트랜지스터의 75년, 반도체는 어떻게 세상을 바꿨나 (4) "샌드위치 원리 바이폴라 트랜지스"
- 기술 / 문광주 기자 / 2022-12-21 10:20:24
2'40" 읽기
- 1947년 새해 전날, 시카고의 호텔 방에서 Shockley는 트랜지스터의 첫 번째 버전 설계
- 플랫 바이폴라 트랜지스터는 팁 트랜지스터보다 훨씬 더 큰 증폭 효과 달성하고 더 견고
- 1948년 6월 30일, Shockley는 기자 회견에서 자신의 트랜지스터를 대중에게 공개
- Shockley는 바이폴라 트랜지스터로 Bardeen, Brattain과 1956년 노벨 물리학상 수상
쇼클리의 특별한 방법
이것은 불과 6개월 후에 뉴저지의 Bell Labs에서 만든 트랜지스터인 평면 바이폴라 트랜지스터(바이폴라 접합 트랜지스터, BJT)로 바뀌었다. 그것은 1945년에 이미 최초의 전계 효과 트랜지스터로 실험했지만 처음에는 실패한 윌리엄 쇼클리(William Shockley)에 의해 개발되었다. Brattain과 Bardeen이 최고급 트랜지스터를 발표했을 때 Shockley는 처음에 제외됐다. 그는 개발에 직접 관여하지 않았으며 첫 번째 트랜지스터 특허의 공동 발명자로 지명되지 않았다.
"내가 발명가 중 한 명이 아니라는 사실 때문에 우리 워킹 그룹의 성공에 대한 열정이 약해졌다"고 그는 나중에 회상하며 말했다. "당시 8년 동안 계속해 온 나 자신의 노력이 의미 있는 발명으로 이어지지 못한 것에 좌절했다."
이미 몇 달 전에 Shockley는 반도체의 pn 접합 물리학을 더 자세히 연구했다. 이 과정은 서로 다르게 도핑된 두 반도체 영역 사이의 경계에서 발생한다. 물리학자는 작은 표면적을 넘어 그러한 구성 요소에서 전하 수송을 확장하는 방법을 찾고 있었다. 1947년 새해 전날, 시카고의 한 호텔 방에서 Shockley는 바로 그렇게 할 수 있도록 설계된 트랜지스터의 첫 번째 버전을 구성했다.
쌓인 층(layer)
근본적으로 새로운 점은 물리학자가 샌드위치를 형성하는 방식으로 세 개의 게르마늄층을 결합했다는 것이다. 두 개의 p 도핑된 층이 얇은 n 층을 둘러싸거나 그 반대의 경우도 마찬가지다. 이러한 접합 트랜지스터의 얇은 중간층에 전압을 가하면 반도체의 np 접합에서 장벽이 낮아진다. 결과적으로 전자는 이제 한 n 영역에서 다른 n 영역으로 방해받지 않고 흐를 수 있으며 p 레이어의 양전하 정공은 반대 방향으로 이동한다.
이러한 기능적 원리로 인해 플랫 바이폴라 트랜지스터는 팁 트랜지스터보다 훨씬 더 큰 증폭 효과를 달성하고 훨씬 더 견고하다. 1948년 6월 30일, Shockley는 기자 회견에서 자신의 트랜지스터를 대중에게 공개했으며 며칠 전 Bell Labs는 이에 대한 특허를 신청했다.
돌파구를 가져오다
바이폴라 트랜지스터는 최초의 작동 트랜지스터는 아니었지만 반도체 기술의 돌파구를 가져왔고 현대 전자 장치의 길을 열었다. 새로운 결정 성장 방법 덕분에 쉽게 표준화할 수 있는 견고한 구성 요소는 빠른 전환 또는 높은 증폭이 필요한 모든 곳에 곧 설치되었다. Shockley는 바이폴라 트랜지스터로 Bardeen 및 Brattain과 함께 1956년 노벨 물리학상을 받았다.
세 명의 물리학자는 함께 기술을 영원히 변화시킬 혁신의 급증을 시작했다. "트랜지스터의 발견은 지적 및 상업적으로 우리가 생활하고 일하는 방식에 막대한 영향을 미쳤다. 결국 그들은 전자공학과 컴퓨터 기술의 소형화를 가능하게 만들었다. 그러나 컴퓨터 시대의 시작에는 여전히 한 가지 중요한 단계가 빠져 있었다. (계속)
- 1947년 새해 전날, 시카고의 호텔 방에서 Shockley는 트랜지스터의 첫 번째 버전 설계
- 플랫 바이폴라 트랜지스터는 팁 트랜지스터보다 훨씬 더 큰 증폭 효과 달성하고 더 견고
- 1948년 6월 30일, Shockley는 기자 회견에서 자신의 트랜지스터를 대중에게 공개
- Shockley는 바이폴라 트랜지스터로 Bardeen, Brattain과 1956년 노벨 물리학상 수상
샌드위치 원리: 윌리엄 쇼클리와 바이폴라 트랜지스터
William Shockley & Bipolar Transistor
1947년 말 두 명의 미국 물리학자 존 바딘(John Bardeen)과 월터 브래튼(Walter Brattain)이 발명한 팁 트랜지스터는 중요한 돌파구였다. 그러나 그것은 전자공학의 일꾼이자 최초의 컴퓨터 기반으로서는 아직 적합하지 않았다. 얇은 "점 접촉" 전극은 상대적으로 깨지기 쉽기 때문이다. 또한 이 트랜지스터의 결정적인 전하 캐리어는 전체 공간을 사용하지 않고 반도체 표면의 작은 영역에서만 흐르기 때문에 증폭기 효과가 제한됐다.
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| ▲ 1948년 John Bardeen, William Shockley 그리고 Walter Brattain. 그들은 함께 현재 "트랜지스터의 아버지"로 알려져 있다. © AT&T/historosch |
쇼클리의 특별한 방법
이것은 불과 6개월 후에 뉴저지의 Bell Labs에서 만든 트랜지스터인 평면 바이폴라 트랜지스터(바이폴라 접합 트랜지스터, BJT)로 바뀌었다. 그것은 1945년에 이미 최초의 전계 효과 트랜지스터로 실험했지만 처음에는 실패한 윌리엄 쇼클리(William Shockley)에 의해 개발되었다. Brattain과 Bardeen이 최고급 트랜지스터를 발표했을 때 Shockley는 처음에 제외됐다. 그는 개발에 직접 관여하지 않았으며 첫 번째 트랜지스터 특허의 공동 발명자로 지명되지 않았다.
"내가 발명가 중 한 명이 아니라는 사실 때문에 우리 워킹 그룹의 성공에 대한 열정이 약해졌다"고 그는 나중에 회상하며 말했다. "당시 8년 동안 계속해 온 나 자신의 노력이 의미 있는 발명으로 이어지지 못한 것에 좌절했다."
이미 몇 달 전에 Shockley는 반도체의 pn 접합 물리학을 더 자세히 연구했다. 이 과정은 서로 다르게 도핑된 두 반도체 영역 사이의 경계에서 발생한다. 물리학자는 작은 표면적을 넘어 그러한 구성 요소에서 전하 수송을 확장하는 방법을 찾고 있었다. 1947년 새해 전날, 시카고의 한 호텔 방에서 Shockley는 바로 그렇게 할 수 있도록 설계된 트랜지스터의 첫 번째 버전을 구성했다.
쌓인 층(layer)
근본적으로 새로운 점은 물리학자가 샌드위치를 형성하는 방식으로 세 개의 게르마늄층을 결합했다는 것이다. 두 개의 p 도핑된 층이 얇은 n 층을 둘러싸거나 그 반대의 경우도 마찬가지다. 이러한 접합 트랜지스터의 얇은 중간층에 전압을 가하면 반도체의 np 접합에서 장벽이 낮아진다. 결과적으로 전자는 이제 한 n 영역에서 다른 n 영역으로 방해받지 않고 흐를 수 있으며 p 레이어의 양전하 정공은 반대 방향으로 이동한다.
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| ▲ 바이폴라 트랜지스터의 기능 원리: 초기 상태에서 두 개의 np 전이가 장벽으로 작용한다. 베이스에 전압을 가하면 장벽이 낮아지고 전자는 에미터에서 컬렉터로 흐르고 양전하를 띤 "정공"은 베이스에서 에미터로 흐른다. © Inductiveload/ 퍼블릭 도메인 |
이러한 기능적 원리로 인해 플랫 바이폴라 트랜지스터는 팁 트랜지스터보다 훨씬 더 큰 증폭 효과를 달성하고 훨씬 더 견고하다. 1948년 6월 30일, Shockley는 기자 회견에서 자신의 트랜지스터를 대중에게 공개했으며 며칠 전 Bell Labs는 이에 대한 특허를 신청했다.
돌파구를 가져오다
바이폴라 트랜지스터는 최초의 작동 트랜지스터는 아니었지만 반도체 기술의 돌파구를 가져왔고 현대 전자 장치의 길을 열었다. 새로운 결정 성장 방법 덕분에 쉽게 표준화할 수 있는 견고한 구성 요소는 빠른 전환 또는 높은 증폭이 필요한 모든 곳에 곧 설치되었다. Shockley는 바이폴라 트랜지스터로 Bardeen 및 Brattain과 함께 1956년 노벨 물리학상을 받았다.
세 명의 물리학자는 함께 기술을 영원히 변화시킬 혁신의 급증을 시작했다. "트랜지스터의 발견은 지적 및 상업적으로 우리가 생활하고 일하는 방식에 막대한 영향을 미쳤다. 결국 그들은 전자공학과 컴퓨터 기술의 소형화를 가능하게 만들었다. 그러나 컴퓨터 시대의 시작에는 여전히 한 가지 중요한 단계가 빠져 있었다. (계속)
[더사이언스플러스=문광주 기자]
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