تاریخچه ترانزیستور

شصت و هشت سال قبل( 1947میلادی) دودانشمندیک ماه از وقت خود را صرف پژوهشها وآزمایشهایی کردندکه به عامل شکل گیری جهان مدرن منجر شد.این دوره از کار جان باردین و والتر براتین که برای ویلیام شاکلی کار میکردند بعد ها به ماه معجزه شناخته شدونتیجه آن ساخته شدن اولین ترانزیستور فعال بود البته فراهم کردن زمینه های فنی اختراع ترانزیستورها به حدود دو دهه پیش از این تاریخ باز میگردد.با این حال نام ترانزیستور ترکیبی از واژه های transconductance یاtransfer و varistor است که جان پیرس (۱۹۱۰-۲۰۰۲)یکی از کارمندان ازمایشگاه بل بر اساس طرح سه پژوهشگر مذکور انتخاب کرد و اختراع آنرا به این سه تن نسبت می دهند.البته اغاز فعالیت برای ساخت ترانزیستور ازدهه 1930 اغاز شد در آن زمان ژولیوس ادگار لیلین فلد(1881-1963)فیزیکدان المانی سه اختراع را در ایالات متحده به ثبت رسانید این اختراعات در مورد اصول عملکرد ترانزیستور های موسوم به اثر میدانی(field-effect)بود.تقریبا در همان زمان فیزیکدان المانی دیگری به نام اسکار هیل(1994-1908)اختراع مشابهی را در زمینه اثر میدانی ثبت کردکه این موارد بعد ها پایه و اساس اختراع ترانزیستور شد. با این همه فعالیت اصلی در زمینه طراحی ترانزیستور ها در جهانی اتفاق افتاد که در حال گذراندن دوره بازسازی و بهبود پس از جنگ جهانی دوم بود.در ابتدا شاکلی طرحی برای ساخت ترانزیستور های اثر میدانی(fet)پیشنهاد داد که از قطعات نازک نیمه رسانا شامل سیلیکون که به صورت لایه ای بهم متصل شده بودند تشکیل میشد.اما درعمل دستگاه مبتنی برطرح او طبق محاسبات انجام شده کار نمی کرد.به این ترتیب والتر و براتین سرگرم بررسی طرح ساده تری شدند.حاصل تلاش این دو منجر به ساخت گونه ای از ترانزیستور ها موسوم به ترانزیستور تماس نقطه ای یا Point   contact شد.



اولین ترانزیستور اتصال نقطه‌ای در آزمایشگاه بل (شبیه سازی شده در سال ۱۹۹۷)

این ترانزیستورها با در کنار هم قرار گرفتن دو اتصال پوشیده از طلا و یک قطعه ژرمانیوم که خود روی پایه ای فلزی قرار داشت ساخته میشد.نتیجه کار این بار رضایت بخش بود و در عمل ترانزیستور ساخته شده بدرستی کار می کرد.باردین و براتین به راحتی توانستند با استفاده از مداری که میتوانست سیگنال های صوتی را تقویت کند دستگاه خود را توسعه دهند مدت کوتاهی پس از این اتفاق نام ترانزیستور برای این اختراع برگزیده شد و نهایتا در یکم جولای 1948 ازمایشگاههای بل این ترانزیستور ها را معرفی و تولید محدود آن را اغاز کرد.

ساختار اولین ترانزیستور اتصال نقطه‌ای

در همین اثنا شاکلی طرح جایگزین دیگری را برای طراحی ترانزیستور هااماده کرده بود که ترانزیستور های دو قطبی پیوندی (bipolar junction)نامیده میشوند.او اختراع خود را در ژانویه 1948 ساخته و مورد زمایش قرار داده بود که نتیجه کار موفقیت امیز بود.مزیت اختراع شاکلی طراحی کم حجم تر و تولید ساده تر در مقایسه با ترانزیستور های حجیم تر point contact بود به همین دلیل طرح وی اساس تولید ترانزیستور های تجاری در سالهای بعد قرار گرفت.بل در سال 1952 توانست ترانزیستور های دو قطبی پیوندی را به تولید انبوه برساند و پس از ان مجوز استفاده از انرا به دیگر شرکتها نیز اعطا کرد.دو سال بعد بل به منظور بهبود عملکرد این ترانزیستور ها سیلیکون را جایگزین ژرماتیوم کرد.استفاده از این نوع ترانزیستور ها تا زمان عمومیت یافتن نیمه رساناهای cmosدر اواخر دهه 1960 ادمه داشت.(نیمه رساناهای اکسید فلز یا cmosرا جان الاتا و دان کانک در سال 1959 اختراع کردند.)

در سال 1956 شاکلی باردین و براتین به پاس تحقیقات خود در زمینه های نیمه هادیها واختراع ترانزیستور جایزه نوبل فیزیک را از ان خود کردند.اعطای این جایزه دو سال پس از عرضه نخستین رادیوی ترانزیستوری دنیا صورت گرفت. این رادیو در نوامبر ۱۹۵۴ به قیمت ۹۵/۴۹ دلار به فروش گذاشته شد و تعداد ۱۵۰۰۰۰ از آن به فروش رفت. این رادیو از ۴ ترانزیستور استفاده می‌کرد وبا یک باتری ۵/۲۲ ولتی راه اندازی می‌شد. هنگامی که Masaru Ibuka، موسس شرکت ژاپنی سونی از آمریکا دیدن می‌کرد آزمایشگاه‌های بل با ارائه مجوز ساخت شامل ریز دستوراتی مبنی بر چگونگی ساخت ترانزیستور را به ایشان اعلام کردند و  Ibuka مجوز خرید ۵۰۰۰۰ دلاری پروانه تولید را از وزیر دارایی ژاپن گرفت و در سال ۱۹۵۵ رادیوی جیبی خود را تحت مارک سونی معرفی کرد. بعد از دو دهه ترانزیستورها بتدریج جای لامپ‌های خلإ را در بسیاری از کاربردها گرفتند و بعدها امکان تولید دستگاه‌های جدیدی از قبیل مدارات مجتمع و رایانه‌های شخصی را فراهم آوردند.