绝缘栅

第一个商用的晶体管,是怎么诞生的点接触晶

发布时间:2022/8/13 17:34:11   
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晶体管,被称作信息时代的‘神经细胞’,毫不夸张地说,它是现代文明的奠基石。

晶体管经常用来指三极管、场效应管。但是,在此之前出现的是点接触晶体管,可以说没有点接触晶体管,就不可能有三极管和场效应管的发明。这是怎么回事呢?点接触晶体管又是怎么诞生的呢?

半导体科技的发展是材料、物理和器件这三者相互促进、相辅相成的结果,任何一个条件不成熟,都会导致失败。在20世纪40年代,垂直冷却法被用于硅和锗,并首次观察到了P-N结。

二战后,肖克利领导的研究队伍,在美国贝尔实验室开始了固态放大器的研究工作。成员包括巴丁和布拉顿,夜以继日的研究和实验,使他们的努力没有白费,巴丁从理论上确定了半导体的“表面态”。基于这个理论,巴丁于年为MOSFET的前身申请了专利,这是一种具有反转层的绝缘栅FET(IGFET)。它成了当今CMOS技术的基础。年,肖克利将巴丁的表面态假说,描述为“半导体计划中最重要的研究思想之一”。

肖克利小组一直在共同研究固态材料中电场效应的实验和理论,目的是用消耗更少功率的更小器件代替真空管。他们并没有沾沾自喜于这一成果,而是激发了他们更大的热情和渴求去探究事物更深的奥秘,任何成功都建立在无数次失败之后。

年12月16日,巴丁和布莱顿正在进行一场试验。在一块锗基半导体材料上,布莱顿将一小条金箔贴在塑料三角形的尖端上——这种配置本质上是一个点接触二极管。然后他小心地切开三角形尖端的黄金。这产生了两个彼此非常接近的电隔离金触点。当把金箔切开后,就用弹簧加压的方法,把塑料片的顶端压在经过阳极氧化的锗片上。

实验发现,施加到两个触点之一的小正电流会对在另一个触点和安装锗块的底座之间流动的电流产生影响。事实上,第一次接触电流的微小变化会引起第二次接触电流的较大变化;因此它是一个放大器。第一个触点是“发射器”,第二个触点是“收集器”。点接触晶体管的低电流输入端是发射极,而输出高电流端是基极和集电极。这就是世界上第一个点接触晶体放大管,被称之为‘圣诞礼物’。

点接触晶体管在空间尺度很近的两点上,用两根纯金属细丝与表面反型的PN型锗片衬底上接触构成。他们的发明,不仅给整个研究小组带来了喜悦,同时也给贝尔实验室带来了喜悦。

点接触晶体管由西方电气和其他公司商业化和销售。也是世界上第一个商业化的放大晶体管。它的制作成型是靠经验来指导的,成型的失败率很高,因此不得不丢弃许多商业封装的晶体管。

点接触晶体管的共基极电流增益约为2到3,共发射极电流增益β不能超过1。因为这些致命的弱点,很快被肖克利在38天后发明的双极结晶体管(三极管)取代,后者更易于制造且更坚固。



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