Википедија

Džon Bardin

Džon Bardin (engl. John Bardeen; Viskonsin, 23. maj 1908 — Boston, 31. januar 1991) bio je američki fizičar. Rođen u Medisonu (SAD).[5] Doktorirao je matematičku fiziku na Univerzitetu Prinston. Nobelovu nagradu iz fizike dobio je dva puta. 1956. za otkriće tranzistora i 1972. za razvoj teorije superprovodljivosti.[6][7]

Džon Bardin
Lični podaci
Datum rođenja(1908-05-23)23. maj 1908.
Mesto rođenjaViskonsin, SAD
Datum smrti31. januar 1991.(1991-01-31) (82 god.)
Mesto smrtiBoston, SAD
ObrazovanjeUniverzitet Prinston, Univerzitet Viskonsina u Medisonu
Naučni rad
Učenici
Nagrade

Životopis uredi

Džon Bardin je diplomirao i magistrirao elektrotehniku na Univerzitetu u Viskonsinu (Medison), a doktorat iz polja matematičke fizike je primio na Univerzitetu Prinston.[8] Džon je radio u više ustanova, a nakon rata 1945. pridružuje se Belovim telefonskim laboratorijama u Mari Hilu, Nju Džerzi[7], gde zajedno s Bratajnom i Šoclijem sprovodi istraživanja svojstava provodljivosti elektrona u superprovodnicima i same superprovodnosti. Nekoliko dana pre Božića, 23. decembra 1947. otkrili su tranzistor koji je pokrenuo pravu tehnološku revoluciju.

Ranih 50-ih godina prošlog veka, Bardeen nastavlja istraživanja o superprovodljivosti koja je započeo još 1930. i za svoja teoretska objašnjenja pojave superprovodljivosti prima svoju drugu Nobelovu nagradu. Teorija koju je uspešno plasirao sa svojim kolegama, danas je poznata kao BCS teorija, po inicijalima pronalazača Bardina, Kupera i Šrifera. Svoj je rad nastavio i dalje - posvećujući se u prvom redu superprovodnicima. Na Univerzitetu Ilinois je radio kao profesor elektrotehnike od 1951. do 1975. godine. Bardin je preminuo 30. januara 1991. godine. Po prirodi je bio miran i tih čovek.[9]

Tranzistor uredi

Glavni članak: Tranzistor

Tranzistor (engl. transistor, od trans[fer] [res]istor: prenosni otpornik) je aktivni poluprovodnički element sa tri elektrode. Razlikuju se bipolarni i unipolarni tranzistori. Promenom ulazne struje bipolarnoga tranzistora ili ulaznog napona unipolarnoga tranzistora upravlja se strujom u izlaznom krugu. U analognim sklopovima tranzistori se primenjuju ponajpre za pojačanje signala, a u digitalnim sklopovima kao upravljane sklopke. Naziv tranzistor potiče iz 1947, kada su američki istraživači Džon Bardin, Volter Hauzer Bratejn i Vilijam Bradford Šokli konstruisali prvi germanijumski bipolarni tranzistor.

Bipolarni tranzistor uredi

Bipolarni tranzistor sastoji se od tri sloja poluprovodnika, s kontaktima emitera (E), baze (B) i kolektora (C). Postoje npn-tranzistori i pnp-tranzistori (poluprovodnici). Kod npn-tranzistora baza p-tipa poluprovodnika napravljena je između emitera i kolektora koji su n-tipa, dok su kod pnp-tranzistora slojevi emitera, baze i kolektora suprotnoga tipa. U radu bipolarnog tranzistora učestvuju oba tipa nosilaca. U normalnom aktivnom području rada tranzistora emiter injektira nosioce u bazu. Manji deo nosilaca gubi se (rekombinuje) u uskoj bazi, čineći malu struju baze, a veći deo prolazi kroz bazu u kolektor, uzrokujući struju kolektora. Kod npn-tranzistora osnovnu struju čine elektroni, a kod pnp-tranzistora šupljine. Struje emitera, baze i kolektora međusobno su proporcionalne. U najčešće korištenom spoju zajedničkog emitera mala promena ulazne struje baze uzrokuje veliku promenu izlazne struje kolektora, čime se ostvaruje pojačavajuće delovanje tranzistora u pojačanju signala. Bipolarni tranzistor upotrebljava se i kao sklopka. Zavisno od ulazne struje baze, tranzistor se prebacuje iz područja zapiranja u područje zasićenja i obratno; u području zapiranja radi kao isključena sklopka uz zanemarive struje, a u području zasićenja kao uključena sklopka uz mali pad napona između kolektora i emitera.

Unipolarni tranzistor uredi

Unipolarni tranzistor označava se skraćenicom FET (engl. Field Effect Transistor: tranzistor upravljan poljem). FET ima tri osnovne elektrode: uvod (S), upravljačku elektrodu (G) i odvod (D). Naponom priključenim između uvoda i upravljačke elektrode moduliše se poluprovodnički otpor (nazvan kanal) između uvoda i odvoda, čime se upravlja strujom odvoda. Zavisno od tipa poluprovodnika u kanalu razlikuju se n-kanalni i p-kanalni FET-ovi. Rad FET-ova određuje tok samo jednoga tipa nosilaca – elektrona kod n-kanalnih i FET-ova šupljina kod p-kanalnih. Upravljačka elektroda električno je izolovana od kanala te se FET-ovi odlikuju velikim ulaznim otporom. Zavisno od konstrukcije koristi se više tipova FET-ova. Kod JFET-a (engl. Junction FET: spojni FET) kanal i upravljačka elektroda čine zaporno polarizovani pn-spoj, a kod MESFET-a (engl. Metal-Semiconductor FET: metalni poluprovodnički FET) zaporno polarizovani pn-spoj zamenjen je zaporno polarizovanim spojem metal-poluprovodnik. Kod MOSFET-a (engl. Metal-Oxide-Semiconductor FET: metalnooksidni poluprovodnički FET) metalna ili polisilicijumska upravljačka elektroda izolovana je od kanala tankim slojem silicijum dioksida (SiO2). MOSFET ima četvrtu elektrodu, podlogu (B), koja se najčešće spaja s uvodom. Posebna vrsta FET-ova je HEMT (engl. High Electron Mobility Transistor: tranzistor s visokom pokretljivosti elektrona). Poput bipolarnog tranzistora, FET-ovi se koriste kao pojačavajući elementi ili kao naponom upravljane sklopke.

Bipolarni tranzistori strujno su upravljani elementi, a FET-ovi naponski upravljivi. Bipolarni tranzistori imaju veću strminu, te su pojačanja pojačala realizovana s bipolarnim tranzistorima veća od pojačanja pojačala s FET-ovima. Uz to su bipolarni tranzistori brži i uz iste dimenzije daju jaču struju od FET-ova. Bipolarni se tranzistori mogu upravljati svetlosnim snopom, što se primenjuje u izvedbi fototranzistora (fotomultiplikator), elemenata za pretvaranje svetlosnoga signala u optički. Glavna je prednost FET-ova velik ulazni otpor. Temperaturni je koeficijent izlazne struje FET-ova negativan, a bipolarnih tranzistora pozitivan, te su FET-ovi pogodniji tranzistori za konstrukciju pojačala snage.

Osnovni poluvodički materijal za realizaciju bipolarnih tranzistora, JFET-ova i MOSFET-ova, i dalje je silicijum. U nekim se izvedbama bipolarnih tranzistora i MOSFET-ova silicijum se kombinuje s germanijumom (silicijumsko-germanijumski tranzistori, SiGe), ponajprije radi povećanja brzine rada. Većom brzinom rada odlikuju se tranzistori koji se kao poluvodičkim materijalom koriste galijum arsenidom (GaAs). Od galijum arsenida izrađuju se MESFET-ovi, a od kombinacije galijum arsenida i aluminijum-galijum arsenida (AlGaAs) proizvode se heterospojni bipolarni tranzistori (HBT-ovi – od engl. Heterojunction Bipolar Transistor) i HEMT-ovi. Naziv HBT upotrebljava se i za silicijsko-germanijske bipolarne tranzistore.

Zahvaljujući dobrim svojstvima poput velike brzine rada, male potrošnje, velike pouzdanosti i male cene, tranzistori su osnovni elementi elektronskih sklopova različitih funkcija poput pojačala, stabilizatora, modulatora, generatora signala, digitalnih logičkih sklopova, poluvodičkih memorija i slično. Kao diskretne komponente u zasebnim kućištima, tranzistori se proizvode za različite namene. Uz tranzistore opšte namene, s ujednačenim karakteristikama, izrađuju se tranzistori s optimiranim karakteristikama za pojedine primene, na primer visokofrekvencijski tranzistori, tranzistorske sklopke, visokonaponski tranzistori i tranzistori snage.

U većoj meri tranzistori se koriste kao deo integrisanih sklopova u kojima se u istoj, najčešće silicijumskoj, pločici integriše velik broj tranzistora i ostalih elemenata (dioda, otpornika, kondenzatora). Analogni integrisani sklopovi poput operacijskih pojačala i stabilizatora temelje se pretežno na primeni bipolarnih tranzistora. Ulazni tranzistori integrisanih operacijskih pojačala često su JFET-ovi, koji osiguravaju veliki ulazni otpor pojačala. Većina digitalnih integrisanih sklopova izvodi se u komplementarnoj MOS-tehnici (CMOS), u kojoj se upotrebljavaju komplementarni parovi n-kanalnih i p-kanalnih MOSFET-ova. Zahvaljujući jednostavnosti i malim dimenzijama MOSFET-ova te maloj potrošnji, u komplementarnoj MOS-tehnici realiziraju se integrisani sklopovi velike složenosti poput mikroprocesora i memorijskih sklopova s više od 109 tranzistora. Često se u komplementarnoj MOS-tehnici u istom integrisanom sklopu uz digitalne funkcije izvode i analogne. Optimalna svojstva složenih integrisanih sklopova postižu se kombinacijom MOSFET-a i bipolarnih tranzistora u BiCMOS-tehnici (naziv BiCMOS upućuje na istodobno korištenje bipolarnih komplementarnih MOS-tranzistora na istoj silicijumskoj pločici). Najbrži su integrisani sklopovi od galijum arsenida temeljeni na primeni MESFET-ova i HEMT-ova. Takvi se sklopovi najčešće koriste u visokofrekvencijskim komunikacijskim uređajima, na primer u mobilnoj telefoniji.[10]

Superprovodljivost uredi

Glavni članak: Superprovodljivost
 
Magnet koji lebdi iznad superprovodnika zbog Majsnerovog efekata.

Superprovodljivost je stanje pojedinih materija koje se na niskim temperaturama očituje u nestanku njihova električnoga otpora, prolasku električne struje kroz tanku izolatorsku barijeru unutar njih bez električnog otpora (Džozefsonov učinak - Brajan Dejvid Džozefson) i lebdenju magneta iznad njihove površine (Majsnerov učinak - Valter Majsner). [11] Superprovodljivost je kvantnomehanička pojava i ne može se objasniti klasičnom fizikom. Tipično nastaje u nekim materijalima na jako niskim temperaturama (nižim od -200 °C).

BCS teorija uredi

Glavni članak: BCS teorija

BCS teorija ili Bardin-Kuper-Šriferova teorija je prva mikroskopska teorija superprovodljivosti (1957).[12][13][14] Polazi od pretpostavke da na vrlo niskim temperaturama u kristalnoj rešetki superprovodnika privlačno međudelovanje elektron–rešetka–elektron nadjačava odbojnu električnu silu među elektronima, tj. da elektroni pri prolasku kroz rešetku privlače njene jone, što rezultira povećanjem gustine pozitivnog naboja u tom području i, dok se rešetka ne vrati u ravnotežno stanje, privlači druge elektrone. U takvim uslovima elektroni kojima su spinovi i količine kretanja suprotni kreću se u parovima (Kuperovi parovi), a svaki par elektrona na međusobnoj udaljenosti od približno 100 nm kreće se kroz kristalnu rešetku bez gubitka energije i može tunelisati kroz izolatorsku barijeru. Porastom temperature atomi rešetke sve jače osciluju, iznad kritične temperature razdvajaju elektronske parove, elektroni se više ne mogu kretati bez gubitaka i pojavljuje se električni otpor. Za razvoj BCS-teorije Džon Bardin, Leon Kuperi Džon Robert Šrifer dobili su Nobelovu nagradu za fiziku 1972.[15]

Reference uredi

  1. ^ a b Džon Bardin na sajtu MGP (jezik: engleski)
  2. ^ „Nice Guys Can Finish As Geniuses at University of Illinois in Urbana-Champaign.”. Chicago Tribune: Knight Ridder News Service. 25. 1. 2003. Pristupljeno 3. 8. 2007. 
  3. ^ Bardeen Biography from the Nobel Foundation
  4. ^ Pippard, B. (1994). „John Bardeen. 23 May 1908–30 January 1991”. Biographical Memoirs of Fellows of the Royal Society. 39: 20—34. S2CID 121943831. doi:10.1098/rsbm.1994.0002. 
  5. ^ „The Nobel Prize in Physics 1956”. NobelPrize.org (na jeziku: engleski). Pristupljeno 2021-01-29. 
  6. ^ „John Bardeen | American physicist”. Encyclopedia Britannica (na jeziku: engleski). Pristupljeno 2021-01-29. 
  7. ^ a b Mišić, Milan, ur. (2005). Enciklopedija Britanika. A-B. Beograd: Narodna knjiga : Politika. str. 107. ISBN 86-331-2075-5. 
  8. ^ „John Bardeen, Nobelist, Inventor of Transistor, Dies”. Washington Post. 31. 1. 1991. Arhivirano iz originala 2. 11. 2012. g. Pristupljeno 3. 8. 2007. 
  9. ^ John Bardeen, CroEOS.net Arhivirano na sajtu Wayback Machine (23. maj 2004) www.croeos.net
  10. ^ Tranzistor, [1] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2014.
  11. ^ Superprovodljivost, [2] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2014.
  12. ^ Cooper, Leon N. (1956). „Bound Electron Pairs in a Degenerate Fermi Gas”. Physical Review. 104 (4): 1189—1190. Bibcode:1956PhRv..104.1189C. doi:10.1103/PhysRev.104.1189  . 
  13. ^ Bardeen, J.; Cooper, L. N.; Schrieffer, J. R. (1957). „Microscopic Theory of Superconductivity”. Physical Review. 106 (1): 162—164. Bibcode:1957PhRv..106..162B. doi:10.1103/PhysRev.106.162  . 
  14. ^ Bardeen, J.; Cooper, L. N.; Schrieffer, J. R. (1957). „Theory of Superconductivity”. Physical Review. 108 (5): 1175—1204. Bibcode:1957PhRv..108.1175B. doi:10.1103/PhysRev.108.1175  . 
  15. ^ BCS-teorija, [3] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2014.

Spoljašnje veze uredi

 
Džon Bardin na Vikimedijinoj ostavi.
Preuzeto iz „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Џон_Бардин&oldid=27551352”