Počítače a internet

Článků v rubrice: 74

Geniální vynález přišel na svět náhodou

Podle nedávného výroku Billa Gatese připadá na hlavu každého obyvatele průmyslově vyspělých států několik miliard tranzistorů umístěných na čipech mobilů, televizorů, počítačů a digitální techniky. Zrodily se v Bellových laboratořích v New Jersey. „Zesiluje nejméně osmnáctkrát!“ zní poznámka v pracovním sešitu doktora Williama Shockleye (1910-1989) o historickém pokusu uskutečněném 21. prosince 1947 s polovodičovou destičkou z germania, na kterou pružina přitlačovala pozlacený hrot.

Fotogalerie (8)
Miliony tranzistorů menší než tečky na křemíkovém waferu jsou přesně rozmístěny a propojeny při hromadné výrobě na plátcích a prozradí je jen robotická kontrola (fotoarchiv autora)

Tehdy osmatřicetiletý Londýňan spolu s dr. Johnem Bardeenem (1908-1991) a Walterem Brattainem (1902-1987) studovali v Bellových laboratořích v New Jersey tzv. povrchové jevy v pevných látkách a polovodičích. Poznámka zpracovního sešitucharakterizuje okamžik zdařilého pokusu, kdy vědci měřením zjistili, že plátek krystalového germania dokáže prakticky totéž, co zesilovací elektronka: na slabý elektrický signál na přívodu odpoví silnějším výkonem na výstupu! Podle laboratorního deníku tuto strukturu s číslem 38139-7 o týden později zabudovali do zesilovače zvuku namísto zesilovací radiolampy. Na vánočním večírku pak bavili kolegy reprodukcí koled z elektrického gramofonu. Zesilovací jev vylepšovali a koncem června 1948 představili světu vynález polovodičového zesilovače, kterému z anglických výrazů pro řízenou změnu (transfer) a odpor (rezistor) dali název tranzistor. Šlo o jednoduchou součástku: na germaniovou bázi byly namířeny dva wolframové hroty.

Zájem vědců i veřejnosti rozpoutal teprve první „tranzistorák“

Dr. Shockley, který se zabýval teorií „tranzistorového“ jevu, dospěl k poznatku, že výhodnější než hrotové tranzistory budou struktury se dvěma přechody v tenkém monokrystalu. Tým se pak pustil do vývoje tzv. planárních tranzistorů složených ze tří vrstev s děrovou nebo elektronovou vodivostí ve složení buď PNP nebo NPN. Prostřední vrstva tvoří tenoučkou bázi, k níž z jedné strany přiléhá emitor, z opačné kolektor. Odezva na světovou premiéru „krystalových elektronek“, jak se tranzistorům zpočátku říkalo, byla minimální. K převratu došlo až v okamžiku, kdy při neustálém zlepšování technologie výroby roku 1953 nahradil germanium křemík, jehož velmi jemné destičky se daly mikroskopicky přesně odřezávat z vypěstovaných monokrystalických ingotů. Rodina planárních tranzistorů (s elektrodami pojmenovanými kolektor (drain), báze (base) a emitor (source) se rychle rozrůstala podle způsobu výrobní technologie – difúzní, slitinové, epitaxní, a podle použitých materiálů, kdy ke germaniu a křemíku přibyl ještě arsenid galia.

Rádio do kapsy chtěl snad každý

Zájem o tranzistory bouřlivě narostl šest let po jejich objevu, a to doslova přes noc – na americký trh přišel první kapesní celotranzistorový radiopřijímač „Regency“. Nosit rádio u sebe se stalo okamžitou módou. Firma SONY odkoupila patent a rozběhla hromadnou výrobu domácí elektroniky osazené tranzistory řízenými elektrickým polem na tištěných spojích. U nás jsme je v té době kupovali po 50 Kč za kus v sáčcích a na módních „tišťácích“ se tak rodily v laboratořích i kutilsky rok od roku „chytřejší“ elektronické obvody. Když Tesla-Rožnov o Vánocích 1958 rozbíhala výrobu prvního našeho tranzistoráčku, stály se na ně tehdy fronty. Celosvětová výroba tranzistorů o velikosti špendlíkové hlavičky i stále menších tranzistorů na tištěných obvodech (a poté i na čipech a mikroprocesorech v roli zesilovačů i superrychlých přepínačů ve sdělovací, regulační a výpočetní technice) umožnila nástup digitalizace.

Tranzistorový boom nekončí

Dnes už můžeme tranzistory na plátcích čipů a mikroprocesorů rozeznat jen pod mikroskopem jako reliéfový rastr lámající světlo na barevné pruhy. Pro udržení tempa inovací a urychlení přepínání bylo nezbytné tranzistory stále zmenšovat a zejména ztenčovat jejich dielektrickou vrstvičku v roli hradla (gate). Ta měřila před patnácti lety okolo 250 nanometrů. Na přelomu století nejrozšířenější vyráběné mikroprocesory Pentium-4 nesly na destičce velikosti poštovní známky ekvivalent okolo 42 milionů tranzistorů, a spínací rychlost obvodů poprvé přesáhla miliardu operací (1,4 GHz) za sekundu. Při oslavách 60letého výročí objevu tranzistorů se Intel pochlubil čipem Itanium®, který měl na stejné plošce už ekvivalent 592 milionů tranzistorů, a Intel zahájil výrobu čipů s 45 nanometrovou technologií (tj. s hradlem o tloušťce jen 45 nm (1 nm = miliardtina metru). Rychlost spínání vzrostla, spotřeba energie a tím i problémy s chlazením tranzistorových struktur se výrazně zmenšovaly.

Nástup trojrozměrných tranzistorů

K 65 „narozeninám“ tranzistoru přišel vloni Intel s revoluční trojrozměrnou technologií „Tri-Gate“, která s hradlem o velikosti 22 nm od základu mění jeho architekturu. Řízení proudu se zrychlilo a zpřesnilo hradlem ze tří pozic (tzv. bran). Notebooky, tablety, servery a brzo i mobily používající 3D tranzistory na čipech značky Tri-Gate právě přicházejí i na náš trh.

Ve srovnání s prvními mikroprocesory před 40 lety spínají jejich tranzistory díky 22 nm technologii stomiliardkrát za sekundu, spotřebovávají 5 000x méně energie a propočtem výrobní cena každého z nich klesla přibližně 50 000krát. Jen čtyři továrny Intelu v USA každou sekundu „tisknou“ 5 miliard tranzistorů!

Pozn. red.: Podrobnější informace o vynálezu tranzistorů, čipů a procesorů a stovce největších vynálezů 20. století najdete v knize autora tohoto článku J. Tůmy a F. Houdka „Objevy a vynálezy tisíciletí“, Nakladatelství Lidových novin, 2002.

Jan Tůma
Poslat odkaz na článek

Opište prosím text z obrázku

Nejnovější články

Řízení rizik projektu ITER

Klasickým přístupem k řízení projektů je rozdělení rizik do tří samostatných kategorií. První zahrnuje známá rizika, druhá neznámá rizika a třetí nepoznatelná rizika, často označovaná jako „neznámá neznámá“. Tento přístup klasifikace rizik se používá ve většině velkých projektů.

Tonery do tiskáren mohou obsahovat karcinogeny

Každý rok se v českých domácnostech a firmách spotřebují miliony tonerových kazet do laserových tiskáren. Především kvůli nízké ceně dávají lidé přednost takzvaným kompatibilním tonerům do laserových tiskáren od neznámých výrobců.

Zapojte se do projektu Česká věda do Malého Tibetu – čas máte do konce ledna

Dopřát dětem ze školy Spring Dales Public School v tibetské vesnici Mulbekh, aby se učily pravidelně také vědy, to bylo cílem projektu Česká věda do Malého Tibetu. V létě bude dokončena nová budova s třídami-laboratořemi pro výuku fyziky, chemie, biologie a informačních technologií.

Arktida v plamenech

Obrovské přírodní požáry letos pustošily Arktidu - velké oblasti severského lesa od Sibiře, přes Aljašku a severní Kanadu, až po Grónsko a Skandinávii. Uvolnily v roce 2019 více CO2 než v kterýkoliv jiný rok v posledních dvaceti letech, kdy bylo zahájeno jejich satelitní sledování.

Ochrana před civilními drony

Drony všeho druhu jsou čím dál populárnější, až to leckde začalo vadit. Někde mohou být drony opravdu nebezpečné – například na letištích – jinde mohou nezvaně nahlížet svými kamerkami do soukromí lidí třeba opalujících se na balkonech v rouše Evině či Adamově.

Nejnovější video

Bez jaderné energie se ve vesmíru daleko nedostaneme

Krátké výstižné video z dílny Mezinárodní agentury pro atomovou energii ve Vídni ukazuje využití jaderné energie a jaderných technologií při výzkumu vesmíru. Ne každý ví, že jádro pohání vesmírné sondy už po desetiletí. Zopakujme si to. (Film je v angličtině.)

close
detail