Транзистор с точечным контактом был первым типом транзистора , который был успешно продемонстрирован. Он был разработан исследователями Джоном Бардином и Уолтером Браттейном в Bell Laboratories в декабре 1947 года. [1] [2] Они работали в группе под руководством физика Уильяма Шокли . Группа работала вместе над экспериментами и теориями эффектов электрического поля в твердотельных материалах с целью замены вакуумных ламп меньшим устройством, потребляющим меньше энергии.
Критический эксперимент, проведенный 16 декабря 1947 года, состоял из блока германия , полупроводника , с двумя очень близко расположенными золотыми контактами, удерживаемыми пружиной. Браттейн прикрепил небольшую полоску золотой фольги к вершине пластикового треугольника — конфигурация, которая по сути является точечным диодом . Затем он осторожно разрезал золото на вершине треугольника. Это дало два электрически изолированных золотых контакта, очень близко друг к другу.
В куске германия использовался поверхностный слой с избытком электронов . Когда электрический сигнал проходил через золотую фольгу, он инжектировал электронные дырки (точки, в которых не хватало электронов). Это создавало тонкий слой с недостатком электронов.
Небольшой положительный ток, приложенный к одному из двух контактов, оказывал влияние на ток, который протекал между другим контактом и основанием, на котором был установлен блок германия. Фактически, небольшое изменение тока первого контакта вызывало большее изменение тока второго контакта; таким образом, это был усилитель . Входной терминал слабого тока в транзистор с точечным контактом является эмиттером, в то время как выходные терминалы сильного тока являются базой и коллектором. Это отличается от более позднего типа биполярного транзистора, изобретенного в 1951 году, который работает так же, как и транзисторы до сих пор, с входным терминалом слабого тока в качестве базы и двумя выходными терминалами сильного тока в качестве эмиттера и коллектора.
Транзистор с точечным контактом был коммерциализирован и продан Western Electric и другими, но в конечном итоге был заменен биполярным транзистором, который было проще в производстве и более прочным. Транзистор с точечным контактом все еще оставался в производстве примерно до 1966 года [ необходима цитата ] , к тому времени кремниевый планарный транзистор уже доминировал на рынке.
Хотя точечные транзисторы обычно работали нормально, когда металлические контакты просто располагались близко друг к другу на германиевом базовом кристалле, было желательно получить как можно более высокий коэффициент усиления по току α.
Чтобы получить более высокий коэффициент усиления тока α в точечно-контактном транзисторе, короткий импульс высокого тока использовался для изменения свойств точки контакта коллектора, метод, называемый «электрической формовкой». Обычно это делалось путем зарядки конденсатора определенного значения до определенного напряжения, а затем разрядки его между коллектором и базовыми электродами. Формовка имела значительную частоту отказов, поэтому многие коммерческие инкапсулированные транзисторы пришлось выбросить. Хотя эффекты формовки были поняты эмпирически, точную физику процесса так и не удалось адекватно изучить, и поэтому не было разработано четкой теории, чтобы объяснить ее или дать рекомендации по ее улучшению.
В отличие от более поздних полупроводниковых приборов, любитель мог изготовить точечный транзистор, взяв за основу германиевый точечный диод в качестве источника материала (даже перегоревший диод можно было использовать; а транзистор можно было переделать в случае повреждения, при необходимости несколько раз) [3] .
Некоторые характеристики точечно-контактных транзисторов отличаются от более поздних транзисторов с плоскими переходами: