تولدت مبارک ترانزیستور!

نارنجی: ترانزیستور این کوچکترین آجر سازنده مدارهای الکترونیکی، امروز 65 ساله شد. اعتبار اولین ترانزیستور عملیاتی به طور مشترک به نام ویلیام شاکلی (1910-1989)، جان باردین (1908-1991) و والتر براتین (1902-1987) ثبت شده ولی این باردین و براتین بودند که اولین ترانزیستور اتصال نقطه‌ای را در جریان آزمایشی به تاریخ 16 دسامبر 1947 به مرحله عملیاتی برسانند.

این دستگاه افسانه ای که عکس نسخه موزه ای آن را در زیر می بینید، این روزها به جای اینکه در حباب شیشه ای قرار داشته باشد جزئی مینیاتوری بر روی چیپ های سیلیکونی است ولی تاریخچه اجدادش به میانه های دهه 1920 بر می گردد.


جالب است بدانید که کلمه "ترانزیستور" را یکی از کارمندان Bell Labs به نام جان آر. پیرس (1910-2002) پیشنهاد کرد و در سال 1948 همکارانش از بین انتخاب های مختلف، پیشنهاد او را برای نامگذاری این قطعه جدید برگزیدند. کلمه Transistor بنا به توضیحی که در برگه مشخصات آن زمانش آمده بود، ترکیبی از transconductance (رسانایی متقابل)، transfer (انتقال) و varistor ( وریستور ) است.

کارهای تحقیقاتی این پژوهشگران به اواخر دهه 1930 بر می گردد ولی کار اصلی، تا پایان جنگ جهانی دوم شروع نشده بود. این ویلیام شاکلی بود که ابتدا یک طراحی از نوع ترانزیستور پیوندی اثر میدان را ارائه کرد؛ طرحی که از دو ورق باریک نیمه هادی (با جنس های مختلف) در آن استفاده شده بود که با سیلیکون در وسط، یک ساندویچ را تشکیل می دادند. ولی او نتوانست این طراحی را آن طور که محاسباتش نشان می داد به مرحله اجرا در آورد و از این رو، باردین و براتین تصمیم گرفتند طراحی ساده تری را بررسی کنند، طراحی اتصال نقطه ای.

آن دو اولین ترانزیستور اتصال نقطه ای را با استفاده از وصل کردن دو عدد اتصال از جنس طلا که دارای یک نقطه مشترک با قطعه ای ژرمانیوم نصب شده بر روی پایه ای آهنی بود، ساختند. ورقه های طلا با استفاده از یک قطعه پلاستیک V مانند از هم جدا شده بودند. سر انجام با این طراحی، ترانزیستور کار کرد و آنها توانستند با وصل کردن آن به یک تشدید کننده جریان، سیگنال های صوتی را تقویت کنند. این دستاورد موجب خوشنودی فراوان رئسای آنها شد.

در سال 1948 آقای شاکلی طراحی جایگزین که ترانزیستور پیوندی دوقطبی بود را به مرحله اجرا در آورد که پس از بررسی، به عنوان یک طراحی فشرده تر با قابلیت تولید آسان، تأیید شد و تا دهه 1960 که زمان فراگیر شدن استفاده از نیمه رساناهای اکسید فلز یا ماسفت ها (اختراع جان آتالا و داون کانگ) رسید، تولید انبوه آن ادامه یافت. یکی از اولین کمپانی هایی که لیسانس این طراحی را خریداری کرد، کمپانی آن زمان نو پا و کوچک سونی بود. 2 سال بعد از آغاز تولید انبوه در سال 1952، شاکلی ژرمانیوم را با سیلیکون جایگزین نمود.

اما شاید جالب ترین مطلب در باره داستان ترانزیستورها این باشد که مخترع اصلی آنها، هیچ یک از سه دانشمند یاد شده که به خاطر تحقیقاتشان بر روی نیمه رساناها و اثر ترانزیستور برنده جایزه نوبل نیز شدند، نیستند. سال ها قبل از تحقیقات این سه، دانشمند آلمانی آقای جولیوس ادگار لیلینفیلد سه حق اختراع را در این رابطه در امریکا به ثبت رسانده بود که مفاهیم اصلی ترانزیستور اثر میدان را در خود داشتند. چند سال بعد، دانشمند آلمانی دیگر آقای اسکار هیل حق اختراع طراحی خود برای ترانزیستور اثر میدان را در بریتانیا ثبت کرد. گفته می شود ویلیام شاکلی از تحقیقات لیلینفیلد مطلع بود و نمونه ای از دستگاه او را هم ساخت ولی با این حال، در مقالات آقای شاکلی ارجاعی به تحقیقات لیلینفیلد دیده نمی شود و مشخص نیست که این قضیه حقیقت دارد یا خیر.