Транзисторный эффект

Первые в СССР отечественные полупроводниковые приборы создавались на «Истоке».

Точечный контакт

В связи с приближающейся полувековой годовщиной Зеленограда (1958 год — город Спутник, 1962 год — Зеленоград) в отечественной и зарубежной литературе усиленно дискутируется вопрос о приоритете создания полупроводниковых диодов и транзисторов, составляющих основу микроэлектронных схем. Открывая осенний форум Intel для разработчиков (IDF) в Сан-Франциско, старший вице-президент Digital Enterprise Group корпорации П. Гелсингер отметил, что 2007 год стал юбилейным для всей полупроводниковой отрасли.

В 1947 году В. Браттейн и Д. Бардин, работавшие под руководством У. Шокли, открыли транзисторный эффект в детекторах, основанных на кристаллах германия. Они продолжили довоенные опыты немецкого физика Р. Поля, создавшего в 1937 году совместно с Р. Хильшем усилитель на базе монокристалла бромида галлия. В 1948 году были опубликованы результаты исследований У. Шокли и изготовлены первые германиевые транзисторы с точечным контактом. Характеристики первых транзисторов отличались неустойчивостью и непредсказуемостью, и поэтому их реальное практическое применение началось уже после 1951 года, когда Шокли создал более надежный транзистор — планарный. За изобретение транзистора Шокли, Бардин и Браттейн в 1956 году получили Нобелевскую премию по физике.

Кристаллы Лосева

В СССР работа по созданию транзистора велась почти в таком же темпе, что и за рубежом. Академик Н. Девятков писал: «Наряду с развитием работ по вакуумной электронике в стране стало зарождаться полупроводниковое направление. В 1922 году О. Лосев на кристалле цинкита в паре с угольной нитью, опирающейся на кристалл, впервые получил незатухающие колебания. Он установил, что характеристики таких детекторов имеют падающие участки с отрицательным сопротивлением. Вскоре им был построен регенеративный приёмник с генерирующим кристаллом — «кристадин», принимавший значительно более удаленные станции, чем обычный детекторный приемник. Журнал «Radio News» поместил в то время статью «Сенсационное радиоизобретение», в которой изобретение О. Лосева характеризовалось как «делающее эпоху» (Электроника СВЧ, 1970 г., выпуск 4).

Маршал войск связи И. Пересыпкин в журнале «Радио» (1954 г., № 9) также подтверждал приоритет советских ученых: «Радиолюбитель О. Лосев был основоположником теории и практики работы кристаллических диодов и триодов, создателем первого приемника с генерирующим кристаллом, открывшим теперь огромные перспективы в радиотехнике».

Анализ выдающихся работ советского ученого приведен в одном из последних номеров журнала PC WEEK/RE А. Нитусовым (№ 41, 6 ноября 2007 г.).

«Прибор Лосева вошел в историю полупроводниковой электроники как «кристадин» (кристаллический гетеродин). Отметим, что продолжение исследований в этом направлении привело к созданию в 1958 году туннельных диодов, нашедших применение в технике 60-х годов XX века.

Лосев первым открыл и новое явление — свечение кристаллов карборунда при прохождении тока через точечный контакт. Ученый объяснил это явление существованием в детектирующем контакте некоторого «активного слоя» (впоследствии названного p-n-переходом, от p — positive, и n — negative)».

ЭВМ — на базе новых диодов

Таким образом, ученый вплотную подошел к понятию p-n-перехода, основополагающего в структуре биполярного транзистора. Из-за разрухи в стране в начале 20-х годов свои работы Лосев вынужден был публиковать в иностранных журналах. В 1926 году советский физик-теоретик Я. Френкель выдвинул гипотезу о дефектах кристаллической структуры полупроводников, названных «пустыми местами» или «дырками», которые могли перемещаться по кристаллу. Серьезные экспериментальные работы с полупроводниками начались лишь в 1930-е годы в Ленинграде академиком А. Иоффе с сотрудниками.

В 1938 году украинский академик Б. Давыдов и его сотрудники предложили диффузионную теорию выпрямления переменного тока посредством кристаллических детекторов с p-n-переходом. Предложенная Б. Давыдовым теория р-n-перехода впоследствии была развита У. Шокли в США. В СССР эта теория была подтверждена и развита в исследованиях В. Лашкарева, проведенных в Киеве в 1939—1941 годах. Он установил, что введение в полупроводники примесей резко повышает их способность проводить электрический ток и открыл механизм инжекции (переноса носителей тока) — явления, составляющего основу действия полупроводниковых диодов и транзисторов. Его работа была прервана начавшейся войной.

А. Нитусов пишет: «В 1946 году В. Лашкарев вернулся в Киев и возобновил исследования. Вскоре он изготовил точечные транзисторы в лабораторных условиях. То, что результаты их опытной эксплуатации были обнадеживающими, подтверждается следующим любопытным эпизодом. Академик С. Лебедев, создавший в Киеве первую советскую ЭВМ МЭСМ и основавший там научную школу, приезжал в Киев в день своего 50-летия (2 ноября 1952 года). Там он услышал о транзисторах В. Лашкарева и, игнорируя подготовленные в его честь торжества, отправился прямиком в лабораторию В. Лашкарева, где предложил сопровождавшим его сотрудникам начать проектирование ЭВМ на базе новых транзисторов и диодов».

Поставки полупроводниковой ЭВМ «5Э92б» С. Лебедева начались уже в 1962 году.

Группа Красилова

Параллельно с киевской лабораторией в СССР над созданием полупроводниковых приборов работали сотрудники НИИ-160 («Истока»).

В цитированной выше статье А. Нитусов пишет, что исследовательская группа московского инженера А. Красилова в 1948 году создала германиевые диоды для радиолокационных станций.

С ним трудно согласиться, поскольку в журнале, посвященном 50-летию «Истока», читаем нечто отличное: «Уже в середине 40-х годов на предприятии были созданы и освоены в производстве первые отечественные полупроводниковые приборы СВЧ-германиевые детекторные и смесительные диоды для радиолокации (А. Красилов)».

Эта работа «истоковских» ученых была по достоинству оценена Правительством СССР. В «Трудах научно-исследовательского института» (1951 год, № 3) опубликованы статьи лауреатов Сталинской премии «О выгорании кристаллических детекторов в радиолокационных станциях» (кандидат технических наук А. Красилов) и «О новом методе получения детектирующих кристаллов кремния и германия» (ведущий инженер А. Мельников). Год назад в тех же «Трудах…» была опубликована статья «Кристаллические детекторы» (А. Красилова без звания лауреата). В буклете, посвященном 60-летию «Истока», фамилия Красилова в числе лауреатов премий не значится. О Мельникове говорится, что он лауреат Государственной премии СССР (дважды). Второй раз он получил премию как известный специалист по катодам, которыми он занимался после перевода Красилова в Москву. Отметим еще одно интересное обстоятельство: в статье Мельникова приведены измеренные вольтамперные характеристики диодов, на которых четко виден возрастающий участок тока при отрицательных напряжениях. Если бы ученый продолжил снижать напряжение, то вполне мог получить лавинную ионизацию, которую обнаружили через десять лет А. Тагер с сотрудниками на диодах А. Красилова.

В феврале 1949 года Красилов и его дипломница С. Мадоян наблюдали транзисторный эффект, о чем они сообщили в научной статье, опубликованной в закрытом сборнике Трудов 22-й научно-технической конференции (ноябрь 1949 года). По истечении принятого в стране периода закрытый сборник был уничтожен.

Приоритет фрязинских ученых подтверждает ученый и историк Зеленограда Б. Малашевич в статье, опубликованной в журнале «Электроника: Наука, Технология, Бизнес» (2007 год, № 5): «С 1949 года, когда в НИИ-160 (НИИ «Исток», Фрязино) был создан первый в СССР транзистор, работы по полупроводниковой технике развивались стремительно». Практически это же отмечает и известный «зеленоградский» ученый, доктор технических наук Б. Щука (2007 год, № 7 того же журнала), где приводится ряд фотографий Александра Васильевича Красилова.

В 1950 году экспериментальные образцы германиевых транзисторов были созданы в Физическом институте Академии наук и Ленинградском физико-техническом институте. В 1953 году был организован первый в СССР институт полупроводников (ныне — НИИ «Пульсар»). Туда была переведена лаборатория А. Красилова, в которой С. Мадоян разработала первые сплавные германиевые транзисторы. Соответствующие работы проводились совместно с лабораторией профессора С. Калашникова в ЦНИИ-108 (ныне ГосЦНИРТИ).

К 1962 году транзисторами занимались уже более десяти предприятий страны, номенклатура приборов составляла десятки типов, а объём выпуска измерялся миллионами.