Transistorens historie, del 2: Fra krigens smeltedigel

Transistorens historie, del 2: Fra krigens smeltedigel

Andre artikler i serien:

Krigens digel satte scenen for fremkomsten af ​​transistoren. Fra 1939 til 1945 blev den tekniske viden inden for halvledere udvidet enormt. Og der var en simpel grund til dette: radar. Den vigtigste krigsteknologi, som eksempler herpå omfatter: opdage luftangreb, søgning efter ubåde, dirigere natluftangreb mod mål, målretning af luftforsvarssystemer og flådevåben. Ingeniører har endda lært, hvordan man skohorn små radarer ind i artillerigranater, så de eksploderer, når de flyver nær målet - radio sikringer. Kilden til denne kraftfulde nye militærteknologi var imidlertid i et mere fredeligt område: studiet af den øvre atmosfære til videnskabelige formål.

radar

I 1901 transmitterede Marconi Wireless Telegraph Company med succes en trådløs besked over Atlanten, fra Cornwall til Newfoundland. Denne kendsgerning har ført moderne videnskab ud i forvirring. Hvis radiotransmissioner bevæger sig i en lige linje (som de burde), bør en sådan transmission være umulig. Der er ingen direkte sigtelinje mellem England og Canada, der ikke krydser Jorden, så Marconis budskab måtte flyve ud i rummet. Den amerikanske ingeniør Arthur Kennealy og den britiske fysiker Oliver Heaviside foreslog samtidig og uafhængigt, at forklaringen på dette fænomen måtte være forbundet med et lag af ioniseret gas placeret i den øvre atmosfære, der er i stand til at reflektere radiobølger tilbage til Jorden (Marconi mente selv, at radiobølger følg krumningen af ​​jordens overflade, men fysikere støttede det ikke).

I 1920'erne havde videnskabsmænd udviklet nyt udstyr, der gjorde det muligt først at bevise eksistensen af ​​ionosfæren og derefter studere dens struktur. De brugte vakuumrør til at generere kortbølgede radioimpulser, retningsbestemte antenner til at sende dem op i atmosfæren og optage ekkoerne, og elektronstråleapparater at demonstrere resultaterne. Jo længere ekkoreturforsinkelsen er, jo længere væk skal ionosfæren være. Denne teknologi blev kaldt atmosfærisk lyd, og den gav den grundlæggende tekniske infrastruktur til udvikling af radar (udtrykket "radar", fra RAdio Detection And Ranging, dukkede først op i 1940'erne i den amerikanske flåde).

Det var kun et spørgsmål om tid, før folk med den rette viden, ressourcer og motivation indså potentialet for jordbaseret anvendelse af sådant udstyr (således er radarens historie det modsatte af teleskopets historie, som først var beregnet til jordbaseret brug) . Og sandsynligheden for en sådan indsigt steg, efterhånden som radio spredte sig mere og mere over hele planeten, og flere mennesker bemærkede interferens fra nærliggende skibe, fly og andre store genstande. Viden om teknologier til lydende øvre atmosfære spredte sig i løbet af den anden Internationalt Polarår (1932-1933), da videnskabsmænd kompilerede et kort over ionosfæren fra forskellige arktiske stationer. Kort efter udviklede hold i Storbritannien, USA, Tyskland, Italien, USSR og andre lande deres enkleste radarsystemer.

Transistorens historie, del 2: Fra krigens smeltedigel
Robert Watson-Watt med sin radar fra 1935

Så skete krigen, og betydningen af ​​radarer for lande – og ressourcerne til at udvikle dem – steg dramatisk. I USA samledes disse ressourcer omkring en ny organisation grundlagt i 1940 ved MIT, kendt som Rad Lab (den blev navngivet så specifikt for at vildlede udenlandske spioner og skabe indtryk af, at radioaktivitet blev undersøgt i laboratoriet - dengang troede få mennesker på atombomber). Rad Lab-projektet, der ikke blev så berømt som Manhattan-projektet, rekrutterede ikke desto mindre lige så fremragende og talentfulde fysikere fra hele USA til sine rækker. Fem af laboratoriets første medarbejdere (inkl Luis Alvarez и Isidore Isaac Rabi) modtog efterfølgende Nobelpriser. Ved krigens afslutning arbejdede omkring 500 videnskabslæger, videnskabsmænd og ingeniører i laboratoriet, og i alt arbejdede 4000 mennesker. En halv million dollars – sammenlignelig med hele ENIAC-budgettet – blev brugt på Radiation Laboratory Series alene, en XNUMX-binds optegnelse over al den viden, der blev opnået fra laboratoriet under krigen (selvom den amerikanske regerings udgifter til radarteknologi ikke var begrænset til Rad Lab-budgettet; under krigen købte regeringen radarer for tre milliarder dollars).

Transistorens historie, del 2: Fra krigens smeltedigel
MIT Building 20, hvor Rad Lab var placeret

Et af Rad Labs hovedforskningsområder var højfrekvent radar. Tidlige radarer brugte bølgelængder målt i meter. Men højerefrekvente stråler med bølgelængder målt i centimeter - mikrobølger - muliggjorde mere kompakte antenner og var mindre spredt over lange afstande, hvilket lovede større fordele i rækkevidde og nøjagtighed. Mikrobølgeradarer kunne passe ind i næsen af ​​et fly og detektere genstande på størrelse med en ubåds periskop.

Den første til at løse dette problem var et hold britiske fysikere fra University of Birmingham. I 1940 udviklede de "resonansmagnetron", der fungerede som en elektromagnetisk "fløjte", der forvandlede en tilfældig puls af elektricitet til en kraftig og præcist indstillet stråle af mikrobølger. Denne mikrobølgesender var tusind gange stærkere end dens nærmeste konkurrent; det banede vejen for praktiske højfrekvente radarsendere. Han havde dog brug for en ledsager, en modtager, der var i stand til at detektere høje frekvenser. Og på dette tidspunkt vender vi tilbage til halvledernes historie.

Transistorens historie, del 2: Fra krigens smeltedigel
Magnetrontværsnit

Det andet komme af kattens knurhår

Det viste sig, at vakuumrør slet ikke var egnede til at modtage mikrobølgeradarsignaler. Gabet mellem den varme katode og den kolde anode skaber en kapacitans, hvilket får kredsløbet til at nægte at fungere ved høje frekvenser. Den bedste tilgængelige teknologi til højfrekvent radar var den gammeldags "kattens knurhår"- et lille stykke tråd presset mod en halvlederkrystal. Flere mennesker har opdaget dette uafhængigt, men det tætteste på vores historie er, hvad der skete i New Jersey.

I 1938 indgik Bell Labs en kontrakt med flåden om at udvikle en ildkontrolradar i 40 cm rækkevidden - meget kortere og derfor højere i frekvens end eksisterende radarer i den præ-resonante magnetron-æra. Hovedforskningsarbejdet gik til en afdeling af laboratorier i Holmdel, syd for Staten Island. Det tog ikke lang tid for forskerne at finde ud af, hvad de skulle bruge til en højfrekvensmodtager, og snart var ingeniøren George Southworth i gang med at gennemsøge radiobutikker på Manhattan efter gamle cat-whisker-detektorer. Som forventet fungerede den meget bedre end lampedetektoren, men den var ustabil. Så Southworth opsøgte en elektrokemiker ved navn Russell Ohl og bad ham om at forsøge at forbedre ensartetheden af ​​responsen fra en enkeltpunkts krystaldetektor.

Ol var en ret ejendommelig person, der anså udviklingen af ​​teknologi for at være sin skæbne og talte om periodiske indsigter med fremtidsvisioner. For eksempel udtalte han, at han tilbage i 1939 kendte til den fremtidige opfindelse af en siliciumforstærker, men at skæbnen var bestemt for en anden person at opfinde den. Efter at have studeret snesevis af muligheder, slog han sig på silicium som det bedste stof til Southworth-modtagere. Problemet var evnen til at kontrollere indholdet af materialet for at kontrollere dets elektriske egenskaber. På det tidspunkt var industrielle siliciumbarrer udbredt, de blev brugt i stålværker, men i en sådan produktion var ingen generet af for eksempel indholdet af 1 % fosfor i silicium. Ved at få hjælp fra et par metallurger satte Ol sig for at få meget renere emner, end det tidligere havde været muligt.

Mens de arbejdede, opdagede de, at nogle af deres krystaller ensrettede strømmen i den ene retning, mens andre ensrettede strømmen i den anden. De kaldte dem "n-type" og "p-type". Yderligere analyse viste, at forskellige typer urenheder var ansvarlige for disse typer. Silicium er i den fjerde kolonne i det periodiske system, hvilket betyder, at det har fire elektroner i sin ydre skal. I et emne af rent silicium ville hver af disse elektroner kombineres med en nabo. Urenheder fra den tredje kolonne, f.eks. bor, som har en elektron mindre, skabte et "hul", yderligere plads til strømbevægelse i krystallen. Resultatet var en p-type halvleder (med et overskud af positive ladninger). Grundstoffer fra den femte søjle, såsom fosfor, gav yderligere frie elektroner til at føre strøm, og en n-type halvleder blev opnået.

Transistorens historie, del 2: Fra krigens smeltedigel
Krystalstruktur af silicium

Al denne forskning var meget interessant, men i 1940 var Southworth og Ohl ikke tættere på at skabe en fungerende prototype af en højfrekvent radar. Samtidig krævede den britiske regering øjeblikkelige praktiske resultater på grund af den truende trussel fra Luftwaffe, som allerede havde skabt produktionsklare mikrobølgedetektorer, der arbejdede sammen med magnetronsendere.

Men balancen mellem teknologiske fremskridt vil snart vippe mod den vestlige side af Atlanten. Churchill besluttede at afsløre alle Storbritanniens tekniske hemmeligheder til amerikanerne, før han rent faktisk gik ind i krigen (da han antog, at dette ville ske alligevel). Han mente, at det var værd at risikoen for informationslækage, siden da ville alle de industrielle kapaciteter i USA blive kastet ind på at løse problemer som atomvåben og radarer. British Science and Technology Mission (bedre kendt som Tizards mission) ankom til Washington i september 1940 og medbragte i sin bagage en gave i form af teknologiske mirakler.

Opdagelsen af ​​resonansmagnetronens utrolige kraft og effektiviteten af ​​britiske krystaldetektorer til at modtage dets signal revitaliserede amerikansk forskning i halvledere som grundlag for højfrekvent radar. Der var meget arbejde at gøre, især inden for materialevidenskab. For at imødekomme efterspørgslen skulle halvlederkrystaller "produceres i millioner, langt mere end det tidligere var muligt. Det var nødvendigt at forbedre udbedring, reducere stødfølsomhed og indbrænding og minimere variationen mellem forskellige partier af krystaller."

Transistorens historie, del 2: Fra krigens smeltedigel
Siliciumpunktkontaktensretter

Rad Lab har åbnet nye forskningsafdelinger for at studere egenskaberne af halvlederkrystaller, og hvordan de kan modificeres for at maksimere værdifulde modtageregenskaber. De mest lovende materialer var silicium og germanium, så Rad Lab besluttede at spille det sikkert og lancerede parallelle programmer for at studere begge dele: silicium ved University of Pennsylvania og germanium ved Purdue. Industrigiganter som Bell, Westinghouse, Du Pont og Sylvania begyndte deres egne halvlederforskningsprogrammer og begyndte at udvikle nye produktionsfaciliteter til krystaldetektorer.

Gennem fælles indsats blev renheden af ​​silicium og germanium krystaller hævet fra 99% i begyndelsen til 99,999% - altså til en urenhedspartikel pr. 100 atomer. I processen blev en kadre af videnskabsmænd og ingeniører nøje bekendt med de abstrakte egenskaber ved germanium og silicium og anvendte teknologier til at kontrollere dem: smeltning, vækst af krystaller, tilsætning af de nødvendige urenheder (såsom bor, hvilket øgede ledningsevnen).

Og så sluttede krigen. Efterspørgslen efter radar forsvandt, men viden og færdigheder opnået under krigen forblev, og drømmen om en solid-state forstærker blev ikke glemt. Nu skulle kapløbet om at skabe sådan en forstærker. Og mindst tre hold var i en god position til at vinde denne præmie.

West Lafayette

Den første var en gruppe fra Purdue University ledet af en østrigskfødt fysiker ved navn Carl Lark-Horowitz. Han bragte på egen hånd universitetets fysikafdeling ud af uklarheden gennem sit talent og indflydelse og påvirkede Rad Labs beslutning om at betro sit laboratorium med germaniumforskning.

Transistorens historie, del 2: Fra krigens smeltedigel
Carl Lark-Horowitz i 1947, i midten, med en pibe

I begyndelsen af ​​1940'erne blev silicium anset for at være det bedste materiale til radarensrettere, men materialet lige under det i det periodiske system så også ud til at være værd at studere nærmere. Germanium havde en praktisk fordel på grund af dets lavere smeltepunkt, som gjorde det lettere at arbejde med: omkring 940 grader, sammenlignet med 1400 grader for silicium (næsten det samme som stål). På grund af det høje smeltepunkt var det ekstremt vanskeligt at lave et emne, der ikke ville lække ind i det smeltede silicium og forurene det.

Derfor brugte Lark-Horowitz og hans kolleger hele krigen på at studere germaniums kemiske, elektriske og fysiske egenskaber. Den vigtigste hindring var "omvendt spænding": germanium ensrettere, ved meget lav spænding, stoppede med at ensrette strømmen og tillod den at strømme i den modsatte retning. Den omvendte strømimpuls brændte de resterende komponenter af radaren. En af Lark-Horowitz' kandidatstuderende, Seymour Benzer, studerede dette problem i mere end et år og udviklede til sidst et tinbaseret additiv, der stoppede omvendte impulser ved spændinger på op til hundredvis af volt. Kort efter begyndte Western Electric, Bell Labs' produktionsdivision, at udstede Benzer ensrettere til militær brug.

Studiet af germanium i Purdue fortsatte efter krigen. I juni 1947 rapporterede Benzer, der allerede var professor, en usædvanlig anomali: I nogle eksperimenter optrådte højfrekvente svingninger i germaniumkrystaller. Og hans kollega Ralph Bray fortsatte med at studere "volumetrisk modstand" på et projekt, der blev påbegyndt under krigen. Volumenmodstand beskrev, hvordan elektricitet flyder i germaniumkrystallen ved kontaktpunktet for ensretteren. Bray fandt ud af, at højspændingsimpulser signifikant reducerede n-type germaniums modstand mod disse strømme. Uden at vide det var han vidne til den såkaldte. "minoritets" afgiftsbærere. I halvledere af n-type tjener den overskydende negative ladning som hovedladningsbæreren, men positive "huller" kan også føre strøm, og i dette tilfælde skabte højspændingsimpulserne huller i germaniumstrukturen, hvilket får mindretalsladningsbærere til at dukke op. .

Bray og Benzer kom pirrende tæt på germanium-forstærkeren uden at være klar over det. Benzer fangede Walter Brattain, en Bell Labs-videnskabsmand, på en konference i januar 1948 for at diskutere volumetrisk træk med ham. Han foreslog, at Brattain placerede en anden punktkontakt ved siden af ​​den første, der kunne lede strøm, og så kunne de måske forstå, hvad der skete under overfladen. Brattain gik stille og roligt med til dette forslag og gik. Som vi vil se, vidste han alt for godt, hvad et sådant eksperiment kunne afsløre.

Oney-sous-Bois

Purdue-gruppen havde både teknologien og det teoretiske grundlag til at tage springet mod transistoren. Men de kunne kun være faldet over det ved et uheld. De var interesserede i materialets fysiske egenskaber og ikke i søgen efter en ny type enhed. En meget anderledes situation herskede i Aunes-sous-Bois (Frankrig), hvor to tidligere radarforskere fra Tyskland, Heinrich Welker og Herbert Mathare, ledede et team, hvis mål var at skabe industrielle halvlederenheder.

Welker studerede først og underviste derefter i fysik ved universitetet i München, drevet af den berømte teoretiker Arnold Sommerfeld. Siden 1940 forlod han en rent teoretisk vej og begyndte at arbejde på en radar for Luftwaffe. Mathare (af belgisk oprindelse) voksede op i Aachen, hvor han studerede fysik. Han kom til forskningsafdelingen af ​​den tyske radiogigant Telefunken i 1939. Under krigen flyttede han sit arbejde fra Berlin mod øst til klosteret i Schlesien for at undgå allierede luftangreb, og derefter tilbage mod vest for at undgå den fremrykkende Røde Hær, der til sidst faldt i hænderne på den amerikanske hær.

Ligesom deres rivaler i Anti-Hitler-koalitionen vidste tyskerne i begyndelsen af ​​1940'erne, at krystaldetektorer var ideelle modtagere til radar, og at silicium og germanium var de mest lovende materialer til deres skabelse. Mathare og Welker forsøgte under krigen at forbedre den effektive brug af disse materialer i ensrettere. Efter krigen blev begge udsat for periodiske forhør angående deres militære arbejde og modtog til sidst en invitation fra en fransk efterretningsofficer til Paris i 1946.

Compagnie des Freins & Signaux ("firma af bremser og signaler"), en fransk afdeling af Westinghouse, modtog en kontrakt fra den franske telefonmyndighed om at skabe solid-state ensrettere og søgte tyske videnskabsmænd til at hjælpe dem. En sådan alliance af nylige fjender kan virke underlig, men denne ordning viste sig at være ret gunstig for begge sider. Franskmændene, der blev besejret i 1940, havde ingen evner til at opnå viden inden for halvledere, og de havde desperat brug for tyskernes færdigheder. Tyskerne kunne ikke gennemføre udvikling på nogen højteknologiske områder i et besat og krigshærget land, så de slog til med at arbejde videre.

Welker og Mathare etablerede hovedkvarter i et to-etagers hus i Paris-forstaden Aunes-sous-Bois, og med hjælp fra et team af teknikere lancerede de med succes germanium-ensrettere i slutningen af ​​1947. Så gik de over til mere seriøse præmier: Welker vendte tilbage til sin interesse for superledere, og Mathare til forstærkere.

Transistorens historie, del 2: Fra krigens smeltedigel
Herbert Mathare i 1950

Under krigen eksperimenterede Mathare med to-punkts kontaktensrettere - "duodeodes" - i et forsøg på at reducere kredsløbsstøj. Han genoptog sine eksperimenter og opdagede hurtigt, at en anden kats knurhår, placeret 1/100 milliontedel af en meter fra den første, nogle gange kunne modulere strømmen, der flyder gennem den første knurhår. Han skabte en solid state-forstærker, omend en ret ubrugelig. For at opnå en mere pålidelig ydeevne henvendte han sig til Welker, som havde fået stor erfaring med at arbejde med germaniumkrystaller under krigen. Welkers team voksede større, renere prøver af germaniumkrystaller, og da kvaliteten af ​​materialet blev forbedret, blev Mathare punktkontaktforstærkere pålidelige i juni 1948.

Transistorens historie, del 2: Fra krigens smeltedigel
Røntgenbillede af en "transistron" baseret på Mathare-kredsløbet, som har to kontaktpunkter med germanium

Mathare havde endda en teoretisk model af, hvad der skete: han troede, at den anden kontakt lavede huller i germanium, accelererede passagen af ​​strømmen gennem den første kontakt, og forsynede minoritetsladningsbærere. Welker var ikke enig med ham og mente, at det, der skete, afhang af en form for felteffekt. Men før de kunne udarbejde enheden eller teorien, erfarede de, at en gruppe amerikanere havde udviklet nøjagtig det samme koncept - en germaniumforstærker med topunktskontakter - seks måneder tidligere.

Murray Hill

I slutningen af ​​krigen reformerede Mervyn Kelly Bell Labs' halvlederforskningsgruppe ledet af Bill Shockley. Projektet voksede, modtog flere midler og flyttede fra sin oprindelige laboratoriebygning på Manhattan til et ekspanderende campus i Murray Hill, New Jersey.

Transistorens historie, del 2: Fra krigens smeltedigel
Murray Hill Campus, ca. 1960

For at stifte bekendtskab med avancerede halvledere (efter sin tid i operationsforskning under krigen) besøgte Shockley Russell Ohls Holmdel-laboratorium i foråret 1945. Ohl brugte krigsårene på at arbejde på silicium og spildte ingen tid. Han viste Shockley en rå forstærker af sin egen konstruktion, som han kaldte en "desister". Han tog en siliciumpunktkontaktensretter og sendte strøm fra batteriet igennem den. Tilsyneladende reducerede varmen fra batteriet modstanden over kontaktpunktet og forvandlede ensretteren til en forstærker, der var i stand til at transmittere indgående radiosignaler til et kredsløb, der er kraftigt nok til at drive en højttaler

Effekten var rå og upålidelig, uegnet til kommercialisering. Det var dog nok til at bekræfte Shockleys opfattelse af, at det var muligt at skabe en halvlederforstærker, og at denne burde prioriteres højt for forskning inden for solid-state elektronik. Det var også dette møde med Olas team, der overbeviste Shockley om, at silicium og germanium skulle studeres først. De udviste attraktive elektriske egenskaber, og Ohls kolleger i metallurger Jack Skaff og Henry Theurer havde opnået forbløffende succes med at dyrke, rense og dope disse krystaller under krigen og overgå alle tilgængelige teknologier til andre halvledermaterialer. Shockleys gruppe ville ikke spilde mere tid på kobberoxidforstærkere før krigen.

Med Kellys hjælp begyndte Shockley at samle et nyt hold. Nøglespillere omfattede Walter Brattain, som hjalp Shockley med sit første forsøg på en solid-state forstærker (i 1940), og John Bardeen, en ung fysiker og ny Bell Labs-medarbejder. Bardeen havde sandsynligvis den mest omfattende viden om faststoffysik af ethvert medlem af teamet - hans afhandling beskrev energiniveauerne af elektroner i strukturen af ​​natriummetal. Han var også en anden protegé af John Hasbrouck Van Vleck, ligesom Atanasov og Brattain.

Og ligesom Atanasov krævede Bardeen og Shockleys afhandlinger ekstremt komplekse beregninger. De var nødt til at bruge den kvantemekaniske teori om halvledere, defineret af Alan Wilson, til at beregne energistrukturen af ​​materialer ved hjælp af Monroes desktop-beregner. Ved at være med til at skabe transistoren var de faktisk med til at redde fremtidige kandidatstuderende fra et sådant arbejde.

Shockleys første tilgang til en solid state-forstærker byggede på, hvad der senere blev kaldt "felteffekt". Han suspenderede en metalplade over en n-type halvleder (med et overskud af negative ladninger). Påføring af en positiv ladning på pladen trak overskydende elektroner op på overfladen af ​​krystallen, hvilket skabte en flod af negative ladninger, gennem hvilken elektrisk strøm nemt kunne strømme. Det forstærkede signal (repræsenteret ved ladningsniveauet på waferen) kunne på denne måde modulere hovedkredsløbet (passerer langs overfladen af ​​halvlederen). Effektiviteten af ​​denne ordning blev foreslået for ham af hans teoretiske viden om fysik. Men på trods af mange eksperimenter og eksperimenter virkede ordningen aldrig.

I marts 1946 havde Bardeen skabt en veludviklet teori, der forklarede årsagen til dette: overfladen af ​​en halvleder på kvanteniveau opfører sig anderledes end dens indre. Negative ladninger trukket til overfladen bliver fanget i "overfladetilstande" og blokerer det elektriske felt i at trænge ind i pladen i materialet. Resten af ​​holdet fandt denne analyse overbevisende og lancerede et nyt forskningsprogram ad tre veje:

  1. Bevis eksistensen af ​​overfladetilstande.
  2. Undersøg deres egenskaber.
  3. Find ud af, hvordan du kan besejre dem og få det til at fungere felteffekt transistor.

Efter halvandet års forskning og eksperimenter fik Brattain den 17. november 1947 et gennembrud. Han opdagede, at hvis han placerede en ionfyldt væske, såsom vand, mellem en wafer og en halvleder, ville et elektrisk felt fra waferen skubbe ionerne mod halvlederen, hvor de ville neutralisere ladninger fanget i overfladetilstande. Nu kunne han kontrollere den elektriske opførsel af et stykke silicium ved at ændre ladningen på waferen. Denne succes gav Bardeen en idé til en ny tilgang til at skabe en forstærker: omgiv ensretterens kontaktpunkt med elektrolytvand, og brug derefter en anden ledning i vandet til at kontrollere overfladeforholdene og dermed kontrollere ledningsevneniveauet for hovedledningen. kontakt. Så Bardeen og Brattain nåede i mål.

Bardeens idé virkede, men forstærkningen var svag og fungerede ved meget lave frekvenser, der var utilgængelige for det menneskelige øre - så den var ubrugelig som telefon- eller radioforstærker. Bardeen foreslog at skifte til det omvendte spændingsbestandige germanium produceret på Purdue, idet han mente, at færre ladninger ville samle sig på overfladen. Pludselig fik de en kraftig stigning, men i modsat retning af, hvad man havde forventet. De opdagede minoritetsbærereffekten - i stedet for de forventede elektroner blev strømmen, der strømmede gennem germanium, forstærket af huller, der kom fra elektrolytten. Strømmen på ledningen i elektrolytten skabte et p-type lag (et område med overskydende positive ladninger) på overfladen af ​​n-type germanium.

Efterfølgende forsøg viste, at der overhovedet ikke var behov for elektrolyt: blot ved at placere to kontaktpunkter tæt på germaniumoverfladen var det muligt at modulere strømmen fra den ene til strømmen på den anden. For at bringe dem så tæt på som muligt, viklede Brattain et stykke guldfolie rundt om et trekantet stykke plastik og skar derefter forsigtigt folien til for enden. Derefter pressede han ved hjælp af en fjeder trekanten mod germaniumet, hvilket resulterede i, at de to kanter af snittet rørte dens overflade i en afstand på 0,05 mm. Dette gav Bell Labs' transistorprototype sit karakteristiske udseende:

Transistorens historie, del 2: Fra krigens smeltedigel
Brattain og Bardeen transistor prototype

Ligesom Mathare og Welkers apparat var det i princippet et klassisk "kattehår", blot med to berøringspunkter i stedet for ét. Den 16. december producerede den en betydelig stigning i effekt og spænding og en frekvens på 1000 Hz i det hørbare område. En uge senere, efter mindre forbedringer, havde Bardeen og Brattain øget spændingen med 100 gange og effekten med 40 gange, og demonstrerede over for Bells direktører, at deres enhed kunne producere hørbar tale. John Pierce, et andet medlem af solid-state udviklingsteamet, opfandt udtrykket "transistor" efter navnet på Bells kobberoxid-ensretter, varistoren.

I de næste seks måneder holdt laboratoriet den nye kreation hemmelig. Ledelsen ønskede at sikre sig, at de havde et forspring med at kommercialisere transistoren, før andre fik fat i den. En pressekonference var planlagt til den 30. juni 1948, lige i tide til at knuse Welker og Mathares drømme om udødelighed. I mellemtiden kollapsede halvlederforskningsgruppen stille og roligt. Efter at have hørt om Bardeen og Brattains præstationer, begyndte deres chef, Bill Shockley, at arbejde på at tage al æren for sig selv. Og selvom han kun spillede en observationsrolle, modtog Shockley lige så høj, hvis ikke mere, omtale i den offentlige præsentation - som det ses på dette frigivne billede af ham midt i handlingen, lige ved siden af ​​en laboratoriebænk:

Transistorens historie, del 2: Fra krigens smeltedigel
PR-foto fra 1948 - Bardeen, Shockley og Brattain

Ligeværdig berømmelse var dog ikke nok for Shockley. Og før nogen uden for Bell Labs vidste om transistoren, havde han travlt med at genopfinde den til sin egen. Og dette var kun den første af mange sådanne genopfindelser.

Hvad skal man ellers læse

  • Robert Buderi, The Invention That Changed the World (1996)
  • Michael Riordan, "How Europe Missed the Transistor," IEEE Spectrum (1. nov. 2005)
  • Michael Riordan og Lillian Hoddeson, Crystal Fire (1997)
  • Armand Van Dormael, "Den 'franske' transistor," www.cdvandt.org/VanDormael.pdf (1994)

Kilde: www.habr.com

Tilføj en kommentar