Транзистору - 60 лет

16 декабря исполнилось шестьдесят лет одному из главных изобретений XX века, положившему начало технологическому прорыву, который продолжается до сих пор.

16 декабря исполнилось шестьдесят лет одному из главных изобретений XX века, положившему начало технологическому прорыву, который продолжается до сих пор. Именно этому простому, но гениальному полупроводниковому прибору мы обязаны, помимо прочего, созданием полупроводниковых микропроцессоров и миниатюрных вычислительных систем - от мобильных телефонов до персональных компьютеров. Как ни удивительно, но любые современные цифровые устройства не могли бы появиться на свет, если бы не было этого прибора, основанного на физических свойствах полупроводниковых кристаллов генерировать, преобразовывать и усиливать электрические колебания.

Транзистор заложил основу технологической революции. Без транзистора не было бы не только компьютеров, но и автомобилей, космических кораблей, достоверного прогнозирования погоды и многих синтетических материалов. Весь современный мир держится на транзисторах: и связь, позволяющая управлять государством, и приборы, помогающие лечить больных, и промышленность, одевающая и кормящая нас. Без транзисторов вы бы не читали эту статью в интернете.

Предшественником транзистора была электровакуумная лампа, история которой восходит к 1883 году, когда Эдисон поместил в лампу накаливания дополнительный электрод и построил первый диод, пропускающий ток только в одном направлении. В 1906 году американский инженер Ли де Форес поместил между катодом и анодом металлическую сетку и появились первые лампы, способные усиливать электрический ток и выступать в роли коммутаторов. Такие лампы вплоть до середины восьмидесятых годов можно было встретить в серийных телевизорах, радиоприёмниках и другой радиотехнике. Любопытно, что сегодня радиолампы вновь находят применение в аудиотехнике класса hi-end, поскольку за счёт специфических гармонических искажений в звуковом тракте они позволяют получить приятный на слух "тёплый" звук.

Своей вершины технология электровакуумных ламп достигла к концу Второй мировой войны - лампы немецкого производства тех лет до сих пор высоко ценятся специалистами. А в 1946 на основе радиоламп в Университете Пенсильвании была построена первая цифровая вычислительная машина ENIAC. Компьютер выглядел как ряд из металлических шкафов более 30 метров в длину, около метра в ширину и более трёх метров в высоту и состоял примерно из 18 тысяч радиоламп. В столь сложных устройствах особенно остро проявились главные недостатки ламп: громоздкость, высокое энергопотребление, склонность к большому нагреву и быстрый выход из строя - в ENIAC приходилось каждый день заменять, как минимум, одну лампу. Именно для поиска альтернативы лампам примерно в это же время в Bell Labs была создана исследовательская группа.

Датой создания транзистора, устройства на основе полупроводникового кристалла, способного усиливать ток, считается 16 декабря 1947 года, когда сотрудники Bell Labs Джон Бардин, Уолтер Браттейн и Уильям Шокли продемонстрировали первый действующий биполярный транзистор. Изобретению надо было дать какое-то название, и во внутреннем соревновании победило звонкое "транзистор", хотя до сих пор в качестве синонима употребляются другие предложенные тогда названия - "полупроводниковый или кристаллический триод". Слово "transistor" образовано из двух терминов - "transconductance" (активная межэлектродная проводимость) и "varistor" (переменное сопротивление, варистор).

В 1956 году Бардин, Браттейн и Шокли получили Нобелевскую премию за открытие "транзисторного эффекта". В 1958 году группой учёных, среди которых был один из основателей Intel Роберт Нойс, была изготовлена первая интегральная микросхема, состоящая из двух транзисторов на одной кремниевой основе.

Первым коммерческим продуктом на основе транзисторов стал слуховой аппарат, поступивший в продажу в 1952 году. Журнал Fortune провозгласил 1953 год "годом транзистора". В 1954 году компания Texas Instruments выпустила первый серийный транзисторный радиоприёмник. В 1958 году исследователям (среди которых был и основатель Intel Роберт Нойс) удалось уместить два транзистора на одной кремниевой подложке, создав тем самым первую интегральную схему и проложив путь к созданию микропроцессора. В 1964 году один из основателей Intel Гордон Мур высказал предположение, что каждые два года число транзисторов на одной подложке будет удваиваться. Сегодняшние микрочипы могут состоять из более чем миллиарда транзисторов, миллиардами исчисляется и количество выпускаемых каждый год микросхем, поэтому даже примерно оценить, сколько в мире было выпущено транзисторов за эти шестьдесят лет. Если бы автомобили подешевели бы за 60 лет так же, как транзисторы, то сегодня они стоили бы не дороже батона хлеба.

Однако развитие полупроводников продолжается, транзисторы становятся всё меньше, их удельная плотность на кристалле постоянно растёт. Не так давно в Intel объявили о решении одной из важнейших проблем последних лет, препятствующий дальнейшей миниатюризации транзисторов - был создан новый материал на основе металла гафния, который стал использоваться в качестве диэлектрика. В отличие от традиционного диоксида кремния, он позволяет сделать слой диэлектрика существенно тоньше. Гафниевый диэлектрик и уникальный материал затвора, состав которого держится Intel в секрете, позволили компании организовать выпуск микросхем по 45-нанометровой технологии. В процессорах Intel Core 2 Duo последнего поколения, выпущенных по этой технологии, содержится 410 миллионов транзисторов, что почти в десять раз больше, чем в процессоре Pentium 4 образца 2000 года.

Так что история "дедушки" транзистора пока ещё не закончена, несмотря на громкие, но безосновательные заявления о создании квантовых компьютеров и прочих устройств, позволяющих отказаться от полупроводников. Скорее всего, транзистор послужит нам ещё не одно десятилетие.