Historia komputerów

Tranzystory – efekt Metody Czochralskiego

Kiedy w 1916 r. profesor Jan Czochralski odkrył swoją metodę otrzymywania monokryształu, wpierw germanu,  potem krzemu, o  komputerach nikt jeszcze  nie myślał. Twórcy pierwszej generacja komputerów przełomu lat 30. i 40. XX w. też nie wykorzystali tej metody, ponieważ tworzyli swoje maszyny w oparciu o działanie wielkich lamp próżniowych, nie potrzebowali kryształów. Czas wynalazku Czochralskiego nadszedł dopiero po zakończeniu II wojny światowej, czyli po 30 latach. Wtedy wiadomo było, że olbrzymie komputery zajmujące kilka pokoi, przydatne w wojsku czy na uczelniach nie trafią do biur i do domów bo są zwyczajnie za duże i za drogie. Zaczęto szukać czegoś, co zastąpi wielkie, awaryjne lampy próżniowe.


W. Shockley, J.Bardeen, W.Brattain w Bell Labs (foto. Wikipedia)

Z podobnymi problemami jak twórcy komputerów borykały się firmy telekomunikacyjne, którym technika lampowa ograniczała zasięg prowadzenia rozmów. Największa amerykańska firma tej branży AT&T dysponowała własnym ośrodkiem badawczym Bell Telephone Laboratories ( Bell Labs), w którym  po zakończeniu II Wojny Światowej stworzono grupę badawczą, mającą się zająć problemem wzmacniania sygnału elektrycznego. Miała stworzyć urządzenie, które przy wykorzystaniu możliwości półprzewodników będzie w stanie zastąpić przestarzałe lampy próżniowe  i pozwoli na prowadzenie rozmów telefonicznych na bardzo duże odległości. Na czele grupy stanął fizyk-teoretyk William B. Shockley, a jego głównymi współpracownikami byli również fizycy, ale mający doświadczenie w praktycznych badaniach, Walter H. Brattain i John Bardeen. To właśnie dwaj ostatni,  w 1947 r. po miesiącach badań, skonstruowali bardzo prymitywne urządzenie wzmacniające sygnał elektryczny. Prototyp składał się z płytki półprzewodnika, kawałków złotej foli oraz wygiętego spinacza. Wykorzystując german jako półprzewodnik uzyskali stukrotne wzmocnienie sygnału.

Kiedy chorobliwie ambitny Shockley dowiedział się, że koledzy dokonali wynalazku bez jego udziału, kilka miesięcy później sam przedstawił koncepcję podobnego urządzenia. W jego wzmacniaczu trzy cienkie paski półprzewodnika  ułożone były warstwowo, jak w kanapce, gdzie zewnętrzne warstwy stanowił german z domieszkami, a wewnętrzną czysty german, wszystko podłączone do przewodów elektrycznych. Konstrukcja taka pozwalała wzmacniać sygnał elektryczny lub go wyłączać w ułamku sekundy. Lecz na razie była to tylko teoria.

Oba urządzenia nazwano tranzystorami, pierwszy tranzystorem ostrzowym, drugi tranzystorem warstwowym lub złączowym. Tranzystory ostrzowe działały praktycznie i niemal od razu w Bell Labs rozpoczęło produkcję na własne potrzeby, a w 1948 roku na rynek trafiły pierwsze komercyjne tranzystory ostrzowe firmy Raytheon o symbolu C703. Natomiast pierwszy tranzystor  warstwowy został zbudowany dopiero w 1950 r. , a rok później wyprodukowano krótką serię M1752. Ich czas nadszedł nieco później.


Pierwszy tranzystor ostrzowy z Bell Labs (foto. Wikipedia)

Pierwsze tranzystory ostrzowe oparte były na germanie. Ponieważ wprowadzono je do produkcji, zaistniało zapotrzebowanie na monokryształy germanu o niskim stopniu zdefektowania, wtedy przydatna okazała się technika wzrostu kryształów profesora Czochralskiego. W 1948 r. po raz pierwszy tę metodę wykorzystał Gordon G. Teal, który wraz z Johnem Littlem otrzymał kryształ germanu. Dwa lata później w Bell Labs rozpoczęto hodowle kryształów germanu metodą Czochralskiego. W 1949 r. Teal otrzymał kryształy krzemu, a zaczęto je masowo hodować od 1952 r. Teal utrzymywał, że to jest jego wynalazek, że o metodzie Czochralskiego nie wiedział, ale wiadomo, że tak naprawdę zmodyfikował tylko metodę wymyśloną przez Polaka 32 lata wcześniej. Były to początki zastosowania metody Czochralskiego na skalę przemysłową.

W 1951 r. Bell Labs zorganizowało pierwsze  sympozjum na temat tranzystorów, gdzie przedstawiło swoje badania i sprzedało 35 licencji dla firm komercyjnych. Tranzystory zaczęły trafiać na rynek konsumpcyjny i stały się częścią wielu sprzętów codziennego użytku. Pierwszym urządzeniem, w którym wykorzystano tranzystory były aparaty słuchowe. Następnie zaczęto je wykorzystywać w telewizorach i radiach, gdzie zastępowały wielkie gabarytowo odbiorniki lampowe. W 1953 roku na Uniwersytecie Manchester wybudowano pierwszy komputer tranzystorowy (ale o tym będę  pisał później). Natomiast w 1954 r. firma Teksas Instruments wyprodukowała i wypuściła na rynek przenośne radio tranzystorowe mieszczące się w dłoni, o nazwie Regency TR-1. Nie było to pierwsze przenośne radio tranzystorowe, jak się mylnie uważa, ale pierwsze, które masowo się sprzedawało. W pierwszym roku sprzedano 100 tys. odbiorników, co na owe czasy było niebywałym sukcesem. Młodzież chodziła po ulicach z radioodbiornikiem w ręku. Stało się ono po prostu modne, choć wcale  nie było tanie. Regency TR-1 było sygnałem, że zaczęła się nowa epoka w elektronice – epoka komercjalizacji elektroniki. Urządzenia elitarne do tej pory jak komputer, telewizor czy radio, zaczęły być ogólnie dostępne, można powiedzieć zaczęły trafiać „pod strzechę”. A nie stałoby się tak, gdyby nie metoda pozwalająca na produkcję, na skalę przemysłową monokryształów germanu i krzemu. Metoda profesora Jana Czochralskiego.


Pierwszy komercyjny tranzystor ostrzowy CK703 (foto. Wikipedia)

Aa, zapomniałbym! Coś polskiego?! Otóż w Polsce na przełomie lat 40/50 szalał komunizm w najgorszym, stalinowskim wydaniu. Przeciwników politycznych mordowano, a tych , którym nowa socjalistyczna ojczyzna się nie podobała zamykano w więzieniach. Do tego, dzięki „zimniej wojnie”, byliśmy „za żelazna kurtyną”, a amerykańskie badania techniczne były dla Polaków mniej więcej tak dostępne jak loty na księżyc. Ale polska myśl techniczna istniała. W roku 1952, w działającym przy PAN Instytucie Podstawowych Problemów Technicznych  powstał Zakład Elektroniki. Jego założycielem był prof. Janusz Groszkowski, przedwojenny naukowiec, jeden z twórców polskiej elektroniki i radiotechniki. Pracowano tam, podobnie jak w Bell Labs, nad półprzewodnikami, ale w warunkach absolutnie nieporównywalnych. W 1953 roku powstał prototyp pierwszego polskiego tranzystora ostrzowego, opartego na germanie. Nosił on roboczą nazwę TP1.

No i proszę kolejne tematy do omówienia. Jak zawsze, za tydzień czy raczej za dwa.  🙂

G.Shamot

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *