Читаем без скачивания Приключения радиолуча - Валерий Родиков

Да и хрупки из-за точечных контактов были первые транзисторы. Они так и назывались точечными. Область контакта между двумя веществами  (или, иначе, область электронно-дырочного перехода) была очень мала: только в местах соприкосновения с полупроводником двух заточенных металлических проволочек (почти так же, как в кристаллических диодах). Такие контакты были нестабильны. Эра плоскостных транзисторов, которая продолжается и сегодня, наступила позднее — с начала 1950-х годов, когда научились выращивать монокристаллы полупроводников промышленным способом. Несовершенны и дороги были первые транзисторы. Их параметры сильно разнились от экземпляра к экземпляру.

Была еще одна причина, по которой американская промышленность встретила новый электронный прибор с прохладцей. Многие инженеры выросли в век радиоламп и потому отрицательно отнеслись к только что появившемуся транзистору. Было ясно, что речь идет не о простой замене радиоламп транзисторами. У новых приборов были другие напряжения питания, мощностные характеристики и даже принцип работы. (Его мы уже знаем — усиление по току.) Все это заставляло переучиваться, по-иному подходить к разработке схем. Но инженеры старой школы не хотели перестраиваться.

Чтобы привлечь внимание к транзистору, фирма «Белл» стала его усиленно рекламировать, устраивать семинары, предоставлять лицензии на него всем желающим. Она отказалась от всех лицензионных пошлин с транзисторов, используемых в слуховых аппаратах. Это была дань памяти Грэхему Беллу, который заботился о глухих.

Именно разработчики слуховых аппаратов оказались наиболее восприимчивыми к новому. Они сразу же ухватились за транзистор, несмотря на его дороговизну. (В начале 50-х годов транзистор стоил 15 долларов.) Еще задолго до появления транзистора производители слуховых аппаратов добились успеха в миниатюризации электронной аппаратуры. В общем, «новичок» пришелся им как нельзя кстати.

Первый транзисторный слуховой аппарат вышел в 1953 году. В нем было использовано пять транзисторов. Правда, потребовалась помощь двух миниатюрных ламп для входного и оконечного каскадов, поскольку сами полупроводники еще служили источником добавочного шума и их усиления было недостаточно.

Без «раскачки» отреагировали на новый прибор и военные. Они были заинтересованы в снижении веса и габаритов радиоэлектронной аппаратуры, а дороговизна их не смущала (деньги ведь не свои, а налогоплательщиков.)

Вот один из многочисленных примеров, какую выгоду дало бы использование транзисторов в военное деле. В конце войны США имели самолет-бомбардировщик В-29, прозванный «летающей сверхкрепостью». Он развивал скорость 600 километров в час и имел полетную массу около 54 тонн. Электронное оборудование самолета весило одну тонну. Применение транзисторов позволило бы уменьшить его вес в 10 раз, в результате чего полетная масса убыла на 4,5 тонны. То есть каждый лишний килограмм оборудования увеличивает полетную массу самолета примерно на пять килограммов. Такая «плата» в пятикратном размере объясняется необходимостью дополнительного запаса, горючего, усилением конструкции. А полетная масса — это и скорость, и маневренность, и потолок самолета.

Для ракет выигрыш еще ощутимее. Для них каждый лишний килограмм оборудования повышает массу ракеты на 40—50 килограммов. А если учесть, что стоимость электроники для современных ракет составляет около 70 процентов от стоимости ракеты, то нетрудно догадаться, что значат полупроводниковые приборы для ракетного дела.

Помимо военных новый прибор ждали и разработчики электронных вычислительных машин. Вспомним первые ЭВМ. Они покажутся сейчас мастодонтами.

В феврале 1945 года вступила в строй американская ЭВМ «Эниак-15». Ее первым практическим применением были расчеты для сверхсекретного проекта атомной бомбы. Задачи подготовил известный математик фон Нейман. Компьютер содержал 18 тысяч радиоламп. Занимала машина помещение в 135 квадратных метров, весила 30 тонн и потребляла 135 киловатт. Операция сложения длилась 0,2 миллисекунды, а умножения — 2,8 миллисекунды. (У современных быстродействующих машин — миллионные и даже миллиардные доли секунды.)

По существу, такую ЭВМ можно было уподобить огромному нагревательному прибору. Представьте себе помещение, где на каждом квадратном метре стоит по электрокамину мощностью чуть более одного киловатта. Охлаждать ЭВМ было весьма непросто. Но главная проблема заключалась в малой надежности. Электронные лампы имели срок службы около 500—1000 часов. За это время выходило из строя не менее двух процентов ламп. Через несколько часов работы надо было искать вышедшую из строя лампу, заменять ее и проверять работу машины с помощью тестов. А ведь для решения сложных задач требовалось ЭВМ с числом ламп, измеряемых не десятками, а сотнями тысяч.

Наиболее уязвимое место у ламп — нить накала и катод. Как и у осветительной лампы, нить накала с течением времени перегорает, а катод, подогреваемый теплом нити, теряет способность испускать электроны, или, как говорят, теряет эмиссию. У транзистора нет ни нити накала, ни подогревного катода, и потому нет и этих трудностей. Срок службы современного транзистора сравним с долговечностью обычного сопротивления. Сегодня же ЭВМ такого класса, как «Эниак-15», можно спокойно уместить в чемоданчике.

Первым полупроводниковым материалом для транзисторов был германий. Но как оказалось, германиевые транзисторы имели много недостатков, главный из которых — нестабильность. Никакие защитные покрытия не могли уберечь их на долгое время от контакта с внешней средой — пылью, влагой… По истечении некоторого времени параметры транзистора начинали «дрейфовать», работа электронных схем зачастую нарушалась. Плохо «вели» себя германиевые транзисторы и при повышенной температуре — тоже «дрейфовали».

В 1954 году появился первый транзистор из кремния — самого распространенного на Земле твердого вещества. Кремний — термостабилен, и что еще немаловажно — образует на поверхности пленку окисла, которая помогает надежно защитить электронно-дырочные переходы от внешних воздействий. Начался период кремниевых полупроводников, продолжающийся и в наши дни.

Еще в 1952 году на ежегодной конференции по электронным компонентам, проходившей в Вашингтоне, сотрудник Британского королевского радиолокационного управления Даммер в своем докладе произнес такие пророческие слова: «С появлением транзистора и работ в области полупроводниковой техники вообще можно себе представить электронное оборудование в виде твердого блока, не содержащего соединительных проводов. Блок может состоять из слоев изолирующих, проводящих, выпрямляющих и усиливающих материалов, в которых определенные участки вырезаны таким образом, что они могли непосредственно выполнять электрические функции».

Предсказание начало сбываться уже в конце 50-х — начале 60-х годов: появились интегральные микросхемы, которым стало суждено произвести переворот в радиоэлектронике, подобно тому, как это раньше сделал транзистор.

Главную роль в перевороте сыграла планарная технология (термин «планарный» образован от английского слова «планар» — плоский). Она дала возможность перейти от изготовления каждого прибора в отдельности к изготовлению на едином полупроводниковом образце, или, как говорят, кристалле, одновременно многих тысяч транзисторов.

Что же такое интегральная схема? Это какая-либо, чаще всего типовая, электронная схема, выполненная на едином кристалле. Например, берут кристалл кремния. В поверхностном его слое с помощью методов полупроводниковой технологии (очень изощренные по точности исполнения методы) формируют элементы электрической схемы, как то: диоды, транзисторы, сопротивления (или, иначе, резисторы), емкости, индуктивности и соединения между ними. Вот вам и полупроводниковая интегральная микросхема, или, как ее иногда называют за рубежом, «чип». (В переводе с английского «чип» — не то «ломтик», не то «дешевка».)

Интересно, что интегральные микросхемы так же, как и в свое время транзисторы, встретили скептически. Критические замечания в основном были по делу. Например, нужный прибор можно было составлять только из имеющихся в наличии готовых «кирпичиков», то бишь микросхем. А это зачастую лишало возможности оптимально построить электрическую схему прибора. Здесь напрашивается аналогия с индивидуальным пошивом в ателье. Можно костюм подогнать по фигуре, не то что в магазине — бери, что предложат.

Кроме того был при производстве микросхем большой процент брака. И еще — однажды созданную схему почти невозможно изменить. Многие недостатки потом устранили, а на другие на фоне огромных возможностей, которые сулила интегральная технология, можно было не обращать внимания.