Histoire de l'informatique, 4e partie : les transistors - grâce auxquels votre ordinateur fonctionne

Kevin Hofer

9/10/2018

Traduction: traduction automatique

Les semi-conducteurs sont indispensables aux ordinateurs. Ce sont eux qui font fonctionner vos appareils numériques. Dans la quatrième partie de l'histoire de l'informatique, vous en apprendrez plus sur l'importance des transistors.

Oui, je sais que dans la dernière partie, j'ai promis d'écrire sur les mainframes, les systèmes d'exploitation et les langages de programmation. Mais l'utilisateur Speznaz a souhaité en savoir un peu plus sur les transistors. Comme il y a tant à écrire sur le sujet, j'ai décidé sans hésiter de consacrer une partie spécifique au transistor.

Le transistor en bref

Le transistor a été développé entre 1947 et 1948 par les physiciens américains John Bardeen, Walter H. Brattain et William B. Shockley. Les transistors ont remplacé les tubes électroniques comme supports de bits dans les années 1950. Les transistors sont petits, génèrent peu de chaleur, nécessitent peu de courant et sont très fiables. Ils ont permis de créer des circuits petits et complexes.

Transistor est un mot valise formé à partir des deux termes anglais Transfer et Resistor. Le nom indique donc déjà la fonction de base du transistor. Mais nous y reviendrons plus tard. Le nom a été créé par un membre du personnel de Bell Labs et auteur de science-fiction, John Robinson Pierce, en mai 1948. Les découvreurs de l'effet transistor Bardeen, Brattain et Shockley ont reçu le prix Nobel de physique en 1956 pour leur découverte.

Travaux préparatoires

Les tubes électroniques sont grands, fragiles, consomment beaucoup d'électricité et leur durée de vie est relativement courte. Les interrupteurs ou relais électromécaniques sont lents et peu fiables, car ils restent souvent bloqués en position marche ou arrêt. Dans les systèmes comportant des milliers de tubes, ils atteignent donc rapidement leurs limites et doivent être surveillés en permanence pour éviter les pannes.

Les concepteurs d'ordinateurs ont été confrontés à ces problèmes dans les années 1940. Les semi-conducteurs se sont donc présentés comme une alternative. La conductivité électrique du silicium et du germanium se situe entre celle des non-conducteurs comme le verre et celle des conducteurs comme l'aluminium. Les chercheurs ont découvert dès le début du 20e siècle que les propriétés conductrices des semi-conducteurs pouvaient être manipulées en ajoutant des impuretés.

Comme c'est souvent le cas, c'est la recherche militaire qui a permis de faire avancer le développement du transistor. Dans ce cas, il s'agissait de la recherche sur les radars. Les récepteurs superposés sont utilisés pour recevoir les ondes radio. Ils nécessitent des diodes redressées qui fonctionnent à des fréquences ultra-hautes, supérieures à un gigahertz. Les tubes électroniques n'y parviennent pas.

Les redresseurs à couche de silicium ou de germanium se sont engouffrés dans la brèche. Deux câbles en tungstène sont insérés dans ces matériaux semi-conducteurs, qui sont eux-mêmes équipés d'impuretés comme le bore ou le phosphore. Celles-ci déplacent les atomes de silicium ou de germanium et créent des porteurs tels que des électrons. Selon le type de porteurs de charge ou la tension générée, le courant peut entrer dans la couche de silicium ou de germanium par un câble et en sortir par l'autre. L'inverse est également possible, mais jamais dans les deux sens. Les récepteurs superposés équipés de tels redresseurs pouvaient fonctionner dans la gamme des gigahertz. Cela permettait de détecter les rayonnements micro-ondes émis par les radars militaires.

Quel est le rapport avec les transistors ?

Julius Edgar Lilienfeld a décrit en 1925 un composant électronique qui présentait les caractéristiques d'un tube électronique. Les dirigeants des Bell Laboratories dans les années 1930 - l'ancien département de recherche de la compagnie de téléphone AT&T - ont compris le potentiel des semi-conducteurs. Ils devaient remplacer les tubes électroniques et les commutateurs électromécaniques dans le système téléphonique de Bell.

Les premières tentatives de fabrication de transistors pendant la Seconde Guerre mondiale par William B. Shockley ont échoué. Après la Seconde Guerre mondiale, le département de recherche des Bell Laboratories a été restructuré et un groupe de recherche a été créé sous la direction de Shockley.

Shockley a fait valoir que le champ électrique d'une troisième électrode située sous la couche semi-conductrice renforce la conductivité de celle-ci. Cela devrait permettre de faire circuler suffisamment de courant à travers la couche. Mais les premières tentatives échouèrent à nouveau. C'est John Bardeen, un membre du groupe de recherche, qui a fait remarquer que les électrons attirés vers la couche semi-conductrice par le champ électrique empêchaient la pénétration de celle-ci.

Shockley et Bardeen ont développé le transistor de pointe sur la base de cette idée vers la fin de 1947. Celui-ci fonctionnait de la même manière que les semi-conducteurs du récepteur superhétérodyne. Lorsqu'une tension est appliquée à la base, le courant commence à circuler à travers le collecteur vers l'émetteur. Le premier transistor fonctionnel était inventé.

Si vous souhaitez en savoir plus sur le fonctionnement de ces transistors dits bipolaires, je vous recommande l'article du Compendium électronique.

Par la suite, les transistors n'ont cessé d'évoluer. Les premiers transistors commercialisés ont été vendus dès les années 1950. Au début, ils étaient principalement utilisés dans les appareils auditifs et les radios portables. Au fil du temps, ils ont également été utilisés pour remplacer les tubes électroniques dans les ordinateurs. Vers la fin des années 1950, les transistors ont presque complètement remplacé les tubes électroniques dans les ordinateurs
.

Les transistors au silicium

Les premiers transistors étaient en germanium. Ce matériau présente un inconvénient majeur. Il faut relativement peu de tension pour déplacer les électrons à travers le transistor. Cela dépend également de la température. Si les transistors en germanium ne sont pas censés conduire, il peut arriver que des électrons circulent quand même en cas de forte chaleur. Ils sont donc moins adaptés aux circuits situés dans des zones plus chaudes.

C'est là qu'intervient le silicium. En raison de sa température de fusion plus élevée, il est mieux adapté aux circuits dans des zones plus chaudes. Texas Instruments l'a compris et a commencé à commercialiser des transistors en silicium en 1954.

Un autre développement important pour les ordinateurs a été les transistors à effet de champ MOS, plus précisément les CMOS. Ils ont été développés par Frank Wanlass en 1963. Ils sont particulièrement adaptés aux circuits intégrés car ils sont faciles à fabriquer. Vers la fin des années 60, les transistors à effet de champ MOS ont commencé à remplacer les transistors bipolaires dans la fabrication des micro-puces. Depuis les années 80, ils sont devenus la norme dans les applications numériques. Les transistors bipolaires sont principalement utilisés dans les appareils analogiques.

Si vous voulez en savoir plus sur le fonctionnement des transistors à effet de champ MOS, je vous recommande également de lire l'article du Compendium électronique.

C'est tout ce que j'ai à dire sur le monde des transistors. La prochaine fois, vous en saurez plus sur les ordinateurs centraux, les systèmes d'exploitation et les langages de programmation
.

Kevin Hofer

Senior Editor

kevin.hofer@digitecgalaxus.ch

La technologie et la société me fascinent. Combiner les deux et les regarder sous différents angles est ma passion.

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