В просторы космоса, в глубины атома [Пособие для учащихся]

Справедливость требует, чтобы, задумываясь об истории создания транзистора, мы первым вспоминали нижегородского радиоинженера Олега Лосева, который еще в 1926 г., примерно за 20 лет до появления транзисторов, построил первый полупроводниковый усилительный прибор — кристадин. Один из американских радиотехнических журналов писал о работе Олега Лосева: «…генерирующий кристалл, как его назвал Лосев, призван совершать все то, что в настоящее время совершается катодной лампочкой». К сожалению, работы О. Лосева не получили развития, физика еще не была готова к тому, чтобы понять процессы в полупроводниковом усилителе.

С точки зрения конструктора, основа транзистора — это только одна деталь — полупроводниковый кристалл. И лишь технолог знает, что в этом одном кристалле фактически есть три разные части: эмиттер, база и коллектор, или в так называемых полевых транзисторах — исток, затвор и сток. Части эти могут создаваться разными способами, которые, однако, дают один и тот же результат — в полупроводниковый кристалл вводятся примеси, и в нем появляются отдельные участки с различными электрическими свойствами. Например, появляются зоны с разной концентрацией свободных электрических зарядов — отрицательных (это зона n от слова negativus — отрицательный) и положительных (это зона р от слова positivus — положительный). Эти зоны фактически представляют собой детали полупроводникового прибора, детали, созданные в целом, в одном кристалле, без его разрушения, без разделения на части. Вот так выражение «изготовить электронный прибор» получило новое значение.

Виртуозная технология, которой постепенно вооружалась электронная промышленность, сегодня позволяет формировать в кристалле почти все виды элементов электронных схем — диоды, транзисторы, проводники, конденсаторы (две примыкающие друг к другу зоны n и р, если подать на них определенное напряжение, становятся обкладками конденсатора), резисторы (точно дозируя количество примесей и размеры той области, куда они вводятся, можно создавать резисторы с самым разным сопротивлением). Это и есть та вторая реальность, на основе которой выросла интегральная электроника.

Теперь о тех причинах, которые заставили переходить к интегральным схемам, вдохновили науку и промышленность на решение этой чрезвычайно сложной задачи. Причин немало, но большинство из них связано с тем, что в радиоэлектронике часто называют «тиранией количеств». В двадцатые годы, когда детекторный приемник считался шедевром радиотехники, наиболее сложные электронные схемы состояли из десятков, максимум сотен элементов. Но постепенно радиоэлектронная аппаратура усложнялась и число элементов в одном аппарате резко увеличивалось— в среднем в 10 раз каждые 10 лет. Особенно быстро стало расти число элементов с появлением вычислительных машин, и сегодня схемы больших ЭВМ содержат многие миллионы элементов.

Увеличение числа элементов, если они представлены в электронном приборе отдельными деталями, влечет за собой немало трагических последствий. Из-за ненадежности межэлементных соединений резко падает надежность всего прибора. Растет масса, оказывается, например, что грузоподъемности самолета просто может не хватить, чтобы поднять все необходимое ему современное электронное оборудование, собранное из дискретных элементов — электронных ламп, резисторов, конденсаторов. Растут размеры и потребляемая мощность, страшно усложняется конструкция аппаратуры. Одним словом, если, опустив подробности, посмотреть на конечный результат, то окажется, что «тирания количеств» — это непреодолимое препятствие на пути прогресса радиоэлектроники, а вместе с ней и на пути прогресса многих областей современной техники.

Преодолеть это препятствие или по крайней мере заметно его отодвинуть позволили интегральные схемы.

Интегральная схема, как говорит само название, — это нечто обобщенное, просуммированное. А конкретно — это многоэлементный электронный блок, выполненный в виде единого целого. В частности, в виде полупроводникового кристалла, где последовательными технологическими операциями созданы и соединены друг с другом различные элементы схемы.

На рисунке 3 цветной вклейки очень упрощенно показана часть такой схемы. В нее входят транзистор Т2, два резистора R1 и R2, конденсатор С и несколько соединительных линий.