{"id":55071,"date":"2020-01-11T00:00:00","date_gmt":"2020-01-10T21:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/prohoster.info\/blog\/blog_prohoster\/istoriya-tranzistora-probirayas-na-oshhup-v-temnote"},"modified":"2020-02-18T14:03:09","modified_gmt":"2020-02-18T11:03:09","slug":"istoriya-tranzistora-probirayas-na-oshhup-v-temnote","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/prohoster.info\/de\/blog\/administrirovanie\/istoriya-tranzistora-probirayas-na-oshhup-v-temnote","title":{"rendered":"Die Geschichte des Transistors: Auf der Suche im Dunkeln","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"<p><img decoding=\"async\" alt=\"Die Geschichte des Transistors: Auf der Suche im Dunkeln\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2020\/01\/16ad3c6eaa7f0e32992939696172bd90.jpg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\n<br \/>\n<b class=\"spoiler_title\">Weitere Artikel der Reihe:<\/b><\/p>\n<ul>\n<li>Die Geschichte des Relais\n<ul>\n<li><noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/habr.com\/ru\/post\/404373\/\">Die Methode der \u201eschnellen Informations\u00fcbertragung\u201c, oder die Geburt des Relais<\/a><\/noindex><\/li>\n<li><noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/habr.com\/ru\/post\/404475\/\">Fernschreiber<\/a><\/noindex><\/li>\n<li><noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/habr.com\/ru\/post\/370545\/\">Galvanismus<\/a><\/noindex><\/li>\n<li><noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/habr.com\/ru\/post\/404657\/\">Unternehmer<\/a><\/noindex><\/li>\n<li><noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/habr.com\/ru\/post\/404723\/\">Und hier ist endlich das Relais<\/a><\/noindex><\/li>\n<li><noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/habr.com\/ru\/post\/404889\/\">Der sprechende Telegraph<\/a><\/noindex><\/li>\n<li><noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/habr.com\/ru\/post\/405025\/\">Einfach verbinden<\/a><\/noindex><\/li>\n<li><noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/habr.com\/ru\/company\/mailru\/blog\/370471\/\">Die vergessene Generation der Relaiscomputer<\/a><\/noindex><\/li>\n<li><noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/habr.com\/ru\/post\/405207\/\">Die elektronische \u00c4ra<\/a><\/noindex><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<li>Die Geschichte der elektronischen Computer\n<ul>\n<li><noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/habr.com\/ru\/post\/408611\/\">Prolog<\/a><\/noindex><\/li>\n<li><noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/habr.com\/ru\/post\/374043\/\">Koloss<\/a><\/noindex><\/li>\n<li><noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/habr.com\/ru\/post\/408597\/\">ENIAC <\/a><\/noindex><\/li>\n<li><noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/habr.com\/ru\/post\/447916\/\">Die elektronische Revolution<\/a><\/noindex><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<li>Die Geschichte des Transistors\n<ul>\n<li><noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/habr.com\/ru\/post\/448238\/\">Sich tastend in der Dunkelheit bewegen<\/a><\/noindex><\/li>\n<li><noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/habr.com\/ru\/post\/448576\/\">Aus dem Schmelztiegel des Krieges<\/a><\/noindex><\/li>\n<li><noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/habr.com\/ru\/post\/448576\/\"><\/a><\/noindex><noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/habr.com\/ru\/post\/449760\/\">Mehrfache Neuerfindung<\/a><\/noindex><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<li>Die Geschichte des Internets\n<ul>\n<li><noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/habr.com\/ru\/post\/450168\/\">Das Backbone-Netzwerk<\/a><\/noindex><\/li>\n<li><noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/habr.com\/ru\/post\/450522\/\">Zerfall, Teil 1<\/a><\/noindex><\/li>\n<li><noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/habr.com\/ru\/post\/451606\/\">Zerfall, Teil 2<\/a><\/noindex><\/li>\n<li><noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/habr.com\/ru\/post\/452030\/\">Interaktivit\u00e4t entdecken<\/a><\/noindex><\/li>\n<li><noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/habr.com\/ru\/post\/453154\/\">Interaktivit\u00e4t erweitern<\/a><\/noindex><\/li>\n<li><noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/habr.com\/ru\/post\/456200\/\">ARPANET \u2013 die Geburt<\/a><\/noindex><\/li>\n<li><noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/habr.com\/ru\/post\/457256\/\">ARPANET \u2013 Paket<\/a><\/noindex><\/li>\n<li><noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/habr.com\/ru\/post\/461177\/\">ARPANET \u2013 Subnetz<\/a><\/noindex><\/li>\n<li><noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/habr.com\/ru\/post\/472582\/\">Der Computer als Kommunikationsger\u00e4t<\/a><\/noindex><\/li>\n<li><noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/habr.com\/ru\/post\/483366\/\">Die Geschichte des Internets: Inter-Netz-Interaktion<\/a><\/noindex><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n<p>\nDer Weg zu Festk\u00f6rper-Schaltern war lang und komplex. Er begann mit der Entdeckung, dass bestimmte Materialien sich im Beisein von Elektrizit\u00e4t seltsam verhalten \u2013 nicht so, wie es die damaligen Theorien voraussagten. Darauf folgte eine Geschichte dar\u00fcber, wie im 20. Jahrhundert die Technologie zunehmend zu einer wissenschaftlichen und institutionellen Disziplin wurde. Laien, Anf\u00e4nger und professionelle Erfinder ohne jegliche wissenschaftliche Ausbildung leisteten bedeutende Beitr\u00e4ge zur Entwicklung des Telegraphen, der Telefonie und des Rundfunks. Doch wie wir sehen werden, geschahen fast alle Fortschritte in der Geschichte der Festk\u00f6rperelektronik dank Wissenschaftlern, die an Universit\u00e4ten studierten (und normalerweise einen Doktorgrad in Physik hatten) und an Universit\u00e4ten oder Unternehmensforschungsinstituten arbeiteten.<br \/>\n<noindex><a rel=\"nofollow\" name=\"habracut\"><\/a><\/noindex><br \/>\nJeder, der Zugang zu einer Werkstatt hat und grundlegende F\u00e4higkeiten im Umgang mit Materialien besitzt, kann ein Relais aus Draht, Metall und Holz zusammenbauen. F\u00fcr die Herstellung von Elektronenr\u00f6hren sind spezialisiertere Werkzeuge erforderlich, die in der Lage sind, eine Glaskolben zu erzeugen und die Luft daraus abzupumpen. Festk\u00f6rperger\u00e4te hingegen verschwanden im Kaninchenbau, aus dem der digitale Schalter niemals zur\u00fcckkehrte, und tauchten immer tiefer in Welten ein, die nur der abstrakten Mathematik verst\u00e4ndlich sind und nur mit extrem teurer Ausr\u00fcstung zug\u00e4nglich sind.<\/p>\n<h2>Galena<\/h2>\n<p>\nIm Jahr 1874 <noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/ru.wikipedia.org\/wiki\/%D0%91%D1%80%D0%B0%D1%83%D0%BD,_%D0%9A%D0%B0%D1%80%D0%BB_%D0%A4%D0%B5%D1%80%D0%B4%D0%B8%D0%BD%D0%B0%D0%BD%D0%B4\">Ferdinand Braun<\/a><\/noindex>, ein 24-j\u00e4hriger Physiker von der Thomasschule in Leipzig, ver\u00f6ffentlichte die erste von vielen wichtigen wissenschaftlichen Arbeiten in seiner langen Karriere. Die Arbeit \"\u00dcber das Durchlaufen elektrischer Str\u00f6me durch Metallsulfide\" wurde in der Zeitschrift Pogendorff\u2019s Annalen, einer renommierten Fachzeitschrift f\u00fcr physikalische Wissenschaften, angenommen. Trotz des langweiligen Titels beschrieb Brauns Arbeit einige erstaunliche und r\u00e4tselhafte experimentelle Ergebnisse.<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"Die Geschichte des Transistors: Auf der Suche im Dunkeln\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2020\/01\/dba4a5648572427d3c139ff9560f92f9.jpg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\n<i>Ferdinand Braun<\/i><\/p>\n<p>Braun war von Sulfiden fasziniert \u2013 mineralischen Kristallen, die aus Verbindungen von Schwefel mit Metallen bestehen \u2013 dank der Arbeiten <noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/ru.wikipedia.org\/wiki\/%D0%93%D0%B8%D1%82%D1%82%D0%BE%D1%80%D1%84,_%D0%98%D0%BE%D0%B3%D0%B0%D0%BD%D0%BD_%D0%92%D0%B8%D0%BB%D1%8C%D0%B3%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0%BC\">Johann Wilhelm Hittorff<\/a><\/noindex>. Bereits im Jahr 1833 stellte Michael Faraday fest, dass die Leitf\u00e4higkeit von Silber-sulfid mit der Temperatur zunahm, was dem Verhalten von metallischen Leitern vollkommen entgegengesetzt ist. Gittorf erstellte in den 1850er Jahren einen sorgf\u00e4ltigen quantitativen Bericht \u00fcber die Messungen dieses Effekts f\u00fcr Sulfide sowohl von Silber als auch von Kupfer. Nun entdeckte Brown, der eine raffinierte experimentelle Anordnung verwendete, bei der ein metallischer Draht mit einer Feder an einen Kristall aus Sulfid gedr\u00fcckt wurde, um einen guten Kontakt zu gew\u00e4hrleisten, etwas noch Seltsameres. Die Leitf\u00e4higkeit der Kristalle hing von der Richtung ab \u2013 zum Beispiel konnte der Strom in einer Richtung gut flie\u00dfen, w\u00e4hrend bei Umkehrung der Polarit\u00e4t der Batterie der Strom pl\u00f6tzlich stark abfiel. In einer Richtung verhielten sich die Kristalle mehr wie Leiter (wie normale Metalle), w\u00e4hrend sie in der anderen mehr wie Isolatoren (wie Glas oder Gummi) funktionierten. Dieses Verhalten wurde als Gleichrichtung bekannt, aufgrund der F\u00e4higkeit, den \u201egewundenen\u201c Wechselstrom in den \u201eflachen\u201c Gleichstrom umzuwandeln.<\/p>\n<p>Ungef\u00e4hr zur gleichen Zeit entdeckten Forscher auch andere seltsame Eigenschaften solcher Materialien wie beispielsweise Selen, das aus einigen sulfidischen Erzen von Metallen gewonnen werden konnte. Unter Lichteinfluss erh\u00f6hte Selen die Leitf\u00e4higkeit und begann sogar, Elektrizit\u00e4t zu erzeugen, und konnte auch zum Gleichrichten verwendet werden. Gab es hier eine Verbindung zu den Sulfidkristallen? Ohne theoretische Modelle, die erkl\u00e4ren konnten, was geschah, herrschte in diesem Bereich Verwirrung.<\/p>\n<p>Doch das Fehlen einer Theorie hinderte nicht die Versuche, die Ergebnisse praktisch anzuwenden. Ende der 1890er Jahre wurde Brown Professor an der Universit\u00e4t Stra\u00dfburg \u2013 die k\u00fcrzlich im Zuge von <noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/ru.wikipedia.org\/wiki\/%D0%A4%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%BA%D0%BE-%D0%BF%D1%80%D1%83%D1%81%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D0%B2%D0%BE%D0%B9%D0%BD%D0%B0\">Franz\u00f6sisch-Deutschen Krieges<\/a><\/noindex> von Frankreich annektiert wurde und in die Universit\u00e4t Kaiser Wilhelm umbenannt wurde. Dort wurde er in eine aufregende neue Welt der Radiotelegrafie hineingezogen. Er stimmte dem Vorschlag einer Gruppe von Unternehmern zu, gemeinsam ein drahtloses Kommunikationssystem zu entwickeln, das auf der \u00dcbertragung von Radiowellen durch Wasser basierte. Doch bald gaben er und seine Komplizen die urspr\u00fcngliche Idee zugunsten der Luft\u00fcbertragung von Signalen auf, die von Marconi und anderen verwendet wurde.<\/p>\n<p>Unter den Aspekten des Radios, die die Brown-Gruppe verbessern wollte, war der zu dieser Zeit g\u00e4ngige Empf\u00e4nger, <noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/ru.wikipedia.org\/wiki\/%D0%9A%D0%BE%D0%B3%D0%B5%D1%80%D0%B5%D1%80\">Koh\u00e4rer<\/a><\/noindex>Er basierte auf der Tatsache, dass Radiowellen metallene Sp\u00e4ne dazu bringen, sich zu einem Klumpen zu sammeln, wodurch der Strom von der Batterie zu dem Signalger\u00e4t gelangen konnte. Das funktionierte, aber das System reagierte nur auf relativ starke Signale, und um den Klumpen von Sp\u00e4nen zu l\u00f6sen, musste man st\u00e4ndig auf das Ger\u00e4t schlagen. Brown erinnerte sich an seine alten Experimente mit Sulfidkristallen und rekonstruierte 1899 seine alte experimentelle Aufbaus mit dem neuen Ziel, als Drahtlosignaldetektor zu dienen. Den Gleichrichtereffekt nutzte er, um den winzigen Oszillationsstrom, den die durchlaufenden Radiowellen erzeugten, in Gleichstrom umzuwandeln, der einen kleinen Lautsprecher speisen konnte, der h\u00f6rbare Klicks f\u00fcr jeden Punkt oder Strich erzeugte. Dieses Ger\u00e4t wurde sp\u00e4ter als \u201e<noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/ru.wikipedia.org\/wiki\/%D0%9A%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BB%D0%BB%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D0%B4%D0%B5%D1%82%D0%B5%D0%BA%D1%82%D0%BE%D1%80\">Katze-Schnurrer-Detektor<\/a><\/noindex>\u201c aufgrund des Aussehens des Drahtes bekannt, der leicht die Oberseite des Kristalls ber\u00fchrte. In Britisch-Indien (wo sich heute Bangladesch befindet) baute der Wissenschaftler und Erfinder Jagadish Bose m\u00f6glicherweise bereits 1894 ein \u00e4hnliches Ger\u00e4t. Bald darauf begannen andere, \u00e4hnliche Detektoren auf Basis von Silizium und Karborund (Siliziumkarbid) zu entwickeln.<\/p>\n<p>Es war jedoch gerade <noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/ru.wikipedia.org\/wiki\/%D0%93%D0%B0%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%82\">Galena<\/a><\/noindex>, Bleisulfid, das zur Gewinnung von Blei seit der Antike geschmolzen wurde, das bevorzugte Material f\u00fcr Kristalldetektoren. Sie waren einfach herzustellen und kosteng\u00fcnstig und wurden daher unglaublich beliebt unter der fr\u00fchen Generation von Radiobegeisterten. Dar\u00fcber hinaus konnte der Kristalldetektor im Gegensatz zum bin\u00e4ren Koh\u00e4rierer (mit Sp\u00e4nen, die entweder zusammengeballt oder nicht waren) ein kontinuierliches Signal wiedergeben. Daher konnte er h\u00f6rbare \u00dcbertragungen von Sprache und Musik ausgeben, nicht nur den Morsecode mit seinen Punkten und Strichen.<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"Die Geschichte des Transistors: Auf der Suche im Dunkeln\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2020\/01\/b43382b70622d1171b8d3e65e5927526.jpg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\n<i>Der \u201eKatze-Schnurrer\u201c-Detektor auf Basis von Galena. Das kleine St\u00fcck Draht links ist der Schnurrer, und das St\u00fcck silbrigen Materials unten ist der Galenakristall.<\/i><\/p>\n<p>Wie versierte Radiobegeisterte bald feststellten, konnte die Suche nach dem magischen Punkt auf der Kristalloberfl\u00e4che, der eine gute Gleichrichtung gew\u00e4hrte, Minuten oder sogar Stunden in Anspruch nehmen. Und die Signale ohne Verst\u00e4rkung waren schwach und hatten einen metallischen Klang. Bis in die 1920er Jahre brachten Empf\u00e4nger mit Elektronenr\u00f6hren und Triodenschaltungen kristalline Detektoren fast \u00fcberall aus dem Verkehr. Ihre einzige anziehende Eigenschaft war die geringe Kosten.<\/p>\n<p>Dieses kurze Auftreten von Radioreception schien das Maximum der praktischen Anwendung der seltsamen elektrischen Eigenschaften des Materials zu sein, die von Braun und anderen entdeckt wurden.<\/p>\n<h2>Kupferoxid<\/h2>\n<p>\nDann entdeckte in den 1920er Jahren ein anderer Physiker namens Lars Gr\u00f8ndahl etwas Seltsames mit seiner experimentellen Anlage. Gr\u00f8ndahl, der erste einer Reihe von klugen und rastlosen M\u00e4nnern in der Geschichte des amerikanischen Westens, war der Sohn eines Bauingenieurs. Sein Vater, der 1880 aus Norwegen ausgewandert war, arbeitete mehrere Jahrzehnte lang f\u00fcr die Eisenbahnen in Kalifornien, Oregon und Washington. Zun\u00e4chst schien es, dass Gr\u00f8ndahl die Ingenieurswelt seines Vaters hinter sich lassen wollte und ging an die Johns-Hopkins-Universit\u00e4t, um einen Doktorgrad in Physik zu erlangen und einen akademischen Weg einzuschlagen. Doch dann wurde auch er in das Eisenbahngesch\u00e4ft eingebunden und \u00fcbernahm die Position des Forschungsleiters bei der Union Switch and Signal Company, einer Tochtergesellschaft des Industrie-Giganten <noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/ru.wikipedia.org\/wiki\/Westinghouse_Electric\">Westinghouse<\/a><\/noindex>, die Ausr\u00fcstung f\u00fcr die Eisenbahnindustrie lieferte.<\/p>\n<p>In verschiedenen Quellen werden widerspr\u00fcchliche Gr\u00fcnde erw\u00e4hnt, die Gr\u00f8ndahl zu seinen Forschungen motivierten, aber so oder so begann er, mit erhitzten Kupferscheiben zu experimentieren, um eine oxidierte Schicht zu erzeugen. Dabei fiel ihm die Asymmetrie des Stroms auf \u2013 der Widerstand in eine Richtung war dreimal h\u00f6her als in die andere. Die Platte aus Kupfer und Kupferoxid gleichrichtete den Strom, genau wie ein Sulfiddetektor.<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"Die Geschichte des Transistors: Auf der Suche im Dunkeln\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2020\/01\/5ea17aa0272848adb9fdb122b650dc19.jpg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\n<i>Schaltung des Gleichrichters aus Kupferoxid<\/i><\/p>\n<p>In den folgenden sechs Jahren entwickelte Grondal auf Basis dieses Ph\u00e4nomens einen gebrauchsf\u00e4higen kommerziellen Gleichrichter, unterst\u00fctzt von einem anderen Forscher aus den USA, Paul Geiger, und reichte dann 1926 einen Patentantrag ein und verk\u00fcndete seine Entdeckung vor der American Physical Society. Das Ger\u00e4t wurde sofort ein kommerzieller Hit. Dank fehlender zerbrechlicher Dr\u00e4hte war es viel zuverl\u00e4ssiger als der auf dem R\u00f6hrenprinzip von Fleming basierende Elektronenr\u00f6hren-Gleichrichter und war in der Herstellung kosteng\u00fcnstig. Im Gegensatz zu den Braun-Kristall-Gleichrichtern funktionierte es beim ersten Versuch, und aufgrund der gr\u00f6\u00dferen Metall- und Oxidkontaktfl\u00e4che arbeitete es \u00fcber ein gr\u00f6\u00dferes Spektrum an Str\u00f6men und Spannungen. Es konnte Batterien aufladen, Signale in verschiedenen elektrischen Systemen erkennen und als Sicherheitsbypass in leistungsstarken Generatoren verwendet werden. Bei der Nutzung als Photovoltaik-Element konnten die Scheiben als Lichtmessger\u00e4te fungieren und waren besonders n\u00fctzlich in der Fotografie. Andere Forscher entwickelten ungef\u00e4hr zur selben Zeit Gleichrichter aus Selen, die \u00e4hnliche Verwendungsm\u00f6glichkeiten fanden.<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"Die Geschichte des Transistors: Auf der Suche im Dunkeln\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2020\/01\/61c76a25b892e1064316faf461bd3da1.jpg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\n<i>Ein Paket von Gleichrichtern auf Basis von Kupferoxid. Die Anordnung mehrerer Scheiben erh\u00f6hte den R\u00fcckflusswiderstand, was die Verwendung bei hohen Spannungen erm\u00f6glichte.<\/i><\/p>\n<p>Nach einigen Jahren beschlossen zwei Physiker aus den Bell Laboratories, Joseph Becker und <noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/ru.wikipedia.org\/wiki\/%D0%91%D1%80%D0%B0%D1%82%D1%82%D0%B5%D0%B9%D0%BD,_%D0%A3%D0%BE%D0%BB%D1%82%D0%B5%D1%80_%D0%A5%D0%B0%D1%83%D0%B7%D0%B5%D1%80\">Walter Brattain<\/a><\/noindex>, das Funktionsprinzip des Kupfergleichrichters zu untersuchen \u2013 sie waren daran interessiert, wie er funktioniert und wie er im Bell System eingesetzt werden k\u00f6nnte.<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"Die Geschichte des Transistors: Auf der Suche im Dunkeln\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2020\/01\/a670707a5c9ee86ae7b7f129fd8fdee1.jpg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\n<i>Brattain im Alter von etwa 1950<\/i><\/p>\n<p>Brattain stammte aus der gleichen Region wie Grondal, aus dem pazifischen Nordwesten, wo er auf einer Farm lebte, die nur wenige Kilometer von der kanadischen Grenze entfernt lag. In der Oberstufe interessierte er sich f\u00fcr Physik, er zeigte Begabung in diesem Bereich und erhielt schlie\u00dflich Ende der 1920er Jahre einen Doktortitel an der University of Minnesota und trat 1929 in die Bell Laboratories ein. Unter anderem studierte er an der Universit\u00e4t die neueste theoretische Physik, die in Europa popul\u00e4r wurde und als Quantenmechanik bekannt ist (sein Betreuer war <noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/ru.wikipedia.org\/wiki\/%D0%92%D0%B0%D0%BD_%D0%A4%D0%BB%D0%B5%D0%BA,_%D0%94%D0%B6%D0%BE%D0%BD_%D0%A5%D0%B0%D0%B7%D0%B1%D1%80%D1%83%D0%BA\">John Hazbrook Van Fleck<\/a><\/noindex>, der auch John Atanasoff betreute).<\/p>\n<h2>Die Quantenrevolution<\/h2>\n<p>\nDie neue theoretische Plattform hat sich in den letzten drei Jahrzehnten langsam entwickelt und wird eines Tages alle seltsamen Ph\u00e4nomene erkl\u00e4ren k\u00f6nnen, die \u00fcber viele Jahre in Materialien wie Galenit, Selen und Kupferoxid beobachtet wurden. Eine ganze Kohorte \u00fcberwiegend junger Physiker, haupts\u00e4chlich aus Deutschland und den angrenzenden L\u00e4ndern, hat eine quantenmechanische Revolution in der Physik ausgel\u00f6st. \u00dcberall, wo sie hinsahen, entdeckten sie keine glatte und kontinuierliche Welt, wie sie gelehrt worden waren, sondern seltsame diskrete Klumpen.<\/p>\n<p>Alles begann in den 1890er Jahren. Max Planck, der ber\u00fchmte Professor der Universit\u00e4t Berlin, entschloss sich, an einer bekannten ungel\u00f6sten Frage zu arbeiten: wie \u201e<noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/ru.wikipedia.org\/wiki\/%D0%90%D0%B1%D1%81%D0%BE%D0%BB%D1%8E%D1%82%D0%BD%D0%BE_%D1%87%D1%91%D1%80%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D1%82%D0%B5%D0%BB%D0%BE\">ein absolut schwarzk\u00f6rper<\/a><\/noindex>\u201c (eine ideale Substanz, die alle Energie absorbiert und nicht reflektiert) Strahlung im elektromagnetischen Spektrum emittiert? Verschiedene Modelle wurden ausprobiert, von denen keines mit den experimentellen Ergebnissen \u00fcbereinstimmte \u2013 sie waren entweder am einen oder am anderen Ende des Spektrums unzureichend. Planck stellte fest, dass, wenn man annahm, dass Energie in kleinen \u201ePaketen\u201c diskreter Gr\u00f6\u00dfe vom K\u00f6rper emittiert wird, ein einfaches Gesetz f\u00fcr die Beziehung zwischen Frequenz und Energie aufgeschrieben werden kann, das perfekt mit den empirischen Ergebnissen \u00fcbereinstimmte.<\/p>\n<p>Bald darauf entdeckte Einstein, dass dies auch f\u00fcr die Absorption von Licht gilt (der erste Hinweis auf Photonen), und J.J. Thomson zeigte, dass auch Elektrizit\u00e4t nicht durch eine kontinuierliche Fl\u00fcssigkeit oder Welle, sondern durch diskrete Teilchen \u2013 Elektronen \u2013 \u00fcbertragen wird. Dann entwickelte Niels Bohr ein Modell, das erkl\u00e4rte, wie angeregte Atome Strahlung abgeben, indem es Elektronen separate Bahnen im Atom zuwies, die jeweils ihre eigene Energie besitzen. Allerdings ist dieser Begriff irref\u00fchrend, denn sie verhalten sich keineswegs wie Planetenbahnen \u2013 im Bohrschen Modell wechselten die Elektronen sofort von einer Bahn oder Energiestufe zur anderen, ohne durch einen Zwischenzustand zu gehen. Schlie\u00dflich entwickelten in den 1920er Jahren Erwin Schr\u00f6dinger, Werner Heisenberg, Max Born und andere eine allgemeine mathematische Plattform, die als Quantenmechanik bekannt ist, und die alle spezifischen Quantenmodelle umfasste, die in den vorhergehenden zwanzig Jahren entwickelt wurden.<\/p>\n<p>Zu diesem Zeitpunkt waren die Physiker bereits \u00fcberzeugt, dass Materialien wie Selen und Galenit, die photovoltaische und gleichrichtende Eigenschaften zeigen, einer eigenen Materialklasse angeh\u00f6ren, die sie Halbleiter nannten. Die Klassifizierung nahm aus mehreren Gr\u00fcnden viel Zeit in Anspruch. Erstens waren die Kategorien \u201eLeiter\u201c und \u201eIsolatoren\u201c selbst ziemlich weit gefasst. Die sogenannten \u201eLeiter\u201c unterschieden sich \u00e4u\u00dferst stark in ihrer Leitf\u00e4higkeit, das Gleiche (in geringerem Ma\u00dfe) galt auch f\u00fcr Isolatoren, und es war nicht offensichtlich, auf welche Weise ein bestimmter Leiter einer dieser Klassen zugeordnet werden konnte. Dar\u00fcber hinaus war es bis zur Mitte des 20. Jahrhunderts unm\u00f6glich, sehr reine Substanzen zu gewinnen oder zu erzeugen, und jede Unregelm\u00e4\u00dfigkeit in der Leitf\u00e4higkeit nat\u00fcrlicher Materialien konnte immer auf Verunreinigungen zur\u00fcckgef\u00fchrt werden.<\/p>\n<p>Jetzt hatten die Physiker sowohl mathematische Werkzeuge der Quantenmechanik als auch eine neue Materialklasse, auf die sie diese anwenden konnten. Der britische Theoretiker <noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Alan_Herries_Wilson\">Alan Wilson<\/a><\/noindex> stellte 1931 als Erster alles zusammen und entwickelte ein allgemeines Modell der Halbleiter sowie ihrer Funktionsweise.<\/p>\n<p>Zun\u00e4chst behauptete Wilson, dass sich leitende Materialien von Dielektrika durch den Zustand der Energieb\u00e4nder unterscheiden. Die Quantenmechanik besagt, dass Elektronen nur auf einer begrenzten Anzahl von Energieniveaus existieren k\u00f6nnen, die den Schalen oder Orbitalen einzelner Atome eigen sind. Wenn diese Atome in der Struktur eines Materials zusammengedr\u00fcckt werden, ist es angemessener, sich kontinuierliche Energieb\u00e4nder vorzustellen, die das Material durchdringen. In Leitern gibt es in den hohen Energieb\u00e4ndern freie Pl\u00e4tze, und ein elektrisches Feld kann Elektronen dorthin verschieben. In Isolatoren sind die B\u00e4nder gef\u00fcllt, und bis zu einem h\u00f6heren, leitenden Band, durch das Elektrizit\u00e4t leichter flie\u00dfen kann, ist es recht weit.<\/p>\n<p>Dies f\u00fchrte ihn zu der Schlussfolgerung, dass Verunreinigungen \u2013 fremde Atome in der Struktur des Materials \u2013 zu seinen Halbleitereigenschaften beitragen m\u00fcssen. Sie k\u00f6nnen entweder \u00fcbersch\u00fcssige Elektronen liefern, die leicht in den Leitungsbereich \u00fcbertreten, oder L\u00f6cher \u2013 das Fehlen von Elektronen im Vergleich zum restlichen Material \u2013 was leere energetische Stellen schafft, in die sich freie Elektronen bewegen k\u00f6nnen. Die erste Variante wurde sp\u00e4ter als n-Typ-Halbleiter (oder elektronische Halbleiter) bezeichnet \u2013 wegen der \u00fcbersch\u00fcssigen negativen Ladung, und die zweiten als p-Typ, oder Lochhalbleiter \u2013 wegen der \u00fcbersch\u00fcssigen positiven Ladung.<\/p>\n<p>Schlie\u00dflich schlug Wilson vor, dass das Gleichrichten von Strom durch Halbleiter im Rahmen des quantenmechanischen <noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/ru.wikipedia.org\/wiki\/%D0%A2%D1%83%D0%BD%D0%BD%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D1%8D%D1%84%D1%84%D0%B5%D0%BA%D1%82\">Tunnel-Effekts<\/a><\/noindex>, dem pl\u00f6tzlichen Sprung von Elektronen \u00fcber eine d\u00fcnne elektrische Barriere im Material, erkl\u00e4rt werden kann. Die Theorie schien plausibel, sagte jedoch voraus, dass im Gleichrichter der Strom von Oxid zu Kupfer flie\u00dfen sollte, w\u00e4hrend es in der Realit\u00e4t umgekehrt war.<\/p>\n<p>So blieben Halbleiter trotz aller Fortschritte von Wilson komplex zu erkl\u00e4ren. Wie allm\u00e4hlich deutlich wurde, beeinflussten mikroskopische Ver\u00e4nderungen der Kristallstruktur und der Verunreinigungsdichten unverh\u00e4ltnism\u00e4\u00dfig stark ihr makroskopisches elektrisches Verhalten. Ungeachtet des fehlenden Verst\u00e4ndnisses \u2013 da niemand die experimentellen Beobachtungen, die Brown 60 Jahre zuvor gemacht hatte, erkl\u00e4ren konnte \u2013 entwickelten Brattain und Becker einen effektiven Produktionsprozess f\u00fcr Kupferoxid-Gleichrichter f\u00fcr ihren Arbeitgeber. Bell System begann schnell, die Gleichrichter auf elektronischen R\u00f6hren im gesamten System durch ein neues Ger\u00e4t zu ersetzen, das ihre Ingenieure <noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/ru.wikipedia.org\/wiki\/%D0%92%D0%B0%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%80\">Varistor<\/a><\/noindex>, genannt wurde, da sein Widerstand je nach Richtung variierte.<\/p>\n<h2>Goldmedaille<\/h2>\n<p>\nMervin Kelly, Physiker und ehemaliger Leiter der Abteilung f\u00fcr elektronenr\u00f6hren bei den Bell Laboratories, war sehr an diesem Fortschritt interessiert. \u00dcber ein paar Jahrzehnte hinweg haben die elektronenr\u00f6hren Bell unsch\u00e4tzbare Dienste geleistet und konnten Funktionen ausf\u00fchren, die f\u00fcr die vorherige Generation mechanischer und elektromechanischer Komponenten nicht verf\u00fcgbar waren. Aber sie erhitzten sich stark, \u00fcberhitzten regelm\u00e4\u00dfig, ben\u00f6tigten viel Energie und waren wartungsintensiv. Kelly plante, das System von Bell neu aufzubauen, basierend auf zuverl\u00e4ssigeren und strapazierf\u00e4higeren Halbleiterkomponenten wie Varistoren, die keine luftdichten gasgef\u00fcllten oder leeren Geh\u00e4use, noch gl\u00fchende Dr\u00e4hte ben\u00f6tigten. 1936 wurde er Leiter der Forschungsabteilung der Bell Laboratories und begann, die Organisation in eine neue Richtung umzulenken.<\/p>\n<p>Nachdem ein Halbleitergleichrichter entwickelt wurde, war der n\u00e4chste logische Schritt, einen Halbleiterverst\u00e4rker zu schaffen. Selbstverst\u00e4ndlich k\u00f6nnte ein solches Ger\u00e4t, wie der R\u00f6hrenverst\u00e4rker, auch als digitaler Schalter fungieren. Dies interessierte die Firma Bell besonders, da in Telefonvermittlungen nach wie vor eine enorme Anzahl elektromechanischer digitaler Schalter im Einsatz war. Das Unternehmen suchte nach einer zuverl\u00e4ssigeren, kompakteren, energieeffizienten und k\u00fchlen Alternative zur Elektronenr\u00f6hre in Telefonsystemen, Radioempf\u00e4ngern, Radaren und anderen analogen Ger\u00e4ten, wo sie zur Verst\u00e4rkung schwacher Signale auf ein Niveau verwendet wurden, das vom menschlichen Ohr wahrgenommen werden kann.<\/p>\n<p>Im Jahr 1936 hoben die Bell Laboratories schlie\u00dflich das w\u00e4hrend der <noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/ru.wikipedia.org\/wiki\/%D0%92%D0%B5%D0%BB%D0%B8%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D0%B4%D0%B5%D0%BF%D1%80%D0%B5%D1%81%D1%81%D0%B8%D1%8F\">Gro\u00dfen Depression<\/a><\/noindex>verh\u00e4ngte Einstellungsverbot auf. Kelly begann sofort, Experten f\u00fcr Quantenmechanik einzustellen, um ihm bei der Umsetzung seines Forschungsprogramms im Bereich Halbleiterger\u00e4te zu helfen, darunter auch <noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/ru.wikipedia.org\/wiki\/%D0%A8%D0%BE%D0%BA%D0%BB%D0%B8,_%D0%A3%D0%B8%D0%BB%D1%8C%D1%8F%D0%BC_%D0%91%D1%80%D1%8D%D0%B4%D1%84%D0%BE%D1%80%D0%B4\">William Shockley<\/a><\/noindex>, ein weiterer Auswanderer von der Westk\u00fcste, aus Palo Alto (Kalifornien). Das Thema seiner k\u00fcrzlich an MIT abgeschlossenen Dissertation passte perfekt zu Kellys Bed\u00fcrfnissen: \u201eElektronische Zonen in Natriumchlorid\u201c.<\/p>\n<p>Brattain und Becker setzten zur selben Zeit ihre Forschungen zum Gleichrichter auf Kupferoxid fort, um einen verbesserten Festk\u00f6rpersignalverst\u00e4rker zu entwickeln. Der offensichtlichste Weg, ihn herzustellen, bestand darin, sich an der Elektronenr\u00f6hre zu orientieren. So wie Lee de Forest den R\u00f6hrenverst\u00e4rker nahm und <noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/habr.com\/ru\/post\/405207\/\">das elektrische Gitter<\/a><\/noindex> zwischen Kathode und Anode platzierte, so stellten Brattain und Becker sich vor, wie man ein Gitter an der Grenzfl\u00e4che zwischen Kupfer und Kupferoxid einf\u00fcgen k\u00f6nnte, wo das Gleichrichten angenommen wurde. Aufgrund der geringen Schichtdicke hielten sie dies jedoch f\u00fcr unm\u00f6glich und hatten damit keinen Erfolg.<\/p>\n<p>In der Zwischenzeit zeigte sich bei anderen Entwicklungen, dass die Bell Labs nicht die einzige Firma waren, die sich f\u00fcr die Festk\u00f6rperelektronik interessierte. 1938 ver\u00f6ffentlichten Rudolf Hilsh und Robert Paul die Ergebnisse von Experimenten, die an der Universit\u00e4t G\u00f6ttingen mit einem funktionierenden Festk\u00f6rperverst\u00e4rker durchgef\u00fchrt wurden, der durch die Einf\u00fcgung eines Gitters in ein Kristall aus Kaliumbromid geschaffen wurde. Dieses Laborger\u00e4t hatte keinen praktischen Wert \u2013 haupts\u00e4chlich, weil es mit nicht mehr als 1 Hz arbeitete. Dennoch konnte dieser Fortschritt alle Interessierten an Festk\u00f6rperelektronik erfreuen. Im selben Jahr setzte Kelly Shockley in eine neue unabh\u00e4ngige Forschungsgruppe f\u00fcr Festk\u00f6rperelemente ein und erteilte ihm und seinen Kollegen \u2013 Foster Nichol und Dean Woolridge \u2013 carte blanche zur Erforschung ihrer M\u00f6glichkeiten.<\/p>\n<p>Mindestens zwei weitere Erfinder gelang es, vor dem Zweiten Weltkrieg Festk\u00f6rperverst\u00e4rker zu entwickeln. 1922 ver\u00f6ffentlichte der sowjetische Physiker und Erfinder <noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/ru.wikipedia.org\/wiki\/%D0%9B%D0%BE%D1%81%D0%B5%D0%B2,_%D0%9E%D0%BB%D0%B5%D0%B3_%D0%92%D0%BB%D0%B0%D0%B4%D0%B8%D0%BC%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B8%D1%87\">Oleg Wladimirowitsch Losew<\/a><\/noindex> die Ergebnisse erfolgreicher Experimente mit Zinkit-Halbleitern, doch seine Arbeiten blieben von der westlichen Gemeinschaft unbemerkt; 1926 beantragte der amerikanische Erfinder Julius Lilienfeld ein Patent f\u00fcr einen Festk\u00f6rperverst\u00e4rker, jedoch gibt es keine Beweise f\u00fcr die Funktionalit\u00e4t seiner Erfindung.<\/p>\n<p>Die erste gro\u00dfe Erkenntnis von Shockley in seiner neuen Position kam w\u00e4hrend der Lekt\u00fcre der Arbeit des britischen Physikers Neville Mott \"Die Theorie kristalliner Gleichrichter\" aus dem Jahr 1938, in der schlie\u00dflich das Funktionsprinzip des Grondal-Gleichrichters auf Kupferoxid erkl\u00e4rt wurde. Mott verwendete die Mathematik der Quantenmechanik, um die Bildung des elektrischen Feldes an der Schnittstelle zwischen dem leitenden Metall und dem halbleitenden Oxid zu beschreiben und wie Elektronen \u00fcber diese elektrische Barriere \"springen\", anstatt wie von Wilson vorgeschlagen zu tunneln. Der Strom flie\u00dft leichter vom Metall zum Halbleiter als umgekehrt, da das Metall viel mehr freie Elektronen hat.<\/p>\n<p>Dies f\u00fchrte Shockley zu genau der gleichen Idee, die Brattain und Becker viele Jahre zuvor in Betracht gezogen und verworfen hatten \u2013 einen Festk\u00f6rperverst\u00e4rker zu bauen, indem man ein Gitter aus Kupferoxid in den Zwischenraum zwischen Kupfer und Kupferoxid einf\u00fcgte. Er hoffte, dass der Strom, der durch das Gitter flie\u00dft, die Barriere erh\u00f6hen w\u00fcrde, die den Strom von Kupfer zu Oxid begrenzt, und so eine invertierte, verst\u00e4rkte Version des Signals am Gitter erzeugt. Sein erster grober Versuch schlug komplett fehl, weshalb er sich an jemanden wandte, der \u00fcber ausgefeiltere Laborf\u00e4higkeiten verf\u00fcgte und gut mit Gleichrichtern vertraut war \u2013 Walter Brattain. Und obwohl er keine Zweifel an dem Ergebnis hatte, stimmte Brattain zu, Shockleys Neugier zu befriedigen und eine komplexere Version des \"Gitter\"-Verst\u00e4rkers zu erstellen. Auch dieser funktionierte nicht.<\/p>\n<p>Dann intervenierte der Krieg, wodurch Kellys neues Forschungsprogramm in Chaos geriet. Kelly \u00fcbernahm die Leitung einer Radararbeitsgruppe in den Bell Laboratories, die mit Unterst\u00fctzung des wichtigsten Radar-Forschungszentrums der USA am MIT arbeitete. Brattain arbeitete nur kurz f\u00fcr ihn und wechselte dann zur Erforschung des magnetischen Nachweises von U-Booten im Auftrag der Marine. Wooldridge arbeitete an Feuerleitsystemen, Nix \u2013 an der Gasdiffusion f\u00fcr das Manhattan-Projekt, und Shockley ging in die Operationsforschung und besch\u00e4ftigte sich zun\u00e4chst mit der Bek\u00e4mpfung von U-Booten im Atlantik und sp\u00e4ter mit strategischen Bombardierungen im Pazifik.<\/p>\n<p>Doch trotz dieses Eingreifens stoppte der Krieg nicht die Entwicklung der Festk\u00f6rper-Elektronik. Im Gegenteil, er f\u00fchrte zu einem massiven Ressourcenaufbau in diesem Bereich und konzentrierte die Forschung auf zwei Materialien: Germanium und Silizium.<\/p>\n<h2>Was man sonst noch lesen sollte<\/h2>\n<p>\nErnest Bruan und Stuart MacDonald, Revolution in Miniature (1978)<\/p>\n<p>Friedrich Kurylo und Charles Susskind, Ferdinand Braun (1981)<\/p>\n<p>G. L. Pearson und W. H. Brattain, \u201eGeschichte der Halbleiterforschung\u201c, Proceedings of the IRE (Dezember 1955).<\/p>\n<p>Michael Riordan und Lillian Hoddeson, Crystal Fire (1997)<br \/>\n<br \/>Quelle: <a content=\"nofollow\" rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/habr.com\/ru\/post\/448238\/\">habr.com<\/a><\/p>","protected":false,"gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"html"}]},"excerpt":{"rendered":"<p>\u0414\u0440\u0443\u0433\u0438\u0435 \u0441\u0442\u0430\u0442\u044c\u0438 \u0446\u0438\u043a\u043b\u0430: \u0418\u0441\u0442\u043e\u0440\u0438\u044f \u0440\u0435\u043b\u0435 \u041c\u0435\u0442\u043e\u0434 \u00ab\u0431\u044b\u0441\u0442\u0440\u043e\u0439 \u043f\u0435\u0440\u0435\u0434\u0430\u0447\u0438 \u0441\u0432\u0435\u0434\u0435\u043d\u0438\u0439\u00bb, \u0438\u043b\u0438 \u0417\u0430\u0440\u043e\u0436\u0434\u0435\u043d\u0438\u0435 \u0440\u0435\u043b\u0435 \u0414\u0430\u043b\u044c\u043d\u043e\u043f\u0438\u0441\u0435\u0446 \u0413\u0430\u043b\u044c\u0432\u0430\u043d\u0438\u0437\u043c 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\u042d\u043b\u0435\u043a\u0442\u0440\u043e\u043d\u043d\u0430\u044f \u0440\u0435\u0432\u043e\u043b\u044e\u0446\u0438\u044f \u0418\u0441\u0442\u043e\u0440\u0438\u044f \u0442\u0440\u0430\u043d\u0437\u0438\u0441\u0442\u043e\u0440\u0430 \u041f\u0440\u043e\u0431\u0438\u0440\u0430\u044f\u0441\u044c \u043d\u0430 \u043e\u0449\u0443\u043f\u044c \u0432 \u0442\u0435\u043c\u043d\u043e\u0442\u0435 \u0418\u0437 \u0433\u043e\u0440\u043d\u0438\u043b\u0430 \u0432\u043e\u0439\u043d\u044b \u041c\u043d\u043e\u0433\u043e\u043a\u0440\u0430\u0442\u043d\u043e\u0435 \u043f\u0435\u0440\u0435\u0438\u0437\u043e\u0431\u0440\u0435\u0442\u0435\u043d\u0438\u0435 \u0418\u0441\u0442\u043e\u0440\u0438\u044f \u0438\u043d\u0442\u0435\u0440\u043d\u0435\u0442\u0430 \u041e\u043f\u043e\u0440\u043d\u0430\u044f \u0441\u0435\u0442\u044c \u0420\u0430\u0441\u043f\u0430\u0434, 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