🥇Die Geschichte des Transistors: Sich durch die Dunkelheit tasten

Die Geschichte des Transistors: Tastend im Dunkeln

Weitere Artikel der Reihe:

Die Geschichte der Relais
Die Geschichte der elektronischen Computer
Die Geschichte des Transistors
Die Geschichte des Internets

Der Weg zu festen Zuständen war lang und kompliziert. Alles begann mit der Entdeckung, dass bestimmte Materialien in Gegenwart von Elektrizität sich seltsam verhalten – nicht so, wie es die damaligen Theorien vorhersagten. Darauf folgte eine Geschichte darüber, wie sich im 20. Jahrhundert die Technologie zunehmend zu einer wissenschaftlichen und institutionellen Disziplin entwickelte. Laien, Neulinge und professionelle Erfinder ohne nennenswerte wissenschaftliche Ausbildung leisteten bedeutende Beiträge zur Entwicklung des Telegraphen, der Telefonie und des Radios. Doch, wie wir sehen werden, geschah nahezu all der Fortschritt in der Geschichte der Festkörperelektronik dank Wissenschaftlern, die an Universitäten ausgebildet wurden (meist mit einem Doktorgrad in Physik) und in Universitäten oder Unternehmensforschungsinstituten arbeiteten.

Jeder mit Zugang zur Werkstatt und grundlegenden Materialkenntnissen kann ein Relais aus Drähten, Metall und Holz zusammenbauen. Für die Herstellung von Elektronenlampen sind jedoch spezialisiertere Werkzeuge erforderlich, die in der Lage sind, eine Glasglocke zu erzeugen und die Luft daraus abzusaugen. Feste Speichergeräte hingegen sind in einem Kaninchenbau verschwunden, aus dem der digitale Schalter nie zurückgekehrt ist, und drangen immer tiefer in Welten ein, die nur der abstrakten Mathematik verständlich sind und nur mit extrem teurer Ausrüstung zugänglich sind.

Galena

Im Jahr 1874 Ferdinand Braun, ein 24-jähriger Physiker von der St. Thomas Schule in Leipzig, veröffentlichte die erste von vielen wichtigen wissenschaftlichen Arbeiten in seiner langen Karriere. Seine Arbeit "Über den Durchgang elektrischer Ströme durch Metallsulfide" wurde in der Zeitschrift Pogendorff’s Annalen angenommen, einer angesehenen Fachzeitschrift für Physikwissenschaften. Trotz des langweiligen Titels beschrieb Brauns Arbeit mehrere erstaunliche und rätselhafte experimentelle Ergebnisse.

Die Geschichte des Transistors: Tastend im Dunkeln
Ferdinand Braun

Braun war von Sulfiden fasziniert – mineralischen Kristallen, die aus Verbindungen von Schwefel und Metallen bestehen – Dank der Arbeiten Johanna Wilhelm Gittorf. Bereits 1833 stellte Michael Faraday fest, dass die Leitfähigkeit von Silbersulfid mit der Temperatur zunimmt, was im kompletten Gegensatz zum Verhalten metallischer Leiter steht. Gittorf erstellte in den 1850er Jahren einen sorgfältigen quantitativen Bericht über die Messungen dieses Effekts für sowohl Silber- als auch Kupfersulfide. Nun entdeckte Brown unter Verwendung einer ausgeklügelten experimentellen Anordnung, die einen Metallleiter mit einer Feder gegen den Kristall von Sulfid drückte, um einen guten Kontakt zu gewährleisten, noch etwas Seltsameres. Die Leitfähigkeit der Kristalle hing von der Richtung ab – beispielsweise konnte der Strom in einer Richtung gut fließen, aber bei Umkehrung der Polarität des Akkus könnte der Strom plötzlich stark abfallen. Die Kristalle verhielten sich in einer Richtung eher wie Leiter (ähnlich normalen Metallen), während sie in der anderen eher wie Isolatoren (wie Glas oder Gummi) funktionierten. Dieses Phänomen wurde als Gleichrichtung bekannt, aufgrund der Fähigkeit, den „gewundenen“ Wechselstrom in „glatten“ Gleichstrom umzuwandeln.

Ungefähr zur selben Zeit entdeckten Forscher auch andere seltsame Eigenschaften von Materialien wie Selen, das aus bestimmten sulfidischen Erzen gewonnen werden konnte. Unter Lichteinfluss erhöhte Selen seine Leitfähigkeit und begann sogar, Elektrizität zu erzeugen; zudem konnte es zur Gleichrichtung verwendet werden. Gab es hier eine Verbindung zu Sulfidkristallen? Ohne theoretische Modelle, die das Geschehen erklären konnten, herrschte in diesem Bereich große Verwirrung.

Jedoch hielt das Fehlen einer Theorie die praktischen Anwendungen der Ergebnisse nicht auf. Ende der 1890er Jahre wurde Braun Professor an der Universität Straßburg – die gerade im Verlauf des Französisch-preußischen Kriegs und umbenannt in die Kaiser-Wilhelm-Universität. Dort wurde er von einer faszinierenden neuen Welt der Radiotelegrafie angezogen. Er stimmte einem Vorschlag einer Gruppe von Unternehmern zu, gemeinsam ein drahtloses Kommunikationssystem zu entwickeln, das auf der Übertragung von Radiowellen durch Wasser basierte. Allerdings gaben sie bald die ursprüngliche Idee zugunsten der luftgestützten Signalübertragung auf, die auch Marconi und andere nutzten.

Unter den Aspekten des Radios, die die Gruppe um Braun verbessern wollte, befand sich der zu dieser Zeit gängige Empfänger, Kohärer. Es basierte auf der Tatsache, dass Radiowellen metallene Späne zu einem Haufen zusammenschoben, was es dem Strom aus der Batterie ermöglichte, zum Signalgerät zu fließen. Das funktionierte, aber das System reagierte nur auf relativ starke Signale, und um den Haufen von Spänen zu zerbrechen, war es notwendig, ständig auf das Gerät zu klopfen. Brown erinnerte sich an seine alten Experimente mit Sulfidkristallen und stellte 1899 seine alte Versuchsaufbau mit einem neuen Ziel wieder her – als Detektor für drahtlose Signale zu dienen. Den Gleichrichtereffekt nutzte er, um den winzigen schwankenden Strom, der von den durchgehenden Radiowellen erzeugt wurde, in Gleichstrom umzuwandeln, der einen kleinen Lautsprecher speisen konnte, der hörbare Klicks für jedes Zeichen oder jeden Strich ausgab. Dieses Gerät wurde später als „Katze-Whisker-Detektor» Aufgrund des Aussehens des Drahtes, der leicht die Oberseite des Kristalls berührte. In Britisch-Indien (wo sich heute Bangladesch befindet) baute der Wissenschaftler und Erfinder Jagadish Bose möglicherweise bereits 1894 ein ähnliches Gerät. Bald darauf begannen andere, ähnliche Detektoren auf Basis von Silizium und Karborund (Siliziumkarbid) herzustellen.

Doch genau Galenit, ein Bleisulfid, das seit alten Zeiten zum Schmelzen von Blei verwendet wird, wurde das bevorzugte Material für kristalline Detektoren. Sie waren einfach zu erstellen und kostengünstig, wodurch sie bei der ersten Generation von Funkamateuren extrem populär wurden. Darüber hinaus konnte der kristalline Gleichrichter im Gegensatz zum binären Kogerer (mit Spänen, die entweder zu einem Klumpen verdichtet wurden oder nicht) ein kontinuierliches Signal erzeugen. So konnte er hörbare Übertragungen von Sprache und Musik wiedergeben, nicht nur das Morsecodesystem mit seinen Punkten und Strichen.

Die Geschichte des Transistors: Tastend im Dunkeln
Der "Katzohr"-Detektor auf Basis von Galenit. Das kurze Stück Draht links ist der Antenne, und das silberne Stück Material unten ist der Galenitkristall.

Allerdings stellten frustrierte Funkamateure bald fest, dass die Suche nach dem magischen Punkt auf der Oberfläche des Kristalls, der eine gute Gleichrichtung ermöglichte, Minuten oder sogar Stunden in Anspruch nehmen konnte. Und die Signale ohne Verstärkung waren schwach und hatten einen metallischen Klang. In den 1920er Jahren hatten Empfänger mit Elektronenröhren und Triodenschaltungen die Verwendung von Kristalldetektoren fast überall verdrängt. Einzig die günstigen Preise blieben ein attraktives Merkmal.

Dieses kurze Auftreten auf der Bühne der Radioempfänger schien das Ende der praktischen Anwendung der seltsamen elektrischen Eigenschaften des Materials zu sein, die von Braun und anderen entdeckt wurden.

Kupferoxid

In den 1920er Jahren entdeckte ein anderer Physiker namens Lars Grøndahl mit Hilfe seiner experimentellen Anordnung etwas Seltsames. Grøndahl, der erste in einer Reihe von klugen und rastlosen Männern aus der Geschichte des amerikanischen Westens, war der Sohn eines Ingenieurs. Sein Vater, der in den 1880er Jahren aus Norwegen emigrierte, arbeitete mehrere Jahrzehnte für die Bahnen in Kalifornien, Oregon und Washington. Zunächst schien es, dass Grøndahl die Ingenieurwelt seines Vaters hinter sich lassen wollte und ging an die Johns Hopkins Universität, um einen Doktortitel in Physik zu erwerben und eine akademische Laufbahn einzuschlagen. Doch dann wurde auch er in das Eisenbahngeschäft verwickelt und nahm eine Position als Forschungsleiter bei der Union Switch and Signal, einer Tochtergesellschaft des Industrie-Giganten Westinghouse, der Ausrüstung für die Eisenbahnindustrie lieferte.

In verschiedenen Quellen werden widersprüchliche Gründe genannt, die Grondahl zu seinen Forschungen motiviert haben. So oder so begann er, mit kupfernen Platten zu experimentieren, die einseitig erhitzt wurden, um eine oxidische Schicht zu erzeugen. Während der Arbeit mit diesen bemerkte er die Asymmetrie des Stroms – der Widerstand in eine Richtung war dreimal höher als in der anderen. Die Platte aus Kupfer und Kupferoxid richtete den Strom gleich einem Kristall aus Sulfid auf.

Die Geschichte des Transistors: Tastend im Dunkeln
Schema des Gleichrichters aus Kupferoxid

In den folgenden sechs Jahren entwickelte Grondal auf der Grundlage dieses Phänomens einen marktreifen kommerziellen Gleichrichter, unterstützt von einem anderen Forscher aus den USA, Paul Geiger. 1926 reichte er ein Patent an und machte seine Entdeckung im Amerikanischen Physikalischen Verein bekannt. Das Gerät wurde sofort ein kommerzieller Erfolg. Durch das Fehlen fragiler Drähte war es viel zuverlässiger als der Gleichrichter mit Elektronenröhren, der auf dem Ventilprinzip von Fleming basierte, und dabei kostengünstig in der Herstellung. Im Gegensatz zu den braunschweigischen Kristallgleichrichtern funktionierte es beim ersten Versuch und dank der größeren Kontaktfläche zwischen Metall und Oxid arbeitete es mit einem breiteren Spektrum an Strömen und Spannungen. Es konnte Batterien aufladen, Signale in verschiedenen elektrischen Systemen erkennen und als Sicherheitsbypass in leistungsstarken Generatoren fungieren. Wenn es als Photovoltaikelement verwendet wurde, konnten die Scheiben als Lichtmessgeräte fungieren und waren besonders nützlich in der Fotografie. Andere Forscher entwickelten etwa zur gleichen Zeit Gleichrichter aus Selen, die ähnliche Anwendungsbereiche fanden.

Die Geschichte des Transistors: Tastend im Dunkeln
Eine Packung Gleichrichter auf der Basis von Kupferoxid. Die Montage aus mehreren Platten erhöhte den Rückstrom, wodurch sie mit hoher Spannung betrieben werden konnten.

Nach einigen Jahren beschlossen zwei Physiker aus den Bell Laboratories, Joseph Becker und Walter Brattain, das Funktionsprinzip des Kupfereichtgers zu untersuchen – sie waren daran interessiert, wie er funktioniert und wie er im Bell System eingesetzt werden kann.

Die Geschichte des Transistors: Tastend im Dunkeln
Brattain im Alter – ca. 1950

Brattain stammte aus derselben Gegend wie Grondahl, aus dem pazifischen Nordwesten, wo er auf einer Farm lebte, die ein paar Kilometer von der kanadischen Grenze entfernt lag. In der Oberstufe begann er sich für Physik zu interessieren, zeigte Fähigkeiten auf diesem Gebiet und erwarb schließlich Ende der 1920er Jahre einen Doktortitel an der Universität Minnesota, bevor er 1929 in den Bell Laboratories arbeitete. Unter anderem studierte er an der Universität moderne theoretische Physik, die in Europa populär wurde und als Quantenmechanik bekannt ist (seinen Mentor hatte er in John Hasbrouck Van Vleck, der auch John Atanasoff unterrichtete).

Die Quantenrevolution

Die neue theoretische Plattform hat sich in den letzten drei Jahrzehnten langsam entwickelt und wird eines Tages in der Lage sein, all die seltsamen Phänomene zu erklären, die über viele Jahre in Materialien wie Galenit, Selen und Kupferoxid beobachtet wurden. Eine ganze Kohorte vorwiegend junger Physiker, vor allem aus Deutschland und den angrenzenden Ländern, hat eine quantenmechanische Revolution in der Physik ausgelöst. Überall, wo sie hinsahen, entdeckten sie nicht die glatte und kontinuierliche Welt, die ihnen beigebracht wurde, sondern seltsame diskrete Klumpen.

Alles begann in den 1890er Jahren. Max Planck, der bekannteste Professor der Universität Berlin, beschloss, sich mit einem berühmten ungelösten Problem zu beschäftigen: auf welche Weise „ein absolut schwarzer Körper» (die ideale Substanz, die gesamte Energie absorbiert und sie nicht reflektiert) strahlt in einem elektromagnetischen Spektrum aus? Verschiedene Modelle wurden ausprobiert, keines davon stimmte mit den experimentellen Ergebnissen überein – sie versagten entweder am einen oder am anderen Ende des Spektrums. Planck entdeckte, dass, wenn man annimmt, dass Energie in kleinen "Paketen" diskreter Größe von einem Körper emittiert wird, ein einfacher Zusammenhang zwischen Frequenz und Energie aufgestellt werden kann, der perfekt mit den empirischen Ergebnissen übereinstimmt.

Kurz darauf entdeckte Einstein, dass dasselbe auch für die Absorption von Licht gilt (der erste Hinweis auf Photonen), und J. J. Thomson zeigte, dass Elektrizität nicht durch eine kontinuierliche Flüssigkeit oder Welle übertragen wird, sondern durch diskrete Teilchen – Elektronen. Später entwickelte Niels Bohr ein Modell, das erklärte, wie angeregte Atome Strahlung emittieren, indem er den Elektronen separate Umlaufbahnen im Atom zuwies, von denen jede ihre eigene Energie hat. Allerdings ist dieser Begriff irreführend, da sich die Elektronen überhaupt nicht wie Planetenbahnen verhalten – im Bohr-Modell wechselten die Elektronen sofort von einer Umlaufbahn oder Energieniveau zum anderen, ohne einen Zwischenzustand zu durchlaufen. Schließlich, in den 1920er Jahren, schufen Erwin Schrödinger, Werner Heisenberg, Max Born und andere eine allgemeinere mathematische Plattform, die als Quantenmechanik bekannt ist, und die alle speziellen quantenmechanischen Modelle enthielt, die in den vorhergehenden zwanzig Jahren entwickelt worden waren.

Zu diesem Zeitpunkt waren die Physiker sich bereits sicher, dass Materialien wie Selen und Galenit, die photovoltaische und rectifizierende Eigenschaften zeigten, einer eigenen Klasse von Materialien angehören, die sie Halbleiter nannten. Die Klassifizierung dauerte aus mehreren Gründen so lange. Erstens waren die Kategorien „Leiter“ und „Isolatoren“ selbst recht umfassend. Die sogenannten „Leiter“ unterschieden sich erheblich in ihrer Leitfähigkeit; das Gleiche (wenn auch in geringerem Maße) galt für Isolatoren, und es war nicht offensichtlich, wie ein bestimmter Leiter einer dieser Klassen zugeordnet werden konnte. Darüber hinaus war es bis zur Mitte des 20. Jahrhunderts nicht möglich, sehr reine Substanzen zu gewinnen oder zu erzeugen, und jede Auffälligkeit in der Leitfähigkeit natürlicher Materialien ließ sich immer auf Verunreinigungen zurückführen.

Nun hatten die Physiker sowohl mathematische Werkzeuge der Quantenmechanik als auch eine neue Klasse von Materialien, auf die sie diese anwenden konnten. Der britische Theoretiker Alan Wilson brachte 1931 alles zusammen und entwickelte ein allgemeines Modell für Halbleiter und deren Funktionsweise.

Zunächst stellte Wilson fest, dass leitende Materialien sich von Dielektrika durch den Zustand der energetischen Zonen unterscheiden. Die Quantenmechanik besagt, dass Elektronen auf einer begrenzten Anzahl von Energiestufen existieren können, die den Schalen oder Orbitalen einzelner Atome eigen sind. Wenn man diese Atome in der Struktur eines Materials zusammendrückt, ist es korrekter, sich kontinuierliche energetische Zonen vorzustellen, die das Material durchdringen. In Leitern gibt es in den hohen energetischen Zonen freie Plätze, und ein elektrisches Feld kann Elektronen problemlos dorthin bewegen. In Isolatoren sind die Zonen gefüllt, und um zu einer höheren, leitenden Zone zu gelangen, in der Elektrizität leichter fließt, muss man ziemlich weit klettern.

Dies führte ihn zu der Schlussfolgerung, dass Verunreinigungen – fremde Atome in der Materialstruktur – zu seinen Halbleitereigenschaften beitragen müssen. Sie können entweder überschüssige Elektronen liefern, die leicht in den Leitungsbereich übertreten, oder Löcher schaffen – das Fehlen von Elektronen im Vergleich zum restlichen Material – was leerstehende energetische Zustände schafft, in die sich freie Elektronen bewegen können. Der erste Fall wurde später als n-Typ-Halbleiter (oder elektronische Halbleiter) bezeichnet – aufgrund des überschüssigen negativen Ladeguts, während die zweiten als p-Typ oder Loch-Halbleiter bezeichnet wurden – wegen des überschüssigen positiven Lades.

Schließlich schlug Wilson vor, dass die Gleichrichtung des Stroms durch Halbleiter in Begriffen der Quantenmechanik erklärt werden kann, Tunnel-Effekt, durch einen plötzlichen Sprung von Elektronen über eine dünne elektrische Barriere im Material. Die Theorie schien plausibel, sagte jedoch voraus, dass der Strom im Gleichrichter von der Oxidschicht zur Kupferseite fließen sollte, während es in der Realität genau umgekehrt war.

So blieben Halbleiter trotz aller Fortschritte von Wilson schwer zu erklären. Es wurde allmählich klar, dass mikroskopische Veränderungen in der kristallinen Struktur und der Konzentration von Verunreinigungen unverhältnismäßig großen Einfluss auf ihr makroskopisches elektrisches Verhalten hatten. Ungeachtet des mangelnden Verständnisses – da niemand die experimentellen Beobachtungen, die Brown 60 Jahre zuvor gemacht hatte, erklären konnte – entwickelten Brattain und Becker einen effektiven Produktionsprozess für Kupferoxid-Gleichrichter für ihren Arbeitgeber. Das Bell System begann schnell, die Gleichrichter auf Elektronenröhren im gesamten System durch ein neues Gerät zu ersetzen, das ihre Ingenieure Varistornennten, da sich sein Widerstand je nach Richtung änderte.

Goldmedaille

Mervin Kelly, Physiker und ehemaliger Leiter der Abteilung für Elektronenröhren bei den Bell Laboratories, war sehr an diesem Fortschritt interessiert. Über mehrere Jahrzehnte haben Elektronenröhren Bell wertvolle Dienste geleistet und Funktionen erfüllt, die der vorherigen Generation mechanischer und elektromechanischer Komponenten nicht zugänglich waren. Allerdings erzeugten sie viel Wärme, überhitzten regelmäßig, benötigten viel Energie und waren wartungsintensiv. Kelly plante, das System von Bell auf der Grundlage robusterer und langlebigerer Halbleiterelektronik wie Varistoren neu aufzubauen, die keine gasgefüllten oder luftdichten Gehäuse und keine glühenden Drähte benötigten. 1936 wurde er Leiter der Forschungsabteilung der Bell Laboratories und begann, die Organisation in eine neue Richtung zu lenken.

Nachdem der Festkörpergleichrichter entwickelt wurde, war der nächste naheliegende Schritt, einen Festkörperverstärker zu schaffen. Natürlich könnte ein solches Gerät, ähnlich wie ein Röhrenverstärker, auch als digitaler Schalter fungieren. Dies interessierte insbesondere die Bell Labs, denn in Telefonvermittlungssystemen arbeiteten weiterhin zahlreiche elektromechanische digitale Schalter. Das Unternehmen suchte nach einer zuverlässigeren, kompakteren, energieeffizienten und kühleren Alternative zur Elektronenröhre in Telefonsystemen, Rundfunkempfängern, Radaren und anderem analogen Equipment, wo diese zur Verstärkung schwacher Signale auf ein für das menschliche Ohr hörbares Niveau eingesetzt wurden.

Im Jahr 1936 hob Bell Labs schließlich das Einstellungsverbot auf, das während der Großen Depressioneingeführt worden war. Kelly begann sofort, Experten für Quantenmechanik einzustellen, um sein Forschungsprogramm für Festkörpergeräte, unter denen auch der William Shockley, ein weiterer Mitbürger von der Westküste, aus Palo Alto (Kalifornien). Das Thema seiner kürzlich am MIT eingereichten Dissertation passte perfekt zu Kellys Interessen: „Elektronische Zonen in Natriumchlorid“.

Brattain und Becker setzten gleichzeitig ihre Forschungen zum Kupferoxid-Gleichrichter fort, mit dem Ziel, einen verbesserten Festkörperverstärker zu entwickeln. Der offensichtlichste Weg, dies zu tun, war, dem Vorbild einer Elektronenröhre zu folgen. Genau wie Lee de Forest einen Röhrenverstärker nahm und ein elektrisches Gitter zwischen Kathode und Anode einfügte, stellten sich Brattain und Becker vor, wie man ein Gitter an der Stelle einsetzen könnte, wo Kupfer und Kupferoxid in Kontakt kommen, wo, so nahm man an, die Gleichrichtung stattfindet. Aufgrund der geringen Dicke der Schicht hielten sie es jedoch für unmöglich, dies umzusetzen, und hatten damit keinen Erfolg.

In der Zwischenzeit zeigten andere Entwicklungen, dass die Bell Laboratories nicht das einzige Unternehmen waren, das sich für Festkörperelektronik interessierte. 1938 veröffentlichten Rudolf Hilsh und Robert Paul die Ergebnisse von Experimenten, die an der Universität Göttingen mit einem funktionierenden Festkörpersystem durchgeführt wurden, das durch das Einbringen eines Gitters in einen Kristall aus Kaliumbromid erstellt wurde. Dieses Laborgerät hatte keinen praktischen Wert – hauptsächlich, weil es mit nicht mehr als 1 Hz arbeitete. Dennoch konnte dieser Fortschritt alle Interessierten an Festkörperelektronik erfreuen. Im selben Jahr ernannte Kelly Shockley zu einer neuen unabhängigen Gruppe für die Forschung an Festkörpereinheiten und gab ihm zusammen mit seinen Kollegen – Foster Nichols und Dean Woolridge – die Erlaubnis, deren Möglichkeiten zu erforschen.

Mindestens zwei weitere Erfinder schafften es, vor dem Zweiten Weltkrieg Festkörperverstärker zu entwickeln. Im Jahr 1922 erfand der sowjetische Physiker und Erfinder Oleg Vladimirovich Losev veröffentlichte die Ergebnisse erfolgreicher Experimente mit Zinkoxid-Halbleitern, doch seine Arbeiten blieben in der westlichen Gemeinschaft unbeachtet; im Jahr 1926 beantragte der amerikanische Erfinder Julius Lilienfeld ein Patent für einen Festkörperverstärker, es gibt jedoch keine Hinweise auf die Funktionsfähigkeit seiner Erfindung.

Die erste bedeutende Erleuchtung für Shockley in seiner neuen Position kam beim Lesen der Arbeit des britischen Physikers Neville Mott "The Theory of Crystal Rectifiers" aus dem Jahr 1938, in der endlich das Prinzip des Grondahl-Gleichrichters auf Kupferoxid erklärt wurde. Mott verwendete die Mathematik der Quantenmechanik, um die Bildung eines elektrischen Feldes an der Grenzfläche zwischen leitendem Metall und halbleitendem Oxid zu beschreiben und wie Elektronen über diese elektrische Barriere "springen", anstatt wie von Wilson vorgeschlagen zu tunneln. Der Strom fließt leichter vom Metall zum Halbleiter als umgekehrt, da das Metall viel mehr freie Elektronen hat.

Das führte Shockley genau zu der gleichen Idee, die Brattain und Becker viele Jahre zuvor in den Sand gesetzt hatten – einen Festkörperverstärker zu entwickeln, indem er ein Netz aus Kupferoxid zwischen Kupfer und Kupferoxid einfügte. Er hoffte, dass der durch das Netz fließende Strom die Barriere, die den Stromfluss von Kupfer zu Oxid begrenzt, erhöhen würde und somit eine invertierte, verstärkte Version des Signals am Netz erzeugen könnte. Sein erster grober Versuch schlug völlig fehl, daher wandte er sich an jemanden mit besseren Laborfähigkeiten, der gut mit Gleichrichtern vertraut war – Walter Brattain. Obwohl er keine Zweifel an dem Ausgang hatte, stimmte Brattain zu, Shockleys Neugier zu befriedigen, und entwickelte eine komplexere Version des "Netzverstärkers". Auch dieser funktionierte nicht.

Dann brach der Krieg aus und hinterließ ein Chaos für Kellys neues Forschungsprogramm. Kelly übernahm die Leitung einer Arbeitsgruppe für Radartechnologie in den Bell Laboratories, die unter der Unterstützung des Hauptzentrums für Radar-Forschung der USA am MIT arbeitete. Brattain war nur kurz bei ihm tätig, bevor er zu Forschungsarbeiten über magnetische Ortung von U-Booten für die Marine überwechselte. Woolridge arbeitete an Feuerleitsystemen, Nix an der Gasdiffusion für das Manhattan-Projekt, und Shockley wechselte zu Operations Research, wo er zunächst gegen U-Boote im Atlantik kämpfte und später strategische Bombardements im Pazifik behandelte.

Doch trotz dieser Intervention stoppte der Krieg nicht die Entwicklung der Festkörperelektronik. Im Gegenteil, er führte zu einem massiven Ressourcenaufbau in diesem Bereich und brachte eine Konzentration der Forschung auf zwei Materialien: Germanium und Silizium.

Weitere Lektüre

Ernest Bruan und Stuart MacDonald, Revolution in Miniatur (1978)

Friedrich Kurylo und Charles Susskind, Ferdinand Braun (1981)

G. L. Pearson und W. H. Brattain, „Geschichte der Halbleiterforschung“, Proceedings of the IRE (Dezember 1955).

Michael Riordan und Lillian Hoddeson, Kristallfeuer (1997)

Quelle: habr.com