ترانزیستور نیمه هادی چیست و چه کسی آن را اختراع کرد؟

0

سال اکتشاف: ۱۹۴۷

این کشف چه می‌گوید؟

مواد نیمه هادی را می‌توان بطور موقت به فوق هادی‌ها مبدل کرد.

چه کسی آن را کشف کرد؟

تبلیغ: دوره آموزش الکترونیکی: پداگوژی، ابزارها و تولید محتوای آموزشی

جان باردین John Bardeen


جان باردین نخستین جایزهٔ نوبل خود را برای کشف خاصیت انتقالی (ترانزیستوری) نیمه هادی‌ها گرفت. بیشتر مواد، یا جریان الکتریکی را انتقال می‌دهند (هادی‌ها) یا جلو جریان الکتریکی را می‌گیرند. (عایق‌ها). اما بعضی مواد هستند که در بعضی شرایط، جریان الکتریکی را انتقال می‌دهند (نیمه هادی‌ها). گرچه نیمه هادی‌ها در قرن نوزدهم شناخته شده بودند، هیچ کس ارزش آنها را تشخیص نداد تا باردین تأثیر ترانزیستورها را کشف کرد.

ترانزیستور پایه و اساس هر ریز تراسه (chips) محاسبه‌گر، ارتباطی و الکترونیکی است که در ۵۰ سال اخیر ساخته شده است. ترانزیستورها دنیای الکترونیک را متحول کرد و در ساخت سخت‌افزارهای رایانه‌ای و محاسبه‌گرها به کار رفت. هیچ گسترده‌ای از علوم نیست که تحت تأثیر این کشف قرار نگرفته باشد.


جان باردین از شاگردان استثنایی مدرسه و دانشگاه بود که چند کلاس را با هم می‌پیمود. او در ۲۱ سالگی از دانشگاه هاروارد دکترای فیزیک گرفت و در دانشگاه مینه سوتا به تدریس پرداخت. در ۱۹۴۵ در آزمایشگاه‌های شرکت بل به تحقیق در رشته‌های الکترونیک مشغول شد.

او در ۱۹۴۷ به تیم تحقیقاتی متشکل از ویلیام شاکلی و والتر براتین ملحق شد که بر روی استفادهٔ احتمالی از مدار نیمه هادی در الکترونیک تحقیق می‌کردند. شاکلی می‌خواست رویای جایگزینی نیمه هادی‌ها را به جای لوله های خلاء حجیم، شکننده و گرما زا که در آزادسازی الکترونها از آنها استفاده می‌شد (لامپ‌های رادیویی) عملی سازد. او می‌خواست مواد نیمه هادی بسازد که علایم الکترونیکی را هم تشدید کند و هم تصفیه. اما تمام کوشش‌های او بی‌نتیجه ماند.

باردین نخست محاسبات ریاضی شاکلی را مرور کرد و متوجه شد آنها صحیح هستند و تجارب شاکلی عملی است اما نتیجه‌ای که آنها با ژرمانیوم، نیمه هادی متداول، به دست آوردند با نظریه اشان مطابقت نداشت.

باردین حدس زد سطح ژرمانیوم می‌باید مانع عبور جریان الکتریکی شده باشد. این سه نفر واکنش‌های سطوح نیمه هادی را به نور، گرما، سرما، مایعات و تراشه‌های فلزات آزمایش کردند آنها سعی کردند جریان الکتریکی را از طریق فلز مایع و بعد از طریق نقاط لحیم شده به ژرمانیوم منتقل کنند. مدت‌های زیادی صرف انجام این آزمایشها شد.

آنها متوجه شدند که نقاط اتصال به خوبی عمل می‌کردند. جریان الکتریکی قوی از طریق ژرمانیوم به پایهٔ فلزی در سمت دیگر انتقال پیدا می‌کرد. اما به جای آن که علایم را تقویت کند آنها راضعیفتر می‌کرد و انرژی به مصاف می‌رساند.

بعد باردین متوجه موضوعی غریب و نامنتظره شد. او بطور تصادفی اتصال‌های الکتریکی را قطع کرد و این کار باعث شد جریان ضعیفی به محل اتصاف ژرمانیوم فرستاده شود. هنگامی که جریان ضعیفی از سیم لحیم به پایه فرستاده شد، «شکافی» در مقاومت ژرمانیوم به جریان به وجود آمد. این جریان ضعیف، ژرمانیوم نیمه هادی را به فوق هادی مبدل کرده بود. باردین می‌باید آزمایش را مکرر انجام دهد تا اعضای گروهش را متقاعد کند که این اتفاق تصادفی نبود. آنها بطور دایم این آزمایش را با مواد نیمه هادی تکرار کردند و نتیجه یکی بود. جریان قوی، مقاومت قوی، جریان ضعیف، مقاومت ضعیف.

باردین این پدیده را «جابه‌جایی مقاومت کننده‌ها» یا به اختصار ترانزیستور نامید. ترانزیستورها  فضای لامپ‌های رادیویی قدیمی را اشغال می‌کرد و  برابر قویتر از لامپ‌ها بودند. این سه نفر در ۱۹۵۶ مشترکاً جایزه نوبل فیزیک را به دست آوردند


نخستین رادیویی ترانزیستوری TR-1 در ۱۹۵۴ وارد بازار شد. قیمت آن حدود ۹۵/۴۹ دلار بود که تقریباً قیمت زیادی بود. پنج سال بعد نمونه‌هایی به بازار آمد که ارزان بود و همگان توانایی خرید آن را داشتند.

ممکن است شما دوست داشته باشید

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.