Počítače a internet

Článků v rubrice: 75

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

Vložení kryostatu do tokamakové jámy

Vypadá to jako scéna ze Spielbergových „Blízkých setkání třetího druhu“. Základna kryostatu ve tvaru polévkového talíře se pomalu zvedá z nosného rámu.

Energosádrovec

Na příčky, podhledy, římsy pro osvětlení, jako zvuková izolace, nebo podklad pro plovoucí podlahu – sádrokartonové desky slouží ve stavebnictví už přes sto let.

Může americium nahradit plutonium v kosmických misích?

O tom, že kosmické mise (satelity, měsíční a marsovská vozítka, sondy letící na hranice Sluneční soustavy a dál) pohání jaderné a radionuklidové zdroje, jsme psali již několikrát.

Zátěžový test dobíječek elektromobilů

Premiérový český test souběžného dobíjení šesti elektromobilů na třech stanicích a současně málo vídané doplňování baterií 12 e-aut jedné značky v místě a čase.

Oblíbená Soutěž „Vím proč“ startuje pošesté

Na tři minuty se stát Newtonem, Einsteinem nebo Curie-Sklodowskou, natočit zajímavý fyzikální pokus a vyhrát 200 000 korun pro svou školu.

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