트랜지스터의 75년, 반도체는 어떻게 세상을 바꿨나 (3) "최초의 기능성 트랜지스터"
- 기술 / 문광주 기자 / 2022-12-18 12:29:10
3'00" 읽기
- Brattain과 Bardeen은 다른 구성 원리로 1947년 12월 16일 TR모델의 첫 번째 테스트 수행
- 이 장치는 제어 가능한 스위치이자 증폭기 역할을 해 입력 신호를 1천 배 증폭
- 1947년 12월 23일, 두 물리학자가 처음으로 Bell 연구소 경영진에게 공식적으로 발표
- 독일 물리학자 Herbert Mataré와 Heinrich Welker도 Bell Labs과 매우 유사한 모델 연구
물리학자들이 발견한 바와 같이 제어 전극의 조절 전기장은 이러한 첫 번째 전계 효과 트랜지스터 모델에서 반도체로 충분히 멀리 침투하지 못했다. 결과적으로 현재 흐름에 대해 이 필드에서 제어하는 "수문"이 제대로 작동하지 않았다. 대신 물질의 전자를 표면으로 끌어당겨 일종의 장벽층에 가두었다. 이것은 규제 효과를 차단하고 트랜지스터 후보를 거의 사용할 수 없게 만들었다.
게르마늄, 금박 및 플라스틱 쐐기
해결책을 찾기 위해 Brattain과 Bardeen은 이전과 다른 구성 원리로 실험을 시작했다. 이를 위해 그들은 게르마늄 판이 놓인 금속 베이스를 사용했다. 인이나 비소와 같은 외부 원자의 도핑으로 인해 이동 전자가 과도하게 포함되어 n 도핑되었다. 이것은 p-도핑된 게르마늄의 얇은 표면층이 뒤따랐다. 이 층에서 붕소와 같은 외부 원자는 과도한 양전하를 띤 "홀"을 생성했다.
이제 결정적인 영감이 떠올랐다. Brattain과 Bardeen은 용수철에 부착된 삼각형 플라스틱 쐐기를 만들어 금박으로 덮었다. 그들은 쐐기 끝에 있는 전도성 금박에 점수를 매겨 두 개의 가까운 접촉점을 만들었다. 이들은 이제 두 개의 전극으로 사용될 수 있으며, 각각은 전도성 금속 베이스와 그 전극으로 회로를 형성한다.
"내 인생에서 가장 중요한 실험“
1947년 12월 16일에 Brattain과 Bardeen은 실험실에서 트랜지스터 모델의 첫 번째 테스트를 수행했다. 그것은 효과가 있었다: 만약 그들이 금 팁의 한쪽 면(이미터)에 전류를 가하면 작은 전류가 그것에서 베이스로 흐를 뿐만 아니라 두 번째 회로의 전류 흐름도 변경될 것이다. 첫 번째 금 전극을 공급하고 있었다.
원하는 대로 이 장치는 제어 가능한 스위치이자 증폭기 역할을 하여 입력 신호를 1천 배 증폭했다. 그날 저녁 집으로 돌아오는 길에 Brattain은 카풀 회원들에게 "오늘 내 인생에서 가장 중요한 실험을 했다"고 말했다. 그러나 그는 그것이 무엇인지 밝히지 않았다.
최초의 기능성 트랜지스터
1947년 12월 23일이 되어서야 두 물리학자가 그들의 발명품을 처음으로 Bell 연구소 경영진에게 공식적으로 발표했다. 이 내부 시연에서 그들은 마이크와 라우드스피커로 트랜지스터의 증폭 효과를 시연했다. 그들은 마이크를 이미터 전극의 "작은" 회로에 연결하고 라우드스피커는 두 번째 회로에 연결했다. 트랜지스터가 마이크의 약한 입력 신호를 성공적으로 증폭했다면 스피커는 들을 수 있도록 말한 내용을 재현할 수 있어야 한다
.
Brattain과 Bardeen이 해냈다. 그들은 최초의 기능적이고 효과적인 트랜지스터를 만들었다. 마침내 다루기 힘든 구식 진공관을 대체할 수 있는 반도체 기반의 소형 부품을 만드는 것이 가능해졌다. 1948년 6월 30일 두 물리학자는 Ball Labs 기자 회견에서 처음으로 대중에게 그들의 발명품을 발표했다.
"더블" 팁 트랜지스터
Brattain과 Bardeen이 개발한 구성 원리는 현재 점 접촉 트랜지스터라고 한다. 오늘날 지배적인 전계 효과 트랜지스터와 달리 양전하 및 음전하 캐리어가 함께 이러한 바이폴라 트랜지스터의 증폭 효과에 기여한다. 즉, 반도체의 전자와 "정공"이 모두 동원된다.
최초의 팁 트랜지스터는 1951년 초에 대량 생산되었으며 전화 전환 장치, 보청기, 발진기 및 최초의 실험용 텔레비전 수신기에 내장되었다. 1953년까지 이 장치는 가장 빠른 스위칭 트랜지스터였다. Brattain과 Bardeen은 1956년에 노벨 물리학상을 받았다.
그러나 두 명의 미국 물리학자가 팁 트랜지스터의 원리를 생각해 낸 유일한 사람은 아니다. 대서양 반대편에서 독일 물리학자 Herbert Mataré와 Heinrich Welker도 Bell Labs의 개발매우 유사한 모델을 연구하고 있었다. 1948년에 그들은 또한 작동하는 팁 트랜지스터를 만드는 데 성공했지만 최초가 되기에는 너무 늦게 나왔다.
- Brattain과 Bardeen은 다른 구성 원리로 1947년 12월 16일 TR모델의 첫 번째 테스트 수행
- 이 장치는 제어 가능한 스위치이자 증폭기 역할을 해 입력 신호를 1천 배 증폭
- 1947년 12월 23일, 두 물리학자가 처음으로 Bell 연구소 경영진에게 공식적으로 발표
- 독일 물리학자 Herbert Mataré와 Heinrich Welker도 Bell Labs과 매우 유사한 모델 연구
돌파구 : Brattain, Bardeen 및 최초의 트랜지스터
1947년 가을, 획기적인 돌파구가 도달할 수 있는 것처럼 보였다. 뉴저지의 벨 연구소에서 두 명의 반도체 연구원 John Bardeen과 Walter Brattain은 마침내 트랜지스터에 대한 첫 번째 시도가 왜 그렇게 실망스러운지 알아냈다. 유망한 접근법에도 불구하고 그들의 작업 그룹에서 구성한 트랜지스터 모델은 단순히 작동하지 않았기 때문이다. 적용된 제어 필드에 약간만 반응했다.
 |
| ▲ 이것이 Brattain과 Bardeen이 설계한 최초의 작동 트랜지스터의 모습이다. Bell Labs에 전시된 1947년 원본은 금박, 플라스틱 쐐기 및 반도체 게르마늄으로 만들어졌다. © Unitronic/CC-by-sa 3.0 |
물리학자들이 발견한 바와 같이 제어 전극의 조절 전기장은 이러한 첫 번째 전계 효과 트랜지스터 모델에서 반도체로 충분히 멀리 침투하지 못했다. 결과적으로 현재 흐름에 대해 이 필드에서 제어하는 "수문"이 제대로 작동하지 않았다. 대신 물질의 전자를 표면으로 끌어당겨 일종의 장벽층에 가두었다. 이것은 규제 효과를 차단하고 트랜지스터 후보를 거의 사용할 수 없게 만들었다.
게르마늄, 금박 및 플라스틱 쐐기
해결책을 찾기 위해 Brattain과 Bardeen은 이전과 다른 구성 원리로 실험을 시작했다. 이를 위해 그들은 게르마늄 판이 놓인 금속 베이스를 사용했다. 인이나 비소와 같은 외부 원자의 도핑으로 인해 이동 전자가 과도하게 포함되어 n 도핑되었다. 이것은 p-도핑된 게르마늄의 얇은 표면층이 뒤따랐다. 이 층에서 붕소와 같은 외부 원자는 과도한 양전하를 띤 "홀"을 생성했다.
이제 결정적인 영감이 떠올랐다. Brattain과 Bardeen은 용수철에 부착된 삼각형 플라스틱 쐐기를 만들어 금박으로 덮었다. 그들은 쐐기 끝에 있는 전도성 금박에 점수를 매겨 두 개의 가까운 접촉점을 만들었다. 이들은 이제 두 개의 전극으로 사용될 수 있으며, 각각은 전도성 금속 베이스와 그 전극으로 회로를 형성한다.
 |
| ▲ 첫 번째 피크 트랜지스터의 개략도.© gemeinfrei |
"내 인생에서 가장 중요한 실험“
1947년 12월 16일에 Brattain과 Bardeen은 실험실에서 트랜지스터 모델의 첫 번째 테스트를 수행했다. 그것은 효과가 있었다: 만약 그들이 금 팁의 한쪽 면(이미터)에 전류를 가하면 작은 전류가 그것에서 베이스로 흐를 뿐만 아니라 두 번째 회로의 전류 흐름도 변경될 것이다. 첫 번째 금 전극을 공급하고 있었다.
원하는 대로 이 장치는 제어 가능한 스위치이자 증폭기 역할을 하여 입력 신호를 1천 배 증폭했다. 그날 저녁 집으로 돌아오는 길에 Brattain은 카풀 회원들에게 "오늘 내 인생에서 가장 중요한 실험을 했다"고 말했다. 그러나 그는 그것이 무엇인지 밝히지 않았다.
최초의 기능성 트랜지스터
1947년 12월 23일이 되어서야 두 물리학자가 그들의 발명품을 처음으로 Bell 연구소 경영진에게 공식적으로 발표했다. 이 내부 시연에서 그들은 마이크와 라우드스피커로 트랜지스터의 증폭 효과를 시연했다. 그들은 마이크를 이미터 전극의 "작은" 회로에 연결하고 라우드스피커는 두 번째 회로에 연결했다. 트랜지스터가 마이크의 약한 입력 신호를 성공적으로 증폭했다면 스피커는 들을 수 있도록 말한 내용을 재현할 수 있어야 한다
.
Brattain과 Bardeen이 해냈다. 그들은 최초의 기능적이고 효과적인 트랜지스터를 만들었다. 마침내 다루기 힘든 구식 진공관을 대체할 수 있는 반도체 기반의 소형 부품을 만드는 것이 가능해졌다. 1948년 6월 30일 두 물리학자는 Ball Labs 기자 회견에서 처음으로 대중에게 그들의 발명품을 발표했다.
"더블" 팁 트랜지스터
Brattain과 Bardeen이 개발한 구성 원리는 현재 점 접촉 트랜지스터라고 한다. 오늘날 지배적인 전계 효과 트랜지스터와 달리 양전하 및 음전하 캐리어가 함께 이러한 바이폴라 트랜지스터의 증폭 효과에 기여한다. 즉, 반도체의 전자와 "정공"이 모두 동원된다.
최초의 팁 트랜지스터는 1951년 초에 대량 생산되었으며 전화 전환 장치, 보청기, 발진기 및 최초의 실험용 텔레비전 수신기에 내장되었다. 1953년까지 이 장치는 가장 빠른 스위칭 트랜지스터였다. Brattain과 Bardeen은 1956년에 노벨 물리학상을 받았다.
그러나 두 명의 미국 물리학자가 팁 트랜지스터의 원리를 생각해 낸 유일한 사람은 아니다. 대서양 반대편에서 독일 물리학자 Herbert Mataré와 Heinrich Welker도 Bell Labs의 개발매우 유사한 모델을 연구하고 있었다. 1948년에 그들은 또한 작동하는 팁 트랜지스터를 만드는 데 성공했지만 최초가 되기에는 너무 늦게 나왔다.
[더사이언스플러스=문광주 기자]
[ⓒ the SCIENCE plus. 무단전재-재배포 금지]
