Au début était le transistor

Chapitre 3
Au début était le transistor
Les modes de calcul ont été tributaires des composants disponibles à chaque
époque : doigts, cailloux, encoches dans des os, roues dentées en bois et en
métal, etc. L’électromécanique intervient ensuite, suivie par l’électronique,
qui naît à la fin du XIX e siècle.
La première période de l’électronique durera un peu plus d’un demi-siècle :
c’est celle de la domination des tubes à vide, les lampes radio. En 1948,
une première révolution s’annonce : un composant solide, capable de
remplacer ces tubes, le transistor, vient de naître. Il sera développé, en
1960, par la réalisation des circuits intégrés.
Du tube à vide au transistor
Du début du XX e siècle jusqu’en 1948, on ne dispose que des tubes à vide,
encore désignés par lampes radio. Une lampe radio est, en effet, un tube de verre
dans lequel on a fait le vide ; une cathode négative, chauffée à haute température, expulse des électrons dont le flot modulé par une grille dans les tubes
triodes et leur suite, est attiré par une anode positive.
Le premier tube à vide, la diode, est inventé par sir John Ambrose Fleming
(1849-1945) et breveté en 1904. Ce tube se comporte comme un redresseur ou
comme un détecteur.
En 1906, l’ingénieur américain Lee de Forest (1873-1961) a l’idée d’introduire une grille de commande entre ses deux électrodes. Il crée un tube alors
baptisé Audion ; c’est la triode qui vient de naître. Dès lors, on peut amplifier,
moduler, faire osciller le courant électrique. Pendant un demi-siècle, on
travaillera à perfectionner ce concept. Accessoirement, Lee de Forest aura la
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ET L ’ INVENTION DU FABULEUX MICROPROCESSEUR
bonté de préfacer le premier numéro de la revue Électronique Industrielle
(Éditions Radio) que j’ai dirigée durant de nombreuses années.
Sir John Ambrose Fleming,
inventeur de ce qui sera la diode
(doc. http://www.
electron-valve.com/history/
history.html)
Ci-dessous, exemple de structure
schématisée d’une lampe triode
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Les défauts des tubes sont multiples :
un grand volume ;
le fait qu’il faut chauffer un oxyde à haute température pour qu’il émette
des électrons, mais qu’il faut refroidir l’enveloppe de verre ;
une grande fragilité – la durée de vie dépend de celle du filament ou de la
cathode, dans le meilleur des cas, cette dernière finissant par s’évaporer
(comme le filament d’une lampe d’éclairage à incandescence).
AU
DÉBUT ÉTAIT LE TRANSISTOR
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Exemple d’un amplificateur haute-fidélité équipé de tubes triodes ; l’usage de tubes reste
très en vogue chez les amateurs, car ceux-ci affirment que les tubes sont plus musicaux
que les transistors (c’est un problème d’impédance et d’harmoniques)
(Doc. http://www.the-planet.org ; cet amplificateur appartient à la fille, âgée de dix ans, du
créateur du site)
En 1947, trois chercheurs travaillant aux Bell Laboratories, John Bardeen,
Walter H. Brattain et William Shockley, inventent le transistor. Les Bell Laboratories souhaitaient, depuis plusieurs années, remplacer les tubes à vide de
leurs répéteurs téléphoniques sous-marins par un dispositif plus fiable. Ce
premier transistor à pointes, en germanium, est annoncé en 1948.
La grande famille des transistors commence alors son évolution. Du germanium, on passe au silicium, on réalise des structures à contact NPN
(négatif-positif-négatif) ou PNP, des transistors de type bipolaire on passe aux
transistors à effet de champ et au MOS (métal-oxyde-silicium), puis aux CMOS
(MOS complémentaires), avec toutes les variantes possibles et imaginables que
nous ne pouvons vous présenter ici.
Les avantages des transistors par rapport aux tubes à vide sont
innombrables : leur volume est réduit, avant même de devenir microscopique ;
ils n’ont plus besoin d’être chauffés et leur rendement est très élevé ; ils ne sont
pas fragiles. Ils sont d’abord produits à l’unité, par des méthodes qu’on peut
considérer comme artisanales, jusqu’à ce que d’autres procédés apparaissent.
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John Bardeen (au centre, debout), Walter H. Brattain (à droite) et Shockley
(assis) dans les laboratoires de la Bell Telephone
(doc. Bell Laboratories)
Un transistor classique en boîtier métallique.
Du transistor au circuit intégré
L’idée qui ne pouvait manquer de surgir a été la suivante : "Puisque les transistors sont si petits, pourquoi ne pas en fabriquer plusieurs simultanément sur
le même morceau de silicium, le même substrat ? Ce faisant, on pourrait aussi
les interconnecter afin de les organiser en fonctions complètes. Par exemple, on
fabriquerait des fonctions logiques diverses". Telle est l’idée à l’origine du
circuit intégré.