ソニーのトランジスタ

概要

ソニーが米Western Electric社と、トランジスタの技術援助契約を締結したのが1953年で、その翌年国の許可が下り(当時は高額の外貨支払いには国の許可が必要だったようです)、1954年から日本で（アジアでも）初めてトランジスタの製造販売を開始しました。ここでは、黎明期のソニーのトランジスタについての情報をまとめています。

ソニーが商業生産した最初のトランジスタは、扁平な楕円状の筒に入っていました。ソニーに限らず、海外のトランジスタもこの形状のものがありますので、標準的な仕様だったようです。このパッケージは「ハーメティック(Hermatic,密封)シール」と呼ばれ、半導体部分は樹脂で封止の上、不活性ガスを充填した缶に入れらています。トランジスターの足はサブミニチュアの真空管のピッチに合わせられており、サブミニチュア管用のソケットに差す使い方も想定されていたようです。

この扁平缶トランジスタはグレーに塗装されていましたが、2T-6x以降は仕様がアップデートされ、色についてもNPN(グレー・ブルー)、PNP(オレンジ)等、タイプで色分けされました。しかし、1959年あたりから、扁平缶からよりコンパクトな円筒缶に変更されていっています。そのため、同じ型番でパッケージが異なるものも存在しています。

合金接合型（アロイジャンクション）

合金接合型は、最初に量産されたトランジスタで、ソニーもごく初期の接触型を除くと、このタイプから量産を開始しています。薄いN型ゲルマニウム半導体の両面にインジウムを重ねて加熱・合金化することで、インジウムが拡散した部分がP型半導体となりPN接合を生成します。

2T-1x

1954年に最初に発売されたトランジスタは、2T-11から2T-14までの型番だったようです。発売当初は2T-14で4000円という、今の価値にすると相当高額(初任給が1万円ぐらい)でした。型番により多少仕様が異なるものの似通っており、大きい型番ほど高性能で高価格だったようです。ただ、現在のシリコントランジスタに比べると、増幅率も低く、一番高そうな2T-14でもα=0.97程度にとどまります。
パッケージは扁平缶です。他の接合型のトランジスタと比べて、2T-1xはやや高い周波数まで扱えたようで、サンプル回路図には、AMトランスミッターや、発振器等、数百kHzの周波数を扱うサンプルが記載されています。ですが、実力は遮断周波数150kHz程度で、元の増幅率が低いこともあり、中波のラジオの局発に使うには性能が不足していたようです。
4つのトランジスタは2T-12は100kHzまで使用可能、2T-13は更に高い周波数まで使え、利得も高い、2T-14は低雑音となっています。明確な資料はありませんが、ネット情報では、ソニー初のトランジスタラジオTR-55の最終段には、2T-12が使用されていたようです。

2T-2x

そのままで100mW、放熱板を付けることで最大で200mWまでの出力を出せる、PNPタイプの低周波トランジスタとカタログにはあります。しかし、これが使用されているソニーのラジオは見当たりません。初期のトランジスタラジオとしては大型のTR-72でも2T-6xが使用されています。音声出力は60mWであったことから、必要なかったのかもしれません。
中出力のトランジスタとしては、1957年後2T-8xがTR-88等に使用されていまので、比較的早い時期にモデルチェンジされたのかもしれません。

2T-3x (2SB4x, 5x)

低周波PNPのタイプと思われますが、2T-3x名で使われているラジオをみたことがなく、情報もあまりありません。パッケージは2SB48等に使われている、太くて背の低い缶だったようです。1960年の規格化に伴い、2SBxxに変更されています。初期(1956?)のカタログには掲載されておらず、1960年ぐらいのデータブックには出ていますので、2T-2xの後継的な位置っで、PNP/NPNの違いはありますが、スペック的には2T-6xと2T-8xの間を埋めるものだったようです。
2T-31が2SB48,49,50に(Pc=140mW, hFEで分類)に、2T-32が2SB51,52に、2T38が2SB53へと変更されています(両方ともPc=200mW)。型番が変わってからのものは、ハンディポータブルや、小さめのホームラジオのプッシュプル段に広く使用されています。

2T-6x　(2SD6x)

ソニーから最初に発売されたNPNタイプの低周波小出力のトランジスタです。パッケージは扁平缶で、2T-61, 2T-62が初期のカタログにリストップされています。最初に使われたのは、1955年発売のイヤホン専用のポケットラジオTR-33のようです。低周波増幅に2T-61が使用されています。
その後、1957年に改良品として2T-63～67までのトランジスタが販売されています。仕様を見た感じでは、同じラインで製造したトランジスタを選別して型番を付けていたようです。
2T-63はプッシュプル用として、2個1組で販売されていたトランジスタです。SEPPのNPN/PNPのペアではなく、トランス式に使われるNPN同士のペアとして販売されていました。SEPPに使用されるペアほどではないにしても、プッシュプル回路では、2つのトランジスタのVbe等に大きな個体差があると都合がわるいです。この頃のトランジスタは特性のばらつきがかなり大きかったため、特性を揃えたものを選別してセットにしていたようです。
2T-64～67はどれもコレクター損失は100mW(発売当初の公表値は80mW@25℃)ですが、hFeで型番分けされていたようです｡2T-64がいちばん高くhFE=90、いちばん低い2T-67でhFE=13となっていました。
トランジスタ型番の規格化により1960年に、2T-64,65,66は、2SD64,65,66に名前が変更され、ポケット、ハンディポータブルラジオの低周波増幅に定番的に広く使用されました。途中でパッケージも扁平缶から円筒型に変更されました。

2T-8x

NPNタイプの低周波中出力用のトランジスタです。小電力用の2T6xの上位モデルと思われます。2T-85はコレクター損失は400mWとなっており、2T-6xよりも大分大容量です。この中間にあたるものが、2T-3xだったようです。
パッケージは扁平缶です。1956年頃のカタログには掲載されていませんので、発売はその後のようです。手持ちのラジオで2T-84,85の仕様は確認できますが、マニュアル等には2T-8と表記されていることもあるので、余り区別されなかったのかもしれません、1957年以降、比較的大型のTR-74,TR-88,TR-711等に使用されています。
型番の規格化により、2T-85には2S131という番号が振られています。

成長接合型（グローン）

グローン型は、ゲルマニウムの溶融物から引き上げながら結晶を作る過程で、溶融物に不純物を入れ込み、薄いベース部分を方法です。接合型に並ぶ製造方法で、米国でもこの製法のトランジスタは商業化されています。例えばウェスタンエレクトリック社は、1955年頃にこの製法による2N27等のトランジスタを製造販売していましたが、難易度が高かったようです。世界初のトランジスタラジオに使用されたテキサスインスツルメンツのトランジスタもこのタイプでしたが、歩留まりが改善せずに撤退しています。

ただ、この製造方法は、高周波特性の向上が望める（ベース層をを薄く作れる）可能性があったことから、ソニーは高周波用トランジスタの製造プロセスとして開発を進めていました。一方で、合金接合型においても、後述のように高周波性能を改善する方法が見出さ、実用化されています。

当初は、引き上げ速度や温度等、製造条件の振れで目的の品質の結晶がなかなか得られず、薄いベース部分への配線も難しい作業であったため、当初は非常に歩留まりが悪かったようです。

パッケージは合金接合型と同じで、当初は扁平缶、その後円筒型のものに変わっています。グローン型の詳細を消費者は理解していないと思いますが、新技術の売りにするためか、当時のカタログにには「グローン型トランジスタ採用」と、宣伝文句に使われたりしています。

2T-5x

2T-5x型はソニーが最初に量産した、グローン型のトランジスタです。日本で最初のトランジスタラジオTR-55にも、局発、IF増幅の部分に使用されています。アロイ型では得られなかった高周波特性を実現し、ソニーのトランジスタラジオを知らしめるのに大きく貢献したトランジスタです。ただ、前述のとおり歩留まりが悪く、生産性に難があったようです。また、性能的にも十分ではなく、これが使用されてた初号機TR-55は、感度の面でミニチュア管ラジオに見劣りがしたそうです。
2T-51,52は、1955年に量産化にこぎつけ、TR-72やTR-63等、ごく初期のトランジスタラジオに使用されました。高周波特性の良いものをピックアップして2T-51として、より高い周波数が求められる局発・ミキサーに使用し、性能の劣るものは2T-52として中間周波増幅に使用されました。部品としては、初任給が1万円に足りない時代に、2T-51の価格は5000円、2T-52でも3000円という値付けで販売されており、高嶺の花だったようです。
これらは、TR-6, TR-66等に使用されているのですが、見ている範囲では、本体にSONYの表記はあるものの、型番の表記がありません。選別して使用していたためか、内部使用なので省略されたのかよくわかりませんが、外観では2T51, 52の区別はつきません。マジックで場所や色を変えて点が付けられていますので、これで判別していたのかもしれません。写真のトランジスタも、回路図に2T-52と記載されていたので、そう判断していますが、確認するすべがありません。
2T-54は、同じラインアップで最もランクが低いもののようですが、600円という他のトランジスタに比べて桁違いの破格値で販売されていました。アマチュアがこれに飛びついた結果、ひどく品薄で入手が困難な時期もあったようです。雑誌の自作機作製記を見ると、回路を調整すれば中間中波増幅には使用可能、局発としては半分ぐらいは使用可能ということで、ガチャだったようです。

3T-20x

テトロードトランジスタと呼ばれる、4極のトランジスタです。近年も、いろいろな目的、いろいろなタイプの4極のトランジスタがありますが、このトランジスタでは、高周波特性の向上を目的に4極としています。内部は、NPNトランジスタのベース部分の反対側にもう一つ電極(第2ベース)が付いた構造をしているようです。
通常のトランジスタ使用時には、エミッタ-ベース間に電圧をかけバイアスしますが、このトランジスタは、第2ベース-ベース間もバイアスします。このバイアスにより、ベース層のキャパシタンスを低下させることができ、その結果動作速度が向上するというものらしいです。
ソニーのトランジスタとしては、初めて発売された高周波対応トランジスタです。3T-201,202,203の3つの型番がありますが、高周波性能で同じ製造品を選別していたようです。3T-201がもっとも　性能がよく、50-70MHzの発振が可能となっています。3T203は、10-30MHzとなっています。
現物、写真をみたことはありませんが、カタログによると外観は、足が多い以外通常のトランジスタと同じで、扁平缶に入っていました。当時としては群を抜く、70MHzの増幅可能とされていますが、高額(3T-201で、12000円)で使用方法も複雑で、計測機器などビジネスユース向けだったようです。同程度の性能を持つ、合金拡散や成長拡散等、拡散技術を使ったトランジスタの登場で廃番となったようです。

2T-7x (2SC-7x)

2T-5xは歩留まりが悪かったようで、高周波性能も中波ラジオ用が限界でした。ソニーで最初の短波ラジオは、この2T-51を局発・混合に使用したTR-62とされていますが、中波用の局発(990-2060kHz)信号に歪として含まれる微弱な高調波成分(1980-4120kHz)を使ったもので、周波数も限定され、感度的にも不十分な、なんちゃってな短波ラジオでした。
大手各社でのトランジスタの量産も始まり、中波用のトランジスタラジオも価格が下落してきているなか、差別化を図るため、短波帯に使えるトランジスタが望まれたこと、また、2T-5xの歩留まりが低かったことから、ソニーでは、新しいトランジスタの開発が進められました。基本的な製造プロセスは同じようですが、エミッタのN型不純物として、アンチモンに代えてリンをドープする方法を見出し、薄いベース層を安定して製造できるようになりました。
当初2T-5xを使用していたTR-72やTR-63等も、歩留まり・性能とも上位な2T-7xに途中から変更されました。発売時はこれに並ぶ性能のトランジスタはなかったようで、その後も、2SC7xと名を変えながら、長期にわたりソニーの中波ラジオの周波数変換用の定番トランジスタとして使用されています。3000万個は生産されたとの記録が残っているようです。
短波用として開発が始まりましたが、2T-73でカタログ上は遮断周波数で3MHz, ft=20MHzであり、短波に使用できないことはないけれど、相応の選別や回路の工夫が必要だったと思います。ソニーの短波ラジオには使用されていませんが、ソニーから供給を受けた、スタンダードやビクターは2T-73を用いた2バンドラジオを製造していましたが、2石を用いて、混合と発振を別々に行う他励式回路を採用していました。

成長拡散型（グローンディフューズド）

短波帯に使用できるトランジスタは、各社で開発が行われており、グローン型トランジスタのソニー2T-73(ft=20MHz)もそれを目指してはいましたが、前述のとおり、短波帯で使うにはやや性能不足でした。

大手競合の東芝、松下、日立は、アロイ型をベースにしたドリフト型と呼ばれるトランジスタを選択しました。アメリカのRCAが当時開発を進めていたもので、ベース層の不純物濃度に傾斜をつけることで高周波特性が改善されることが見出されており、それをアリオ型で実用化するものです。

これに対してソニーやNECは、すでに実用化していたグローン型を基にした技術開発を進めていたようです。NECはスーパーグロン型と呼び、ソニーではメルトディフュージョン型と呼んでいたようで、同じ製法ではないのかもしれませんが、成長型で、拡散を利用してベースに不純物の勾配を付けるというところは同じようです。

ソニーのメルトディフュージョン法は、「P型Ge結晶上に、PN両方の不純物を含むGe紛を置いて一気に加熱・溶融から一気に冷却してPNの拡散速度の差を利用して構造を形成する」という説明があります。が、この説明はあまり成長型っぽくないです。

2T-20x

アロイ型のトランジスタの型番に2T-2x型がありましたが、それとは別の3桁型番で2T-20型となっています。初期の2バンド(短波・中波)ラジオに、2T-201(2SA121-123)が広く使用されています。扁平缶のものもあったようですが、よく見かけるのは円筒形のものです。当初は2T-2001と呼ばれていたようです。2T-20とだけ書かれたものもあるようです。
トランジスタの組立後に取付・交換の必要があったのか、熱に弱かったのか、理由はよくわかりませんが、このトランジスタは、上の写真のように、基板の配線側に、長い脚のまま取り付けられているものが多いです。カタログスペックでft=100MHzあり、短波帯での使用については十分な性能です。
1958年に試作を完了し、製造を開始したようです。製法については、1959年のカタログでは単純にグローン型、翌年にはメルトディフュージョン型と記載されています。登録トランジスタの規格表では、グローンディフューズドと記載されています。
最初の2バンドラジオTR-741から短波ラジオに採用され、1958年発売の世界で最初のトランジスタFMラジオTFM-151にも搭載されました。ただ、このトランジスタは歩留まりの問題を抱えていたようで、製造がラジオの生産が追いついていなかったのか、1960年代初頭のソニーの機種では松下電器の2SA70(PNP、ドリフトトランジスタ)等、他社のものが使用されている機種があります。
1960年の型番の規格化により、2S137 → 2SA121-123へと型番が変更されました。規格表に記載されている数値は3つのトランジスタとも同じですので、それ以外のところで、若干仕様に差があるようです。
このメルトディフュージョンという技術名称も、「・・・ソニー独特のメルトディフュージョン型トランジスタなどの使用で・・・」(TR-724)といった具合に、カタログの売り文句に使われています。

ソニーオリジナルの型番

1960年頃に各社のトランジスタの型番が規格化されましたが、その後も各社でオリジナルの型番を付けたトランジスタも生産されていたようです。自社製品にのみ使用されていたと思われますが、同等品で同じ型番としてないので、OEM供給を受けていたのかもしれません。手元資料はありませんが、ネット上の情報では、以下のようなものがあるようです。

TX128

モールドタイプの小型のシリコントランジスタです。サービスマニュアルでは、2SC403とされているところに使用されており、同等品と思われます。1960年代のトランジスタラジオで見かけます。

DTC144

モールドタイプの小型のシリコントランジスタです。C144の番号が書かれていますが、2SC144は沖電気のキャンドタイプですので、別物のようです。1980年代のラジオで見かけました。

参考文献

2024/06/01