Іншыя артыкулы цыкла:
- Гісторыя рэле
- Гісторыя электронных кампутараў
- Гісторыя транзістара
- Гісторыя інтэрнэту
Горан вайны падрыхтавала глебу для з'яўлення транзістара. З 1939 па 1945 гады тэхнічныя веды з вобласці паўправаднікоў неверагодна моцна разрасліся. І таму была адна простая прычына: радар. Найважнейшая тэхналогія вайны, сярод прыкладаў ужывання якой: выяўленне паветранага налёту, пошук падводных лодак, кірунак начных авіярэйдаў на мэты, навядзенне сродкаў СПА і марскіх прылад. Інжынеры нават навучыліся запіхваць маленечкія радары ў артылерыйскія снарады, каб тыя выбухалі пры пралёце побач з мэтай. . Аднак крыніцай гэтай новай магутнай ваеннай тэхналогіі была больш мірная вобласць: вывучэнне верхніх пластоў атмасферы ў навуковых мэтах.
радар
У 1901 годзе кампанія «Бесправадны тэлеграф Марконі» паспяхова перадала бесправадное паведамленне праз Атлантыку, з Карнуола ў Ньюфаўндленд. Гэты факт прывёў сучасную навуку ў замяшанне. Калі радыёперадачы перамяшчаюцца па прамой (як і павінна адбывацца), падобная перадача павінна быць немагчымай. Паміж Англіяй і Канадай няма прамой лініі бачнасці, якая не перасякае Зямлю, таму паведамленне Марконі павінна было паляцець у космас. Амерыканскі інжынер Артур Кэнэлі і брытанскі фізік Олівер Хевісайд адначасова і незалежна выказалі здагадку, што тлумачэнне гэтага феномена павінна быць звязана з пластом іянізаванага газу, які знаходзіцца ў верхніх пластах атмасферы, здольнага адлюстроўваць радыёхвалі назад да Зямлі (сам Марконі лічылі, што радыёхвалі аднак фізікі яго не падтрымалі).
Да 1920-х навукоўцы распрацавалі новае абсталяванне, якое дазваляла спачатку даказаць існаванне іёнасферы, а затым вывучыць яе структуру. Яны выкарыстоўвалі электронныя лямпы для генерацыі караткахвалевых радыёімпульсаў, накіраваныя антэны для адпраўкі іх уверх у атмасферу і рэгістрацыі рэха, і для дэманстрацыі вынікаў. Чым больш затрымка вяртання рэха, тым далей павінна быць іёнасфера. Гэтую тэхналогію назвалі атмасферным зандаваннем, і яна забяспечыла базавую тэхнічную інфраструктуру для стварэння радара (сам тэрмін "радар", ад RAdio Detection And Ranging, з'явіўся толькі ў 1940-х у ваенна-марскім флоце ЗША).
Тое, што людзі, якія валодаюць патрэбнымі ведамі, рэсурсамі і матывацыяй, зразумелі патэнцыял наземнага прымянення такога абсталявання, было толькі пытаннем часу (такім чынам, гісторыя радара процілеглая гісторыі тэлескопа, які спачатку прызначаўся для наземнага выкарыстання). І верагоднасць такога азарэння павялічвалася па меры таго, як радыё ўсё больш распаўсюджвалася па планеце, і ўсё больш людзей заўважалі перашкоды, якія зыходзілі ад змешчаных непадалёк судоў, самалётаў і іншых буйных аб'ектаў. Веды з вобласці тэхналогій зандавання верхніх пластоў атмасферы распаўсюдзіліся падчас другога (1932-1933), калі з розных арктычных станцый навукоўцы складалі карту іёнасферы. Неўзабаве пасля гэтага каманды ў Брытаніі, ЗША, Нямеччыне, Італіі, СССР і іншых краінах распрацавалі свае найпростыя радарныя сістэмы.
са сваім радарам 1935 года
Затым здарылася вайна, і важнасць радараў для краін - і рэсурсаў для іх распрацоўкі - рэзка ўзрасла. У ЗША гэтыя рэсурсы сабраліся вакол новай арганізацыі, заснаванай у 1940 у MIT, вядомай, як (яе назвалі так спецыяльна, каб увесці замежных шпіёнаў у зман, і стварыць уражанне, што ў лабараторыі даследуюць радыеактыўнасць - тады яшчэ мала хто верыў у атамныя бомбы). Праект Rad Lab, не які праславіўся так моцна, як Манхэтэнскі праект, усё ж займеў у свае шэрагі гэтак жа выбітных і таленавітых фізікаў са ўсіх ЗША. Пяцёра з першых супрацоўнікаў лабараторыі (уключаючы и ) пасля атрымалі Нобелеўскія прэміі. Да канца вайны ў лабараторыі працавала каля 500 дактароў навук, вучоных і інжынераў, а ўсяго працавала 4000 чалавек. Паўмільёна даляраў - што параўнальна з поўным бюджэтам стварэння ENIAC - было выдаткавана толькі на выданне Radiation Laboratory Series, дваццаці сямі тамоў, дзе было апісана ўсе веды, атрыманае ў лабараторыі падчас вайны (пры гэтым марнаванні ўрада ЗША на радарныя тэхналогіі не абмяжоўваліся бюджэтам Rad Lab - на працягу вайны ўрад закупіў радараў на тры мільярды даляраў).
20-й корпус MIT, дзе размяшчалася Rad Lab
Адной з асноўных абласцей даследаванняў Rad Lab быў высокачашчынны радар. Раннія радары выкарыстоўвалі хвалі з даўжынямі, якія вымяраліся метрамі. Але прамяні больш высокай частаты, даўжыні хваль якіх вымяраліся сантыметрамі - мікрахвалі - дазвалялі выкарыстоўваць больш кампактныя антэны і менш рассейваліся на вялікіх адлегласцях, што абяцала вялікія перавагі ў далёкасці і дакладнасці працы. Мікрахвалевыя радары маглі б змясціцца ў носе самалёта і выяўляць аб'екты памерам з перископ падводнай лодкі.
Першымі гэтую задачу ўдалося вырашыць камандзе брытанскіх фізікаў з Бірмінгемскага ўніверсітэта. У 1940-м яны распрацавалі.«, Які працаваў як электрамагнітны «свісток», ператвараючы бязладны імпульс электрычнасці ў магутны і сапраўды наладжаны прамень мікрахваляў. Гэты мікрахвалевы перадатчык быў у тысячу разоў больш магутным у параўнанні з бліжэйшым канкурэнтам; ён адкрыў шлях да стварэння практычных высокачашчынных радарных перадатчыкаў. Аднак яму патрабаваўся кампаньён, прымач, здольны рэгістраваць высокія частоты. І на гэтым месцы мы вяртаемся ў гісторыю паўправаднікоў.
Магнетрон у разрэзе
Другое прышэсце кацінага вуса
Аказалася, што электронныя лямпы зусім не былі прыстасаваны для прыняцця мікрахвалевых сігналаў радараў. Разрыў паміж гарачым катодам і халодным анодам стварае ёмістасць, з-за чаго контур адмаўляецца працаваць на высокіх частотах. Найлепшай тэхналогіяй для высокачашчынных радараў з даступных быў старамодны.»- невялікі адрэзак провада, прыціснуты да паўправадніковага крышталю. Гэта незалежна адзін ад аднаго выявілі некалькі людзей, аднак да нашай гісторыі бліжэй за ўсё тое, што адбывалася ў Нью-Джэрсі.
У 1938 лабараторыі Бэла заключылі з ваенным флотам кантракт на распрацоўку кіраўніка агнём радара ў дыяпазоне 40 см - гэта было значна карацей, і, такім чынам, больш па частаце, чым у існавалі тады радары ў эпоху да рэзанансных магнетронаў. Асноўную даследчую працу атрымалі падраздзяленні лабараторый у Холмдэлі на поўдзень ад Стэйтэн-Айленда. У даследнікаў не сышло шмат часу на тое, каб зразумець, што ім запатрабуецца для высокачашчыннага прымача, і неўзабаве інжынер Джордж Саўтворт прачэсваў крамы радыётавараў на Манхэтэне ў пошуках старых дэтэктараў «каціны вус». Як і меркавалася, ён працаваў значна лепш дэтэктара на лямпах, але рабіў гэта нестабільна. Таму Саўтворт адшукаў электрахіміка па імі Расэл Ол, і папытаў яго паспрабаваць палепшыць аднастайнасць водгуку крышталічнага дэтэктара з адной кропкай кантакту.
Ол быў даволі своеасаблівым чалавекам, які лічыў развіццё тэхналогіі сваім лёсам, і расказваў аб перыядычных азарэннях з бачаннямі будучыні. Да прыкладу, ён заяўляў, што яшчэ ў 1939 году ведаў аб будучыні вынаходстве крамянёвага ўзмацняльніка, але што лёсам было наканавана вынайсці яго іншаму чалавеку. Вывучыўшы дзясяткі варыянтаў, ён спыніўся на крэмніі, як лепшым рэчыве для прымачоў Саўтворта. Праблема была ў магчымасці кантраляваць змесціва матэрыялу, каб кіраваць яго электрычнымі ўласцівасцямі. Тады былі шырока распаўсюджаны прамысловыя балванкі з крэмнію, іх выкарыстоўвалі на сталеліцейных заводах, але на такой вытворчасці нікога не турбавала, дапусцім, утрыманне 1% фосфару ў крэмніі. Заручыўшыся дапамогай парачкі металургаў, Ол задаўся мэтай атрымаць значна чысцейшыя даўбешкі, чым атрымоўвалася раней.
У працэсе працы яны выявілі, што некаторыя з іх крышталяў выпроствалі ток у адным кірунку, а іншыя - у іншым. Яны назвалі іх "n-тып" і "p-тып". Далейшы аналіз паказаў, што за гэтыя тыпы адказвалі розныя віды прымешак. Крэмній знаходзіцца ў чацвёртым слупку перыядычнай табліцы Мендзялеева, гэта значыць у яго ёсць чатыры электроны на знешняй абалонцы. У даўбешцы з найчыстага крэмнія кожны з гэтых электронаў аб'яднаўся б з суседам. Прымешкі з трэцяга слупка, дапусцім, бор, у якога на адзін электрон менш, стваралі "дзірку", дадатковую прастору для руху току ў крышталі. У выніку атрымліваўся паўправаднік p-тыпу (з лішкам станоўчых зарадаў). Элементы з пятага слупка, напрыклад, фосфар, давалі дадатковыя вольныя электроны для пераноскі току, і атрымліваўся паўправаднік n-тыпу.
Крышталічная структура крэмнію
Усе гэтыя даследаванні былі вельмі цікавымі, аднак да 1940 году Саўтворт з Олам не наблізіліся да стварэння працоўнага прататыпа высокачашчыннага радара. Брытанскі ўрад пры гэтым патрабаваў неадкладных практычных вынікаў з-за навісае пагрозы з боку Люфтвафэ, дзе ўжо стварылі гатовыя да вытворчасці мікрахвалевыя дэтэктары, якія працуюць у пары з магнетроннымі перадатчыкамі.
Аднак неўзабаве баланс тэхнічных дасягненняў схіліцца на заходні бок Атлантыкі. Чэрчыль вырашыў раскрыць усе тэхнічныя сакрэты Брытаніі амерыканцам яшчэ да таго, як па-сапраўднаму ўступіў у вайну (паколькі, як ён меркаваў, гэта ўсё роўна павінна было адбыцца). Ён лічыў, што варта рызыкнуць уцечкай інфармацыі, паколькі тады ўсе прамысловыя магчымасці ЗША будуць кінуты на вырашэнне такіх задач, як атамная зброя і радары. Брытанская навукова-тэхнічная місія (больш вядомая, як ) прыбыла ў Вашынгтон у верасні 1940 і прывезла ў багажы падарунак у выглядзе тэхнічных цудаў.
Раскрыццё неверагоднай магутнасці рэзананснага магнетрона і эфектыўнасць брытанскіх крышталічных дэтэктараў у атрыманні яго сігналу ажывіла даследаванні амерыканцаў у вобласці паўправаднікоў як асновы высокачашчынных радараў. Трэба было зрабіць шмат працы, асабліва ў галіне матэрыялазнаўства. Каб задаволіць запыты, паўправадніковыя крышталі “патрабавалася вырабляць мільёнамі, куды як больш, чым было магчыма раней. Неабходна было паляпшаць выпростванне, памяншаць адчувальнасць да ўдараў і верагоднасць выгарання, і мінімізаваць розніцу паміж рознымі партыямі крышталяў».
Крэмніевы выпрамнік з кропкавым кантактам
У Rad Lab адкрылі новыя даследчыя аддзелы для вывучэння ўласцівасцей паўправадніковых крышталяў і таго, як іх можна змяніць для максімізацыі каштоўных уласцівасцей у якасці прымача. Найбольш шматабяцальнымі матэрыяламі былі крэмній і германій, таму ў Rad Lab вырашылі падстрахавацца і запусцілі паралельныя праграмы для вывучэння абодвух: крэмній у Пенсільванскім універсітэце, а германій - у Перд'ю. Такія прамысловыя гіганты, як Bell, Westinghouse, Du Pont і Sylvania пачалі ўласныя праграмы даследавання паўправаднікоў, і пачалі распрацоўку новых вытворчых магутнасцяў для крышталічных дэтэктараў.
Агульнымі намаганнямі чысціню крышталяў крэмнія і германію ўдалося падняць з 99% у пачатку да 99,999% - гэта значыць, да адной часціцы прымешкі на 100 000 атамаў. У ходзе гэтага кадравы склад навукоўцаў і інжынераў блізка пазнаёміўся з абстрактнымі ўласцівасцямі германію і крэмнія і прыкладнымі тэхналогіямі па кантролі за імі: плаўленне, вырошчванне крышталяў, даданне патрэбных прымешак (тыпу бору, які павялічваў праводнасць).
А потым вайна скончылася. Попыт на радары знік, але веды і навыкі, атрыманыя падчас вайны, нікуды не падзеліся, і мара аб цвёрдацельным узмацняльніку не была забытая. Цяпер гонка складалася ў стварэнні такога ўзмацняльніка. І, сама меней, тры каманды знаходзіліся ва ўдалым становішчы для атрымання гэтага прыза.
Уэст-Лафайет
Першай была група з універсітэта Перд'ю пад кіраўніцтвам фізіка аўстрыйскага паходжання на імя Карл Ларк-Харавіц. Ён пры дапамозе таленту і ўплыву ў адзіночку вывеў фізічны дэпартамент універсітэта з забыцця і паўплываў на рашэнне Rad Lab даручыць яго лабараторыі даследавання германію.
Карл Ларк-Харавіц у 1947 годзе, у цэнтры, з трубкай
Да пачатку 1940-х крэмній лічыўся найлепшым матэрыялам для радарных прыбораў, аднак размешчаны прама пад ім у перыядычнай табліцы матэрыял таксама выглядаў годным далейшага вывучэння. У германію была практычная перавага дзякуючы якая палягчала працу з ім ніжэйшай кропцы плаўлення: парадку 940 градусаў, у параўнанні з 1400 градусамі ў крэмнія (практычна як у сталі). З-за высокай тэмпературы плаўлення было надзвычай складана зрабіць даўбешку, якая б не выцякала ў расплаўлены крэмній, забруджваючы яе.
Таму Ларк-Харавіц з калегамі правялі ўсю вайну за вывучэннем хімічных, электрычных і фізічных уласцівасцей германію. Самай галоўнай перашкодай была «зваротная напруга»: германіевыя выпрамнікі пры вельмі малой напрузе пераставалі выпростваць ток і дазвалялі яму цечу ў зваротны бок. Імпульс зваротнага току спальваў астатнія кампаненты радара. Адзін з аспірантаў Ларк-Харавіца, Сеймур Бензер, больш за год вывучаў гэтую праблему, і нарэшце распрацаваў дадатак на аснове волава, якая спыняла зваротныя імпульсы пры высілках аж да сотні вольт. Неўзабаве пасля гэтага Western Electric, вытворчае падраздзяленне лабараторыі Бэла, пачало выдаваць прыборы, якія працуюць па схеме Бензера, для ваенных патрэб.
Вывучэнне германію ў Перд'ю працягвалася і пасля вайны. У чэрвені 1947 Бензер, быўшы ўжо прафесарам, паведаміў аб незвычайнай анамаліі: у некаторых эксперыментах у крышталях германію з'яўляліся высокачашчынныя ваганні. А яго калега Ральф Брэй працягваў вывучэнне "аб'ёмнага супраціву" па праекце, пачатаму падчас вайны. Аб'ёмны супраціў апісвала тое, як электрычнасць цячэ ў крышталі германію ў кантактнай кропцы выпрамніка. Брэй выявіў, што імпульсы высокай напругі значна памяншалі супраціў германію n-тыпу да гэтых струменяў. Не ведаючы таго, ён стаў сведкам т.зв. "неасноўных" носьбітаў зарада. У паўправадніках n-тыпу залішні адмоўны зарад служыць асноўным носьбітам зарада, але станоўчыя "дзіркі" таксама могуць пераносіць ток, і ў дадзеным выпадку высакавольтныя імпульсы стваралі дзіркі ў германіевай структуры, з-за чаго з'яўляліся неасноўныя носьбіты зарада.
Брэй і Бензер панадліва блізка падышлі да германіевага ўзмацняльніка, не зразумеўшы гэтага. Бензер адлавіў Уолтара Брацейна, вучонага з лабараторый Бэла, на канферэнцыі ў студзені 1948, каб абмеркаваць з ім аб'ёмны супраціў. Ён прапанаваў Братэйну размясціць яшчэ адзін кропкавы кантакт побач з першым, які мог бы праводзіць ток, і тады яны, магчыма, змаглі б зразумець, што адбываецца пад паверхняй. Братэйн ціха пагадзіўся з гэтай прапановай, і сышоў. Як мы ўбачым, ён занадта добра ведаў, што можа расчыніць падобны эксперымент.
Оне-су-Буа
У групы з Перд'ю былі як тэхналогіі, так і тэарэтычныя асновы для таго, каб здзейсніць скачок у напрамку транзістара. Але натрапіць на яго яны маглі толькі выпадкова. Яны цікавіліся фізічнымі ўласцівасцямі матэрыялу, а не пошукамі прылады новага тыпу. Зусім іншая сітуацыя панавала ў Оне-су-Буа (Францыя), дзе два былыя даследнікі радараў з Нямеччыны, Генрых Велкер і Герберт Матары, кіравалі камандай, чыёй мэтай было стварэнне прамысловых паўправадніковых прылад.
Велкер спачатку вывучаў, а затым выкладаў фізіку ў Мюнхенскім універсітэце, кіраваным знакамітым тэарэтыкам Арнольдам Зоммерфельдам. З 1940 года ён пакінуў чыста тэарэтычны шлях і пачаў працаваць над радарам для Люфтвафэ. Матары (бельгійскага паходжання) рос у Аахене, дзе вывучаў фізіку. Ён далучыўся да даследчага дэпартамента нямецкага радыёгіганта Telefunken у 1939-м. Падчас вайны ён перанёс сваю працу з Берліна на ўсход у абацтва ў Сілесіі, каб пазбегнуць налётаў авіяцыі Антыгітлераўскай кааліцыі, а потым назад на захад, каб пазбегнуць надыходзячай Чырвонай арміі, і ў выніку патрапіў у рукі амерыканскай арміі.
Як і іх супернікі з Антыгітлераўскай кааліцыі, немцы да пачатку 1940-х ведалі, што крышталічныя дэтэктары былі ідэальнымі прымачамі для радараў, і што крэмній і германій былі найболей шматспадзеўнымі матэрыяламі для іх стварэння. Матары і Велкер падчас вайны спрабавалі паляпшаць эфектыўнае выкарыстанне гэтых матэрыялаў у прыборах. Пасля вайны абодва падвяргаліся перыядычным допытам датычна іх ваеннай працы, і ў выніку атрымалі запрашэнне ад французскага разведчыка ў Парыж у 1946 годзе.
Compagnie des Freins & Signaux ("кампанія тармазоў і сігналаў"), французскае падраздзяленне Westinghouse, атрымала кантракт ад французскага тэлефоннага кіравання на стварэнне цвёрдацельных выпрамнікоў і шукала нямецкіх навукоўцаў сабе ў дапамогу. Такі саюз нядаўніх ворагаў можа здацца дзіўным, аднак гэтая дамоўленасць аказалася даволі спрыяльнай для абодвух бакоў. Французы, якія пацярпелі паражэнне ў 1940, не мелі магчымасці набраць ведаў у галіне паўправаднікоў, і ім адчайна патрабаваліся навыкі немцаў. Немцы не маглі весці распрацоўку ў любых высокатэхналагічных галінах у акупаванай і разбуранай вайной краіне, таму ўхапіліся за магчымасць прадаўжэння работы.
Велкер і Матары абсталявалі штаб у двухпавярховым доме ў прыгарадзе Парыжа, Оне-су-Буа, і з дапамогай каманды тэхнікаў наладзілі паспяховы выпуск германіевых выпрамнікоў да канца 1947. Затым яны звярнуліся да больш сур'ёзных прызаў: Велкер вярнуўся да цікавых яго звышправаднікаў, а Матары узмацняльнікам.
Герберт Матары ў 1950
Падчас вайны Матары эксперыментаваў з выпрамнікамі з двума кропкавымі кантактамі - "дуадыёдамі" - у спробе паменшыць шум у контуры. Ён аднавіў досведы і неўзабаве выявіў, што другі "каціны вус", размешчаны ў 1/100 млн долі метра ад першага, часам мог мадуляваць ток, які ідзе праз першы вус. Ён стварыў цвёрдацельны ўзмацняльнік, хоць і даволі бескарысны. Каб дасягнуць больш надзейнай працы, ён звярнуўся да Велкер, які напрацаваў вялікі досвед працы з крышталямі германію падчас вайны. Каманда Велкера вырошчвала буйнейшыя і чыстыя ўзоры германіевых крышталяў, і разам з паляпшэннем якасці матэрыялу да чэрвеня 1948 гады ўзмацняльнікі з кропкавым кантактам Матары сталі надзейнымі.
Рэнтгенаўскі здымак "транзістрана" на аснове схемы Матары, які мае дзве кропкі кантакту з германіем
У Матары нават была тэарэтычная мадэль адбывалага: ён лічыў, што другі кантакт прарабляе ў германіі дзіркі, паскараючы мінанне току праз першы кантакт, пастаўляючы неасноўных носьбітаў зарада. Велкер не быў з ім згодзен, і лічыў, што адбывалае залежыць ад нейкага палявога эфекту. Аднак да таго, як яны маглі б прапрацаваць прыладу або тэорыю, яны даведаліся, што група амерыканцаў распрацавала роўна такую ж канцэпцыю - германіевы ўзмацняльнік з двума кропкавымі кантактамі - на шэсць месяцаў раней.
Мюрэй-Хіл
У канцы вайны Мервін Кэлі рэфармаваў даследчую групу лабараторый Бэла, якая займалася паўправаднікамі з Білам Шоклі на чале. Праект разросся, атрымаў больш фінансавання, і пераехаў з першапачатковага будынка лабараторый на Манхэтэне ў які пашыраецца кампус у Мюрэй-Хіл (Нью-Джэрсі).
Кампус у Мюрэй-Хіл, ок. 1960
Каб ізноў пазнаёміцца з перадавымі паўправаднікамі (пасля таго, як на вайне ён займаўся даследаваннямі аперацый), увесну 1945 Шоклі наведаў лабараторыю Расэла Ола ў Холмдэлі. Ол правёў гады вайны, працуючы над крэмніем, і не губляў часу дарма. Ён паказаў Шоклі грубы ўзмацняльнік уласнай пабудовы, названы ім "дэзістар". Ён узяў крамянёвы прыбор кропкавага кантакту і пусціў па ім ток з акумулятара. Судзячы па ўсім, цеплыня акумулятара паменшыла супраціў праз кропку кантакту, і ператварыла выпрамнік ва ўзмацняльнік, здольны перадаваць уваходныя радыёсігналы ў контур, досыць магутны для таго, каб сілкаваць дынамік
Эфект быў грубым і ненадзейным, непрыдатным для камерцыялізацыі. Аднак яго хапіла для пацверджання меркавання Шоклі аб магчымасці стварэння паўправадніковага ўзмацняльніка, і аб тым, што гэта трэба зрабіць прыярытэтным напрамкам даследаванняў у галіне цвёрдацельнай электронікі. Таксама гэтая сустрэча з камандай Ола пераканала Шоклі, што крэмній і германій неабходна вывучаць у першую чаргу. Яны дэманстравалі прывабныя электрычныя ўласцівасці, а акрамя таго, калегі Ола, металургі Джэк Скаф і Генры Тэрэр дасягнулі надзвычайных поспехаў у вырошчванні, ачыстцы і дабаўленні прымешак у гэтыя крышталі падчас вайны, перасягнуўшы ўсе тэхналогіі, якія былі для іншых паўправадніковых матэрыялаў. Група Шоклі больш не збіралася марнаваць час на даваенныя ўзмацняльнікі з аксіду медзі.
З дапамогай Кэлі, Шоклі пачаў збіраць новую каманду. Сярод ключавых гульцоў аказаўся Уолтар Брэтэйн, які дапамагаў Шоклі з яго першай спробай стварэння паўправадніковага ўзмацняльніка (у 1940) і Джон Бардзін, малады фізік і новы супрацоўнік лабараторый Бэла. У Бардзіна, мусіць, быў самыя шырокія веды па фізіцы цвёрдых целаў з усіх чальцоў каманды - яго дысертацыя апісвала энергетычныя ўзроўні электронаў у структуры металічнага натрыю. Таксама ён быў яшчэ адным пратэжэ Джона Хазбрука Ван Флека, як Атанасаў і Брэтэйн.
І як у Атанасава, дысертацыі Бардзіна і Шоклі патрабавалі найскладаных вылічэнняў. Ім даводзілася выкарыстоўваць квантава-механічную тэорыю паўправаднікоў, вызначаную Аланам Уілсанам, каб разлічваць энергетычную структуру матэрыялаў пры дапамозе настольнага калькулятара Манро. Дапамагаючы ствараць транзістар, яны, па сутнасці, унеслі ўклад у збавенне будучых аспірантаў ад такой працы.
Першы падыход Шоклі да цвёрдацельнага ўзмацняльніка належыў на тое, што пазней назвалі.“. Ён падвешваў металічную пласціну над паўправадніком n-тыпу (з лішкам адмоўных зарадаў). Прыкладанне дадатнага зарада да пласціны выцягвала лішак электронаў на паверхню крышталя, ствараючы раку адмоўных зарадаў, па якой мог лёгка цечу электрычны ток. Узмацняецца сігнал (прадстаўлены ўзроўнем зарада на пласціне) такім спосабам мог мадуляваць асноўны контур (які праходзіць па паверхні паўправадніка). Працаздольнасць дадзенай схемы яму падказалі яго тэарэтычныя веды ў фізіцы. Але, нягледзячы на мноства доследаў і эксперыментаў, схема так і не зарабіла.
Да сакавіка 1946 года Бардзін стварыў нядрэнна прапрацаваную тэорыю, якая тлумачыла прычыну гэтага: паверхня паўправадніка на квантавым узроўні паводзіць сябе не так, як яго вантробы. Адмоўныя зарады, якія выцягваюцца на паверхню, трапляюць у пастку «павярхоўных станаў» і блакуюць пранікненне электрычнага поля з пласціны ў матэрыял. Астатнія члены каманды палічылі гэты аналіз пераканаўчым, і запусцілі новую даследчую праграму па трох шляхах:
- Даказаць існаванне паверхневых станаў.
- Вывучыць іх уласцівасці.
- Прыдумаць, як перамагчы іх і зрабіць працоўны .
Пасля паўтара года даследаванняў і эксперыментаў, 17 лістапада 1947 года Брэтэйн здзейсніў прарыў. Ён выявіў, што калі размясціць запоўненую іёнамі вадкасць, да прыкладу, ваду, паміж пласцінай і паўправадніком, электрычнае поле з пласціны будзе штурхаць іёны да паўправадніка, дзе яны будуць нейтралізоўваць зарады, злоўленыя ў павярхоўных станах. Цяпер ён мог кіраваць электрычнымі паводзінамі кавалка крэмнію, мяняючы зарад на пласціне. Гэты поспех падаў Бардзіну ідэю для новага падыходу да стварэння ўзмацняльніка: атачыць кропку кантакту выпрамніка электролітнай вадой, а потым выкарыстоўваць другі провад у вадзе для кіравання павярхоўнымі станамі, і такім спосабам кантраляваць узровень праводнасці асноўнага кантакту. Так Бардзін і Брэтэйн выйшлі на фінішную прамую.
Ідэя Бардзіна спрацавала, аднак узмацненне было слабым і працавала на вельмі малых частотах, недаступных чалавечаму вуху - таму было бескарысна ў ролі тэлефоннага ці радыёўзмацняльніка. Бардзін прапанаваў пераключыцца да ўстойлівай да зваротнай напругі Нямеччыну, атрыманаму ў Пердью, лічачы, што на яго паверхні будзе збірацца менш зарадаў. Раптам яны атрымалі наймагутнае ўзмацненне, аднак у процілеглым ад чаканага кірунку. Яны адкрылі эфект неасноўных носьбітаў - замест чаканых электронаў, ток, які ідзе праз германій, узмацнялі дзіркі, якія прыходзяць з электраліта. Ток на провадзе ў электраліце стварыў пласт p-тыпу (вобласць залішніх дадатных зарадаў) на паверхні германію n-тыпу.
Наступныя эксперыменты паказалі, што электраліт наогул не быў патрэбен: проста размясціўшы дзве кропкі кантакту блізка на паверхні германію, можна было мадуляваць токам з аднаго з іх ток на іншым. Каб звесці іх як мага бліжэй, Брэтэйн абматаў кавалачкам залатой фальгі трохкутны кавалак пластыка, а потым асцярожна разрэзаў фальгу на канцы. Потым пры дапамозе спружыны ён прыціскаў трыкутнік да германія, у выніку чаго два краі разрэзу датыкаліся да яго паверхні на адлегласці ў 0,05 мм. Гэта надало прататыпу транзістара ад лабараторый Бэла яго характэрны выгляд:
Прататып транзістара Брэцейна і Бардзіна
Як і прылада Матары і Велкера, гэта быў, у прынцыпе, класічны «каціны вус», проста з двума кропкамі кантакту замест адной. 16 снежня ён выдаў значнае ўзмацненне магутнасці і напругі, і частату 1000 Гц у дыяпазоне чутнасці. Праз тыдзень, пасля невялікіх паляпшэнняў, Бардзін і Брэтэйн атрымалі ўзмацненне напругі ў 100 разоў і магутнасці ў 40 разоў, і прадэманстравалі дырэктарам Бэла, што іх прылада можа прайграваць чутную гаворку. Джон Пірс, яшчэ адзін чалец каманды распрацоўкі цвёрдацельных прылад, прыдумаў тэрмін "транзістар" па матывах назову бялоўскага выпрамніка на аксідзе медзі, варыстара.
Наступныя шэсць месяцаў лабараторыя трымала новы твор у сакрэце. Кіраўніцтва хацела пераканацца, што ў іх будзе фора ў рэалізацыі камерцыйных магчымасцяў транзістара да таго, як яго атрымае хтосьці яшчэ. Прэс-канферэнцыю прызначылі на 30 чэрвеня 1948 года, якраз своечасова, каб разбіць усе мары Велкера і Матары аб неўміручасці. Тым часам, група паўправадніковых даследаванняў па-ціхаму развалілася. Пачуўшы аб дасягненнях Бардзіна і Брэцейна, іх бос, Біл Шоклі, пачаў працаваць над тым, каб прысвоіць сабе ўсю славу. І хоць ён гуляў толькі назіральную ролю, у публічнай прэзентацыі Шоклі атрымаў роўную, калі не вялікую рэкламу - што відаць з гэтага апублікаванага здымка, дзе ён знаходзіцца ў гушчы падзей, і прама ў лабараторнага стала:
Рэкламная фатаграфія 1948 года - Бардзін, Шоклі і Брэтэйн.
Аднак Шоклі было недастаткова роўнай славы. І яшчэ да таго, як хто-небудзь па-за лабараторыям Бэла даведаўся пра транзістар, ён заняўся яго паўторным вынаходствам, каб прысвоіць яго сабе. І гэта было толькі першым са мноства падобных паўторных вынаходстваў.
Што яшчэ пачытаць
- Robert Buderi, The Invention That Changed the World (1996)
- Michael Riordan, "How Europe Missed the Transistor," IEEE Spectrum (Nov. 1, 2005)
- Міхайла Рыордана і Ліліяна Ходдэсона, Крышталя пажару (1997)
- Armand Van Dormael, "The 'French' Transistor," (1994)
Крыніца: habr.com