित के रूप में काम किया और एक पर्याप्त परिणाम प्राप्त किया। यह अब एक प्रसिद्ध और आम तौर पर स्वीकृत तथ्य है कि विलियम शॉक्ले और उनके सहायक गेराल्ड पियर्सन ने लिलियनफेल्ड के पेटेंट से उपकरण के कामकाजी संस्करण बनाए, जो निश्चित रूप से, उनके बाद के किसी भी वैज्ञानिक पत्र या ऐतिहासिक लेखों में कभी भी उल्लेख नहीं किया गया था। पहले ट्रांजिस्टरकृत कंप्यूटर, निश्चित रूप से, बहुत बाद में बनाए गए थे।
बेला लैब
बेल लैब्स ने फ़्रीक्वेंसी मिक्सर के हिस्से के रूप में रडार इंस्टॉलेशन में उपयोग किए जाने वाले अत्यंत शुद्ध जर्मेनियम "क्रिस्टल" मिक्सर डायोड का निर्माण करने के लिए बनाए गए ट्रांजिस्टर पर काम किया। इस परियोजना के समानांतर, जर्मेनियम डायोड ट्रांजिस्टर सहित कई अन्य थे। शुरुआती ट्यूब-आधारित सर्किट में तेज़ स्विचिंग क्षमता नहीं थी, और बेल टीम ने इसके बजाय सॉलिड-स्टेट डायोड का इस्तेमाल किया। पहले ट्रांजिस्टर कंप्यूटर एक समान सिद्धांत पर काम करते थे।
शॉकली की और खोज
युद्ध के बाद, शॉक्ले ने ट्रायोड जैसा सेमीकंडक्टर डिवाइस बनाने की कोशिश करने का फैसला किया। उन्होंने फंडिंग और लैब स्पेस हासिल किया, और फिर बार्डीन और ब्रेटन के साथ समस्या पर काम किया। जॉन बार्डीन ने अंततः क्वांटम यांत्रिकी की एक नई शाखा विकसित की जिसे सतह भौतिकी के रूप में जाना जाता है ताकि उनकी शुरुआती विफलताओं की व्याख्या की जा सके, और ये वैज्ञानिक अंततः एक कार्यशील उपकरण बनाने में सफल रहे।
ट्रांजिस्टर के विकास की कुंजी अर्धचालक में इलेक्ट्रॉन गतिशीलता की प्रक्रिया की आगे की समझ थी। यह साबित हो गया था कि अगर इस नए खोजे गए डायोड (1874 की खोज, पेटेंट कराया गया 1906) के एमिटर से कलेक्टर तक इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह को नियंत्रित करने का कोई तरीका था, तो एक एम्पलीफायर बनाया जा सकता है। उदाहरण के लिए, यदि आप एक प्रकार के क्रिस्टल के दोनों ओर संपर्क स्थापित करते हैं, तो उसमें से कोई धारा प्रवाहित नहीं होगी।
वास्तव में, यह करना बहुत कठिन निकला। आकारक्रिस्टल को अधिक औसत होना चाहिए, और "इंजेक्शन" करने के लिए आवश्यक इलेक्ट्रॉनों (या छेद) की संख्या बहुत बड़ी थी, जो इसे एम्पलीफायर से कम उपयोगी बनाती थी क्योंकि इसके लिए एक बड़े इंजेक्शन करंट की आवश्यकता होती थी। हालाँकि, क्रिस्टल डायोड का पूरा विचार यह था कि क्रिस्टल बहुत ही कम दूरी पर इलेक्ट्रॉनों को पकड़ सकता है, जबकि लगभग कमी के कगार पर है। जाहिर है, क्रिस्टल की सतह पर इनपुट और आउटपुट पिन को एक दूसरे के बहुत करीब रखना महत्वपूर्ण था।
ब्रेटन वर्क्स
ब्रैटन ने इस तरह के एक उपकरण पर काम करना शुरू किया, और सफलता के संकेत सामने आते रहे क्योंकि टीम ने समस्या पर काम किया। आविष्कार कठिन काम है। कभी-कभी सिस्टम काम करता है, लेकिन फिर एक और विफलता होती है। कभी-कभी ब्रैटन के काम के परिणाम पानी में अप्रत्याशित रूप से काम करने लगे, जाहिर तौर पर इसकी उच्च चालकता के कारण। क्रिस्टल के किसी भी भाग में इलेक्ट्रॉन पास के आवेशों के कारण पलायन करते हैं। संग्राहकों में उत्सर्जक या "छेद" में इलेक्ट्रॉन सीधे क्रिस्टल के ऊपर जमा होते हैं, जहां वे विपरीत चार्ज प्राप्त करते हैं, हवा (या पानी) में "फ्लोटिंग"। हालांकि, क्रिस्टल पर कहीं और से थोड़ी मात्रा में चार्ज लगाकर उन्हें सतह से दूर धकेला जा सकता है। इंजेक्शन वाले इलेक्ट्रॉनों की एक बड़ी आपूर्ति की आवश्यकता के बजाय, चिप पर सही जगह पर एक बहुत छोटी संख्या वही काम करेगी।
शोधकर्ताओं के नए अनुभव ने कुछ हद तक हल करने में मदद कीएक छोटे से नियंत्रण क्षेत्र की पहले से सामना की गई समस्या। एक सामान्य लेकिन छोटे क्षेत्र से जुड़े दो अलग-अलग अर्धचालकों का उपयोग करने के बजाय, एक बड़ी सतह का उपयोग किया जाएगा। एमिटर और कलेक्टर आउटपुट शीर्ष पर होंगे, और नियंत्रण तार क्रिस्टल के आधार पर रखा जाएगा। जब "बेस" टर्मिनल पर करंट लगाया जाता था, तो इलेक्ट्रॉनों को सेमीकंडक्टर ब्लॉक के माध्यम से धकेल दिया जाता था और दूर की सतह पर एकत्र किया जाता था। जब तक उत्सर्जक और संग्राहक बहुत करीब थे, इसे संचालन शुरू करने के लिए उनके बीच पर्याप्त इलेक्ट्रॉन या छेद प्रदान करना होगा।
ब्रे जॉइनिंग
इस घटना का एक प्रारंभिक गवाह एक युवा स्नातक छात्र राल्फ ब्रे था। वह नवंबर 1943 में पर्ड्यू विश्वविद्यालय में जर्मेनियम ट्रांजिस्टर के विकास में शामिल हुए और उन्हें धातु-अर्धचालक संपर्क के रिसाव प्रतिरोध को मापने का कठिन कार्य दिया गया। ब्रे ने कई विसंगतियां पाईं, जैसे कि कुछ जर्मेनियम नमूनों में आंतरिक उच्च-प्रतिरोध बाधाएं। सबसे उत्सुक घटना असाधारण रूप से कम प्रतिरोध थी जब वोल्टेज दालों को लागू किया गया था। इन अमेरिकी विकासों के आधार पर पहले सोवियत ट्रांजिस्टर विकसित किए गए थे।
निष्कर्ष
दिसंबर 16, 1947, दो-बिंदु संपर्क का उपयोग करके, नब्बे वोल्ट के एनोडाइज्ड जर्मेनियम सतह के साथ संपर्क बनाया गया था, इलेक्ट्रोलाइट को H2O में धोया गया था, और फिर कुछ सोना उसके धब्बे पर गिर गया। सोने के संपर्क नंगे सतहों के खिलाफ दबाए गए थे। के बीच विभाजनबिंदु लगभग 4 × 10-3 सेमी थे। एक बिंदु को ग्रिड के रूप में और दूसरे बिंदु को प्लेट के रूप में उपयोग किया जाता था। लगभग पंद्रह वोल्ट के प्लेट बायस में वोल्टेज पावर गेन प्राप्त करने के लिए ग्रिड पर विचलन (डीसी) को सकारात्मक होना था।
पहले ट्रांजिस्टर का आविष्कार
इस चमत्कारी तंत्र के इतिहास से जुड़े कई सवाल हैं। उनमें से कुछ पाठक से परिचित हैं। उदाहरण के लिए: यूएसएसआर पीएनपी-प्रकार के पहले ट्रांजिस्टर क्यों थे? इस सवाल का जवाब इस पूरी कहानी की निरंतरता में है। ब्रेटन और एच. आर. मूर ने 23 दिसंबर, 1947 की दोपहर को बेल लैब्स में कई सहयोगियों और प्रबंधकों को प्रदर्शित किया, जो उन्होंने प्राप्त किया था, यही कारण है कि इस दिन को अक्सर ट्रांजिस्टर की जन्म तिथि के रूप में जाना जाता है। एक पीएनपी-संपर्क जर्मेनियम ट्रांजिस्टर ने 18 के शक्ति लाभ के साथ एक भाषण एम्पलीफायर के रूप में काम किया। यह इस सवाल का जवाब है कि यूएसएसआर के पहले ट्रांजिस्टर पीएनपी-प्रकार क्यों थे, क्योंकि वे अमेरिकियों से खरीदे गए थे। 1956 में, जॉन बार्डीन, वाल्टर हाउसर ब्रेटन और विलियम ब्रैडफोर्ड शॉक्ले को अर्धचालकों पर उनके शोध और ट्रांजिस्टर प्रभाव की खोज के लिए भौतिकी में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया।
बेल लैब्स में ट्रांजिस्टर के आविष्कार में सीधे तौर पर शामिल होने का श्रेय बारह लोगों को जाता है।
यूरोप में सबसे पहले ट्रांजिस्टर
उसी समय, कुछ यूरोपीय वैज्ञानिक सॉलिड-स्टेट एम्पलीफायरों के विचार से उत्साहित हो गए। अगस्त 1948 में, जर्मन भौतिक विज्ञानी हर्बर्ट एफ। मातरे और हेनरिक वेल्कर, जिन्होंने औलने-सूस- में कॉम्पैनी डेस फ्रीन्स एट सिग्नॉक्स वेस्टिंगहाउस में काम किया था।बोइस, फ्रांस, ने "ट्रांजिस्टर" कहे जाने वाले अल्पसंख्यक के आधार पर एक एम्पलीफायर के लिए पेटेंट के लिए आवेदन किया। चूंकि बेल लैब्स ने जून 1948 तक ट्रांजिस्टर को प्रकाशित नहीं किया था, इसलिए ट्रांजिस्टर को स्वतंत्र रूप से विकसित माना जाता था। मातरे ने द्वितीय विश्व युद्ध के दौरान जर्मन रडार उपकरणों के लिए सिलिकॉन डायोड के उत्पादन में ट्रांसकंडक्टेंस के प्रभावों को पहली बार देखा। फ्रांसीसी टेलीफोन कंपनी और सेना के लिए व्यावसायिक रूप से ट्रांजिस्टर बनाए गए थे, और 1953 में डसेलडोर्फ के एक रेडियो स्टेशन पर एक चार-ट्रांजिस्टर सॉलिड स्टेट रेडियो का प्रदर्शन किया गया था।
बेल टेलीफोन लेबोरेटरीज को एक नए आविष्कार के लिए एक नाम की आवश्यकता थी: सेमीकंडक्टर ट्रायोड, ट्राइड स्टेट्स ट्रायोड, क्रिस्टल ट्रायोड, सॉलिड ट्रायोड और आईओटाट्रॉन सभी पर विचार किया गया था, लेकिन जॉन आर। पियर्स द्वारा गढ़ा गया "ट्रांजिस्टर" स्पष्ट विजेता था। आंतरिक वोट (आंशिक रूप से "-ऐतिहासिक" प्रत्यय के लिए विकसित निकटता बेल इंजीनियरों के लिए धन्यवाद)।
पेंसिल्वेनिया के एलेनटाउन में यूनियन बुलेवार्ड पर वेस्टर्न इलेक्ट्रिक प्लांट में दुनिया की पहली व्यावसायिक ट्रांजिस्टर उत्पादन लाइन थी। उत्पादन 1 अक्टूबर 1951 को एक बिंदु संपर्क जर्मेनियम ट्रांजिस्टर के साथ शुरू हुआ।
आगे आवेदन
1950 के दशक की शुरुआत तक, इस ट्रांजिस्टर का उपयोग सभी प्रकार के निर्माण में किया जाता था, लेकिन इसके व्यापक उपयोग को रोकने में अभी भी महत्वपूर्ण समस्याएं थीं, जैसे नमी के प्रति संवेदनशीलता और जर्मेनियम क्रिस्टल से जुड़े तारों की नाजुकता।
शॉकली पर अक्सर आरोप लगाया जाता थासाहित्यिक चोरी इस तथ्य के कारण कि उनका काम महान, लेकिन अपरिचित हंगेरियन इंजीनियर के काम के बहुत करीब था। लेकिन बेल लैब्स के वकीलों ने जल्दी ही इस मुद्दे को सुलझा लिया।
फिर भी, शॉक्ले आलोचकों के हमलों से नाराज थे और उन्होंने यह प्रदर्शित करने का फैसला किया कि ट्रांजिस्टर के आविष्कार के पूरे महान महाकाव्य का असली दिमाग कौन था। कुछ ही महीनों बाद, उन्होंने एक बहुत ही अजीबोगरीब "सैंडविच संरचना" के साथ एक बिल्कुल नए प्रकार के ट्रांजिस्टर का आविष्कार किया। यह नया रूप नाजुक बिंदु-संपर्क प्रणाली की तुलना में बहुत अधिक विश्वसनीय था, और यह वह रूप था जो 1960 के दशक के सभी ट्रांजिस्टर में उपयोग किया जा रहा था। यह जल्द ही द्विध्रुवी जंक्शन तंत्र में विकसित हुआ, जो पहले द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर का आधार बन गया।
स्थिर प्रेरण उपकरण, उच्च आवृत्ति ट्रांजिस्टर की पहली अवधारणा, का आविष्कार जापानी इंजीनियरों जून-इची निशिजावा और वाई। वतनबे ने 1950 में किया था और अंततः 1975 में प्रयोगात्मक प्रोटोटाइप बनाने में सक्षम था। 1980 के दशक में यह सबसे तेज ट्रांजिस्टर था।
आगे के विकास में विस्तारित युग्मित उपकरण, सतह अवरोध ट्रांजिस्टर, प्रसार, टेट्रोड और पेंटोड शामिल थे। प्रसार सिलिकॉन "मेसा ट्रांजिस्टर" 1955 में बेल में विकसित किया गया था और 1958 में फेयरचाइल्ड सेमीकंडक्टर से व्यावसायिक रूप से उपलब्ध था। अंतरिक्ष एक प्रकार का ट्रांजिस्टर था जिसे 1950 के दशक में बिंदु संपर्क ट्रांजिस्टर और बाद के मिश्र धातु ट्रांजिस्टर में सुधार के रूप में विकसित किया गया था।
1953 में, फिल्को ने दुनिया की पहली उच्च आवृत्ति वाली सतह विकसित कीबैरियर डिवाइस, जो हाई-स्पीड कंप्यूटर के लिए उपयुक्त पहला ट्रांजिस्टर भी था। 1955 में फिल्को द्वारा निर्मित दुनिया की पहली ट्रांजिस्टरकृत कार रेडियो ने अपने सर्किटरी में सतह बाधा ट्रांजिस्टर का इस्तेमाल किया।
समस्या का समाधान और फिर से काम करना
नाजुकता की समस्या के समाधान के साथ सफाई की समस्या बनी रही। आवश्यक शुद्धता के जर्मेनियम का उत्पादन एक बड़ी चुनौती साबित हुई और ट्रांजिस्टर की संख्या को सीमित कर दिया जो वास्तव में सामग्री के दिए गए बैच से काम कर सकते थे। जर्मेनियम की तापमान संवेदनशीलता ने भी इसकी उपयोगिता को सीमित कर दिया।
वैज्ञानिकों ने अनुमान लगाया है कि सिलिकॉन का निर्माण करना आसान होगा, लेकिन कुछ ने संभावना का पता लगाया है। बेल लेबोरेटरीज में मॉरिस टेनेनबाम ने 26 जनवरी, 1954 को काम करने वाले सिलिकॉन ट्रांजिस्टर को विकसित करने वाले पहले व्यक्ति थे। कुछ महीने बाद, गॉर्डन टील ने टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स में अपने दम पर काम करते हुए एक समान उपकरण विकसित किया। इन दोनों उपकरणों को एकल सिलिकॉन क्रिस्टल के डोपिंग को नियंत्रित करके बनाया गया था क्योंकि वे पिघले हुए सिलिकॉन से उगाए गए थे। 1955 की शुरुआत में बेल लेबोरेटरीज में मॉरिस टेनेनबाम और केल्विन एस। फुलर द्वारा एक उच्च विधि विकसित की गई थी, जो एकल क्रिस्टल सिलिकॉन क्रिस्टल में दाता और स्वीकर्ता अशुद्धियों के गैसीय प्रसार द्वारा विकसित की गई थी।
क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर
FET को पहली बार 1926 में जूलिस एडगर लिलियनफेल्ड और 1934 में ऑस्कर हेल द्वारा पेटेंट कराया गया था, लेकिन व्यावहारिक अर्धचालक उपकरण (संक्रमण क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर [JFET]) विकसित किए गए थे।बाद में, बीस साल की पेटेंट अवधि समाप्त होने के ठीक बाद, 1947 में बेल लैब्स में विलियम शॉक्ले की टीम द्वारा ट्रांजिस्टर प्रभाव देखे जाने और समझाने के बाद।
जेएफईटी का पहला प्रकार था स्टेटिक इंडक्शन ट्रांजिस्टर (एसआईटी) जिसका आविष्कार जापानी इंजीनियरों जून-इची निशिजावा और वाई. वतनबे ने 1950 में किया था। SIT एक छोटा चैनल लंबाई वाला JFET का एक प्रकार है। मेटल-ऑक्साइड-सेमीकंडक्टर सेमीकंडक्टर फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर (MOSFET), जिसने बड़े पैमाने पर JFET को प्रतिस्थापित किया और इलेक्ट्रॉनिक इलेक्ट्रॉनिक्स के विकास को गहराई से प्रभावित किया, का आविष्कार डॉन कांग और मार्टिन अटाला ने 1959 में किया था।
FETs बहुसंख्यक चार्ज डिवाइस हो सकते हैं, जिसमें करंट मुख्य रूप से बहुसंख्यक वाहक, या कम चार्ज वाहक उपकरणों द्वारा ले जाया जाता है, जिसमें करंट मुख्य रूप से माइनॉरिटी कैरियर फ्लो द्वारा संचालित होता है। डिवाइस में एक सक्रिय चैनल होता है जिसके माध्यम से चार्ज वाहक, इलेक्ट्रॉन या छेद स्रोत से सीवर में प्रवाहित होते हैं। स्रोत और नाली टर्मिनल ओमिक संपर्कों के माध्यम से अर्धचालक से जुड़े होते हैं। चैनल चालन गेट और स्रोत टर्मिनलों पर लागू क्षमता का एक कार्य है। संचालन के इस सिद्धांत ने पहले सभी तरंग ट्रांजिस्टर को जन्म दिया।
सभी FET में स्रोत, नाली और गेट टर्मिनल होते हैं जो मोटे तौर पर BJT के एमिटर, कलेक्टर और बेस के अनुरूप होते हैं। अधिकांश एफईटी में चौथा टर्मिनल होता है जिसे बॉडी, बेस, ग्राउंड या सब्सट्रेट कहा जाता है। यह चौथा टर्मिनल ट्रांजिस्टर को सेवा में पूर्वाग्रहित करने का कार्य करता है।सर्किट में पैकेज टर्मिनलों का गैर-तुच्छ उपयोग करना दुर्लभ है, लेकिन एक एकीकृत सर्किट के भौतिक लेआउट को स्थापित करते समय इसकी उपस्थिति महत्वपूर्ण है। गेट का आकार, आरेख में लंबाई L, स्रोत और नाली के बीच की दूरी है। चौड़ाई आरेख में क्रॉस सेक्शन के लंबवत दिशा में ट्रांजिस्टर का विस्तार है (यानी स्क्रीन के अंदर/बाहर)। आमतौर पर चौड़ाई गेट की लंबाई से काफी बड़ी होती है। 1 माइक्रोन की एक गेट लंबाई ऊपरी आवृत्ति को लगभग 5 गीगाहर्ट्ज तक सीमित करती है, 0.2 से 30 गीगाहर्ट्ज तक।
