Хотя первый работающий полевой транзистор появился лишь в 1945 году, сама идея возникла почти за 20 лет до этого в патенте, принадлежащем Джулиусу Эдгару Лилиенфельду (Julius Edgar Lilienfeld).
Несмотря на то, что Джулиус Эдгар Лилиенфельд (Рисунок 1) так и не создал физического прототипа, он сыграл определяющую роль в обеспечении будущих прорывов в полупроводниковой технологии. Его патент, поданный в 1925 году, широко признан как первая в мире теоретическая концепция полевого транзистора – важнейшего компонента почти всех электронных устройств.
 |
|
| Рисунок 1. | Фотография Лилиенфельда в возрасте 53 лет. |
Ученик квантового теоретика Макса Планка
Лилиенфельд родился в 1882 году в Лемберге, Австро-Венгрия (современный Львов, Украина). Он изучал физику в Университете Фридриха Вильгельма (ныне Университет Гумбольдта) в Берлине, где учился у Макса Планка, ключевой фигуры в квантовой теории. Лилиенфельд получил степень доктора философии в 1905 году, в, пожалуй, один из самых революционных периодов в физике, когда Альберт Эйнштейн опубликовал ряд статей, в корне изменивших представления людей о пространстве, времени, массе и энергии.
Получив докторскую степень, Лилиенфельд начал работать в физическом институте Лейпцигского университета в качестве внештатного профессора. Его ранние работы были посвящены физике электрических разрядов в вакууме, и он быстро начал публиковать статьи о свойствах тлеющих разрядов и ртутной лампы низкого давления с высокой светоотдачей. Хотя эти работы не были профильными для института, они были поддержаны известным немецким физиком Отто Винером (Otto Wiener).
Начиная с 1910 года Лилиенфельд проводил важные ранние работы по изучению электрических разрядов между металлическими электродами в вакууме. Он сыграл важную роль в изучении полевой электронной эмиссии – процесса, при котором электроны покидают твердую поверхность под действием электрического поля, – как отдельного физического явления, которое он назвал «автоэлектронной эмиссией». Сегодня это известно как полевая эмиссия электронов. Эти исследования впоследствии стали основополагающими принципами для разработки теоретических моделей.
Патенты, проложившие путь инновациям в области полевых транзисторов
В период с 1912 по 1931 год Лилиенфельд получил несколько патентов. Его первый патент описывал рентгеновскую трубку, которая вырабатывала рентгеновские лучи из электронов, испускаемых горячей нитью накала. В 1914 году эта технология была усовершенствована, и была подана вторая патентная заявка на рентгеновскую трубку.
Однако, пожалуй, наибольшую известность Лилиенфельду принес патент, описывающий устройство, удивительно похожее на современный полевой транзистор (Рисунок 2). В патенте описана трехэлектродная структура с использованием полупроводникового материала на основе сульфида меди. В частности, в нем подробно описаны:
- Тонкая пленка «однонаправленной проводимости» на двух близко расположенных металлических электродах;
- Третий электрод, расположенный между двумя другими, используемый для приложения электростатической силы для управления потоком тока.
 |
|
| Рисунок 2. | Иллюстрация из патентной заявки Лилиенфельда 1930 года, демонстрирующая устройство для управления электрическим током. |
В качестве подходящего соединения для полупроводниковой пленки Лилиенфельд предложил сульфид меди, описав несколько методов его нанесения, включая вакуумное напыление. Устройство было теоретически разработано для управления потоком электрического тока между двумя клеммами электропроводящего твердого тела путем создания между ними третьего потенциала.
Создание условий для транзисторной революции
Хотя Лилиенфельд не смог создать функциональный прототип из-за отсутствия подходящих материалов, его идея лежит в основе многих современных транзисторных технологий.
Когда в 1940-х годах ученые Bell Labs Джон Бардин, Уолтер Браттейн и Уильям Шокли разработали первые практические транзисторы, они столкнулись с проблемами, связанными с патентными претензиями из-за предыдущих патентов Лилиенфельда. Подобные полевому транзистору устройства Лилиенфельда заставили их усовершенствовать свои конструкции и подходы. На его патенты ссылались в судебных спорах, и они стали первой основой для понимания принципов работы транзисторов. Теория Лилиенфельда, например, показала, как твердотельное устройство может усиливать ток и управлять им без использования электронных ламп. Хотя для того, чтобы усовершенствовать материалы и методы производства, потребовались десятилетия, его концепции заложили основу для практической разработки транзисторов.
Несмотря на то, что при жизни Лилиенфельда его работы оставались практически неизвестными, его наследие росло вместе с инновациями в области транзисторных технологий. Сегодня премия имени Джулиуса Эдгара Лилиенфельда, учрежденная Американским физическим обществом в 1988 году, присуждается физикам, которые внесли значительный вклад в развитие науки и преуспели в донесении своих научных достижений до широкой публики.
Лилиенфельд умер в августе 1963 года в возрасте 81 года.
