Страница в истории транзисторов: изобретательность в послевоенной Японии
Япония десятилетиями доминировала в производстве электроники, но это было не всегда так. Узнайте больше об истории японской электроники и о том, как инженеры помогли Японии стать juggernaut в электронной промышленности.
Запад развил много технологических достижений в области электроники, но Япония обладает невероятно богатой историей электроники. Японские инновации охватывают использование ведра воды для контроля роста кристаллов германия (подробнее об этом позже) вплоть до создания некоторых из самых знаковых потребительских продуктов в мире.
Устройство, которое дало начало современной жизни: точечный транзистор
Изобретение, которое изменило мир
После второй мировой войны производственный сектор Японии сильно пострадал и его нужно было тщательно контролировать. Экономика была разрушена, и финансирование технологических проектов было почти невозможно. Когда Bell Laboratories в Америке разработали точечный транзистор в 1947 году, японцы отчаянно нуждались в технологии.
Однако получение технических данных было затруднительным. Поэтому японские ученые и инженеры, вооруженные ручками и записными книжками, отправились в Америку, чтобы узнать все, что могли. Были сделаны зарисовки машин, отмечены записи о строительстве, и было зафиксировано все их взаимодействия с западными учеными.
Самым известным из них стал Кадзуо Ивама, который посетил американские транзисторные компании от имени Токийской телекоммуникационной инженерной корпорации, которая сейчас является корпорацией Sony. Заметки и наблюдения Ивама теперь известны в совокупности как отчет Ивама.
Первой задачей японских исследователей было экспериментировать с кристаллами германия, чтобы попытаться воссоздать явления усиления. Однако из-за молодости технологии и их ограниченных ресурсов исследователи даже не были уверены, как и почему устройства демонстрировали явления.
Один из способов репликации этого усиления был разработан Макото Кикучи, одним из основателей японских полупроводников. Он применил пару маленьких иглообразных проводов, чтобы коснуться куска германия.
Макото Кикучи, одна из движущих сил в японских полупроводниках. Изображение предоставлено музеем истории полупроводников Японии
Однако, как бы он ни старался, устройство не смогло усилить. Это было связано с тем, что кристалл германия был нечистым, а это означало, что исследователи должны были найти способ создания кристаллов из чистого чистого германия. Ответ заключался в процессе, называемом «очисткой зоны», который включает нагрев кусочка кристалла и затем его перемещение таким образом, что примеси текут к теплу, оставляя чистый кристалл позади в более прохладной области.
Разработка лучших кристаллов
Конечно, было серьезное препятствие для преодоления, когда дело доходило до очистки территории: технологии просто не было в Японии. Финансирование, необходимое для получения необходимого оборудования, было огромным, но это не остановило японских ученых. Объединив свои головы и проведя каждый бодрствующий час, они начали разрабатывать свои собственные машины и идеи.
Американские лаборатории использовали высокоточное оборудование для получения кристалла германия с очень низкой скоростью, что невозможно вручную. Вместо этого японцы использовали бамбуковый рычаг с поплавком в протекающем ведре, который со временем заставил рычаг подняться и вывести кристалл с нужной скоростью. Результат протечки ковша и некоторая изобретательность приводят к первым транзисторам с точечным контактом в Японии.
Другим методом получения качественных кристаллов был Чохральский процесс (1956). Тем не менее, необходимое оборудование также не было доступно японцам в то время, которое привело к проблемам с контролем температуры. Для правильного роста кристалла температуру необходимо тщательно контролировать до 0, 1 градуса Цельсия. Для американцев это было относительно легко, потому что у них было надлежащее финансирование и оборудование, но у японцев был доступ к аналоговым счетчикам, которые могли измеряться только в единицах 1 градуса.
Чтобы решить эту проблему, свет отразился от иглы и проецировался на стену. Любое небольшое изменение в игле приведет к более резкому изменению положения проецируемого света. Это значительно облегчило определение того, как меняется температура.
Кристальный рост с использованием Чохральского процесса (1956) с использованием оборудования, недоступного японцам в то время. Изображение первоначально опубликовано в журнале «Радио и телевидение»
Рождение уникального транзистора
Второй транзисторный тип (первый биполярный переходный транзистор), который стал центральным в полупроводниковой промышленности Японии, - это транзистор с расширенным соединением. Этот транзистор был получен путем добавления примесей к расплавленному полупроводниковому материалу во время стадии рисования с использованием процесса Чохральского.
Однако у вырожденных транзисторов были некоторые существенные недостатки, связанные с созданием базовой области. Сурьма использовалась для создания областей излучателя / коллектора выращенного транзистора, поскольку она является легирующей примесью N-типа. Когда используется сурьма, она вторгается в область Р-типа, эффективно разрушая ее.
Одно из решений заключалось в том, чтобы сделать область P более толстой, но это привело к появлению транзисторов с плохими характеристиками. Американцы считали, что выращиваемый транзистор никогда не будет использоваться для таких устройств, как транзисторные радиостанции, но японцы были полны решимости заставить его работать. Раствор состоял из сплава олова с фосфором при создании области с П-легированием, которая привела к устойчивой базовой области, которую сурьма не вторглась.
Взрослый транзистор. Изображение предоставлено Дэвидом Форбсом (CC BY-SA 3.0)
Из-за успеха производства массовое производство этих вырожденных транзисторов началось немедленно. Однако эти устройства полностью потерпели неудачу и привели к прекращению производства всей полупроводниковой линии Японии, которая также остановила производство радио. К счастью, японские исследователи признали, что проблема заключается в оловянном фосфорном сплаве. Вместо того, чтобы использовать олово, индий был легирован фосфором, и результатом была линия транзисторов с выращенным соединением, которые фантастически работали в радиоприложениях, имея выход более 90%.
Первое транзисторное радио Sony, использующее японские транзисторы, TR-55. Изображение предоставлено Sony
Источник: Рождение Транзистора: история видео в электронной промышленности Японии
Резюме
Это всего лишь несколько новаторских методов производства электроники, разработанных японцами. Именно этот диск и стремление к инновациям в области электроники делают Японию, возможно, столицей мира в области электроники.