Ostali članci iz serije:
- Istorija štafete
- Istorija elektronskih računara
- Istorija tranzistora
- Internet istorija
Ratni lonac postavio je pozornicu za pojavu tranzistora. Od 1939. do 1945. tehničko znanje u oblasti poluprovodnika se enormno proširilo. A postojao je jedan jednostavan razlog za to: radar. Najvažnija ratna tehnologija, čiji primjeri uključuju: otkrivanje zračnih napada, traženje podmornica, usmjeravanje noćnih zračnih napada na ciljeve, gađanje sistema protuzračne odbrane i pomorskih topova. Inženjeri su čak naučili kako da male radare utaknu u artiljerijske granate tako da eksplodiraju dok lete blizu mete - . Međutim, izvor ove moćne nove vojne tehnologije bio je u mirnijem polju: proučavanju gornjeg sloja atmosfere u naučne svrhe.
Radar
Godine 1901. Marconi Wireless Telegraph Company uspješno je prenio bežičnu poruku preko Atlantika, od Cornwall-a do Newfoundlanda. Ova činjenica je dovela modernu nauku u zabunu. Ako radio prenosi putuju pravolinijski (kao što bi trebali), takav prijenos bi trebao biti nemoguć. Ne postoji direktna linija vida između Engleske i Kanade koja ne prelazi Zemlju, pa je Markonijeva poruka morala da odleti u svemir. Američki inženjer Arthur Kennelly i britanski fizičar Oliver Heaviside su istovremeno i nezavisno predložili da objašnjenje za ovaj fenomen mora biti povezano sa slojem jonizovanog gasa koji se nalazi u gornjoj atmosferi, sposobnog da reflektuje radio talase nazad na Zemlju (sam Marconi je verovao da radio talasi prati zakrivljenost Zemljine površine, međutim, fizičari to nisu podržali).
Do 1920-ih, naučnici su razvili novu opremu koja je omogućila prvo dokazivanje postojanja jonosfere, a zatim proučavanje njene strukture. Koristili su vakuumske cijevi za generiranje kratkotalasnih radio impulsa, usmjerene antene da ih pošalju u atmosferu i snime odjeke, i da demonstrira rezultate. Što je duže kašnjenje povratka eha, jonosfera mora biti udaljenija. Ova tehnologija je nazvana atmosfersko sondiranje, i ona je obezbijedila osnovnu tehničku infrastrukturu za razvoj radara (izraz "radar", od RAdio Detection And Ranging, pojavio se tek 1940-ih u američkoj mornarici).
Bilo je samo pitanje vremena kada će ljudi s pravim znanjem, resursima i motivacijom shvatiti potencijal za zemaljsku primjenu takve opreme (dakle, povijest radara je suprotna povijesti teleskopa, koji je prvo bio namijenjen za zemaljsku upotrebu) . A vjerovatnoća takvog uvida se povećavala kako se radio sve više širio planetom, a sve više ljudi je primijetilo smetnje koje dolaze od obližnjih brodova, aviona i drugih velikih objekata. Znanje o tehnologijama sondiranja gornje atmosfere proširilo se tokom drugog (1932-1933), kada su naučnici sastavili mapu jonosfere sa različitih arktičkih stanica. Ubrzo nakon toga, timovi u Britaniji, SAD-u, Njemačkoj, Italiji, SSSR-u i drugim zemljama razvili su svoje najjednostavnije radarske sisteme.
sa svojim radarom iz 1935
Zatim se dogodio rat i važnost radara za zemlje – i resursa za njihovo razvijanje – dramatično je porasla. U Sjedinjenim Državama, ovi resursi su se okupili oko nove organizacije osnovane 1940. na MIT-u, poznate kao (nazvan je tako specifično da bi zavarao strane špijune i stvorio utisak da se radioaktivnost proučava u laboratoriji - u to vrijeme je malo ljudi vjerovalo u atomske bombe). Projekt Rad Lab, koji nije postao toliko poznat kao Manhattan Project, ipak je u svoje redove regrutovao jednako izvanredne i talentirane fizičare iz svih krajeva Sjedinjenih Država. Pet prvih zaposlenih u laboratoriji (uključujući и ) nakon toga dobio Nobelovu nagradu. Do kraja rata u laboratoriji je radilo oko 500 doktora nauka, naučnika i inženjera, a radilo je ukupno 4000 ljudi. Pola miliona dolara — uporedivo sa cijelim budžetom ENIAC-a — potrošeno je samo na seriju Laboratorija za radijaciju, dvadeset i sedam svezaka svih znanja stečenih iz laboratorije tokom rata (iako potrošnja vlade SAD-a na radarsku tehnologiju nije bila ograničena u budžet Rad Lab; tokom rata vlada je kupila radare u vrijednosti od tri milijarde dolara).
Zgrada MIT-a 20, u kojoj se nalazila Rad Lab
Jedno od glavnih područja istraživanja Rad Lab-a bio je radar visoke frekvencije. Rani radari su koristili talasne dužine mjerene u metrima. Ali snopovi viših frekvencija s talasnim dužinama mjerenim u centimetrima – mikrotalasi – omogućili su kompaktnije antene i bili su manje raspršeni na velikim udaljenostima, obećavajući veće prednosti u dometu i preciznosti. Mikrovalni radari mogli bi stati u nos aviona i otkriti objekte veličine periskopa podmornice.
Prvi koji je riješio ovaj problem bio je tim britanskih fizičara sa Univerziteta u Birminghamu. Godine 1940. razvili su "“, koji je radio kao elektromagnetna „zviždaljka”, pretvarajući nasumični impuls električne energije u snažan i precizno podešen snop mikrotalasnih pećnica. Ovaj mikrotalasni predajnik bio je hiljadu puta snažniji od svog najbližeg konkurenta; otvorio je put praktičnim visokofrekventnim radarskim predajnicima. Međutim, trebao mu je pratilac, prijemnik sposoban da detektuje visoke frekvencije. I u ovom trenutku se vraćamo na istoriju poluprovodnika.
Magnetronski presjek
Drugi dolazak mačjih brkova
Pokazalo se da vakuumske cijevi uopće nisu prikladne za primanje mikrovalnih radarskih signala. Razmak između tople katode i hladne anode stvara kapacitivnost, zbog čega kolo odbija raditi na visokim frekvencijama. Najbolja tehnologija dostupna za visokofrekventne radare bila je staromodna ""- mali komad žice pritisnut na poluvodički kristal. Nekoliko ljudi je to otkrilo samostalno, ali našoj priči najbliže je ono što se dogodilo u New Jerseyu.
Godine 1938. Bell Labs je sklopio ugovor s mornaricom za razvoj radara za kontrolu vatre u rasponu od 40 cm – mnogo kraće, a samim tim i veće frekvencije od postojećih radara u eri pre-rezonantnog magnetrona. Glavni istraživački rad otišao je u odjeljenje laboratorija u Holmdelu, južno od Staten Islanda. Istraživačima nije trebalo dugo da shvate šta će im trebati za visokofrekventni prijemnik, a uskoro je inženjer George Southworth pretraživao radio prodavnice na Menhetnu u potrazi za starim detektorima mačjih brkova. Očekivano, radio je mnogo bolje od detektora lampe, ali je bio nestabilan. Stoga je Southworth potražio elektrohemičara po imenu Russell Ohl i zamolio ga da pokuša poboljšati ujednačenost odgovora detektora kristala u jednoj tački.
Ol je bio prilično osebujna osoba, koja je razvoj tehnologije smatrala svojom sudbinom i pričala o periodičnim uvidima sa vizijama budućnosti. Na primjer, izjavio je da je još 1939. godine znao za budući izum silikonskog pojačala, ali da je sudbina bila predodređena da ga izmisli druga osoba. Nakon što je proučio desetine opcija, odlučio se za silicijum kao najbolju supstancu za Southworth prijemnike. Problem je bio mogućnost kontrole sadržaja materijala kako bi se kontrolirala njegova električna svojstva. U to vrijeme su bili rasprostranjeni industrijski silicijumski ingoti koji su se koristili u čeličanama, ali u takvoj proizvodnji nikome nije smetao, recimo, sadržaj 1% fosfora u silicijumu. Angažujući pomoć nekoliko metalurga, Ol je krenuo da dobije mnogo čistije blankove nego što je to ranije bilo moguće.
Dok su radili, otkrili su da neki od njihovih kristala ispravljaju struju u jednom smjeru, dok drugi ispravljaju struju u drugom. Zvali su ih "n-tip" i "p-tip". Dalja analiza je pokazala da su različite vrste nečistoća odgovorne za ove vrste. Silicijum se nalazi u četvrtoj koloni periodnog sistema, što znači da ima četiri elektrona u svojoj spoljašnjoj ljusci. U blanku od čistog silicijuma, svaki od ovih elektrona bi se kombinovao sa susedom. Nečistoće iz treće kolone, recimo bor, koji ima jedan elektron manje, stvorile su „rupu“, dodatni prostor za kretanje struje u kristalu. Rezultat je bio poluvodič p-tipa (sa viškom pozitivnih naboja). Elementi iz pete kolone, kao što je fosfor, dali su dodatne slobodne elektrone za nošenje struje i tako je dobijen poluprovodnik n-tipa.
Kristalna struktura silicijuma
Sva ova istraživanja bila su vrlo zanimljiva, ali do 1940. Southworth i Ohl nisu bili bliži stvaranju radnog prototipa visokofrekventnog radara. Istovremeno, britanska vlada je zahtijevala trenutne praktične rezultate zbog prijeteće prijetnje od Luftwaffea, koji je već stvorio mikrovalne detektore spremne za proizvodnju koji rade u tandemu s magnetronskim odašiljačima.
Međutim, ravnoteža tehnološkog napretka uskoro će se okrenuti prema zapadnoj strani Atlantika. Churchill je odlučio otkriti sve britanske tehničke tajne Amerikancima prije nego što je stvarno ušao u rat (pošto je pretpostavljao da će se to ionako dogoditi). Vjerovao je da je vrijedno rizika od curenja informacija, jer će tada sve industrijske sposobnosti Sjedinjenih Država biti ubačene u rješavanje problema poput atomskog oružja i radara. Britanska misija nauke i tehnologije (poznatija kao ) stigla je u Washington u septembru 1940. i u svojoj prtljagi donijela poklon u obliku tehnoloških čuda.
Otkriće nevjerovatne snage rezonantnog magnetrona i učinkovitost britanskih kristalnih detektora u primanju njegovog signala revitalizirala su američka istraživanja poluvodiča kao osnove radara visoke frekvencije. Bilo je dosta posla, posebno u nauci o materijalima. Da bi se zadovoljila potražnja, poluvodički kristali „morali su biti proizvedeni u milionima, daleko više nego što je to ranije bilo moguće. Bilo je neophodno poboljšati ispravljanje, smanjiti osjetljivost na udarce i izgaranje, te minimizirati varijacije između različitih serija kristala.”
Silikonski kontaktni ispravljač
Rad Lab je otvorio nove istraživačke odjele za proučavanje svojstava poluvodičkih kristala i kako se oni mogu modificirati kako bi se maksimizirala vrijedna svojstva prijemnika. Materijali koji najviše obećavaju bili su silicijum i germanijum, pa je Rad Lab odlučio da igra na sigurno i pokrenuo paralelne programe za proučavanje oba: silicijum na Univerzitetu u Pensilvaniji i germanijum na Purdueu. Industrijski divovi kao što su Bell, Westinghouse, Du Pont i Sylvania započeli su svoje programe istraživanja poluvodiča i počeli razvijati nove proizvodne pogone za kristalne detektore.
Zajedničkim naporima čistoća kristala silicijuma i germanijuma je podignuta sa 99% na početku na 99,999% - odnosno na jednu česticu nečistoće na 100 atoma. U tom procesu, kadar naučnika i inženjera se pobliže upoznao sa apstraktnim svojstvima germanijuma i silicijuma i primenjenim tehnologijama za njihovu kontrolu: topljenje, uzgoj kristala, dodavanje neophodnih nečistoća (kao što je bor, koji je povećao provodljivost).
A onda je rat završio. Potražnja za radarom je nestala, ali su ostala znanja i vještine stečene tokom rata, a san o solid-state pojačalu nije zaboravljen. Sada je bila trka u stvaranju takvog pojačala. I najmanje tri tima su bila u dobroj poziciji da osvoje ovu nagradu.
West Lafayette
Prva je bila grupa sa Univerziteta Purdue koju je predvodio austrijski fizičar po imenu Carl Lark-Horowitz. Svojim talentom i uticajem sam je izveo fakultetski odsek za fiziku iz tame i uticao na odluku Rad Laboratorije da svojoj laboratoriji poveri istraživanje germanijuma.
Carl Lark-Horowitz 1947., u sredini, drži lulu
Do ranih 1940-ih, silicijum se smatrao najboljim materijalom za radarske ispravljače, ali materijal odmah ispod njega u periodičnoj tablici također je izgledao vrijedan daljnjeg proučavanja. Germanijum je imao praktičnu prednost zbog niže tačke topljenja, što je olakšavalo rad sa njim: oko 940 stepeni, u poređenju sa 1400 stepeni za silicijum (skoro isto kao i čelik). Zbog visoke tačke topljenja, bilo je izuzetno teško napraviti blanko koji ne bi propuštao u rastopljeni silicijum i kontaminirao ga.
Stoga su Lark-Horowitz i njegove kolege cijeli rat proveli proučavajući hemijska, električna i fizička svojstva germanijuma. Najvažnija prepreka je bio „obrnuti napon”: germanijumski ispravljači, na veoma niskom naponu, prestali su da ispravljaju struju i dozvolili joj da teče u suprotnom smeru. Impuls obrnute struje spalio je preostale komponente radara. Jedan od Lark-Horowitzovih postdiplomaca, Seymour Benzer, proučavao je ovaj problem više od godinu dana i konačno je razvio aditiv na bazi kalaja koji je zaustavljao obrnute impulse na naponima do stotine volti. Ubrzo nakon toga, Western Electric, proizvodni odjel Bell Labsa, počeo je izdavati Benzer ispravljače za vojnu upotrebu.
Proučavanje germanijuma u Purdueu je nastavljeno nakon rata. U junu 1947. Benzer, koji je već bio profesor, prijavio je neobičnu anomaliju: u nekim eksperimentima pojavile su se visokofrekventne vibracije u kristalima germanija. A njegov kolega Ralph Bray nastavio je proučavati "volumetrijski otpor" na projektu započetom tokom rata. Volumenski otpor opisuje kako struja teče u kristalu germanija na kontaktnoj tački ispravljača. Bray je otkrio da visokonaponski impulsi značajno smanjuju otpor germanijuma n-tipa na ove struje. Ne znajući, svjedočio je tzv. "manjinski" nosioci naboja. U poluvodičima n-tipa, višak negativnog naboja služi kao većinski nosilac naboja, ali pozitivne "rupe" također mogu nositi struju, a u ovom slučaju, visokonaponski impulsi stvaraju rupe u strukturi germanija, uzrokujući pojavu manjinskih nosilaca naboja. .
Bray i Benzer su se primamljivo približili germanijumskom pojačivaču a da toga nisu bili svesni. Benzer je uhvatio Waltera Brattaina, naučnika Bell Labsa, na konferenciji u januaru 1948. kako bi s njim razgovarao o volumetrijskom otporu. Predložio je da Brattain postavi još jednu tačku kontakta pored prve koja bi mogla provoditi struju i tada bi mogli razumjeti šta se dešava ispod površine. Brattain je tiho pristao na ovaj prijedlog i otišao. Kao što ćemo vidjeti, on je predobro znao šta bi takav eksperiment mogao otkriti.
Oney-sous-Bois
Grupa Purdue imala je i tehnologiju i teoretsku osnovu da napravi iskorak prema tranzistoru. Ali na njega su mogli naići samo slučajno. Zanimala su ih fizička svojstva materijala, a ne potraga za novim tipom uređaja. Sasvim drugačija situacija vladala je u Aunes-sous-Bois-u (Francuska), gdje su dva bivša istraživača radara iz Njemačke, Heinrich Welker i Herbert Mathare, predvodili tim čiji je cilj bio stvaranje industrijskih poluvodičkih uređaja.
Welker je prvo studirao, a zatim predavao fiziku na Univerzitetu u Minhenu, koji je vodio poznati teoretičar Arnold Sommerfeld. Od 1940. napustio je čisto teorijski put i počeo raditi na radaru za Luftwaffe. Mathare (belgijskog porijekla) je odrastao u Aachenu, gdje je studirao fiziku. Pridružio se istraživačkom odjelu njemačkog radio giganta Telefunken 1939. godine. Tokom rata, preselio je svoj rad iz Berlina na istok u opatiju u Šleziji kako bi izbjegao savezničke zračne napade, a zatim se vratio na zapad kako bi izbjegao napredovanje Crvene armije, koja je na kraju pala u ruke američke vojske.
Kao i njihovi rivali u Anti-Hitler koaliciji, Nemci su početkom 1940-ih znali da su kristalni detektori idealni prijemnici za radare, te da su silicijum i germanijum materijali koji najviše obećavaju za njihovu izradu. Mathare i Welker su pokušali tokom rata poboljšati efikasnu upotrebu ovih materijala u ispravljačima. Nakon rata, obojica su bili podvrgnuti periodičnom ispitivanju u vezi sa svojim vojnim radom, a na kraju su dobili poziv od jednog francuskog obavještajnog oficira u Pariz 1946. godine.
Compagnie des Freins & Signaux („kompanija za kočnice i signale“), francusko odjeljenje Westinghousea, dobila je ugovor od francuske telefonske vlasti za izradu poluprovodničkih ispravljača i tražila je njemačke naučnike da im pomognu. Takav savez nedavnih neprijatelja može izgledati čudno, ali ovaj aranžman se pokazao prilično povoljan za obje strane. Francuzi, poraženi 1940. godine, nisu imali prilike da steknu znanja iz oblasti poluprovodnika, a veštine Nemaca su im bile potrebne. Nijemci u okupiranoj i ratom razorenoj zemlji nisu mogli razvijati ni u jednom visokotehnološkom polju, pa su iskoristili priliku da nastave sa radom.
Welker i Mathare su osnovali sjedište u dvospratnoj kući u pariškom predgrađu Aunes-sous-Bois i uz pomoć tima tehničara do kraja 1947. uspješno lansirali germanijeve ispravljače. Tada su se okrenuli ozbiljnijim nagrade: Welker se vratio svom interesovanju za superprovodnike, a Mathare za pojačala.
Herbert Mathare 1950
Tokom rata, Mathare je eksperimentisao sa ispravljačima sa dve tačke kontakta — „duodeodama“ — u pokušaju da smanji šum u kolu. Nastavio je svoje eksperimente i ubrzo otkrio da drugi mačji brk, koji se nalazi 1/100 milionitog dijela metra od prvog, ponekad može modulirati struju koja teče kroz prvi brk. Stvorio je solid state pojačalo, iako prilično beskorisno. Kako bi postigao pouzdanije performanse, obratio se Welkeru, koji je stekao veliko iskustvo u radu s germanijumskim kristalima tokom rata. Welkerov tim je rastao veće, čistije uzorke germanijumskih kristala, a kako se kvalitet materijala poboljšavao, Mathare pojačala sa tačkastim kontaktom postala su pouzdana do juna 1948.
Rendgenska slika "tranzistrona" baziranog na Mathareovom kolu, koji ima dvije dodirne tačke sa germanijumom
Mathare je čak imao teoretski model onoga što se događa: vjerovao je da drugi kontakt pravi rupe u germaniju, ubrzavajući prolaz struje kroz prvi kontakt, napajajući manjinske nosioce naboja. Welker se nije slagao s njim i vjerovao je da ono što se dešava ovisi o nekoj vrsti efekta polja. Međutim, prije nego što su uspjeli razraditi uređaj ili teoriju, saznali su da je grupa Amerikanaca šest mjeseci ranije razvila potpuno isti koncept - germanijsko pojačalo s dva kontakta u tački.
Murray Hill
Na kraju rata, Mervyn Kelly je reformirao istraživačku grupu za poluvodiče Bell Labs-a koju je vodio Bill Shockley. Projekat je rastao, dobio više sredstava i preselio se iz svoje originalne laboratorijske zgrade na Menhetnu u prošireni kampus u Murray Hillu, New Jersey.
Kampus Murray Hill, ca. 1960
Da bi se ponovo upoznao sa naprednim poluprovodnicima (nakon svog vremena u istraživanju operacija tokom rata), Šokli je posetio Holmdelovu laboratoriju Russela Ohla u proleće 1945. Ohl je ratne godine proveo radeći na silicijumu i nije gubio vrijeme. Pokazao je Šokliju sirovo pojačalo sopstvene konstrukcije, koje je nazvao "desister". Uzeo je silikonski ispravljač sa tačkastim kontaktom i kroz njega poslao struju iz baterije. Očigledno, toplota iz baterije je smanjila otpor preko kontaktne tačke i pretvorila ispravljač u pojačalo sposobno da prenosi dolazne radio signale u kolo dovoljno moćno da napaja zvučnik
Učinak je bio grub i nepouzdan, neprikladan za komercijalizaciju. Međutim, to je bilo dovoljno da se potvrdi Šoklijevo mišljenje da je moguće napraviti poluprovodnički pojačavač i da to treba da bude prioritet istraživanja u oblasti elektronike čvrstog stanja. I ovaj sastanak sa Olinim timom je uvjerio Šoklija da prvo treba proučavati silicijum i germanijum. Pokazali su atraktivna električna svojstva, a Ohlovi kolege metalurzi Jack Skaff i Henry Theurer postigli su nevjerovatan uspjeh u uzgoju, prečišćavanju i dopiranju ovih kristala tokom rata, nadmašujući sve tehnologije dostupne za druge poluprovodničke materijale. Šoklijeva grupa više nije htela da gubi vreme na predratna pojačala sa bakarnim oksidom.
Uz Kellynu pomoć, Šokli je počeo da okuplja novi tim. Ključni igrači su bili Walter Brattain, koji je pomogao Shockleyju u njegovom prvom pokušaju sa poluprovodničkim pojačalom (1940.), i John Bardeen, mladi fizičar i novi zaposlenik Bell Labsa. Bardeen je vjerovatno imao najopsežnije znanje o fizici čvrstog stanja od bilo kojeg člana tima - njegova disertacija je opisala energetske nivoe elektrona u strukturi metalnog natrijuma. On je također bio još jedan štićenik Johna Hasbroucka Van Vlecka, poput Atanasova i Brattaina.
I kao i Atanasov, Bardeenove i Šoklijeve disertacije zahtevale su izuzetno složene proračune. Morali su da koriste kvantnu mehaničku teoriju poluprovodnika, koju je definisao Alan Wilson, da izračunaju energetsku strukturu materijala koristeći Monroov desktop kalkulator. Pomažući u stvaranju tranzistora, oni su, zapravo, doprinijeli spašavanju budućih diplomiranih studenata od takvog posla.
Shockleyjev prvi pristup čvrstom pojačalu oslanjao se na ono što je kasnije nazvano "". On je suspendirao metalnu ploču preko poluvodiča n-tipa (sa viškom negativnih naboja). Primjena pozitivnog naboja na ploču povukla je višak elektrona na površinu kristala, stvarajući rijeku negativnih naboja kroz koje bi električna struja mogla lako teći. Pojačani signal (predstavljen nivoom naelektrisanja na pločici) na ovaj način bi mogao modulirati glavno kolo (prolazeći duž površine poluvodiča). Efikasnost ove šeme sugerisalo mu je njegovo teorijsko poznavanje fizike. Ali, uprkos mnogim eksperimentima i eksperimentima, shema nikada nije uspjela.
Do marta 1946. Bardin je stvorio dobro razvijenu teoriju koja je objasnila razlog za to: površina poluprovodnika na kvantnom nivou ponaša se drugačije od njegove unutrašnjosti. Negativni naboji povučeni na površinu postaju zarobljeni u "površinskim stanjima" i blokiraju prodiranje električnog polja kroz ploču u materijal. Ostatak tima je ovu analizu smatrao uvjerljivom i pokrenuo je novi istraživački program na tri puta:
- Dokazati postojanje površinskih stanja.
- Proučite njihova svojstva.
- Smislite kako da ih pobijedite i učinite da to funkcionira .
Nakon godinu i po dana istraživanja i eksperimentiranja, 17. novembra 1947. Brattain je napravio proboj. Otkrio je da ako stavi tečnost ispunjenu jonima, kao što je voda, između pločice i poluprovodnika, električno polje iz pločice bi gurnulo ione prema poluprovodniku, gde bi oni neutralisali naelektrisanja zarobljena u površinskim stanjima. Sada je mogao kontrolirati električno ponašanje komada silicijuma mijenjajući naboj na pločici. Ovaj uspjeh dao je Bardeenu ideju za novi pristup stvaranju pojačala: okružite kontaktnu tačku ispravljača vodom sa elektrolitom, a zatim koristite drugu žicu u vodi za kontrolu površinskih uvjeta i tako kontrolirajte nivo provodljivosti glavnog kontakt. Tako su Bardeen i Brattain stigli do cilja.
Bardeenova ideja je uspjela, ali pojačanje je bilo slabo i radilo je na vrlo niskim frekvencijama nedostupnim ljudskom uhu - tako da je bilo beskorisno kao telefonsko ili radio pojačalo. Bardeen je predložio prelazak na germanij otporan na obrnuti napon proizveden u Purdueu, vjerujući da će se manje naelektrisanja skupiti na njegovoj površini. Odjednom su dobili snažan porast, ali u suprotnom smjeru od očekivanog. Otkrili su efekat manjinskog nosioca - umjesto očekivanih elektrona, struja koja teče kroz germanij bila je pojačana rupama koje dolaze iz elektrolita. Struja na žici u elektrolitu stvorila je sloj p-tipa (područje viška pozitivnih naboja) na površini germanija n-tipa.
Naknadni eksperimenti su pokazali da elektrolit uopće nije bio potreban: jednostavno postavljanjem dvije kontaktne točke blizu površine germanija, bilo je moguće modulirati struju od jedne od njih do struje na drugoj. Kako bi ih približio što je više moguće, Brattain je omotao komad zlatne folije oko trokutastog komada plastike, a zatim pažljivo isjekao foliju na kraju. Zatim je pomoću opruge pritisnuo trokut na germanij, zbog čega su dva ruba reza dodirnula njegovu površinu na udaljenosti od 0,05 mm. Ovo je dalo prototipu tranzistora Bell Labs njegov prepoznatljiv izgled:
Brattain i Bardeen prototip tranzistora
Kao i uređaj Mathare i Welker, to je, u principu, bio klasični "mačji brk", samo s dvije dodirne točke umjesto jedne. 16. decembra proizveo je značajno povećanje snage i napona, te frekvenciju od 1000 Hz u čujnom opsegu. Sedmicu kasnije, nakon manjih poboljšanja, Bardeen i Brattain su povećali napon za 100 puta i snagu za 40 puta, i demonstrirali Bellovim direktorima da njihov uređaj može proizvesti zvučni govor. John Pierce, još jedan član tima za razvoj čvrstog stanja, skovao je termin "tranzistor" po imenu Bellovog ispravljača bakar oksida, varistora.
Sljedećih šest mjeseci laboratorija je držala novu kreaciju u tajnosti. Menadžment je želio da bude siguran da imaju prednost u komercijalizaciji tranzistora prije nego što se neko drugi dočepa toga. Konferencija za štampu bila je zakazana za 30. jun 1948., taman na vrijeme da razbije Welkerove i Mathareove snove o besmrtnosti. U međuvremenu, grupa za istraživanje poluvodiča tiho je propala. Nakon što je čuo za Bardeena i Brattainova postignuća, njihov šef, Bill Shockley, počeo je raditi kako bi preuzeo sve zasluge za sebe. I iako je igrao samo promatračku ulogu, Shockley je dobio jednak, ako ne i veći, publicitet u javnoj prezentaciji - kao što se vidi na ovoj objavljenoj fotografiji na kojoj je u jeku akcije, tik pored laboratorijske klupe:
Reklamna fotografija iz 1948. - Bardeen, Shockley i Brattain
Međutim, Šokliju nije bila dovoljna jednaka slava. I prije nego što je bilo ko izvan Bell Labsa znao za tranzistor, bio je zauzet ponovnim izmišljanjem za svoj vlastiti. I ovo je bio samo prvi od mnogih takvih reinvencija.
Šta još čitati
- Robert Buderi, Izum koji je promijenio svijet (1996.)
- Michael Riordan, “Kako je Evropa propustila tranzistor”, IEEE Spectrum (1. novembar 2005.)
- Michael Riordan i Lillian Hoddeson, Kristalna vatra (1997)
- Armand Van Dormael, "Francuski" tranzistor," (1994)
izvor: www.habr.com