TRANZYSTORY TZG1-TZG6
Zdjęcie powyżej, którego autorem jest dr inż. Krzysztof Zioło z Politechniki Śląskiej jest na dzień dzisiejszy (25 sierpnia 2022 r.) jedynym materialnym śladem produkcji
tranzystorów serii TZG przez Przemysłowy Instytut Elektroniki.
Prace nad tranzystorami w Polsce najwcześniej rozpoczęto w 1953 r. w Zakładzie Elektroniki Polskiej Akademii Nauk. Wkróce do prac przystąpiły
także i inne instytucje. W 1955 r. techniką półprzewodnikową zainteresowano się w Zakładach Wytwórczych Lamp Elektrycznych im. Róży Luksemburg w Warszawie przy
ul. Karolkowej. W biurze konstrukcyjnym ZWLE pracami kierowała mgr Kazimiera Morkowska i początkowo prace te dotyczyły nie tranzystorów, a diod ostrzowych.
W 1956 r. z tego biura utworzono Przemysłowy Instytut Elektroniki. W tym właśnie instytucie próbowano wytwarzać w Polsce seryjnie tranzystory stopowe.
Światło na tę historię mogą rzucić nieliczne dokumenty oraz relacje ówczesnych pracowników instytutu. Kilka lat temu udało mi się porozmawiać z dwoma dawnymi pracownikami.
Tak wspominał dr Andrzej Taczanowski (1923-2019):
"Na wiosnę 1955 r. pani Morkowska została skierowana na 3 miesiące do Moskwy w celu zapoznania się z technologią diod półprzewodnikowych.
Po powrocie tworzyła nowy dział diod półprzewodnikowych. [...]Po jesieni 1956 r.[...] 300 osób miało być zatrudnione w Zakładzie Doświadczalnym w produkcji diod półprzewodnikowych,
którą uruchamiała mgr Morkowska. Lokal dla tego Zakładu znaleziono na ul.Stępińskiej.
[...]Prace nad diodami prowadzono także w Instytucie Łączności, gdzie grupa zapaleńców zorganizowała ich opracowanie i produkcję.
Ta grupa w końcu lat pięćdziesiatych została jednak zlikwidowana, bowiem uruchomiono już produkcję diod w Zakładzie Doświadczalnym na ul.Stępińskiej.
Wtedy każdy starał się o monopol i działał metodami, nazwijmy je, nierynkowymi. Pewnie grupa z Instytutu Łączności okazała się być słabsza w tej wojnie,
która gdzieś, na jakimś szczeblu się toczyła. Tak więc na Stępińskiej funkcjonował Zakład Produkcji Półprzewodników ( w 1962 roku to była już chyba PEWA)[...]"
Jak wspominał z kolei prof. Andrzej Czachor (1934-2017):
"Pracę w PIE zacząłem w 1956 r. Trafiłem do zakładu p. Morkowskiej. Z tego zakładu pamiętam też p. Jerzego Nasta. Równocześnie ze mną do zakładu tego trafili
inni absolwenci fizyki: nieżyjący już prof. Jerzy Piekoszewski (z Poznania), Marian Kozielski (z Torunia) i Eugeniusz Szyszko (Poznania).
Marian Kozielski zajmował się hodowlą monokryształów. Wszyscy trafiliśmy do PIE z tzw. nakazu pracy. Grupa, do której trafiliśmy, zajmowała się materiałami
półprzewodnikowymi (sprowadzanymi zza granicy). Nie pamiętam dokładnie, ale wydaje mi się, że był to german. Materiały badane były cięte drutami,
zanurzonymi w zawiesinie proszku karborundowego. Z tak pociętych płytek były robione diody prostownicze. Pamiętam, że sprawa tranzystora była wówczas na celowniku.
Mniej więcej w tym okresie pojawiła się książka Shockley'a i to była dla nas podstawowa lektura. Była ona trudna dla nas- absolwentów fizyki.
Należało zmienić myślenie z elektronów w prózni na dziury i elektrony w ciele stałym i nie było to takie proste.
Pani Kazimiera Morkowska była tytułowana "Pani doktor" i była od nas starsza. Na początku roku 1958 w naszym zespole trwały prace nad powstaniem
stanowiska do wyciągania monokryształów metodą Czochralskiego. Widziałem osobiście pierwszy monokryształ z tego urządzenia, podobny bardziej do śruby okrętowej
niż do pręta. Byliśmy wówczas przekonani, że to pierwszy monokryształ w kraju, wyciągniety tą metodą i atmosfera była podniosła. Co do mojej roli w zespole,
to byłem teoretykiem. Zajmowałem się pomiarami (m.in. czterosondą do pomiaru oporności półprzewodnika oraz aparaturą do pomiaru czasu życia nośników,
skonstruowaną przez inż. Chmielewskiego). Zastrzegam jednak, że konstruktora osobiście nie poznałem. Odszedł on z zespołu chyba przed moim akcesem.
Co do budowy tego ostatniego urządzenia, to działało ono następująco: Plamka świetlna z rozżarzonego drutu platynowego była rzutowana soczewką na wygładzoną
powierzchnię półprzewodnika. W sąsiedzwie plamki znajdował się kontakt elektryczny, który przenosił generowane napięcie na wzmacniacz. To napięcie było tym mniejsze,
im wieksza odległość od tej plamki i im krótszy czas życia. Krzywe, reprezentujące zależność napięcia od odległości plamki od kontaktu były funkcjami Bessela.
Dysponując standaryzowanymi krzywymi dla kilku czasów życia (10, 50, 100 mikrosekund) można było dokonać porównania i na tej podstawie określało się czas życia nośników w próbce.
Początkowo plamka świetlna była linią. Po pewnym czasie ulepszyłem urządzenie, tak, że plamka była punktem i wówczas pomiar był radialny, a rozwiązaniem była funkcja elementarna.
W pierwszej połowie 1958 r. poczułem, że się już nie rozwijam. Pod wpływem prof. Piekoszewskiego, który przeniósł się do IBJ wcześniej, postanowiłem także i ja się tam przenieść.
Co do lokalizacji naszej pracowni w PIE, to mieściła się ona na pierwszym piętrze budynku przy ul. Długiej 44/50 i zajmowała dwa pierwsze okna od strony parku Krasińskich,
patrząc od ul. Bohaterów Getta. Pamiętam, że z przyczyn chyba remontowych przeniesiono nas chyba na początku 1958 r. na ul. Stępińską
(Tam mieścił się Zakład Doświadczalny Półprzewodników-przyp. mój). Pamiętam, że była tam kobieta- technik, która miała krótkie rurki o średnicy
kilku milimetrów i masowo wkładała do środka zestaw drucików z kontaktami na płytce półprzewodnikowej i na małym, ale ostrym płomieniu palnika zatapiała te rurki.
Robiła tego naprawdę dużo! Dziennie zatapiała - jak na moje oko- co najmniej 200-300 sztuk takich zestawów. Pamiętam jednak, że pani ta nie miała poczucia misji
(rozmówca mój prawdopodobnie wspomina proces wytwarzania pierwszych serii diod DOG- przyp. mój). Sprzęt zaś do naszych badań był robiony przez pracowników instytutu.
Nie przypominam sobie, abyśmy robili jakieś zakupy aparatury z zagranicy. Duży wkład w tworzeniu aparatury miał Eugeniusz Szyszko, który potem przeniósł się do TEWY."
Spójrzmy w okna gmachu przy ul. Długiej, o których wspominał prod. Andrzej Czachor.
Jak widzimy, było to nie więcej jak kilkadziesiąt metrów kwadratowych pracowni.
Pierwszymi wytwarzanymi w PIE tranzystorami były tranzystory warstwowe TZG1-TZG6 (prawdopodobnie skrót pochodził od wyrażenia "trioda złączowa germanowa".
Parametry tranzystorów serii TZG ujmuje tabela.
Parametry podane w tej tabeli wymagają słowa komentarza. Po przeliczeniu, parametr h21e tranzystora TZG1 zawiera się w przedziale od około 6 do 19, zaś częstotliwość graniczna
jest nędzna- 100 kHz. Tranzystor TZG6- najlepszy z tej serii zapewniał parametr h21e na poziomie co najmniej 49, a częstotliwość graniczna wynosiła 1 MHz. Pozwoliłoby to już na budowę
odbiornika superheterodynowego na zakres fal długich.
Technologia tych tranzystorów ewidentnie była wzorowana na technologii radzieckiej, gdyż wygląd tych tranzystorów jest identyczny z radzieckimi tranzystorami P1.
Jak wynika z tłumaczenia opisu tranzystorów P1 w języku rosyjskim (strona http://www.155la3.ru/p1.htm):
"Tranzystor P1 Przeznaczony do wzmacniania sygnałów o częstotliwości do 100 kHz (P1E - do 465 kHz).
Prace nad tym tranzystorem rozpoczęły się na początku 1953 roku. Produkcję seryjną rozpoczęto w 1955 roku (pierwsze numery nosiły nazwy KSW-1, KSW-2;
istnieją jednak inne numery, np. KS-W5 = P1D i KS-W6 = P1E). Produkcję zakończono w 1960 roku.
Nieco później pojawiły się warianty tego tranzystora P1Ż i P1I o wyższej częstotliwości granicznej: P1Ż w pierwszej połowie 1956 r., P1I w drugiej.
Ich parametry były więcej niż skromne - zakres częstotliwości do setek kiloherców, maksymalny prąd 5 mA, napięcie do 20 V.
Do istotnych ich wad należała zła stabilność w niskich temperaturach, a także duży rozrzut parametrów.
„Badania 50 triod typu P1A i P1E, wyprodukowanych przez fabrykę Swietłana w grudniu 1956 roku, wykazały, że głównym parametrem ograniczającym
zastosowanie triod w podwyższonych temperaturach (+60°C) jest niekontrolowany prąd kolektora Ikbo. Dla triod 40% nie przekracza 0,2-0,3 mA, dla 55% 0,3-0,7 mA, a dla 5% 0,7-0,9 mA."
Opracowanie tego tranzystora nie przebiegało zbyt gładko. Ten pierwszy tranzystor, który miał być produkowany masowo, został opracowany przez A.W. Krasiłowa
w moskiewskim NII-35 (obecnie NPP Pulsar). Tranzystor był montowany w obudowie szklano- metalowej. Elektrody indowe emitera i kolektora zostały stopione ze sobą z przeciwnych stron
w cienki kryształ germanu. Wyprowadzenia z nich wyciągnięto rurkami wlutowanymi w szklane izolatory obudowy. Dwie połówki korpusu zostały połączone przez walcowanie i uszczelnione
przez lutowanie stopem niskotemperaturowym. Wyprowadzenia przechodzące w rurkach korpusu zostały uszczelnione innym niskotemperaturowym stopem.
Trudność polegała na tym, że temperatura topnienia indu wynosiła tylko 150°C. Cztery kolejne operacje lutowania kryształu do podstawy, wyprowadzeń „wąsów”
uszczelnienia połówek obudowy i na koniec uszczelnienia wyjść wyprowadzeń z obudowy stwarzała duże trudności.
Technologia tworzenia złącz p-n w krysztale była praktycznie na poziomie laboratoryjnym. Piec typu muflowego, elektrody tranzystorowe dozowane ręcznie z drutu, kasety grafitowe,
w których montowano i formowano złącza p-n – te operacje wymagały dokładności, ale grafit nie mógł zapewnić dokładności.
Czas trwania procesów kontrolowany był stoperem. Wszystko to nie przyczyniło się do wysokiej wydajności uzysku tranzystorów. Na początku było to od 0% do 2-3% (sic!).
A w zakładach „Swietłana” przy produkcji lampp próżniowych przyzwyczajono się do uzysku na poziomie do 80-90%.
„Środowisko produkcyjne” również nie przyczyniło się do wysokiego uzysku tranzystorów. Higiena próżniowa, do której "Swietłana" była przyzwyczajona,
była niewystarczająca do produkcji urządzeń półprzewodnikowych. To samo dotyczyło czystości gazów, wody, powietrza, atmosfery na stanowiskach pracy
, czystości użytych materiałów, a także czystości pojemników i podłóg i ścian. Żądania czystości spotykały się z niezrozumieniem. Na każdym kroku liderzy nowej produkcji natykali
się na szczere oburzenie służb zakładu: „Dajemy Ci wszystko, ale Tobie ciągle mało!”
Minął niejeden miesiąc, zanim zespół fabryczny zasymilował się i nauczył spełniać niezwykłe, „nadmierne”, jak się wówczas wydawało, wymagania tego nowo rodzącego się rzemiosła.
Korpus tranzystorów, uszczelniony przez lutowanie i walcowanie, nie był wystarczająco szczelny, więc trwałość tranzystorów była niewielka."
Zapewne nie inaczej wyglądała produkcja polskiego odpowiednika tranzystorów serii TZG. Egzemplarze powstawały zapewne według jednego przepisu technologicznego, a
segregację na konkretny typ uzyskiwano już po dokonaniu pomiaru parametrów.
Jak duża była wielkość produkcji tych tranzystorów, trudno dziś ustalić. Na pewno tranzystory TZG1-6 produkowane były krótko. Do dziś, jako materialny ślad po tej produkcji
zachowała się tylko demonstracyjna plansza przedstawiająca etapy powstawania tranzystorów serii TZG, zachowana w Muzeum Techniki Politechniki Śląskiej, którą opiekuje się dr inż. Krzysztof Zioło.
O zastosowaniach tranzystorów TZG1-TZG6 nie wiadomo nic.
Na zakończenie pragnę podziękować Adamowi Wishtalowi za materiały, dotyczące tranzystorów TZG, które pomogły zredagować mi tę stronę.
aktualizacja strony 25.08.2022 r.
Powrót do "Polskie elementy półprzewodnikowe"