私の最近の @CHM ブログ “Who invented the diode?” を読んでのことです。 CHM のシニア キュレーターである Dag Spicer が、興味深い学術論文 “Singletons and Multiples in Scientific Discovery” を紹介してくれました。 科学的現象における複数の独立した発見が、例外ではなく、いかに普通であるかということを述べている。
マートンはまた、ベーコンの「いったん正しい道をたどれば、無限の発見が知識の蓄積から生まれる」という観察を言い換えています。 このパターンは、ダイオードの歴史において容易に明らかになりました。
前世紀の初め、科学者たちは、鋭い金属のプローブを半導体結晶に接触させることにより、2 端子ダイオードを作る方法を知っていました。 この点接触型ダイオードは、振動する信号を安定した信号に変えることができ、水晶ラジオ受信機の検出器として広く使用されるようになりました。
初期の半導体増幅器
Oleg V. Losev (1903 – 1942)
半導体アンプに関する初期の研究のいくつかは、東ヨーロッパで生まれました。 1922 ～ 23 年、レニングラードのニジェゴロド無線研究所のロシア人エンジニア、オレグ・ロセフは、点接触型亜鉛鉱石（ZnO）結晶ダイオードの特別な動作モードが 5 MHz までの信号増幅をサポートすることを発見しました。 ロセフは、この材料を使ったラジオ回路の実験を何年も続けたが、1942年のレニングラード包囲戦で亡くなり、歴史に名を残すような活躍をすることはできなかった。
オーストリアの物理学者、ユリウス・E・リリエンフェルドはアメリカに渡り、1926年に「電流を制御する方法と装置」の特許を申請し、硫化銅半導体材料を使った3電極の増幅装置を説明しました。 リリエンフェルドは、電解コンデンサを発明したとされているが、実際に増幅器を作ったという証拠はない。
Julius E. Lilienfeld (1882 -1963), Courtesy of AIP Emilio Segre Visual Archives
ドイツの科学者もこの初期の研究に対して貢献しています。 1934 年にイギリスのケンブリッジ大学に勤務していたドイツの電気技師で発明家のオスカー・ハイルは、電極での容量結合を介して半導体の電流の流れを制御する特許を申請しました (基本的には電界効果トランジスタです)。 1938年、ロバート・ポールとルドルフ・ヒルシュは、ゲッティンゲン大学で3つの電極を持つ臭化カリウム結晶の実験に成功した。 彼らは、低周波（約1Hz）の信号の増幅を報告した。
最初の トランジスタ
その低い信頼性と大きな電力消費により、1930 年代末には、アメリカン電話通信社のエンジニアは真空管回路では電話容量の増加に対する同社の急成長の需要を満たせないと知っていました。
戦時中にレーダー探知機用に開発された改良型半導体材料を使用し、1945 年初めにショックレーは、ハイルとリリエンフェルドが特許を取ったものと同様のコンセプトの電界効果アンプを実験しましたが、彼の意図通りに機能しませんでした。 そこで、物理学者のバーディーン（John Bardeen）が、半導体表面の電子が電界の侵入を妨げているのではないか、と提案した。 そこで、物理学者バーディーンは、ショックレーの指導の下、ブラッテン（Walter Brattain）と共に、この「表面状態」の挙動を研究し始めた。「
John Bardeen, William Shockley and Walter Brattain in 1948, Courtesy of Bell Telephone Laboratories
1947 年 12 月 16 日に研究は半導体アンプを成功に終わらせたのでした。 バーディーンとブラッテンは、高純度ゲルマニウムの小さなスラブの表面に、プラスチック製のくさびで固定された2つの金接点を密に配置したのである。
同年初め、ドイツの物理学者ハーバート・マタレと同僚のハインリッヒ・ウェルカーは、彼が「干渉」と呼ぶ現象を研究している間に、フランスのパリのウェスティングハウス研究所で、表面に接触する 2 点接触ゲルマニウムをベースにしたアンプを独自に作製しました。
トランジスタの改良
点接触構造には重大な限界があることを認識し、その発見に関与していないことに憤慨し、仕事上の嫉妬に駆り立てられ、ショックレーはより信頼でき再現性の高いデバイスを考案するために単独で作業しました。 1952年に発表されたショックレーのバイポーラ接合型トランジスタは、半導体材料の固まりで点接触がないため、その後30年間、業界を席巻することになった。
次の10年間で、より速く、より安く、より信頼性の高いトランジスタを製造するために、さまざまな製造方法が開発されました。 1954年の重要な進歩は、まずベル研究所のモリス・タネンバウムが、その後まもなく新興のテキサス・インスツルメンツの化学者ウィリス・アドコック率いるチームがシリコン・トランジスタを開発したことでした。
1954 年の Texas Instruments のシリコン
トランジスタ チーム。
カリフォルニア州シリコンバレーの新興企業、フェアチャイルドセミコンダクターの創業者たちは、より優れたシリコントランジスタを作ることを前提に会社をスタートさせました。 新技術の開発における彼らの日々の挑戦は、ゴードン・ムーアとシェルドン・ロバーツが書いたものを筆頭に、当館所蔵のフェアチャイルド特許ノートのいくつかに詳しく書かれています。 1958年に発表した二重拡散シリコンメサトランジスタは、宇宙開発競争の幕開けと同時に、商業的にも大成功を収めた。 しかし、ムーアの将来を危ぶんだ信頼性問題は、スイスの物理学者ジャン・ホエルニが開発した革新的なプレーナプロセスによって解決された。 ホエルニのプラナー工法は、トランジスタの製造を半手作業から大量自動生産に変えただけでなく、トランジスタの信頼性向上にも大きく貢献した。
MOSトランジスタ
Martin M. Atalla (1924-2009)は、MOSトランジスタを開発しました。 Atalla (1924 – 2009), Courtesy of the Atalla Family
リリエンフェルドとハイルのアイデアとショックレーの失敗した初期の実験が、1959年にようやく実を結びました。 (John) Atalla のもとで、ベル研究所で半導体表面の研究をしていた韓国の電気技師 Dawon Kahng は、金属 (M-ゲート)、酸化物 (O-絶縁体)、シリコン (S- 半導体) の層をサンドイッチした電界効果トランジスタ (FET) を初めて作り、成功させました。
Dawon Kahng (1931 – 1992), Courtesy NEC Corporation
Fairchild と RCA は1964年に商用 MOS トランジスタを発表しました。 しかし、MOSプロセスの初期の製造上の問題を解決するのにかかった10年の間に、個々のトランジスタはコンピューター・システムのICにほぼ取って代わられた。 長期的には、マイクロプロセッサやメモリなどの高密度ICを作るには、MOSトランジスタが最も現実的な方法であることが証明された。
ほとんどの技術開発と同様に、現代のトランジスタの創造は、一人の英雄的な「発明者」の孤独な努力からではなく、真に国際的なエンジニアや科学者のキャストが構築した「増大する知識のストック」から徐々に生まれるというベーコン流のパターンを踏襲しました。「
追加コンテンツ
- 「猫のひげ」検出器として半導体整流器の特許を取得
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