IT-bransjens viktigste byggestein fyller 60 år

Ingen oppfinnelse har hatt så stor betydning for IT- og elektronikk-bransjene som transistoren.

Til tross for sin tross alt beskjedne størrelse, er det mange som regner transistoren som den viktigste oppfinnelsen som ble gjort i løpet av dey 20. århundret. Transitorer finnes i dag i omtrent alt som finnes av elektronikk, og den er den viktigste byggesteinen i alle datamaskiner. Ifølge Intel antas det at det i år til sammen vil bli laget av ti trillioner (1019) transistorer, noe som igjen antas å være 100 ganger mer enn antallet maur på Jorden.

Public Broadcasting Service har publisert en artikkel om hvordan transistoren ble oppfunnet. Det hele skjedde ved Bell Labs, hvor forskeren Walter Brattain i et forsøk på å få finne ut hvorfor det ikke lot seg gjøre å bygge en forsterker av halvledere, puttet silisium-apparatet sitt opp i en termos med vann. Det egentlige formålet med dette var å bli kvitt kondensering, men apparat ga samtidig den kraftigste forsterkningen Brattain noen sinne hadde sett. Dette skjedde i den 17. november i 1947.

Sammen med forskeren John Bardeen gjorde Brattain flere forsøk. Den 8. desember foreslo Bardeen at man skulle bytte ut silisium med germanium. Denne gangen oppnådde man omtrent 330 ganger forsterkning, riktignok i motsatt retning av det man hadde forventet.

De neste ukene jobbet forskerne med å få til forsterkning over alle frekvensområder. Ved hjelp av en bit med germanium, to punktkontakter av gull montert bare en brøkdel av en millimeter fra hverandre, samt en plasttriangel kledd med et bånd med gullfolie, opplevde man at signalet som kom inn gjennom den ene gullkontakten ble forsterket da det kom ut av den andre kontakten. Dermed var den første punktkontakt-transistoren blitt skapt.

William Shockley, John Bardeen og Walter Brattain. (Foto: Alcatel-Lucent/Bell Labs)

William Shockley ledet Bell Labs' Solid State Physics Group og utarbeidet felteffekt-ideen som Bardeen og Brattain angivelig skal ha basert sitt arbeid på. Men uenighet om hvem som skulle få en del av æren for å ha oppfunnet transistoren, gjorde forholdet surt mellom de tre. Shockley fant forøvrig opp den bipolare transistoren (BJT) i 1951.

Uansett ble de tre tidligere kollegaene tildelt Nobelprisen i kjemi for oppfinnelsen i 1956.

    Les også:

Navnet transistor ble derimot funnet på at John R. Pierce, en forsker ved Bell Telephone Laboratories. I mai 1948 vant han laboratoriets avstemning for det mest iørefallende navnet. Ordet er en kombinasjon av «transconductance» og «variable resistor» eller «varistor».

Selv om transistoren i første omgang ble brukt som en forsterker som kunne erstatte radiorør, brukes den i datamaskiner omtrent som en vanlig lysbryter. Er transistoren «på», indikeres dette med «1», mens «av-posisjonen» indikeres med «0». Disse nullene og ettallene representerer binærtallsystemet og brukes av datamaskiner til å kalkulere, prosessere tekst, spille av DVD-er og å vise bilder.

Transistorradioen Regency TR-1For å få fortgang i utviklingen av transistoren, lisensierte Bell Labs ut teknologien til 26 selskaper som hver betalte 25.000 dollar. Men man så også at for at transistoren skulle bli en salgssuksess, måtte den tas i bruk av massemarkedet. Det første transistorbaserte konsumentproduktet var et høreapparat, men salget tok først av i oktober 1954 da den første transistorradioen kom. Den var utstyrt med fire transistorer og åpnet for at radioen kunne transporteres.

På slutten av femtitallet hadde transistoren funnet veien inn i radioer, telefoner og datamaskiner. Men selv om den var mindre enn radiorør, var det likevel behov for forbedringer. Det var behov for enda en oppfinnelse for å kunne håndtere den enorme, binære regnekraften til individuelle transistorer, samtidig som man gjorde dem egnet for masseproduksjon til en stadig lavere kostnad.

Jack Kilbys første integrerte krets

(Foto: Texas Instruments)I 1958 oppdaget Jack Kilby, som jobbet i Texas Instruments, hvordan et stort antall transistorer kunne sette sammen i én eneste integrert krets (IC). Den første brikken, som bare bestod av én transistor og en del andre komponenter, målte omtrent 11 x 1,5 millimeter.

Enkelte kilder krediterer også Robert Noyce, som jobbet i Fairchild Semiconductor og som er blant grunnleggerne av Intel, for oppfinnelsen av den integrerte kretsen. Men ifølge Wikipedia skal Noyce' brikke først ha blitt laget seks måneder senere. Den skal dog ha vært mer kompleks.

Likefullt var dette et enormt skritt videre fra en situasjon hvor individuelle komponenter måtte monteres for hånd.

Miniatyriseringen av transistorer og integrerte kretser har fullt et klart mønster i mer enn 40 år. Gordon Moore, som sammen med blant annet Noyce grunnla Intel, observerte i 1965 at kompleksiteten i komponentene med minimum kostnader hadde økt med en rate tilsvarende omtrent en faktor på to per år. Dette skrev Moore i en artikkel i fagbladet Electronics. Han skrev videre at det ikke var noen grunn til at trenden ikke skulle fortsette i hvert fall de neste ti årene. Senere ble raten justert til en dobling av antallet transistorer i løpet av hver toårs-periode.

I dag ser man for seg integrerte kretser med milliarder av transistorer. Blant de mest komplekse som er på markedet, er blant annet AMDs mest avanserte grafikkprosessorer. Radeon HD 3800-serien skal inneholde inntil 666 millioner transistorer. Til sammenligning inneholder Intels nyeste prosessorfamilien, Penryn, «bare» 410 millioner transistorer, men 45 nanometers prosessteknologien som benyttes, skal gjøre det mulig å utstyre prosessorene med inntil 820 millioner transistorer.

Miniatyriseringen har likevel ført til at en kritisk del av transistoren nå nærmer seg grensen, nemlig den delen av silisiumdioksidet (SiO2), som fungerer som et isolerende lag mellom gate og kanal når strømmen flyter når transistoren er skrudd på. Med hver generasjon av nye brikker, har dette isolerende laget blitt stadig tynnere. For to generasjoner siden satte blant annet forskerne ved Intel foten ned. Da var laget bare 1,2 nanometer tykt, noe som tilsvarer 5 atomer.

Problemet med et tynt isolasjonslag er at det oppstår lekkasjestrømmer, slik at strøm begynte å lekke inn i transistoren. Intel skriver at dette fikk transistoren til å oppføre seg anerledes, blant annet ved å sløse bort økende energimengder, som ble omdannet til varme.

Denne begrensningen kunne ha blitt fundamental. Intel har likevel omgått den ved å gjøre noe drastisk, nemlig å bytte ut silisiumdioksidet, som var blitt brukt i over 40 år, med hafnium, et metall med bedre elektriske egenskaper, blant annet evnen til å redusere lekkasjestrømmene med en faktor på ti.

Intel har publisert bilder i tilknytning til transistorjubileet under brukeren Tran Sistor i Flickr.

Til toppen