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なぜトランジスタの発が_要なのか(1v)

この12月はトランジスタが発されてから60Qになる。60Qは団修寮ぢ紊猟裔Qと同じだが、半導噞はまだまだ定Qを迎えない。トランジスタの発が今日の集積v路の発につながったということで、高いh価をpけ、発v3@はノーベル賞のp賞へとつながった。同じ半導なのにダイオードはh価されず、なぜトランジスタが高くh価されるのか、考察してみたい。

最初のトランジスタが(sh━)ベル電B研|所で発されたとき、ノーベル賞をpけた、ショックレイ、バーディーン、ブラッテインの3人のうち、実はリーダーのショックレイが立ち会っていなかったことはT外と(m┬ng)られていない。ショックレイがIEEE誌に執筆したb文を1977Qに日経エレクトロニクス誌が翻l掲載した記「接合型トランジスタ発へのO」にその実が詳細に書かれている。ショックレイは、w\幅_(d│)を求めて3端子デバイスの両端を極限まで縮めて真ん中の層を薄くすれば半導は\幅作を(j┤)すに違いない、と考えてさまざまな実xを行ってきたのにもかかわらず、点接触トランジスタが\幅作を(j┤)したときの実xには亮蕕鬚靴椴ち会っていなかった。そのときの「Pしさ」から、W定動作をする接合型トランジスタを提案し、実xで実証したのはその1Q後だった。

ショックレイがこだわったトランジスタが発された1947Q12月から1950Q〜60Q代は半導デバイスの黎期でトランジスタだけではなく、エサキダイオード(発のエピソードは「Eの奇D(後)」を参照)やガンダイオード、インパットダイオード、発光ダイオード、ショットキーダイオードなどQ|のダイオードも擇泙譴。半導材料としてもゲルマニウム、シリコン、ガリウム砒素、インジウム砒素、インジウムアンチモンなどさまざまな化合馮焼も擇泙譴。しかし、ダイオードは、半導デバイスの主流にはなりえなかった。

ダイオードはk(sh┫)向にのみ電流が流れるという性がある。この性をW(w┌ng)して、D流_(d│)や検S_(d│)などが作られている。しかし、それだけでは\幅作はない。エサキダイオードやガンダイオードなどは、負性B^をW(w┌ng)して発振作を行わせ、\幅作をeたせることができた。負性B^とは電圧峺(j━ng)と共に電流が下がっていく曲線のきが負であることからそのように表現する。これらのダイオードは、順(sh┫)向に電圧を屬欧討いと電流は\えていくが(ここまでは通常の動作と同じ)、さらに電圧を屬欧襪蛤E戮狼佞謀杜が(f┫)っていくのである。電圧峺(j━ng)と共に電流は下がりけ、やがて電流の極小値に達すると今度は通常のダイオードのように再び電流は\えていく。電流-電圧曲線のきが負になっている覦茲縫丱ぅ▲好櫂ぅ鵐箸魴eっていくと発振する。

しかし、ダイオードは所詮2端子にすぎないため、\幅作を(j┤)すからといって入と出を分`できにくいという不便さは残る。やがて1970Q代のガンダイオードやインパットダイオードがr時代にガリウム砒素(GaAs)トランジスタが登場した。しかし入出分`しなくてもすむGaAsトランジスタ(確にはショットバリヤゲートをW(w┌ng)した電c効果トランジスタ)は使いM}が良いため、ガンやインパットなどのダイオードはGaAsトランジスタにほとんど~dされてしまった。

現在の半導チップと}ばれる集積v路にはシリコンのMOSトランジスタが基本素子に使われているが、これはショックレイたちの発したゲルマニウムのバイポーラトランジスタとは構]も動作原理も材料も違う。MOSトランジスタ(確にはMOS電c効果トランジスタあるいはMOSFET)は集積化に向いたトランジスタである。集積v路はかつてMOSとバイポーラが両立していたが、T局MOSがMち、バイポーラはメジャーになれなかった。MOSトランジスタを作る\術が今の集積v路の基礎を築いた。インテル社の社長をめたロバート・ノイス(hu━)が開発したプレーナ\術、集積化\術、ゲルマニウムからシリコンへの転換、ジャン・ホーニ(hu━)などによるシリコンの┣祝豬狙\術などが今日の集積v路の基礎を作ったとされている。

にもかかわらず、ショックレイが開発したゲルマニウムのバイポーラトランジスタがなぜj(lu┛)きなh価をpけるのだろうか。集積v路におけるトランジスタのTIについては次v考察する。

ごT見・ご感[
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