Datum zveřejnění: 
19. 10. 2024
Tranzistorové rádio oslavilo 18. října své sedmdesáté výročí. Vznik populárního zařízení, které umožnilo lidem poslouchat rozhlas téměř kdekoliv, by však nebyl možný, pokud by o několik let dříve v Bellových laboratořích tři vědci William Shockley, John Bardeen a Walter Brattain nevyvinuli tranzistor. "Měl obrovský dopad na vývoj všech ostatních technologií," sdělil Deníku profesor Jiří Jakovenko z Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze. V rozhovoru pro Deník poskytl další informace o významu součástky, která navzdory svému ohromnému významu, je mezi lidmi opomíjená.

Jak významný byl vznik tranzistoru pro lidstvo?

Vynález tranzistoru a integrovaného obvodu, ve kterém se dnes integrují až desítky miliard tranzistorů na jednom čipu, byl jedním z nejvýznamnějších objevů 20. století a měl obrovský dopad na vývoj všech ostatních technologií, které lidstvo dnes používá. Nová elektronická součástka, kterou v roce 1947 vynalezl tým vědců ve složení John Bardeen, Walter Brattain a William Shockley, nahradila vakuové elektronky, umožnila miniaturizaci elektronických zařízení a výrazně zlepšila jejich spolehlivost a energetickou účinnost.

Za což dostali patřičné ocenění. Tušili na začátku, jak přelomový vynález vytvořili?

Již pár let po objevení tranzistoru bylo jasné, o jak významný objev se jedná, a tak tým vynálezců z Bellových laboratoří dostal Nobelovu cenu již v roce 1956.

Jak pokračoval vývoj tranzistorů?

Již v roce 1955 byly k dispozici různé typy germaniových tranzistorů, které se objevily v prvních tranzistorových přijímačích. První integrovaný obvod složený z několika tranzistorů vynalezli v roce 1958. I v bývalém Československu výzkum tranzistorů na začátku 50. let významně přispěl k jejich komerčnímu rozšíření. 

Kde všude se člověk může s tranzistory setkat?

Tranzistory jsou klíčovou součástí mnoha moderních zařízení, která používáme každý den a bez kterých si dnes neumíme život představit. Díky tranzistorům a další miniaturizaci jejich struktur v integrovaných obvodech se mohly vyvinout počítače, mobilní telefony, televizory a mnoho dalších zařízení. Jsou základními stavebními kameny integrovaných obvodů, které tvoří srdce všech moderních elektronických zařízení. Takže bez nich by dnešní svět vypadal zcela jinak. Bez tranzistorů by nebyl možný rozvoj informačních technologií, internetu, digitalizace, inteligentních domácích spotřebičů a mnoha dalších odvětví, které zásadně změnily náš každodenní život. Tranzistory jsou součástí mnoha elektronických systémů v automobilech, včetně řídicích jednotek motoru, navigačních a bezpečnostních systémů, nacházejí se v mnoha domácích spotřebičích, jako jsou pračky, mikrovlnné trouby, vysavače, myčky na nádobí, lednice a klimatizace, kde pomáhají řídit jejich funkce a zvyšovat energetickou účinnost.

Můžete vysvětlit, jak fungují?

Tranzistor je základní elektronická součástka, která může vykonávat funkci zesilovače signálu nebo může fungovat jako spínač elektrických signálů. Jeho funkce je založena na tranzistorovém jevu, kde pomocí proudu nebo napětí na řídící elektrodě můžeme ovládat proud protékající strukturou tranzistoru, a tak zesilovat nebo spínat signál. Ve velmi zjednodušeném ekvivalentu bychom si to mohli představit jako vodovodní kohoutek, kterým ovládáme průtok vody, kde kohoutek by představoval řídící elektrodu a protékající voda elektrický proud. Dnes známe mnoho typů tranzistorů. 

Jaký je aktuální vývoj tranzistorů? Snaží se je vědci nějakým způsobem modernizovat?

Výzkum a vývoj pokračuje. Vědci neustále pracují zejména na miniaturizaci a na vylepšování vlastností. Díky zmenšování rozměrů se nám postupně dařilo vyrábět stále sofistikovanější a výkonnější integrované obvody. Například první mikroprocesor sestrojený firmou Intel v roce 1971 obsahoval necelé tři tisíce tranzistorů, jejichž délka kanálu byla několik desítek mikrometrů. Od té doby se nám podařilo každé dva roky počet tranzistorů na čipu zdvojnásobit. Dnešní mikroprocesory obsahují desítky miliard tranzistorů s rozměrem menším než deset nanometrů. Zmenšování tranzistorů má však ještě další benefity, kterými jsou zejména spotřeba a rychlost. Logická hradla zkonstruovaná z menších tranzistorů dokážou elektrické signály spínat rychleji a spotřebují u toho méně energie. To například mohou vidět lidé u mobilních telefonů, jejichž výkon se za posledních deset let zvýšil řádově, ale je stále napájen baterií o stejné kapacitě. Výzkum v oblasti nanotechnologií umožňuje zkonstruovat nové typy tranzistorů, jako například tranzistory na bázi uhlíkových nanotrubiček nebo tranzistory z organických materiálů. Tradiční ploché tranzistory se nahrazují 3D strukturami, které umožňují lepší využití prostoru na čipu a zvyšují jeho výkon. 

Mohou tranzistory ještě něco nového přinést, nebo již mají vyčerpaný potenciál?

Nové inovace ukazují, že tranzistory mají stále jistý potenciál pro další vývoj a zlepšování. Je však pravdou, že zmenšování struktur tranzistoru nepůjde dělat do nekonečna a pomalu se blížíme limitu. Dnešní nejvyspělejší technologie vyrábějí komerčně tranzistory s délkou kanálu tři nanometry. Staví se továrny na dvounanometrovou technologii a ve vývoji jsou tranzistory přibližující se hranici jednoho nanometru. V takto malých strukturách však již počítáme jednotlivé atomy hmoty a je nám jasné, že se blížíme samotným limitům. Jistý vývoj pak přináší nové materiály nahrazující tradiční křemík, a tím mají potenciál zlepšit výkon a energetickou účinnost tranzistorů. 

Prof. Jiří Jakovenko Působí na Katedře mikroelektroniky Fakulty elektrotechnické ČVUT. Zabývá se výzkumem v oblasti mikroelektroniky, integrovaných obvodů a čipů, strukturami integrovaných systémů. Na FEL ČVUT rovněž zastává funkci proděkana pro magisterské a kombinované studium.

Zdroj: 
denik.cz + regionální deníky