SONIC
مدیر بخش برق و الکترونیک (SONIC)
پرسنل مدیریت
مدیر انجمن
استاد و مشاور الکترونیک
عضو افتخاری گروه الکترونیک
به شدت دوست داشتنی
مدیر انجمن
- Oct 14, 2021
- 1,937
- 4,537
در این مقاله با تاریخچه ترانزیستور ( Transistor ) بیشتر آشنا می شوید.
ترانزیستور از اولین حضور خود در آزمایشگاه بل در سال 1947 تا به امروز، ( 75 سال ) شاید بیش از هر قطعه دیگری، صنعت الکترونیک را متحول کرده است.
از اواسط قرن بیستم، ترانزیستور نقشی حیاتی در نوآوری فناوری های مدرن ایفا کرده است. در حالی که ترانزیستور اساساً برای تقویت در یک مدار آنالوگ و سوئیچینگ در یک مدار دیجیتال استفاده می شد، تحقیقات و توسعه فشرده همچنان درها را برای کاربردهای جدید مبتنی بر ترانزیستور باز کرده است.
ترانزیستور از زمان پیدایش در اواسط قرن بیستم در اندازه ها و انواع تکامل یافته است. تصویر استفاده شده
به لطف فناوری ادغام در مقیاس بسیار بزرگ (VLSI)، میلیاردها ترانزیستور را می توان برای استفاده در برنامه های محاسباتی روی یک تراشه قرار داد. برای مثال M1 Ultra SoC اپل از 114 میلیارد ترانزیستور تشکیل شده است که بیشترین تعداد ترانزیستور روی یک تراشه است.
به اوایل قرن بیستم باز می گردد، مهندسان از ترانزیستورها برای تقویت سیگنال های الکتریکی استفاده کرده اند. اولین نمونه از این مورد استفاده از مهندس برق بریتانیایی جان امبروز فلمینگ زمانی که او لوله خلاء را اختراع کرد. با این حال، لوله های خلاء با اشکالات بسیاری روبرو بودند که تنها با اختراع ترانزیستور مدرن حل می شوند.
ترانزیستور - ستاره ای متولد می شود
اولین ترانزیستور شناخته شده توسط محققان آزمایشگاه بل، والتر براتین و جان باردین در سال 1947 ساخته شد. پس از چندین تلاش برای ساختن تقویت کننده با سیلیکون، باردین و براتین تصمیم گرفتند از یک تخته ژرمانیوم و دو ورقه طلا برای ساخت ترانزیستور نقطه تماس استفاده کنند. هنگامی که یک ورقه طلا در مجاورت سطح ژرمانیوم قرار گرفت، حفره های بیشتری برای الکترون ها مشاهده کردند. محققان بل همچنین متوجه شدند که جریان عبوری از تماس بیشتر در تماس دیگر ورق طلا تقویت و تقویت می شود.
این کشف، آغاز عصر جدیدی در صنعت الکترونیک به رهبری ترانزیستورها بود. در سال 1952، ترانزیستور نقطه تماس به طور گسترده در استفاده تجاری در دسترس قرار گرفت و در ساخت سیستم های تلفن نقش اساسی داشت.
از ژرمانیوم تا سیلیکون
در تلاش برای بهبود طراحی ترانزیستور Bardeen و Brattain، ویلیام شاکلی ترانزیستور اتصال را از ژرمانیوم در سال 1951 ساخت. ترانزیستور اتصال شاکلی به سادگی یک ساندویچ از نیمه هادی ها با سه لایه بود. لایه های بیرونی حاوی الکترون های بسیار بیشتری نسبت به لایه میانی بودند. شاکلی توضیح داد که این طراحی باعث می شود تا جریان از طریق نیمه هادی های ساندویچ شده عبور کند تا یک تقویت کننده بسازد.
در حالی که ترانزیستور نقطه تماس و اتصال به ژرمانیوم متکی بود، محققان بلافاصله پس از آن متوجه شدند که این قطعه در دمای 180 درجه فارنهایت شکسته شد. این به این دلیل است که ژرمانیوم هنگامی که تا دمای بسیار بالا گرم می شود، الکترون های آزاد زیادی را در ترانزیستورها وارد می کند و کل جزء را می شکند.
این نقص باعث شد تا گوردون تیل، محققی در Texas Instruments، اولین ترانزیستور سیلیکونی را در سال 1954 اختراع کند. ترانزیستور سیلیکونی تیل همان اصل کار ترانزیستور ژرمانیوم را داشت، اما می توانست در برابر دماهای بالا مقاومت کند. ترانزیستور سیلیکونی یک ساختار n-p-n بود و از طریق یک فرآیند پیوند رشد ساخته شد.
ماسفت ها دوران مدرن را می سازند
توسعه ترانزیستور سیلیکونی منجر به اختراع ترانزیستورهای مبتنی بر سیلیکون مانند ترانزیستورهای نیمه هادی اکسید فلزی (MOSFET) شد. اولین ماسفت توسط محقق آزمایشگاه بل، جان آتالا در سال 1960 ساخته شد. این طرح بر اساس تئوری های اثر میدانی شاکلی بود.
برخلاف ترانزیستورهای اتصال ساندویچی، ماسفت دارای کانالی از نیمه هادی های نوع n یا p است. یک میدان الکتریکی، که مانند یک شیر آب برای روشن و خاموش کردن جریان در ترانزیستور عمل می کند، زمانی که ولتاژ به کانال اعمال می شود، ایجاد می شود. برای دستیابی به سرعت سوئیچینگ بالا، سازندگان اغلب یک فرآیند تجزیه همپایه را در طول ساخت اتخاذ می کنند. این فرآیند همچنین ولتاژ شکست بالایی را در ترانزیستورها ایجاد می کند.
نسل بعدی ترانزیستورهای در مقیاس نانو
طبق قانون مور، تعداد ترانزیستورها در واحد سطح در یک مدار مجتمع (IC) هر دو سال یکبار دو برابر می شود. این فشار برای کوچک سازی، پیچیدگی هایی را برای نسل بعدی ترانزیستورها ایجاد می کند - از میکروالکترونیک تا نانوالکترونیک. امروزه، محققان قصد دارند ترانزیستورها را تا مقیاس نانومتر کوچک کنند.
با وجود ترانزیستورهای مبتنی بر سیلیکون که اکنون در اندازه‌های نانومتری کار می‌کنند، مهندسان با چالش‌های طراحی و ساخت مرتبط با فضای فیزیکی رو به کاهش روبرو هستند. به عنوان مثال، یک ماسفت با اندازه 100 نانومتر ممکن است اثرات کانال کوتاهی را تجربه کند که بر عملکرد ترانزیستور تأثیر منفی بگذارد. علاوه بر این، ترانزیستورهای سیلیکونی با اندازه نانو جریان نشتی کانال بالایی را تجربه می کنند.
در سال 2016، تیمی در آزمایشگاه ملی لارنس برکلی ادعا کردند که کوچکترین ترانزیستور جهان را با اندازه 1 نانومتر ساخته اند.
برای رفع این محدودیت ها، محققان اکنون به دنبال مواد نانوتکنولوژی برای ساخت ترانزیستور هستند. اخیراً، محققان مواد تک لایه فوق نازک دوبعدی مانند دی سولفید مولیبدن را برای ایجاد ترانزیستورهای قابل اعتمادتری نسبت به ترانزیستورهای سیلیکونی مینیاتوری مورد بررسی قرار داده اند. نانولوله‌های کربنی و گرافن نیز مواد امیدوارکننده‌ای برای جایگزینی سیلیکون در ترانزیستورها هستند.
علاوه بر این، تیمی از محققان در TU Dresden اخیرا "اولین" ترانزیستور پیوندی دوقطبی آلی کارآمد را گزارش کردند. این تیم از لایه‌های آلی بسیار مرتب و نازک مبتنی بر لایه‌های کریستالی روبرن دوپ شده از نوع n و p برای توسعه ترانزیستورهای دوقطبی آلی استفاده کردند. این ترانزیستورها ممکن است عملکرد پردازش و انتقال داده را افزایش دهند.
موفق باشید.
ترانزیستور از اولین حضور خود در آزمایشگاه بل در سال 1947 تا به امروز، ( 75 سال ) شاید بیش از هر قطعه دیگری، صنعت الکترونیک را متحول کرده است.
از اواسط قرن بیستم، ترانزیستور نقشی حیاتی در نوآوری فناوری های مدرن ایفا کرده است. در حالی که ترانزیستور اساساً برای تقویت در یک مدار آنالوگ و سوئیچینگ در یک مدار دیجیتال استفاده می شد، تحقیقات و توسعه فشرده همچنان درها را برای کاربردهای جدید مبتنی بر ترانزیستور باز کرده است.
برای دیدن تصاویر باید ثبت نام کنید
ترانزیستور از زمان پیدایش در اواسط قرن بیستم در اندازه ها و انواع تکامل یافته است. تصویر استفاده شده
به لطف فناوری ادغام در مقیاس بسیار بزرگ (VLSI)، میلیاردها ترانزیستور را می توان برای استفاده در برنامه های محاسباتی روی یک تراشه قرار داد. برای مثال M1 Ultra SoC اپل از 114 میلیارد ترانزیستور تشکیل شده است که بیشترین تعداد ترانزیستور روی یک تراشه است.
به اوایل قرن بیستم باز می گردد، مهندسان از ترانزیستورها برای تقویت سیگنال های الکتریکی استفاده کرده اند. اولین نمونه از این مورد استفاده از مهندس برق بریتانیایی جان امبروز فلمینگ زمانی که او لوله خلاء را اختراع کرد. با این حال، لوله های خلاء با اشکالات بسیاری روبرو بودند که تنها با اختراع ترانزیستور مدرن حل می شوند.
ترانزیستور - ستاره ای متولد می شود
اولین ترانزیستور شناخته شده توسط محققان آزمایشگاه بل، والتر براتین و جان باردین در سال 1947 ساخته شد. پس از چندین تلاش برای ساختن تقویت کننده با سیلیکون، باردین و براتین تصمیم گرفتند از یک تخته ژرمانیوم و دو ورقه طلا برای ساخت ترانزیستور نقطه تماس استفاده کنند. هنگامی که یک ورقه طلا در مجاورت سطح ژرمانیوم قرار گرفت، حفره های بیشتری برای الکترون ها مشاهده کردند. محققان بل همچنین متوجه شدند که جریان عبوری از تماس بیشتر در تماس دیگر ورق طلا تقویت و تقویت می شود.
برای دیدن تصاویر باید ثبت نام کنید
از ژرمانیوم تا سیلیکون
در تلاش برای بهبود طراحی ترانزیستور Bardeen و Brattain، ویلیام شاکلی ترانزیستور اتصال را از ژرمانیوم در سال 1951 ساخت. ترانزیستور اتصال شاکلی به سادگی یک ساندویچ از نیمه هادی ها با سه لایه بود. لایه های بیرونی حاوی الکترون های بسیار بیشتری نسبت به لایه میانی بودند. شاکلی توضیح داد که این طراحی باعث می شود تا جریان از طریق نیمه هادی های ساندویچ شده عبور کند تا یک تقویت کننده بسازد.
در حالی که ترانزیستور نقطه تماس و اتصال به ژرمانیوم متکی بود، محققان بلافاصله پس از آن متوجه شدند که این قطعه در دمای 180 درجه فارنهایت شکسته شد. این به این دلیل است که ژرمانیوم هنگامی که تا دمای بسیار بالا گرم می شود، الکترون های آزاد زیادی را در ترانزیستورها وارد می کند و کل جزء را می شکند.
برای دیدن تصاویر باید ثبت نام کنید
این نقص باعث شد تا گوردون تیل، محققی در Texas Instruments، اولین ترانزیستور سیلیکونی را در سال 1954 اختراع کند. ترانزیستور سیلیکونی تیل همان اصل کار ترانزیستور ژرمانیوم را داشت، اما می توانست در برابر دماهای بالا مقاومت کند. ترانزیستور سیلیکونی یک ساختار n-p-n بود و از طریق یک فرآیند پیوند رشد ساخته شد.
ماسفت ها دوران مدرن را می سازند
توسعه ترانزیستور سیلیکونی منجر به اختراع ترانزیستورهای مبتنی بر سیلیکون مانند ترانزیستورهای نیمه هادی اکسید فلزی (MOSFET) شد. اولین ماسفت توسط محقق آزمایشگاه بل، جان آتالا در سال 1960 ساخته شد. این طرح بر اساس تئوری های اثر میدانی شاکلی بود.
برخلاف ترانزیستورهای اتصال ساندویچی، ماسفت دارای کانالی از نیمه هادی های نوع n یا p است. یک میدان الکتریکی، که مانند یک شیر آب برای روشن و خاموش کردن جریان در ترانزیستور عمل می کند، زمانی که ولتاژ به کانال اعمال می شود، ایجاد می شود. برای دستیابی به سرعت سوئیچینگ بالا، سازندگان اغلب یک فرآیند تجزیه همپایه را در طول ساخت اتخاذ می کنند. این فرآیند همچنین ولتاژ شکست بالایی را در ترانزیستورها ایجاد می کند.
نسل بعدی ترانزیستورهای در مقیاس نانو
طبق قانون مور، تعداد ترانزیستورها در واحد سطح در یک مدار مجتمع (IC) هر دو سال یکبار دو برابر می شود. این فشار برای کوچک سازی، پیچیدگی هایی را برای نسل بعدی ترانزیستورها ایجاد می کند - از میکروالکترونیک تا نانوالکترونیک. امروزه، محققان قصد دارند ترانزیستورها را تا مقیاس نانومتر کوچک کنند.
با وجود ترانزیستورهای مبتنی بر سیلیکون که اکنون در اندازه‌های نانومتری کار می‌کنند، مهندسان با چالش‌های طراحی و ساخت مرتبط با فضای فیزیکی رو به کاهش روبرو هستند. به عنوان مثال، یک ماسفت با اندازه 100 نانومتر ممکن است اثرات کانال کوتاهی را تجربه کند که بر عملکرد ترانزیستور تأثیر منفی بگذارد. علاوه بر این، ترانزیستورهای سیلیکونی با اندازه نانو جریان نشتی کانال بالایی را تجربه می کنند.
برای دیدن تصاویر باید ثبت نام کنید
در سال 2016، تیمی در آزمایشگاه ملی لارنس برکلی ادعا کردند که کوچکترین ترانزیستور جهان را با اندازه 1 نانومتر ساخته اند.
علاوه بر این، تیمی از محققان در TU Dresden اخیرا "اولین" ترانزیستور پیوندی دوقطبی آلی کارآمد را گزارش کردند. این تیم از لایه‌های آلی بسیار مرتب و نازک مبتنی بر لایه‌های کریستالی روبرن دوپ شده از نوع n و p برای توسعه ترانزیستورهای دوقطبی آلی استفاده کردند. این ترانزیستورها ممکن است عملکرد پردازش و انتقال داده را افزایش دهند.
موفق باشید.