Техника - молодёжи 2008-06, страница 44
АТЕНТЫ 2008 №06 ТМ IOOTHS 12 3 4 Первый микропроцессор, изготовленный «Интел» теха). И опять, точного экспериментального подтверждения теория не получила, было лишь качественное, иногда полуколичественное соответствие. Периферийное положение простейших полупроводниковых приборов — детекторов, селеновых выпрямителей, фоторезисторов и фотоэлементов, терморезисторов и термоэлементов — в тогдашней электронике воспринималось как вполне естественное и существенных усилий по изменению этой ситуации не предпринималось. Фактически не существовало технологии самих полупроводников, их синтеза, очистки, легирования, довольствовались тем, что предлагала природа. Разумеется, учёными и не ставился вопрос о созда- Очень быстро Бардин и Шокли поняли, что работает совсем не «эффект поля», а принципиально иной «транзисторный эффект». нии каких-то более сложных, чем детекторы, полупроводниковых приборов, в частности — вопрос о полупроводниковом усилителе. Электроника 1930 — 40-х гг. ассоциировалась исключительно с радиолампами. Транзисторный проект И, тем не менее, мысль о полупроводниковом усилителе зародилась во второй половине 1930-х гг., но не в полупроводниковом мире. Уже тогда М. Келли, руководитель отделения научных исследований фирмы «Белл», начал задумываться о разработке системы глобальной связи (т.е. связи «любого из землян с любым другим»), справедливо полагая, что если фирма не возглавит эту работу, то неизбежно откатится на вторые роли. Пока он лишь вырабатывал общую концепцию, но сразу же понял, что одним из главных препятствий станут радиолампы и электромеханические реле (именно реле коммутировали цепи в тогдашних АТС). Для будущей системы связи эти приборы не годились ни качествен но (по определяющим характеристикам), ни количественно (по массовости производства). Так сформировалось «задание» на безвакуумный твердотельный прибор, способный усиливать и коммутировать электрические сигналы. Келли почувствовал, что такой прибор очень скоро станет абсолютно необходим, но не представлял, как его сделать. Будучи связистом, он в то же время фанатично верил в безграничные возможности квантовой механики, которая как раз в те годы удивляла мир фантастическими открытиями в атомной физике. Этой верой он заразил У. Шокли, молодого сотрудника фирмы, специалиста как раз по квантовой механике. Тот подкрепил веру знанием и уже к концу 1939 г. в рабочем журнале Шокли появился первый набросок концепции будущего полупроводникового усилителя. Идея была проста: к очень тонкому брусочку полупроводника по торцам припаивали омические, невыпрямляющие контакты, которые мыслились как аналоги катода и анода радиолампы, а вдоль боковой грани — брусочки, и минимально близко к ней монтировалась металлическая пластина, долженствовавшая играть роль «сетки». Электрическое поле «сетки», проникая в полупроводник, увеличивало или уменьшало в нём концентрацию электронов (в зависимости от полярности напряжения на «сетке»), тем самым меняло сопротивление промежутка «катод» — «анод» и соответственно — анодный ток. Всё как в радиолампе, только электроны перемещаются не в вакууме, а внутри кристалла. Так задумывалось, но из-за загрязнённости существующих полупроводников к экспериментам даже не приступили, а вскоре... Грянула Вторая мировая война, и Шокли, как и многие другие американские учёные, был откомандирован в Пентагон на решение задач военного времени. На фирму он вернулся лишь в конце 1945-го, а за прошедшие годы очень многое изменилось в мире и в полупроводниках. Летом 1940 г. немецкая авиация начала массированные бомбардировки Англии, готовя вторжение через Ла-Манш. В поисках спасения вспомнили о радиолокации — только радары могли своевременно «засечь» вражеские бомбардировщики и помочь организовать их «встречу». Ещё в предвоенные годы принципы радиолокации были детально проработаны, и Англия шла впереди других (за нею СССР и США), теперь же началось ускоренное производство радаров. А сердце радара — детектор, его чувствительность определяет дальность и точность обнаружения самолётов. Когда металловеды занялись получением чистых совершенных полупроводников для детекторов, их выбор пал на германий и отчасти кремний как на наиболее простые и технологичные материалы. Активное участие в этих исследованиях приняли и заокеанские союзники Англии, в том числе, среди первых, фирма «Белл». Поэтому когда Шокли вернулся к своей предвоенной идее усилителя и был назначен руководителем специальной группы, в его распоряжении уже были подходящие полупроводники, и основным стал германий. (А что же Англия, которую мы «оставили» в 1940 г.? Ту воздушную войну, названную позднее «битвой за Британию», она вчистую выиграла, и немцы не попытались даже начать вторжение. А роль радаров в те дни образно охарактеризовал подзаголовок одного из современных исторических исследований: «Как горстка пионеров радиолокации выиграла Вторую мировую войну и запустила технологическую революцию» — броско, гиперболизированно, но — в точку.) Группа Шокли бодро начала реализовывать предвоенный проект своего руководителя, но «эффект поля» упрямо не срабатывал, и сопротивление германия практически оставалось неизменным. Оказалось, что даже очень чистые полупроводники на поверхности имеют «ловушки», захватывающие электроны, и этот поверхностный заряд экранирует поле «сетки», не впуская его внутрь кристалла. На исследование этого явления ушло полтора года, теорию поверхностных состояний создал Дж. Бардин (а сам Шокли в это время «попутно» разработал теорию р-п-перехода, и позднее это пригодилось). Стремясь локализовать все процессы в кристалле, первоначальную протяжённую «сетку» заменили иголочкой и почти вплотную к ней разместили ещё одну, которая должна была поспособствовать очищению поверхностных ловушек. При измерениях экспериментатор У. Браттейн случайно перепутал ( та! % |
