Erthyglau eraill yn y gyfres:
- Hanes y ras gyfnewid
- Hanes cyfrifiaduron electronig
- Hanes y transistor
- Hanes rhyngrwyd
Gosododd crucible rhyfel y llwyfan ar gyfer dyfodiad y transistor. Rhwng 1939 a 1945, ehangodd gwybodaeth dechnegol ym maes lled-ddargludyddion yn aruthrol. Ac roedd un rheswm syml am hyn: radar. Y dechnoleg rhyfel bwysicaf, ac mae enghreifftiau o hyn yn cynnwys: canfod cyrchoedd awyr, chwilio am longau tanfor, cyfeirio cyrchoedd awyr nos at dargedau, targedu systemau amddiffyn awyr a gynnau llyngesol. Mae peirianwyr hyd yn oed wedi dysgu sut i pedoli radar bach yn gregyn magnelau fel eu bod yn ffrwydro wrth iddynt hedfan ger y targed - . Fodd bynnag, roedd ffynhonnell y dechnoleg filwrol newydd bwerus hon mewn maes mwy heddychlon: astudio'r atmosffer uchaf at ddibenion gwyddonol.
Radar
Ym 1901, llwyddodd y Marconi Wireless Telegraph Company i drosglwyddo neges ddiwifr ar draws yr Iwerydd, o Gernyw i Newfoundland. Mae'r ffaith hon wedi arwain gwyddoniaeth fodern i ddryswch. Os yw darllediadau radio yn teithio mewn llinell syth (fel y dylent), dylai trosglwyddiad o'r fath fod yn amhosibl. Nid oes unrhyw linell olwg uniongyrchol rhwng Lloegr a Chanada nad yw'n croesi'r Ddaear, felly roedd yn rhaid i neges Marconi hedfan i'r gofod. Cynigiodd y peiriannydd Americanaidd Arthur Kennealy a'r ffisegydd Prydeinig Oliver Heaviside ar yr un pryd ac yn annibynnol fod yn rhaid i'r esboniad am y ffenomen hon fod yn gysylltiedig â haen o nwy ïoneiddiedig sydd wedi'i leoli yn yr atmosffer uchaf, sy'n gallu adlewyrchu tonnau radio yn ôl i'r Ddaear (roedd Marconi ei hun yn credu bod tonnau radio dilyn crymedd arwyneb y Ddaear, fodd bynnag, nid oedd ffisegwyr yn ei gefnogi).
Erbyn y 1920au, roedd gwyddonwyr wedi datblygu offer newydd a oedd yn ei gwneud hi'n bosibl profi bodolaeth yr ionosffer yn gyntaf ac yna astudio ei strwythur. Fe ddefnyddion nhw diwbiau gwactod i gynhyrchu corbys radio tonfedd fer, antenâu cyfeiriadol i'w hanfon i fyny i'r atmosffer a chofnodi'r adleisiau, a i ddangos y canlyniadau. Po hiraf yr oedi dychwelyd adlais, y pellaf i ffwrdd mae'n rhaid i'r ionosffer fod. Gelwir y dechnoleg hon yn swnio'n atmosfferig, a darparodd y seilwaith technegol sylfaenol ar gyfer datblygu radar (nid oedd y term "radar", o RAdio Detection And Ranging, yn ymddangos tan y 1940au yn Llynges yr UD).
Dim ond mater o amser oedd hi cyn i bobl â'r wybodaeth, yr adnoddau a'r cymhelliant cywir sylweddoli'r potensial ar gyfer cymwysiadau daearol offer o'r fath (felly mae hanes radar i'r gwrthwyneb i hanes y telesgop, a fwriadwyd gyntaf ar gyfer defnydd daearol) . Ac fe gynyddodd y tebygolrwydd o fewnwelediad o'r fath wrth i radio ledaenu fwyfwy ar draws y blaned, a mwy o bobl yn sylwi ar ymyrraeth yn dod o longau, awyrennau a gwrthrychau mawr eraill cyfagos. Ymledodd gwybodaeth am dechnolegau seinio atmosffer uwch yn ystod yr ail (1932-1933), pan luniodd gwyddonwyr fap o'r ionosffer o wahanol orsafoedd Arctig. Yn fuan wedyn, datblygodd timau ym Mhrydain, UDA, yr Almaen, yr Eidal, yr Undeb Sofietaidd a gwledydd eraill eu systemau radar symlaf.
gyda'i radar 1935
Yna digwyddodd y rhyfel, a chynyddodd pwysigrwydd radar i wledydd - a'r adnoddau i'w datblygu - yn aruthrol. Yn yr Unol Daleithiau, casglodd yr adnoddau hyn o amgylch sefydliad newydd a sefydlwyd ym 1940 yn MIT, a elwir yn (fe'i enwyd mor benodol i gamarwain ysbiwyr tramor a chreu'r argraff bod ymbelydredd yn cael ei astudio yn y labordy - ar y pryd ychydig o bobl oedd yn credu mewn bomiau atomig). Serch hynny, fe wnaeth prosiect Rad Lab, na ddaeth mor enwog â Phrosiect Manhattan, recriwtio ffisegwyr yr un mor rhagorol a dawnus o bob rhan o'r Unol Daleithiau i'w rhengoedd. Pump o weithwyr cyntaf y labordy (gan gynnwys и ) wedi derbyn Gwobrau Nobel. Erbyn diwedd y rhyfel, roedd tua 500 o feddygon gwyddoniaeth, gwyddonwyr a pheirianwyr yn gweithio yn y labordy, ac roedd cyfanswm o 4000 yn gweithio. Gwariwyd hanner miliwn o ddoleri - sy'n debyg i gyllideb gyfan ENIAC - ar y Gyfres Labordy Ymbelydredd yn unig, cofnod saith cyfrol ar hugain o'r holl wybodaeth a gafwyd o'r labordy yn ystod y rhyfel (er nad oedd gwariant llywodraeth yr UD ar dechnoleg radar yn gyfyngedig i gyllideb Rad Lab; yn ystod y rhyfel prynodd y llywodraeth werth tri biliwn o ddoleri o radar).
Adeilad MIT 20, lle lleolwyd y Rad Lab
Un o brif feysydd ymchwil y Rad Lab oedd radar amledd uchel. Roedd radar cynnar yn defnyddio tonfeddi a fesurwyd mewn metrau. Ond roedd trawstiau amledd uwch gyda thonfeddi wedi'u mesur mewn centimetrau - microdonau - yn caniatáu antenâu mwy cryno ac roeddent yn llai gwasgaredig dros bellteroedd hir, gan addo mwy o fanteision o ran ystod a chywirdeb. Gallai radar microdon ffitio yn nhrwyn awyren a chanfod gwrthrychau maint perisgop llong danfor.
Y cyntaf i ddatrys y broblem hon oedd tîm o ffisegwyr Prydeinig o Brifysgol Birmingham. Yn 1940 datblygwyd "“, a weithiodd fel “chwiban” electromagnetig, gan droi pwls o drydan ar hap yn belydryn pwerus o ficrodonnau wedi'u tiwnio'n fanwl gywir. Roedd y trosglwyddydd microdon hwn fil o weithiau'n fwy pwerus na'i gystadleuydd agosaf; fe baratôdd y ffordd ar gyfer trosglwyddyddion radar amledd uchel ymarferol. Fodd bynnag, roedd angen cydymaith arno, derbynnydd sy'n gallu canfod amleddau uchel. Ac ar y pwynt hwn rydym yn dychwelyd at hanes lled-ddargludyddion.
Trawstoriad Magnetron
Ail ddyfodiad wisger y gath
Daeth i'r amlwg nad oedd tiwbiau gwactod o gwbl yn addas ar gyfer derbyn signalau radar microdon. Mae'r bwlch rhwng y catod poeth a'r anod oer yn creu cynhwysedd, gan achosi'r cylched i wrthod gweithredu ar amleddau uchel. Y dechnoleg orau sydd ar gael ar gyfer radar amledd uchel oedd yr hen ffasiwn ""- darn bach o wifren wedi'i wasgu yn erbyn grisial lled-ddargludyddion. Mae nifer o bobl wedi darganfod hyn yn annibynnol, ond y peth agosaf at ein stori yw'r hyn a ddigwyddodd yn New Jersey.
Ym 1938, contractiodd Bell Labs â'r Llynges i ddatblygu radar rheoli tân yn yr ystod 40 cm - llawer byrrach, ac felly'n uwch o ran amlder, na radar presennol yn y cyfnod magnetron cyn-sonig. Aeth y prif waith ymchwil i is-adran o labordai yn Holmdel, i'r de o Ynys Staten. Ni chymerodd lawer o amser i'r ymchwilwyr ddarganfod beth fyddai ei angen arnynt ar gyfer derbynnydd amledd uchel, ac yn fuan roedd y peiriannydd George Southworth yn sgwrio siopau radio yn Manhattan am hen synwyryddion cath-wisger. Yn ôl y disgwyl, roedd yn gweithio'n llawer gwell na'r synhwyrydd lamp, ond roedd yn ansefydlog. Felly gofynnodd Southworth am electrocemegydd o'r enw Russell Ohl a gofynnodd iddo geisio gwella unffurfiaeth ymateb synhwyrydd grisial un pwynt.
Roedd Ol yn berson digon rhyfedd, a ystyriai mai datblygiad technoleg oedd ei dynged, a soniai am fewnwelediadau cyfnodol gyda gweledigaethau o’r dyfodol. Er enghraifft, dywedodd ei fod yn gwybod yn ôl yn 1939 am ddyfais mwyhadur silicon yn y dyfodol, ond roedd y dynged honno i fod i rywun arall ei ddyfeisio. Ar ôl astudio dwsinau o opsiynau, ymsefydlodd ar silicon fel y sylwedd gorau ar gyfer derbynwyr Southworth. Y broblem oedd y gallu i reoli cynnwys y deunydd i reoli ei briodweddau trydanol. Bryd hynny, roedd ingotau silicon diwydiannol yn gyffredin; fe'u defnyddiwyd mewn melinau dur, ond mewn cynhyrchiad o'r fath nid oedd unrhyw un yn poeni, dyweder, cynnwys ffosfforws 1% mewn silicon. Gan geisio cymorth cwpl o fetelegwyr, aeth Ol ati i gael bylchau llawer glanach nag a fu'n bosibl o'r blaen.
Wrth iddyn nhw weithio, fe wnaethon nhw ddarganfod bod rhai o'u crisialau yn cywiro'r cerrynt i un cyfeiriad, tra bod eraill yn cywiro'r cerrynt i'r cyfeiriad arall. Roeddent yn eu galw yn "n-type" a "p-type". Dangosodd dadansoddiad pellach fod gwahanol fathau o amhureddau yn gyfrifol am y mathau hyn. Mae silicon ym mhedwaredd golofn y tabl cyfnodol, sy'n golygu bod ganddo bedwar electron yn ei blisgyn allanol. Mewn gwag o silicon pur, byddai pob un o'r electronau hyn yn cyfuno â chymydog. Mae amhureddau o'r drydedd golofn, dywed boron, sydd ag un electron yn llai, wedi creu “twll,” gofod ychwanegol ar gyfer symudiad cerrynt yn y grisial. Y canlyniad oedd lled-ddargludydd math-p (gyda gormodedd o wefrau positif). Darparodd elfennau o'r bumed golofn, megis ffosfforws, electronau rhydd ychwanegol i gario cerrynt, a chafwyd lled-ddargludydd math n.
Strwythur grisial o silicon
Roedd yr holl waith ymchwil hwn yn ddiddorol iawn, ond erbyn 1940 nid oedd Southworth ac Ohl yn nes at greu prototeip gweithredol o radar amledd uchel. Ar yr un pryd, mynnodd llywodraeth Prydain ganlyniadau ymarferol ar unwaith oherwydd bygythiad y Luftwaffe, a oedd eisoes wedi creu synwyryddion microdon parod i'w cynhyrchu yn gweithio ochr yn ochr â throsglwyddyddion magnetron.
Fodd bynnag, cyn bo hir bydd cydbwysedd y datblygiadau technolegol yn tueddu tuag at ochr orllewinol Môr Iwerydd. Penderfynodd Churchill ddatgelu holl gyfrinachau technegol Prydain i'r Americanwyr cyn iddo fynd i mewn i'r rhyfel (gan iddo gymryd yn ganiataol y byddai hyn yn digwydd beth bynnag). Credai ei bod yn werth y risg o ollwng gwybodaeth, ers hynny byddai holl alluoedd diwydiannol yr Unol Daleithiau yn cael eu taflu i ddatrys problemau megis arfau atomig a radar. Cenhadaeth Wyddoniaeth a Thechnoleg Prydain (a elwir yn well fel ) cyrraedd Washington ym mis Medi 1940 a dod ag anrheg ar ffurf rhyfeddodau technolegol yn ei bagiau.
Fe wnaeth darganfod pŵer anhygoel y magnetron soniarus ac effeithiolrwydd synwyryddion grisial Prydain wrth dderbyn ei signal adfywio ymchwil Americanaidd i lled-ddargludyddion fel sail radar amledd uchel. Roedd llawer o waith i'w wneud, yn enwedig mewn gwyddor defnyddiau. Er mwyn ateb y galw, roedd yn rhaid cynhyrchu crisialau lled-ddargludyddion “yn y miliynau, llawer mwy nag oedd yn bosibl o'r blaen. Roedd angen gwella cywiro, lleihau sensitifrwydd sioc a llosgi i mewn, a lleihau amrywiad rhwng gwahanol sypiau o grisialau.”
Unionydd Cyswllt Silicon Point
Mae'r Rad Lab wedi agor adrannau ymchwil newydd i astudio priodweddau crisialau lled-ddargludyddion a sut y gellir eu haddasu i wneud y mwyaf o eiddo derbynnydd gwerthfawr. Y deunyddiau mwyaf addawol oedd silicon a germaniwm, felly penderfynodd y Rad Lab ei chwarae'n ddiogel a lansiodd raglenni cyfochrog i astudio'r ddau: silicon ym Mhrifysgol Pennsylvania a germanium yn Purdue. Dechreuodd cewri diwydiant fel Bell, Westinghouse, Du Pont, a Sylvania eu rhaglenni ymchwil lled-ddargludyddion eu hunain a dechrau datblygu cyfleusterau gweithgynhyrchu newydd ar gyfer synwyryddion grisial.
Trwy ymdrechion ar y cyd, codwyd purdeb crisialau silicon a germaniwm o 99% ar y dechrau i 99,999% - hynny yw, i un gronyn amhuredd fesul 100 o atomau. Yn y broses, daeth cnewyllyn o wyddonwyr a pheirianwyr yn gyfarwydd iawn â phriodweddau haniaethol germaniwm a silicon a chymhwyso technolegau i'w rheoli: toddi, tyfu crisialau, ychwanegu'r amhureddau angenrheidiol (fel boron, sy'n cynyddu dargludedd).
Ac yna daeth y rhyfel i ben. Diflannodd y galw am radar, ond arhosodd y wybodaeth a'r sgiliau a enillwyd yn ystod y rhyfel, ac ni anghofiwyd y freuddwyd o fwyhadur cyflwr solet. Nawr y ras oedd creu mwyhadur o'r fath. Ac roedd o leiaf dri thîm mewn sefyllfa dda i ennill y wobr hon.
Gorllewin Lafayette
Y cyntaf oedd grŵp o Brifysgol Purdue dan arweiniad ffisegydd a aned yn Awstria o'r enw Carl Lark-Horowitz. Daeth ag adran ffiseg y brifysgol ar ei ben ei hun allan o ebargofiant trwy ei ddawn a'i ddylanwad a dylanwadodd ar benderfyniad y Rad Lab i ymddiried ei labordy i ymchwil i'r germaniwm.
Carl Lark-Horowitz yn 1947, canol, yn dal pibell
Erbyn dechrau'r 1940au, roedd silicon yn cael ei ystyried fel y deunydd gorau ar gyfer cywiryddion radar, ond roedd y deunydd ychydig oddi tano ar y tabl cyfnodol hefyd yn edrych yn deilwng o astudiaeth bellach. Roedd gan Germanium fantais ymarferol oherwydd ei bwynt toddi is, a oedd yn ei gwneud hi'n haws gweithio gydag ef: tua 940 gradd, o'i gymharu â 1400 gradd ar gyfer silicon (bron yr un fath â dur). Oherwydd y pwynt toddi uchel, roedd yn anodd iawn gwneud gwag na fyddai'n gollwng i'r silicon tawdd, gan ei halogi.
Felly, treuliodd Lark-Horowitz a'i gydweithwyr y rhyfel cyfan yn astudio priodweddau cemegol, trydanol a ffisegol germaniwm. Y rhwystr pwysicaf oedd “foltedd gwrthdro”: stopiodd unionwyr germaniwm, ar foltedd isel iawn, unioni’r cerrynt a gadael iddo lifo i’r cyfeiriad arall. Llosgodd y pwls cerrynt cefn weddill cydrannau'r radar. Astudiodd un o fyfyrwyr graddedig Lark-Horowitz, Seymour Benzer, y broblem hon am fwy na blwyddyn, ac yn olaf datblygodd ychwanegyn seiliedig ar dun a oedd yn atal corbys gwrthdro ar folteddau hyd at gannoedd o foltiau. Yn fuan wedi hynny, dechreuodd Western Electric, adran weithgynhyrchu Bell Labs, gyhoeddi unionyddion Benzer at ddefnydd milwrol.
Parhaodd yr astudiaeth o germaniwm yn Purdue ar ôl y rhyfel. Ym mis Mehefin 1947, adroddodd Benzer, sydd eisoes yn athro, anghysondeb anarferol: mewn rhai arbrofion, ymddangosodd osgiliadau amledd uchel mewn crisialau germaniwm. A pharhaodd ei gydweithiwr Ralph Bray i astudio “gwrthsafiad cyfaint” ar brosiect a ddechreuwyd yn ystod y rhyfel. Disgrifiodd ymwrthedd cyfaint sut mae trydan yn llifo yn y grisial germaniwm ym mhwynt cyswllt yr unionydd. Canfu Bray fod corbys foltedd uchel yn lleihau ymwrthedd germanium math n yn sylweddol i'r ceryntau hyn. Heb yn wybod iddo, tystiodd yr hyn a elwir. cludwyr tâl "lleiafrifol". Mewn lled-ddargludyddion n-math, mae'r tâl negyddol gormodol yn gwasanaethu fel y cludwr tâl mwyafrif, ond gall "tyllau" positif hefyd gario cerrynt, ac yn yr achos hwn, creodd y corbys foltedd uchel dyllau yn y strwythur germaniwm, gan achosi i gludwyr tâl lleiafrifol ymddangos .
Daeth Bray a Benzer yn hynod o agos at y mwyhadur germaniwm heb sylweddoli hynny. Daliodd Benzer Walter Brattain, gwyddonydd Bell Labs, mewn cynhadledd ym mis Ionawr 1948 i drafod llusgo cyfeintiol gydag ef. Awgrymodd fod Brattain yn gosod pwynt cyswllt arall wrth ymyl yr un cyntaf a allai ddargludo cerrynt, ac yna efallai y gallent ddeall beth oedd yn digwydd o dan yr wyneb. Cytunodd Brattain yn dawel i'r cynnig hwn a gadawodd. Fel y gwelwn, roedd yn gwybod yn iawn beth allai arbrawf o'r fath ei ddatgelu.
Oney-sous-Bois
Roedd gan y grŵp Purdue y dechnoleg a'r sylfeini damcaniaethol i wneud y naid tuag at y transistor. Ond dim ond ar ddamwain y gallen nhw fod wedi baglu arno. Roedd ganddynt ddiddordeb ym mhhriodweddau ffisegol y deunydd, ac nid yn y chwilio am fath newydd o ddyfais. Roedd sefyllfa wahanol iawn yn bodoli yn Aunes-sous-Bois (Ffrainc), lle bu dau gyn-ymchwilydd radar o'r Almaen, Heinrich Welker a Herbert Mathare, yn arwain tîm oedd â'r nod o greu dyfeisiau lled-ddargludyddion diwydiannol.
Astudiodd Welker ffiseg i ddechrau ac yna dysgodd ffiseg ym Mhrifysgol Munich, a redir gan y damcaniaethwr enwog Arnold Sommerfeld. Ers 1940, gadawodd lwybr hollol ddamcaniaethol a dechreuodd weithio ar radar ar gyfer y Luftwaffe. Magwyd Mathare (o darddiad Gwlad Belg) yn Aachen, lle astudiodd ffiseg. Ymunodd ag adran ymchwil y cawr radio Almaenig Telefunken ym 1939. Yn ystod y rhyfel, symudodd ei waith o Berlin i'r dwyrain i'r abaty yn Silesia i osgoi cyrchoedd awyr y Cynghreiriaid, ac yna'n ôl i'r gorllewin i osgoi'r Fyddin Goch a oedd yn datblygu, gan ddisgyn yn y pen draw i ddwylo byddin America.
Fel eu cystadleuwyr yn y Glymblaid Gwrth-Hitler, roedd yr Almaenwyr yn gwybod erbyn y 1940au cynnar bod synwyryddion grisial yn dderbynyddion delfrydol ar gyfer radar, ac mai silicon a germaniwm oedd y deunyddiau mwyaf addawol ar gyfer eu creu. Ceisiodd Mathare a Welker yn ystod y rhyfel i wella'r defnydd effeithlon o'r deunyddiau hyn mewn cywiryddion. Ar ôl y rhyfel, bu'r ddau yn destun holi cyfnodol ynghylch eu gwaith milwrol, ac yn y pen draw derbyniwyd gwahoddiad gan swyddog cudd-wybodaeth Ffrengig i Baris ym 1946.
Derbyniodd Compagnie des Freins & Signaux ("cwmni brêcs a signalau"), adran Ffrengig Westinghouse, gontract gan awdurdod ffôn Ffrainc i greu unionyddion cyflwr solet a gofynnodd am wyddonwyr Almaeneg i'w helpu. Gall cynghrair o'r fath o elynion diweddar ymddangos yn rhyfedd, ond trodd y trefniant hwn allan yn eithaf ffafriol i'r ddwy ochr. Nid oedd gan y Ffrancwyr, a drechwyd ym 1940, y gallu i ennill gwybodaeth ym maes lled-ddargludyddion, ac roedd dirfawr angen sgiliau'r Almaenwyr arnynt. Ni allai'r Almaenwyr gyflawni datblygiad mewn unrhyw feysydd uwch-dechnoleg mewn gwlad feddianedig a rhyfel, felly fe wnaethon nhw neidio ar y cyfle i barhau i weithio.
Sefydlodd Welker a Mathare bencadlys mewn tŷ dwy stori ym maestref Aunes-sous-Bois ym Mharis, a gyda chymorth tîm o dechnegwyr, fe wnaethant lansio cywiryddion germaniwm yn llwyddiannus erbyn diwedd 1947. Yna fe wnaethant droi at fwy difrifol gwobrau: Dychwelodd Welker at ei ddiddordeb mewn uwch-ddargludyddion, a Mathare i fwyhaduron.
Herbert Mathare yn 1950
Yn ystod y rhyfel, arbrofodd Mathare gyda chywirwyr cyswllt dau bwynt — “duododau” - mewn ymgais i leihau sŵn cylched. Ailddechreuodd ei arbrofion a darganfod yn fuan y gallai wisger ail gath, a leolir 1/100 miliynfed metr o'r cyntaf, fodiwleiddio'r cerrynt sy'n llifo trwy'r wisger gyntaf weithiau. Creodd fwyhadur cyflwr solet, er yn un braidd yn ddiwerth. Er mwyn cyflawni perfformiad mwy dibynadwy, trodd at Welker, a oedd wedi ennill profiad helaeth yn gweithio gyda grisialau germaniwm yn ystod y rhyfel. Tyfodd tîm Welker samplau mwy, purach o grisialau germaniwm, ac wrth i ansawdd y deunydd wella, daeth mwyhaduron cyswllt pwynt Mathare yn ddibynadwy erbyn Mehefin 1948.
Delwedd pelydr-X o "transistron" yn seiliedig ar gylched Mathare, sydd â dau bwynt cyswllt â germaniwm
Roedd gan Mathare fodel damcaniaethol hyd yn oed o'r hyn oedd yn digwydd: credai fod yr ail gyswllt yn gwneud tyllau yn y germaniwm, gan gyflymu taith cerrynt trwy'r cyswllt cyntaf, gan gyflenwi cludwyr tâl lleiafrifol. Nid oedd Welker yn cytuno ag ef, a chredai fod yr hyn oedd yn digwydd yn dibynnu ar ryw fath o effaith maes. Fodd bynnag, cyn iddynt allu gweithio allan y ddyfais neu'r ddamcaniaeth, fe ddysgon nhw fod grŵp o Americanwyr wedi datblygu'r un cysyniad yn union - mwyhadur germaniwm gyda chysylltiadau dau bwynt - chwe mis ynghynt.
Murray Hill
Ar ddiwedd y rhyfel, diwygiodd Mervyn Kelly grŵp ymchwil lled-ddargludyddion Bell Labs dan arweiniad Bill Shockley. Tyfodd y prosiect, derbyniodd fwy o arian, a symudodd o'i adeilad labordy gwreiddiol yn Manhattan i gampws a oedd yn ehangu yn Murray Hill, New Jersey.
Campws Murray Hill, ca. 1960
I ailymgyfarwyddo â lled-ddargludyddion uwch (ar ôl ei amser mewn ymchwil gweithrediadau yn ystod y rhyfel), ymwelodd Shockley â labordy Russell Ohl's Holmdel yng ngwanwyn 1945. Treuliodd Ohl flynyddoedd y rhyfel yn gweithio ar silicon ac ni wastraffodd unrhyw amser. Dangosodd i Shockley fwyhadur crai o’i wneuthuriad ei hun, a alwodd yn “anhwylder.” Cymerodd unionydd cyswllt pwynt silicon ac anfon cerrynt o'r batri drwyddo. Yn ôl pob tebyg, roedd y gwres o'r batri yn lleihau'r gwrthiant ar draws y pwynt cyswllt, ac yn troi'r unionydd yn fwyhadur sy'n gallu trosglwyddo signalau radio sy'n dod i mewn i gylched sy'n ddigon pwerus i bweru siaradwr
Roedd yr effaith yn amrwd ac annibynadwy, yn anaddas ar gyfer masnacheiddio. Fodd bynnag, roedd yn ddigon i gadarnhau barn Shockley ei bod yn bosibl creu mwyhadur lled-ddargludyddion, ac y dylid gwneud hyn yn flaenoriaeth ar gyfer ymchwil ym maes electroneg cyflwr solet. Y cyfarfod hwn hefyd gyda thîm Ola a argyhoeddodd Shockley y dylid astudio silicon a germaniwm yn gyntaf. Roeddent yn arddangos priodweddau trydanol deniadol, ac roedd cyd-fetelegwyr Ohl, Jack Skaff a Henry Theurer, wedi cael llwyddiant rhyfeddol wrth dyfu, puro a dopio'r crisialau hyn yn ystod y rhyfel, gan ragori ar yr holl dechnolegau sydd ar gael ar gyfer deunyddiau lled-ddargludyddion eraill. Nid oedd grŵp Shockley yn mynd i wastraffu mwy o amser ar fwyhaduron copr ocsid cyn y rhyfel.
Gyda chymorth Kelly, dechreuodd Shockley sefydlu tîm newydd. Ymhlith y chwaraewyr allweddol roedd Walter Brattain, a helpodd Shockley gyda'i ymgais gyntaf ar fwyhadur cyflwr solet (yn 1940), a John Bardeen, ffisegydd ifanc a gweithiwr newydd Bell Labs. Mae'n debyg mai Bardeen oedd â'r wybodaeth helaethaf o ffiseg cyflwr solet unrhyw aelod o'r tîm - disgrifiodd ei draethawd hir lefelau egni electronau yn adeiledd sodiwm metel. Roedd hefyd yn brotégé arall i John Hasbrouck Van Vleck, fel Atanasov a Brattain.
Ac fel Atanasov, roedd angen cyfrifiadau hynod gymhleth ar draethodau hir Bardeen a Shockley. Roedd yn rhaid iddynt ddefnyddio theori fecanyddol cwantwm lled-ddargludyddion, a ddiffinnir gan Alan Wilson, i gyfrifo adeiledd egni defnyddiau gan ddefnyddio cyfrifiannell bwrdd gwaith Monroe. Trwy helpu i greu'r transistor, fe wnaethant, mewn gwirionedd, gyfrannu at arbed myfyrwyr graddedig y dyfodol rhag gwaith o'r fath.
Roedd agwedd gyntaf Shockley at fwyhadur cyflwr solet yn dibynnu ar yr hyn a elwid yn ddiweddarach "" . Ataliodd blât metel dros lled-ddargludydd math n (gyda gormodedd o wefrau negyddol). Roedd gosod gwefr bositif ar y plât yn tynnu gormodedd o electronau ar wyneb y grisial, gan greu afon o wefrau negyddol y gallai cerrynt trydan lifo'n hawdd drwyddi. Gallai'r signal chwyddedig (a gynrychiolir gan y lefel wefr ar y wafer) yn y modd hwn fodiwleiddio'r brif gylched (pasio ar hyd wyneb y lled-ddargludydd). Awgrymwyd effeithlonrwydd y cynllun hwn iddo gan ei wybodaeth ddamcaniaethol o ffiseg. Ond, er gwaethaf llawer o arbrofion ac arbrofion, ni weithiodd y cynllun erioed.
Erbyn mis Mawrth 1946, roedd Bardeen wedi creu damcaniaeth ddatblygedig a oedd yn egluro'r rheswm am hyn: mae arwyneb lled-ddargludydd ar lefel cwantwm yn ymddwyn yn wahanol i'r tu mewn. Mae taliadau negyddol a dynnir i'r wyneb yn cael eu dal mewn "cyflyrau wyneb" ac yn rhwystro'r maes trydan rhag treiddio i'r plât i'r deunydd. Roedd y dadansoddiad hwn yn gymhellol i weddill y tîm, a lansiodd raglen ymchwil newydd ar hyd tri llwybr:
- Profwch fodolaeth cyflyrau arwyneb.
- Astudiwch eu priodweddau.
- Darganfyddwch sut i'w trechu a gwneud iddo weithio .
Ar ôl blwyddyn a hanner o ymchwil ac arbrofi, ar 17 Tachwedd, 1947, gwnaeth Brattain ddatblygiad arloesol. Darganfu, pe bai'n gosod hylif llawn ïon, fel dŵr, rhwng afrlladen a lled-ddargludydd, byddai maes trydan o'r wafer yn gwthio'r ïonau tuag at y lled-ddargludydd, lle byddent yn niwtraleiddio gwefrau sydd wedi'u dal mewn cyflwr arwyneb. Nawr gallai reoli ymddygiad trydanol darn o silicon trwy newid y tâl ar y wafer. Rhoddodd y llwyddiant hwn syniad i Bardeen am ddull newydd o greu mwyhadur: amgylchynwch bwynt cyswllt yr unionydd â dŵr electrolyte, ac yna defnyddiwch ail wifren yn y dŵr i reoli'r amodau arwyneb, ac felly rheoli lefel dargludedd y prif gyflenwad. cyswllt. Felly cyrhaeddodd Bardeen a Brattain y llinell derfyn.
Gweithiodd syniad Bardeen, ond roedd y mwyhad yn wan ac yn gweithredu ar amleddau isel iawn nad oedd yn hygyrch i'r glust ddynol - felly roedd yn ddiwerth fel mwyhadur ffôn neu radio. Awgrymodd Bardeen newid i’r germaniwm gwrth-foltedd-wrthsefyll a gynhyrchir yn Purdue, gan gredu y byddai llai o daliadau’n casglu ar ei wyneb. Yn sydyn derbyniasant gynydd nerthol, ond i'r gwrthwyneb i'r hyn a ddisgwylid. Fe wnaethon nhw ddarganfod yr effaith cludo lleiafrifol - yn lle'r electronau disgwyliedig, roedd y cerrynt sy'n llifo trwy germaniwm yn cael ei chwyddo gan dyllau yn dod o'r electrolyte. Creodd y cerrynt ar y wifren yn yr electrolyte haen math-p (rhanbarth o daliadau positif gormodol) ar wyneb y germaniwm n-math.
Dangosodd arbrofion dilynol nad oedd angen unrhyw electrolyte o gwbl: yn syml trwy osod dau bwynt cyswllt yn agos ar wyneb germaniwm, roedd yn bosibl modiwleiddio'r cerrynt o un ohonynt i'r cerrynt ar y llall. Er mwyn dod â nhw mor agos â phosibl, lapiodd Brattain ddarn o ffoil aur o amgylch darn trionglog o blastig ac yna torrodd y ffoil ar y diwedd yn ofalus. Yna, gan ddefnyddio sbring, gwasgodd y triongl yn erbyn y germaniwm, ac o ganlyniad roedd dwy ymyl y toriad yn cyffwrdd â'i wyneb ar bellter o 0,05 mm. Rhoddodd hyn ymddangosiad unigryw prototeip transistor Bell Labs:
Prototeip transistor Brattain a Bardeen
Fel dyfais Mathare a Welker, roedd, mewn egwyddor, yn "wisger cathod" clasurol, dim ond gyda dau bwynt cyswllt yn lle un. Ar 16 Rhagfyr, cynhyrchodd gynnydd sylweddol mewn pŵer a foltedd, ac amlder o 1000 Hz yn yr ystod glywadwy. Wythnos yn ddiweddarach, ar ôl mân welliannau, roedd Bardeen a Brattain wedi cynyddu foltedd 100 gwaith a phŵer 40 gwaith, ac wedi dangos i gyfarwyddwyr Bell y gallai eu dyfais gynhyrchu lleferydd clywadwy. Bathodd John Pierce, aelod arall o'r tîm datblygu cyflwr solet, y term "transistor" ar ôl enw cywirydd copr ocsid Bell, y varistor.
Am y chwe mis nesaf, cadwodd y labordy y greadigaeth newydd yn gyfrinach. Roedd rheolwyr eisiau gwneud yn siŵr eu bod yn cael y blaen ar fasnacheiddio'r transistor cyn i unrhyw un arall gael ei ddwylo arno. Trefnwyd cynhadledd i'r wasg ar gyfer Mehefin 30, 1948, mewn pryd i chwalu breuddwydion Welker a Mathare am anfarwoldeb. Yn y cyfamser, cwympodd y grŵp ymchwil lled-ddargludyddion yn dawel. Ar ôl clywed am gyflawniadau Bardeen a Brattain, dechreuodd eu pennaeth, Bill Shockley, weithio i gymryd y clod i'w hun. Ac er mai dim ond rôl arsylwi a chwaraeodd, cafodd Shockley gyhoeddusrwydd cyfartal, os nad mwy, yn y cyflwyniad cyhoeddus - fel y gwelir yn y llun hwn a ryddhawyd ohono yn nrws y weithred, wrth ymyl mainc labordy:
Llun cyhoeddusrwydd 1948 - Bardeen, Shockley a Brattain
Fodd bynnag, nid oedd enwogrwydd cyfartal yn ddigon i Shockley. A chyn i unrhyw un y tu allan i Bell Labs wybod am y transistor, roedd yn brysur yn ei ailddyfeisio ar gyfer ei un ei hun. A dim ond y cyntaf o lawer o ailddyfeision o'r fath oedd hwn.
Beth arall i'w ddarllen
- Robert Buderi, Y Dyfais a Newidiodd y Byd (1996)
- Michael Riordan, “Sut Methodd Ewrop y Transistor,” IEEE Spectrum (Tach. 1, 2005)
- Michael Riordan a Lillian Hoddeson, Crystal Fire (1997)
- Armand Van Dormael, “Y Transistor 'Ffrangeg',” (1994)
Ffynhonnell: hab.com