Ander artikels in die reeks:
- Geskiedenis van die aflos
- Geskiedenis van elektroniese rekenaars
- Geskiedenis van die transistor
- Internet geskiedenis
Die smeltkroes van oorlog het die verhoog vir die koms van die transistor gemaak. Van 1939 tot 1945 het tegniese kennis op die gebied van halfgeleiers geweldig uitgebrei. En daar was een eenvoudige rede hiervoor: radar. Die belangrikste tegnologie van oorlog, waarvan voorbeelde insluit: opsporing van lugaanvalle, soek na duikbote, rig lugaanvalle na teikens, teiken van lugafweerstelsels en vlootgewere. Ingenieurs het selfs geleer hoe om klein radars in artillerie-skulpe te skoen sodat hulle ontplof terwyl hulle naby die teiken vlieg - . Die bron van hierdie kragtige nuwe militêre tegnologie was egter in 'n meer vreedsame veld: die studie van die boonste atmosfeer vir wetenskaplike doeleindes.
radar
In 1901 het die Marconi Wireless Telegraph Company 'n draadlose boodskap suksesvol oor die Atlantiese Oseaan, van Cornwall na Newfoundland, uitgestuur. Hierdie feit het die moderne wetenskap in verwarring gelei. As radio-uitsendings in 'n reguit lyn beweeg (soos dit moet), behoort sodanige uitsending onmoontlik te wees. Daar is geen direkte siglyn tussen Engeland en Kanada wat nie die Aarde oorsteek nie, so Marconi se boodskap moes die ruimte invlieg. Die Amerikaanse ingenieur Arthur Kennealy en die Britse fisikus Oliver Heaviside het gelyktydig en onafhanklik voorgestel dat die verklaring vir hierdie verskynsel geassosieer moet word met 'n laag geïoniseerde gas wat in die boonste atmosfeer geleë is, wat in staat is om radiogolwe terug na die Aarde te reflekteer (Marconi het self geglo dat radiogolwe volg die kromming van die aarde se oppervlak, maar fisici het dit nie ondersteun nie).
Teen die 1920's het wetenskaplikes nuwe toerusting ontwikkel wat dit moontlik gemaak het om eers die bestaan van die ionosfeer te bewys en dan die struktuur daarvan te bestudeer. Hulle het vakuumbuise gebruik om kortgolfradiopulse op te wek, rigtingantennas om hulle na die atmosfeer te stuur en die eggo's op te neem, en om die resultate te demonstreer. Hoe langer die eggo terugkeer vertraging, hoe verder weg moet die ionosfeer wees. Hierdie tegnologie is atmosferiese klank genoem, en dit het die basiese tegniese infrastruktuur vir die ontwikkeling van radar verskaf (die term "radar", van RAdio Detection And Ranging, het eers in die 1940's in die Amerikaanse vloot verskyn).
Dit was net 'n kwessie van tyd voordat mense met die regte kennis, hulpbronne en motivering die potensiaal vir aardse toepassings van sulke toerusting besef (dus is die geskiedenis van radar die teenoorgestelde van die geskiedenis van die teleskoop, wat eers vir terrestriële gebruik bedoel was) . En die waarskynlikheid van so 'n insig het toegeneem namate radio meer en meer oor die planeet versprei het, en meer mense het inmenging opgemerk wat van nabygeleë skepe, vliegtuie en ander groot voorwerpe kom. Kennis van tegnologieë vir die klank van die boonste atmosfeer het gedurende die tweede versprei (1932-1933), toe wetenskaplikes 'n kaart van die ionosfeer vanaf verskillende Arktiese stasies saamgestel het. Kort daarna het spanne in Brittanje, die VSA, Duitsland, Italië, die USSR en ander lande hul eenvoudigste radarstelsels ontwikkel.
met sy 1935-radar
Toe gebeur die oorlog, en die belangrikheid van radars vir lande - en die hulpbronne om dit te ontwikkel - het dramaties toegeneem. In die Verenigde State het hierdie hulpbronne versamel rondom 'n nuwe organisasie wat in 1940 by MIT gestig is, bekend as (dit is so spesifiek genoem om buitelandse spioene te mislei en die indruk te skep dat radioaktiwiteit in die laboratorium bestudeer word – destyds het min mense in atoombomme geglo). Die Rad Lab-projek, wat nie so bekend geword het soos die Manhattan-projek nie, het nietemin ewe uitstaande en talentvolle fisici van regoor die Verenigde State in sy geledere gewerf. Vyf van die laboratorium se eerste werknemers (insluitend и ) het daarna Nobelpryse ontvang. Teen die einde van die oorlog het ongeveer 500 wetenskapdokters, wetenskaplikes en ingenieurs in die laboratorium gewerk, en altesaam 4000 XNUMX mense het gewerk. ’n Halfmiljoen dollar—vergelykbaar met die hele ENIAC-begroting—is aan die Radiation Laboratory Series alleen bestee, ’n sewe-en-twintig volume rekord van al die kennis wat tydens die oorlog uit die laboratorium opgedoen is (alhoewel Amerikaanse regeringsbesteding aan radartegnologie nie beperk was nie) tot die Rad Lab-begroting; gedurende die oorlog het die regering drie miljard dollar se radars gekoop).
MIT-gebou 20, waar die Rad Lab geleë was
Een van die Rad Lab se hoofgebiede van navorsing was hoëfrekwensie radar. Vroeë radars het golflengtes gebruik wat in meter gemeet is. Maar hoërfrekwensiestrale met golflengtes gemeet in sentimeter—mikrogolwe—het meer kompakte antennas moontlik gemaak en was minder oor lang afstande versprei, wat groter voordele in omvang en akkuraatheid beloof het. Mikrogolfradars kan in die neus van 'n vliegtuig pas en voorwerpe so groot soos 'n duikboot se periskoop opspoor.
Die eerste wat hierdie probleem opgelos het, was 'n span Britse fisici van die Universiteit van Birmingham. In 1940 het hulle ontwikkel "", wat gewerk het soos 'n elektromagnetiese "fluitjie", wat 'n ewekansige puls van elektrisiteit verander het in 'n kragtige en presies gestemde straal van mikrogolwe. Hierdie mikrogolfsender was duisend keer kragtiger as sy naaste mededinger; dit het die weg gebaan vir praktiese hoëfrekwensie-radar-senders. Hy het egter 'n metgesel nodig gehad, 'n ontvanger wat in staat was om hoë frekwensies op te spoor. En op hierdie punt keer ons terug na die geskiedenis van halfgeleiers.
Magnetron deursnee
Die wederkoms van die kat se snor
Dit het geblyk dat vakuumbuise glad nie geskik was vir die ontvangs van mikrogolfradarseine nie. Die gaping tussen die warm katode en die koue anode skep 'n kapasitansie, wat veroorsaak dat die stroombaan weier om teen hoë frekwensies te werk. Die beste tegnologie beskikbaar vir hoëfrekwensie radar was die outydse ""- 'n klein stukkie draad wat teen 'n halfgeleierkristal gedruk word. Verskeie mense het dit onafhanklik ontdek, maar die naaste ding aan ons storie is wat in New Jersey gebeur het.
In 1938 het Bell Labs met die vloot gekontrakteer om 'n vuurbeheerradar in die 40 cm-reeks te ontwikkel—baie korter, en dus hoër in frekwensie, as bestaande radars in die pre-resonante magnetron-era. Die hoofnavorsingswerk het na 'n afdeling laboratoriums in Holmdel, suid van Staten Island, gegaan. Dit het nie lank geneem vir die navorsers om uit te vind wat hulle nodig het vir 'n hoëfrekwensie-ontvanger nie, en kort voor lank het ingenieur George Southworth radiowinkels in Manhattan deursoek vir ou kat-snor-verklikkers. Soos verwag, het dit baie beter gewerk as die lampdetektor, maar dit was onstabiel. So Southworth het 'n elektrochemikus genaamd Russell Ohl opgesoek en hom gevra om die eenvormigheid van die reaksie van 'n enkelpunt kristaldetektor te probeer verbeter.
Ol was 'n taamlik eienaardige persoon, wat die ontwikkeling van tegnologie as sy lot beskou het en oor periodieke insigte met toekomsvisies gepraat het. Hy het byvoorbeeld gesê dat hy in 1939 geweet het van die toekomstige uitvinding van 'n silikonversterker, maar dat die lot vir 'n ander persoon beskore was om dit uit te vind. Nadat hy tientalle opsies bestudeer het, het hy op silikon besluit as die beste middel vir Southworth-ontvangers. Die probleem was die vermoë om die inhoud van die materiaal te beheer om sy elektriese eienskappe te beheer. Destyds was industriële silikonblokke wydverspreid; dit is in staalmeule gebruik, maar in sulke produksie is niemand gepla deur byvoorbeeld die inhoud van 1% fosfor in silikon nie. Ol het die hulp van 'n paar metallurge ingeroep en probeer om baie skoner spasies te kry as wat voorheen moontlik was.
Terwyl hulle gewerk het, het hulle ontdek dat sommige van hul kristalle die stroom in die een rigting regstel, terwyl ander die stroom in die ander regstel. Hulle het hulle "n-tipe" en "p-tipe" genoem. Verdere ontleding het getoon dat verskillende tipes onsuiwerhede vir hierdie tipes verantwoordelik was. Silikon is in die vierde kolom van die periodieke tabel, wat beteken dat dit vier elektrone in sy buitenste dop het. In 'n spasie van suiwer silikon sal elkeen van hierdie elektrone met 'n buurman kombineer. Onsuiwerhede uit die derde kolom, sê boor, wat een minder elektron het, het 'n "gat" geskep, bykomende ruimte vir stroombeweging in die kristal. Die resultaat was 'n p-tipe halfgeleier (met 'n oormaat positiewe ladings). Elemente uit die vyfde kolom, soos fosfor, het addisionele vrye elektrone verskaf om stroom te dra, en 'n n-tipe halfgeleier is verkry.
Kristalstruktuur van silikon
Al hierdie navorsing was baie interessant, maar teen 1940 was Southworth en Ohl nie nader daaraan om 'n werkende prototipe van 'n hoëfrekwensie-radar te skep nie. Terselfdertyd het die Britse regering onmiddellike praktiese resultate geëis weens die dreigende bedreiging van die Luftwaffe, wat reeds gereed-vir-produksie mikrogolfverklikkers geskep het wat in tandem met magnetronsenders werk.
Die balans van tegnologiese vooruitgang sal egter binnekort na die westekant van die Atlantiese Oseaan kantel. Churchill het besluit om al Brittanje se tegniese geheime aan die Amerikaners bekend te maak voordat hy werklik die oorlog betree het (aangesien hy aangeneem het dat dit in elk geval sou gebeur). Hy het geglo dat dit die risiko van inligtinglekkasie werd was, aangesien al die industriële vermoëns van die Verenigde State dan gegooi sou word om probleme soos atoomwapens en radars op te los. Britse Wetenskap- en Tegnologiesending (beter bekend as ) het in September 1940 in Washington aangekom en 'n geskenk in die vorm van tegnologiese wonderwerke in haar bagasie gebring.
Die ontdekking van die ongelooflike krag van die resonante magnetron en die doeltreffendheid van Britse kristaldetektors in die ontvangs van sy sein het Amerikaanse navorsing oor halfgeleiers as die basis van hoëfrekwensie radar laat herleef. Daar was baie werk om te doen, veral in materiaalkunde. Om in die vraag te voorsien, moes halfgeleierkristalle “in die miljoene geproduseer word, baie meer as wat voorheen moontlik was. Dit was nodig om regstelling te verbeter, skoksensitiwiteit en inbranding te verminder, en variasie tussen verskillende groepe kristalle te minimaliseer.”
Silikonpunt kontakgelykrigter
Die Rad Lab het nuwe navorsingsdepartemente geopen om die eienskappe van halfgeleierkristalle te bestudeer en hoe hulle aangepas kan word om waardevolle ontvanger-eienskappe te maksimeer. Die mees belowende materiale was silikon en germanium, so die Rad Lab het besluit om dit veilig te speel en het parallelle programme van stapel gestuur om beide te bestudeer: silikon aan die Universiteit van Pennsylvania en germanium by Purdue. Nywerheidsreuse soos Bell, Westinghouse, Du Pont en Sylvania het hul eie halfgeleiernavorsingsprogramme begin en nuwe vervaardigingsfasiliteite vir kristalverklikkers begin ontwikkel.
Deur gesamentlike pogings is die suiwerheid van silikon- en germaniumkristalle van 99% aan die begin tot 99,999% verhoog – dit wil sê tot een onreinheiddeeltjie per 100 000 atome. In die proses het 'n kader van wetenskaplikes en ingenieurs noukeurig kennis gemaak met die abstrakte eienskappe van germanium en silikon en toegepaste tegnologieë om dit te beheer: smelt, groei van kristalle, byvoeging van die nodige onsuiwerhede (soos boor, wat die geleidingsvermoë verhoog het).
En toe eindig die oorlog. Die vraag na radar het verdwyn, maar die kennis en vaardighede wat tydens die oorlog opgedoen is, het gebly, en die droom van 'n vastestofversterker is nie vergeet nie. Nou was die wedloop om so 'n versterker te skep. En ten minste drie spanne was in 'n goeie posisie om hierdie prys te wen.
West Lafayette
Die eerste was 'n groep van Purdue Universiteit gelei deur 'n Oostenryks-gebore fisikus genaamd Carl Lark-Horowitz. Hy het die universiteit se fisika-departement eiehandig deur sy talent en invloed uit die duister gebring en die Rad Lab se besluit beïnvloed om sy laboratorium met germaniumnavorsing toe te vertrou.
Carl Lark-Horowitz in 1947, middel, met 'n pyp vas
Teen die vroeë 1940's is silikon as die beste materiaal vir radargelykrigters beskou, maar die materiaal net daaronder op die periodieke tabel het ook waardig gelyk vir verdere studie. Germanium het 'n praktiese voordeel gehad vanweë sy laer smeltpunt, wat dit makliker gemaak het om mee te werk: ongeveer 940 grade, vergeleke met 1400 grade vir silikon (amper dieselfde as staal). As gevolg van die hoë smeltpunt was dit uiters moeilik om 'n spasie te maak wat nie in die gesmelte silikon sou lek nie, wat dit besoedel het.
Daarom het Lark-Horowitz en sy kollegas die hele oorlog deurgebring om die chemiese, elektriese en fisiese eienskappe van germanium te bestudeer. Die belangrikste struikelblok was “omgekeerde spanning”: germanium-gelykrigters het op baie lae spanning opgehou om die stroom gelyk te stel en dit in die teenoorgestelde rigting laat vloei. Die omgekeerde stroompuls het die oorblywende komponente van die radar verbrand. Een van Lark-Horowitz se gegradueerde studente, Seymour Benzer, het hierdie probleem vir meer as 'n jaar bestudeer, en uiteindelik 'n tin-gebaseerde toevoeging ontwikkel wat omgekeerde pulse by spannings van tot honderde volts gestop het. Kort daarna het Western Electric, Bell Labs se vervaardigingsafdeling, Benzer-gelykrigters vir militêre gebruik begin uitreik.
Die studie van germanium by Purdue het na die oorlog voortgegaan. In Junie 1947 het Benzer, reeds 'n professor, 'n ongewone afwyking aangemeld: in sommige eksperimente het hoëfrekwensie-ossillasies in germaniumkristalle verskyn. En sy kollega Ralph Bray het voortgegaan om "volumetriese weerstand" te bestudeer op 'n projek wat tydens die oorlog begin is. Volumeweerstand het beskryf hoe elektrisiteit in die germaniumkristal by die kontakpunt van die gelykrigter vloei. Bray het gevind dat hoëspanningspulse n-tipe germanium se weerstand teen hierdie strome aansienlik verminder het. Sonder om dit te weet, het hy die sg. "minderheid" aanklagdraers. In n-tipe halfgeleiers dien die oortollige negatiewe lading as die meerderheid lading draer, maar positiewe "gate" kan ook stroom dra, en in hierdie geval het die hoogspanning pulse gate in die germanium struktuur geskep, wat veroorsaak dat minderheid lading draers verskyn .
Bray en Benzer het tergend naby die germaniumversterker gekom sonder om dit te besef. Benzer het Walter Brattain, 'n Bell Labs-wetenskaplike, by 'n konferensie in Januarie 1948 gevang om volumetriese sleep met hom te bespreek. Hy het voorgestel dat Brattain nog 'n puntkontak langs die eerste een plaas wat stroom kan gelei, en dan kan hulle dalk verstaan wat onder die oppervlak gebeur. Brattain het stilweg tot hierdie voorstel ingestem en vertrek. Soos ons sal sien, het hy maar te goed geweet wat so 'n eksperiment kon openbaar.
Oney-sous-Bois
Die Purdue-groep het beide die tegnologie en die teoretiese basis gehad om die sprong na die transistor te maak. Maar hulle kon net per ongeluk daarop afgekom het. Hulle was geïnteresseerd in die fisiese eienskappe van die materiaal, en nie in die soeke na 'n nuwe tipe toestel nie. ’n Heel ander situasie het in Aunes-sous-Bois (Frankryk) geheers, waar twee voormalige radarnavorsers van Duitsland, Heinrich Welker en Herbert Mathare, ’n span gelei het wie se doel was om industriële halfgeleiertoestelle te skep.
Welker het eers aan die Universiteit van München gestudeer en daarna fisika onderrig, wat deur die beroemde teoretikus Arnold Sommerfeld bestuur word. Sedert 1940 het hy 'n suiwer teoretiese pad verlaat en op 'n radar vir die Luftwaffe begin werk. Mathare (van Belgiese oorsprong) het in Aken grootgeword, waar hy fisika studeer het. Hy het in 1939 by die navorsingsafdeling van die Duitse radioreus Telefunken aangesluit. Tydens die oorlog het hy sy werk van Berlyn oos na die abdij in Silesië verskuif om geallieerde lugaanvalle te vermy, en dan terug na die weste om die oprukkende Rooi Leër te vermy, wat uiteindelik in die hande van die Amerikaanse leër val.
Soos hul mededingers in die Anti-Hitler-koalisie, het die Duitsers teen die vroeë 1940's geweet dat kristalverklikkers ideale ontvangers vir radar was, en dat silikon en germanium die mees belowende materiale vir hul skepping was. Mathare en Welker het tydens die oorlog probeer om die doeltreffende gebruik van hierdie materiale in gelykrigters te verbeter. Na die oorlog is albei aan periodieke ondervraging oor hul militêre werk onderwerp, en het uiteindelik in 1946 'n uitnodiging van 'n Franse intelligensie-offisier na Parys ontvang.
Compagnie des Freins & Signaux ("maatskappy van remme en seine"), 'n Franse afdeling van Westinghouse, het 'n kontrak van die Franse telefoonowerheid ontvang om vastestof-gelykrigters te skep en het Duitse wetenskaplikes gesoek om hulle te help. So 'n alliansie van onlangse vyande lyk dalk vreemd, maar hierdie reëling het vir beide kante baie gunstig geblyk te wees. Die Franse, wat in 1940 verslaan is, het geen vermoë gehad om kennis op die gebied van halfgeleiers op te doen nie, en hulle het die vaardighede van die Duitsers broodnodig. Die Duitsers kon nie ontwikkeling in enige hoë-tegnologie velde in 'n besette en oorloggeteisterde land doen nie, so hulle het die geleentheid aangegryp om verder te werk.
Welker en Mathare het hul hoofkwartiere in 'n tweeverdiepinghuis in die Paryse woonbuurt Aunes-sous-Bois opgerig, en met die hulp van 'n span tegnici het hulle teen die einde van 1947 germanium-gelykrigters suksesvol bekendgestel. Toe het hulle oorgegaan tot ernstiger pryse: Welker het teruggekeer na sy belangstelling in supergeleiers, en Mathare na versterkers.
Herbert Mathare in 1950
Mathare het tydens die oorlog met tweepunt-kontakgelykrigters – “duodeodes” – geëksperimenteer in ’n poging om stroombaangeraas te verminder. Hy het sy eksperimente hervat en gou ontdek dat 'n tweede kat se snor, wat 1/100 miljoenste van 'n meter van die eerste af geleë is, soms die stroom wat deur die eerste snorhare vloei, kan moduleer. Hy het 'n vastestofversterker geskep, al is dit 'n taamlik nuttelose een. Om meer betroubare prestasie te behaal, het hy hom tot Welker gewend, wat uitgebreide ervaring opgedoen het om met germaniumkristalle tydens die oorlog te werk. Welker se span het groter, suiwerder monsters van germaniumkristalle gegroei, en namate die kwaliteit van die materiaal verbeter het, het Mathare-puntkontakversterkers teen Junie 1948 betroubaar geword.
X-straalbeeld van 'n "transistron" gebaseer op die Mathare-kring, wat twee kontakpunte met germanium het
Mathare het selfs 'n teoretiese model gehad van wat besig was om te gebeur: hy het geglo dat die tweede kontak gate in die germanium gemaak het, wat die deurgang van stroom deur die eerste kontak versnel en minderheidsladingsdraers voorsien. Welker het nie met hom saamgestem nie, en het geglo dat wat besig was om te gebeur, afhang van 'n soort veldeffek. Voordat hulle egter die toestel of teorie kon uitwerk, het hulle verneem dat ’n groep Amerikaners ses maande vroeër presies dieselfde konsep – ’n germaniumversterker met tweepuntkontakte – ontwikkel het.
Murray Hill
Aan die einde van die oorlog het Mervyn Kelly Bell Labs se halfgeleiernavorsingsgroep onder leiding van Bill Shockley hervorm. Die projek het gegroei, meer befondsing ontvang en van sy oorspronklike laboratoriumgebou in Manhattan na 'n groeiende kampus in Murray Hill, New Jersey, verskuif.
Murray Hill-kampus, ca. 1960
Om hom weer met gevorderde halfgeleiers te leer ken (na sy tyd in operasionele navorsing tydens die oorlog), het Shockley Russell Ohl se Holmdel-laboratorium in die lente van 1945 besoek. Ohl het die oorlogsjare aan silikon gewerk en geen tyd gemors nie. Hy het Shockley 'n kru versterker van sy eie konstruksie gewys, wat hy 'n "desister" genoem het. Hy het 'n silikonpuntkontakgelykrigter geneem en stroom vanaf die battery daardeur gestuur. Blykbaar het die hitte van die battery die weerstand oor die kontakpunt verminder, en die gelykrigter verander in 'n versterker wat in staat is om inkomende radioseine oor te dra na 'n stroombaan wat kragtig genoeg is om 'n luidspreker aan te dryf
Die effek was kru en onbetroubaar, ongeskik vir kommersialisering. Dit was egter genoeg om Shockley se mening te bevestig dat dit moontlik was om 'n halfgeleierversterker te skep, en dat dit 'n prioriteit gemaak moet word vir navorsing op die gebied van vastestofelektronika. Dit was ook hierdie ontmoeting met Ola se span wat Shockley oortuig het dat silikon en germanium eers bestudeer moet word. Hulle het aantreklike elektriese eienskappe vertoon, en Ohl se mede-metallurge Jack Skaff en Henry Theurer het ongelooflike sukses behaal in die groei, suiwering en doping van hierdie kristalle tydens die oorlog, wat alle tegnologieë wat beskikbaar is vir ander halfgeleiermateriale oortref het. Shockley se groep gaan nie meer tyd mors op vooroorlogse koperoksiedversterkers nie.
Met Kelly se hulp het Shockley 'n nuwe span begin saamstel. Sleutelspelers sluit in Walter Brattain, wat Shockley gehelp het met sy eerste poging tot 'n vastestofversterker (in 1940), en John Bardeen, 'n jong fisikus en nuwe Bell Labs-werknemer. Bardeen het waarskynlik die mees uitgebreide kennis van vastestoffisika van enige lid van die span gehad—sy proefskrif het die energievlakke van elektrone in die struktuur van natriummetaal beskryf. Hy was ook nog 'n protégé van John Hasbrouck Van Vleck, soos Atanasov en Brattain.
En soos Atanasov het Bardeen en Shockley se proefskrifte uiters komplekse berekeninge vereis. Hulle moes die kwantummeganiese teorie van halfgeleiers, gedefinieer deur Alan Wilson, gebruik om die energiestruktuur van materiale met behulp van Monroe se lessenaarrekenaar te bereken. Deur te help om die transistor te skep, het hulle in werklikheid bygedra om toekomstige gegradueerde studente van sulke werk te red.
Shockley se eerste benadering tot 'n vastestofversterker het staatgemaak op wat later genoem is "". Hy het 'n metaalplaat oor 'n n-tipe halfgeleier (met 'n oormaat negatiewe ladings) gehang. Die toepassing van 'n positiewe lading op die plaat het oortollige elektrone op die oppervlak van die kristal getrek, wat 'n rivier van negatiewe ladings geskep het waardeur elektriese stroom maklik kon vloei. Die versterkte sein (verteenwoordig deur die ladingsvlak op die wafer) kan op hierdie manier die hoofstroombaan moduleer (wat langs die oppervlak van die halfgeleier gaan). Die doeltreffendheid van hierdie skema is aan hom voorgestel deur sy teoretiese kennis van fisika. Maar, ten spyte van baie eksperimente en eksperimente, het die skema nooit gewerk nie.
Teen Maart 1946 het Bardeen 'n goed ontwikkelde teorie geskep wat die rede hiervoor verduidelik het: die oppervlak van 'n halfgeleier op die kwantumvlak tree anders as sy binnekant op. Negatiewe ladings wat na die oppervlak getrek word, word vasgevang in "oppervlaktoestande" en keer dat die elektriese veld die plaat in die materiaal binnedring. Die res van die span het hierdie ontleding oortuigend gevind en 'n nuwe navorsingsprogram langs drie paaie van stapel gestuur:
- Bewys die bestaan van oppervlaktoestande.
- Bestudeer hul eienskappe.
- Vind uit hoe om hulle te verslaan en dit te laat werk .
Ná ’n jaar en ’n half se navorsing en eksperimentering het Brattain op 17 November 1947 ’n deurbraak gemaak. Hy het ontdek dat as hy 'n ioongevulde vloeistof, soos water, tussen 'n wafer en 'n halfgeleier plaas, 'n elektriese veld vanaf die wafer die ione na die halfgeleier sou stoot, waar hulle ladings wat in oppervlaktoestande vasgevang is, sou neutraliseer. Nou kon hy die elektriese gedrag van 'n stuk silikon beheer deur die lading op die wafer te verander. Hierdie sukses het Bardeen 'n idee gegee vir 'n nuwe benadering tot die skep van 'n versterker: omring die kontakpunt van die gelykrigter met elektrolietwater, en gebruik dan 'n tweede draad in die water om die oppervlaktoestande te beheer en sodoende die geleidingsvlak van die hoofbron te beheer. Kontak. So het Bardeen en Brattain die eindstreep bereik.
Bardeen se idee het gewerk, maar die versterking was swak en werk teen baie lae frekwensies wat ontoeganklik was vir die menslike oor - dus was dit nutteloos as 'n telefoon- of radioversterker. Bardeen het voorgestel om oor te skakel na die omgekeerde-spanning-bestande germanium wat by Purdue vervaardig word, omdat hy glo dat minder ladings op die oppervlak daarvan sou versamel. Skielik het hulle 'n kragtige toename gekry, maar in die teenoorgestelde rigting van wat verwag is. Hulle het die minderheidsdraer-effek ontdek – in plaas van die verwagte elektrone, is die stroom wat deur germanium vloei versterk deur gate wat uit die elektroliet kom. Die stroom op die draad in die elektroliet het 'n p-tipe laag ('n gebied van oortollige positiewe ladings) op die oppervlak van die n-tipe germanium geskep.
Daaropvolgende eksperimente het getoon dat geen elektroliet hoegenaamd nodig was nie: bloot deur twee kontakpunte naby op die germaniumoppervlak te plaas, was dit moontlik om die stroom van een van hulle na die stroom op die ander te moduleer. Om hulle so naby as moontlik te bring, het Brattain 'n stuk goue foelie om 'n driehoekige stuk plastiek gedraai en dan die foelie aan die einde versigtig gesny. Toe het hy met 'n veer die driehoek teen die germanium gedruk, waardeur die twee rande van die snit sy oppervlak op 'n afstand van 0,05 mm geraak het. Dit het Bell Labs se transistorprototipe sy kenmerkende voorkoms gegee:
Brattain en Bardeen transistor prototipe
Soos Mathare en Welker se toestel was dit in beginsel 'n klassieke "katsnor", net met twee raakpunte in plaas van een. Op 16 Desember het dit 'n aansienlike toename in krag en spanning opgelewer, en 'n frekwensie van 1000 Hz in die hoorbare reeks. ’n Week later, ná geringe verbeterings, het Bardeen en Brattain die spanning met 100 keer verhoog en krag met 40 keer, en het aan Bell se direkteure gedemonstreer dat hul toestel hoorbare spraak kan produseer. John Pierce, nog 'n lid van die vastestof-ontwikkelingspan, het die term "transistor" na die naam van Bell se koperoksiedgelykrigter, die varistor, geskep.
Vir die volgende ses maande het die laboratorium die nuwe skepping geheim gehou. Die bestuur wou seker maak dat hulle 'n voorsprong het met die kommersialisering van die transistor voordat iemand anders dit in die hande kry. ’n Perskonferensie is vir 30 Junie 1948 geskeduleer, net betyds om Welker en Mathare se drome van onsterflikheid te verpletter. Intussen het die halfgeleiernavorsingsgroep stil-stil ineengestort. Nadat hulle gehoor het van Bardeen en Brattain se prestasies, het hul baas, Bill Shockley, begin werk om al die eer vir homself te neem. En hoewel hy net 'n waarnemingsrol gespeel het, het Shockley gelyke, indien nie meer, publisiteit in die openbare aanbieding ontvang - soos gesien in hierdie vrygestelde foto van hom in die middel van die aksie, reg langs 'n laboratoriumbank:
1948 publisiteitsfoto - Bardeen, Shockley en Brattain
Gelyke roem was egter nie genoeg vir Shockley nie. En voordat iemand buite Bell Labs geweet het van die transistor, was hy besig om dit vir sy eie te herontdek. En dit was net die eerste van baie sulke heruitvindings.
Wat anders om te lees
- Robert Buderi, Die uitvinding wat die wêreld verander het (1996)
- Michael Riordan, "How Europe Missed the Transistor," IEEE Spectrum (1 Nov. 2005)
- Michael Riordan en Lillian Hoddeson, Crystal Fire (1997)
- Armand Van Dormael, "Die 'Franse' Transistor," (1994)
Bron: will.com