Sarja teised artiklid:
- Relee ajalugu
- Elektrooniliste arvutite ajalugu
- Transistori ajalugu
- Interneti ajalugu
Sõjatiigel pani aluse transistori tulekule. Aastatel 1939–1945 laienesid tehnilised teadmised pooljuhtide vallas tohutult. Ja selleks oli üks lihtne põhjus: radar. Sõja kõige olulisem tehnoloogia, mille näideteks on õhurünnakute tuvastamine, allveelaevade otsimine, öiste õhurünnakute sihtmärkidele suunamine, õhutõrjesüsteemide ja mererelvade sihtimine. Insenerid on isegi õppinud, kuidas pisikesi radareid suurtükimürskudeks lüüa, et need sihtmärgi lähedal lennates plahvatavad. . Selle võimsa uue sõjatehnoloogia allikaks oli aga rahulikum valdkond: atmosfääri ülemiste kihtide uurimine teaduslikel eesmärkidel.
Radar
1901. aastal edastas Marconi Wireless Telegraph Company edukalt traadita sõnumi üle Atlandi ookeani Cornwallist Newfoundlandi. See asjaolu on ajanud kaasaegse teaduse segadusse. Kui raadiosaated liiguvad sirgjooneliselt (nagu peaks), peaks selline edastamine olema võimatu. Inglismaa ja Kanada vahel pole otsenähte, mis ei ületaks Maad, mistõttu pidi Marconi sõnum kosmosesse lendama. Ameerika insener Arthur Kennealy ja Briti füüsik Oliver Heaviside tegid samaaegselt ja sõltumatult ettepaneku, et selle nähtuse seletus tuleb seostada atmosfääri ülemistes kihtides paikneva ioniseeritud gaasi kihiga, mis on võimeline raadiolaineid Maale tagasi peegeldama (Marconi ise uskus, et raadiolained jälgida Maa pinna kumerust, kuid füüsikud seda ei toetanud).
1920. aastateks olid teadlased välja töötanud uued seadmed, mis võimaldasid esmalt tõestada ionosfääri olemasolu ja seejärel uurida selle struktuuri. Nad kasutasid lühilaine raadioimpulsside genereerimiseks vaakumlampe, nende atmosfääri saatmiseks ja kajade salvestamiseks suundantenne ja tulemuste demonstreerimiseks. Mida pikem on kaja tagastamise viivitus, seda kaugemal peab ionosfäär olema. Seda tehnoloogiat nimetati atmosfäärisondeerimiseks ja see andis põhilise tehnilise infrastruktuuri radari väljatöötamiseks (mõiste "radar" sõnast RAdio Detection And Ranging ilmus USA mereväes alles 1940. aastatel).
Oli vaid aja küsimus, millal õigete teadmiste, ressursside ja motivatsiooniga inimesed mõistavad selliste seadmete maapealsete rakenduste potentsiaali (seega on radari ajalugu vastupidine teleskoobi ajaloole, mis oli esmalt mõeldud maapealseks kasutamiseks) . Ja sellise ülevaate tõenäosus suurenes, kui raadio levis üha enam üle kogu planeedi ja rohkem inimesi märkas läheduses asuvate laevade, lennukite ja muude suurte objektide häireid. Teisel ajal levisid teadmised ülemise atmosfääri sondeerimise tehnoloogiatest (1932-1933), kui teadlased koostasid ionosfääri kaardi erinevatest Arktika jaamadest. Varsti pärast seda töötasid meeskonnad Suurbritannias, USA-s, Saksamaal, Itaalias, NSV Liidus ja teistes riikides välja oma kõige lihtsamad radarisüsteemid.
oma 1935. aasta radariga
Siis toimus sõda ja radarite tähtsus riikidele – ja nende arendamiseks vajalikud ressursid – kasvas järsult. Ameerika Ühendriikides kogunesid need ressursid 1940. aastal MIT-is asutatud uue organisatsiooni ümber, mida tuntakse kui (seda nimetati nii konkreetselt, et eksitada välismaa spioonid ja jätta mulje, et laboris uuritakse radioaktiivsust – tol ajal uskusid vähesed aatomipommid). Rad Labi projekt, mis ei saanud nii kuulsaks kui Manhattani projekt, värbas sellegipoolest oma ridadesse võrdselt silmapaistvaid ja andekaid füüsikuid kogu Ameerika Ühendriikidest. Labori viis esimest töötajat (sh и ) sai hiljem Nobeli preemia. Sõja lõpuks töötas laboris umbes 500 teadusdoktorit, teadlast ja inseneri, kokku töötas 4000 inimest. Pool miljonit dollarit – võrreldav kogu ENIAC-i eelarvega – kulutati ainuüksi kiirguslaborite sarjale, mis on kahekümne seitsme köite rekord kõigist sõja ajal laborist saadud teadmistest (kuigi USA valitsuse kulutused radaritehnoloogiale ei olnud piiratud Rad Lab eelarvesse; sõja ajal ostis valitsus kolme miljardi dollari väärtuses radareid).
MIT Building 20, kus asus Rad Lab
Rad Labi üks peamisi uurimisvaldkondi oli kõrgsagedusradar. Varased radarid kasutasid meetrites mõõdetud lainepikkusi. Kuid kõrgema sagedusega kiired lainepikkusega sentimeetrites – mikrolained – võimaldasid kompaktsemaid antenne ja olid pikkade vahemaade peale vähem hajutatud, tõotades suuremaid eeliseid ulatuse ja täpsuse osas. Mikrolaineradarid võiksid mahtuda lennuki ninasse ja tuvastada allveelaeva periskoobi suuruseid objekte.
Esimesena lahendas selle probleemi Briti füüsikute meeskond Birminghami ülikoolist. 1940. aastal töötasid nad välja "“, mis töötas nagu elektromagnetiline “vile”, muutes juhusliku elektriimpulsi võimsaks ja täpselt häälestatud mikrolainete kiireks. See mikrolainesaatja oli tuhat korda võimsam kui tema lähim konkurent; see sillutas teed praktilistele kõrgsageduslike radarsaatjate loomisele. Siiski vajas ta kaaslast, vastuvõtjat, mis oleks võimeline tuvastama kõrgeid sagedusi. Ja siinkohal pöördume tagasi pooljuhtide ajaloo juurde.
Magnetroni ristlõige
Kassi vurrude teine tulek
Selgus, et vaakumtorud ei sobi üldse mikrolaineradari signaalide vastuvõtmiseks. Kuuma katoodi ja külma anoodi vaheline tühimik tekitab mahtuvuse, mistõttu vooluahel keeldub töötamast kõrgetel sagedustel. Parim kõrgsagedusradari jaoks saadaolev tehnoloogia oli vanamoodne."- väike traaditükk, mis on surutud vastu pooljuhtkristalli. Mitmed inimesed on selle iseseisvalt avastanud, kuid meie loole kõige lähemal on see, mis juhtus New Jerseys.
1938. aastal sõlmis Bell Labs mereväega lepingu, et töötada välja tulejuhtimisradar 40 cm ulatuses – palju lühem ja seetõttu ka kõrgema sagedusega kui olemasolevad radarid resonantsmagnetronide ajastul. Põhiline uurimistöö läks Staten Islandist lõuna pool Holmdelis asuvale laborite divisjonile. Ei läinud kaua aega, kui teadlased välja mõtlesid, mida nad kõrgsagedusvastuvõtja jaoks vajaksid, ja peagi otsis insener George Southworth Manhattani raadiopoodides vanu kassivurrude detektoreid. Ootuspäraselt töötas see palju paremini kui lambidetektor, kuid see oli ebastabiilne. Nii otsis Southworth üles elektrokeemiku nimega Russell Ohl ja palus tal proovida parandada ühepunktilise kristallidetektori reaktsiooni ühtlust.
Ol oli üsna omapärane inimene, kes pidas oma saatuseks tehnika arengut ja rääkis perioodilistest arusaamadest tulevikuvisioonidega. Näiteks väitis ta, et teadis veel 1939. aastal tulevasest ränivõimendi leiutamisest, kuid saatus oli määratud teisele inimesele selle leiutamiseks. Pärast kümnete võimaluste uurimist otsustas ta räni kui Southworthi vastuvõtjate jaoks parima aine juurde. Probleemiks oli võime kontrollida materjali sisu, et kontrollida selle elektrilisi omadusi. Tol ajal olid tööstuslikud ränivaluplokid laialt levinud, neid kasutati terasetehastes, kuid sellises tootmises ei häirinud kedagi näiteks 1% fosfori sisaldus ränis. Paludes appi paar metallurgi, asus Ol hankima palju puhtamaid toorikuid, kui oli varem võimalik.
Töö käigus avastasid nad, et mõned nende kristallid alandasid voolu ühes suunas, teised aga teises suunas. Nad kutsusid neid "n-tüüpi" ja "p-tüüpi". Täiendav analüüs näitas, et seda tüüpi lisandid põhjustasid erinevat tüüpi lisandeid. Räni on perioodilisuse tabeli neljandas veerus, mis tähendab, et selle väliskestas on neli elektroni. Puhta räni tooriku puhul ühineksid kõik need elektronid naabriga. Kolmanda veeru lisandid, näiteks boor, millel on üks elektron vähem, lõid "augu" - täiendava ruumi voolu liikumiseks kristallis. Tulemuseks oli p-tüüpi pooljuht (ülemäärase positiivsete laengutega). Viiendast veerust pärit elemendid, nagu fosfor, andsid täiendavaid vabu elektrone voolu kandmiseks ja saadi n-tüüpi pooljuht.
Räni kristallstruktuur
Kõik need uuringud olid väga huvitavad, kuid 1940. aastaks polnud Southworth ja Ohl enam lähemal kõrgsagedusradari toimiva prototüübi loomisele. Samal ajal nõudis Briti valitsus koheseid praktilisi tulemusi seoses ähvardava ohuga Luftwaffe poolt, mis oli juba loonud tootmisvalmis mikrolainedetektorid, mis töötavad koos magnetronsaatjatega.
Tehnoloogiliste edusammude tasakaal kaldub aga peagi Atlandi ookeani läänekülje poole. Churchill otsustas avaldada ameeriklastele kõik Suurbritannia tehnilised saladused enne sõtta sisenemist (kuna ta eeldas, et see juhtub niikuinii). Ta uskus, et tasub riskida teabelekkega, sest siis visatakse kogu USA tööstuslik võimekus selliste probleemide lahendamisele nagu aatomirelvad ja radarid. Briti teaduse ja tehnoloogia missioon (tuntud paremini kui ) saabus 1940. aasta septembris Washingtoni ja tõi oma pagasisse kingituse tehnoloogiliste imede näol.
Resonantsmagnetroni uskumatu võimsuse avastamine ja Briti kristalldetektorite tõhusus selle signaali vastuvõtmisel taaselustas Ameerika pooljuhtide kui kõrgsagedusradari aluse uurimise. Tööd oli palju, eriti materjaliteaduses. Nõudluse rahuldamiseks „tuli pooljuhtkristalle toota miljonites, palju rohkem kui varem võimalik oli. Vaja oli parandada rektifikatsiooni, vähendada löögitundlikkust ja sissepõlemist ning minimeerida erinevusi erinevate kristallipartiide vahel.
Silicon Point kontaktalaldi
Rad Lab on avanud uued uurimisosakonnad, et uurida pooljuhtkristallide omadusi ja seda, kuidas neid saab muuta, et maksimeerida väärtuslikke vastuvõtja omadusi. Kõige lootustandvamad materjalid olid räni ja germaanium, nii et Rad Lab otsustas seda ohutult mängida ja käivitas paralleelsed programmid mõlema uurimiseks: räni Pennsylvania ülikoolis ja germaaniumi Purdues. Tööstushiiglased, nagu Bell, Westinghouse, Du Pont ja Sylvania, alustasid oma pooljuhtide uurimisprogramme ja hakkasid arendama uusi kristallidetektorite tootmisrajatisi.
Ühiste jõupingutustega tõsteti räni- ja germaaniumikristallide puhtus algselt 99%-lt 99,999%-ni – see tähendab ühe lisandiosakeseni 100 000 aatomi kohta. Selle käigus tutvus teadlaste ja inseneride kaader lähedalt germaaniumi ja räni abstraktsete omadustega ning rakendas tehnoloogiaid nende kontrollimiseks: sulatamine, kristallide kasvatamine, vajalike lisandite (nt boor, mis suurendas juhtivust) lisamine.
Ja siis sõda lõppes. Nõudlus radari järele kadus, kuid sõja ajal saadud teadmised ja oskused jäid ning unistust pooljuhtvõimendist ei unustatud. Nüüd oli võidujooks sellise võimendi loomisel. Ja vähemalt kolmel meeskonnal oli hea positsioon selle auhinna võitmiseks.
Lääne-Lafayette
Esimene oli Purdue ülikooli rühm, mida juhtis Austrias sündinud füüsik Carl Lark-Horowitz. Ta tõi oma ande ja mõjujõu kaudu üksi ülikooli füüsikaosakonna hämarusest välja ning mõjutas Rad Labi otsust usaldada oma laborisse germaaniumiuuringud.
Carl Lark-Horowitz 1947. aastal, keskel, käes piip
1940. aastate alguseks peeti räni radarialaldite parimaks materjaliks, kuid perioodilisuse tabelis vahetult selle all olev materjal näis samuti edasist uurimist väärt. Germaaniumil oli praktiline eelis tänu madalamale sulamistemperatuurile, mis hõlbustas sellega töötamist: umbes 940 kraadi, võrreldes räni 1400 kraadiga (peaaegu sama, mis terasel). Kõrge sulamistemperatuuri tõttu oli äärmiselt keeruline valmistada toorikut, mis ei lekiks sularäni sisse, saastades seda.
Seetõttu uurisid Lark-Horowitz ja tema kolleegid kogu sõja germaaniumi keemilisi, elektrilisi ja füüsikalisi omadusi. Kõige olulisem takistus oli "tagurpidi pinge": germaaniumist alaldid, väga madalal pingel, lõpetasid voolu alaldamise ja lasid sellel voolata vastupidises suunas. Pöördvooluimpulss põletas radari ülejäänud komponendid. Üks Lark-Horowitzi magistrantidest Seymour Benzer uuris seda probleemi rohkem kui aasta ja töötas lõpuks välja tinapõhise lisandi, mis peatas tagurpidi impulsid kuni sadade voltide pingetel. Varsti pärast seda hakkas Western Electric, Bell Labsi tootmisüksus, väljastama Benzeri alaldeid sõjaliseks kasutamiseks.
Germaaniumi uurimine Purdues jätkus ka pärast sõda. 1947. aasta juunis teatas Benzer, kes oli juba professor, ebatavalisest anomaaliast: mõnes katses ilmnesid germaaniumikristallides kõrgsageduslikud võnked. Ja tema kolleeg Ralph Bray jätkas sõja ajal alustatud projekti mahulise takistuse uurimist. Mahutakistus kirjeldas, kuidas elekter voolab germaaniumikristallides alaldi kontaktpunktis. Bray leidis, et kõrgepingeimpulsid vähendasid oluliselt n-tüüpi germaaniumi vastupidavust nendele vooludele. Enda teadmata oli ta tunnistajaks nn. "vähemuse" laengukandjad. N-tüüpi pooljuhtides toimib ülemäärane negatiivne laeng enamuslaengukandjana, kuid positiivsed "augud" võivad kanda ka voolu ning sellisel juhul tekitasid kõrgepingeimpulsid germaaniumi struktuuris augud, põhjustades vähemuslaengukandjate tekkimist. .
Bray ja Benzer jõudsid germaaniumvõimendile ahvatlevalt lähedale, ilma et oleks arugi saanud. Benzer tabas Bell Labsi teadlase Walter Brattani 1948. aasta jaanuaris toimunud konverentsil, et arutada temaga mahutakistust. Ta soovitas, et Brattain asetaks esimese kontakti kõrvale veel ühe punktkontakti, mis võiks voolu juhtida, ja siis võivad nad aru saada, mis pinna all toimub. Brattain nõustus selle ettepanekuga vaikselt ja lahkus. Nagu näeme, teadis ta liigagi hästi, mida selline katse paljastada võib.
Oney-sous-Bois
Purdue rühmal oli nii tehnoloogia kui ka teoreetiline alus, et teha hüpe transistori poole. Kuid nad võisid selle peale komistada ainult juhuslikult. Neid huvitasid materjali füüsikalised omadused, mitte uut tüüpi seadme otsimine. Hoopis teistsugune olukord valitses Aunes-sous-Bois's (Prantsusmaa), kus kaks endist radariuurijat Saksamaalt Heinrich Welker ja Herbert Mathare juhtisid meeskonda, mille eesmärgiks oli tööstuslike pooljuhtseadmete loomine.
Welker õppis ja seejärel õpetas füüsikat Müncheni ülikoolis, mida juhtis kuulus teoreetik Arnold Sommerfeld. Alates 1940. aastast lahkus ta puhtalt teoreetiliselt ja asus tööle Luftwaffe radari kallal. Mathare (Belgia päritolu) kasvas üles Aachenis, kus õppis füüsikat. Ta liitus Saksa raadiohiiu Telefunkeni uurimisosakonnaga 1939. aastal. Sõja ajal viis ta oma töö Berliinist itta Sileesias asuvasse kloostrisse, et vältida liitlaste õhurünnakuid, ja seejärel tagasi läände, et vältida edasitungivat Punaarmeed, sattudes lõpuks Ameerika armee kätte.
Nagu nende rivaalid Hitleri-vastases koalitsioonis, teadsid sakslased juba 1940. aastate alguses, et kristallidetektorid on radari jaoks ideaalsed vastuvõtjad ning räni ja germaanium on nende loomiseks kõige lootustandvamad materjalid. Mathare ja Welker püüdsid sõja ajal parandada nende materjalide tõhusat kasutamist alaldites. Pärast sõda kuulutati mõlemat perioodiliselt ülekuulamisele seoses nende sõjaväetööga ja lõpuks said nad 1946. aastal Prantsuse luureohvitserilt kutse Pariisi.
Compagnie des Freins & Signaux ("pidurite ja signaalide ettevõte"), Westinghouse'i Prantsuse osakond, sai Prantsuse telefoniametilt lepingu tahkisalaldi loomiseks ja otsis Saksa teadlasi, kes neid aitaksid. Selline hiljutiste vaenlaste liit võib tunduda kummaline, kuid selline korraldus osutus mõlemale poolele üsna soodsaks. 1940. aastal lüüa saanud prantslastel polnud võimet pooljuhtide vallas teadmisi omandada ja neil oli hädasti vaja sakslaste oskusi. Okupeeritud ja sõjast räsitud riigis ei saanud sakslased arendust üheski kõrgtehnoloogilises valdkonnas läbi viia, mistõttu nad kasutasid võimalust tööd jätkata.
Welker ja Mathare asutasid peakorteri Pariisi eeslinnas Aunes-sous-Bois asuvas kahekorruselises majas ning tehnikute meeskonna abiga lansseerisid nad 1947. aasta lõpuks edukalt germaaniumalaldid. Seejärel asuti tõsisemalt tegelema. auhinnad: Welker pöördus tagasi ülijuhtide vastu ja Mathare võimendite vastu.
Herbert Mathare 1950. aastal
Sõja ajal katsetas Mathare kahepunktiliste kontaktalalditega - "duodeoodidega", et vähendada vooluahela müra. Ta jätkas oma katseid ja avastas peagi, et teine kassi vurr, mis asub esimesest meetrist 1/100 miljondiku kaugusel, võib mõnikord moduleerida esimesest vurrust läbivat voolu. Ta lõi pooljuhtvõimendi, kuigi üsna kasutu. Usaldusväärsema jõudluse saavutamiseks pöördus ta Welkeri poole, kes oli sõja ajal omandanud laialdased kogemused germaaniumikristallidega töötamisel. Welkeri meeskond kasvatas suuremaid ja puhtamaid germaaniumikristallide proove ning materjali kvaliteedi paranedes muutusid Mathare punktkontaktvõimendid 1948. aasta juuniks töökindlaks.
Röntgenpilt Mathare ahelal põhinevast "transistronist", millel on germaaniumiga kaks kokkupuutepunkti
Mathare’il oli toimuva kohta isegi teoreetiline mudel: ta uskus, et teine kontakt tegi germaaniumisse augud, kiirendades voolu läbimist läbi esimese kontakti, varustades vähemuslaengukandjaid. Welker ei nõustunud temaga ja uskus, et toimuv oleneb mingist väljaefektist. Kuid enne, kui nad jõudsid seadme või teooria välja töötada, said nad teada, et rühm ameeriklasi oli kuus kuud varem välja töötanud täpselt sama kontseptsiooni – kahe punktkontaktiga germaaniumvõimendi.
Murray mägi
Sõja lõpus reformis Mervyn Kelly Bell Labsi pooljuhtide uurimisrühma, mida juhtis Bill Shockley. Projekt kasvas, sai rohkem rahalisi vahendeid ja kolis oma algsest laborihoonest Manhattanil laienevasse ülikoolilinnakusse Murray Hillis, New Jerseys.
Murray Hilli ülikoolilinnak, ca. 1960. aasta
Täiustatud pooljuhtidega uuesti tutvumiseks (pärast sõjaaegset operatsioonide uurimist) külastas Shockley 1945. aasta kevadel Russell Ohli Holmdeli laborit. Ohl veetis sõja-aastad räni kallal ega raisanud aega. Ta näitas Shockleyle oma konstruktsiooniga toorvõimendit, mida ta nimetas "desisteriks". Ta võttis ränipunkti kontaktalaldi ja saatis akust voolu läbi selle. Ilmselt vähendas akust tulev soojus kontaktpunkti takistust ja muutis alaldi võimendiks, mis suudab edastada sissetulevad raadiosignaalid vooluringi, mis on piisavalt võimas kõlari toiteks.
Mõju oli töötlemata ja ebausaldusväärne, kommertsialiseerimiseks sobimatu. Küll aga piisas, et kinnitada Shockley arvamust, et pooljuhtvõimendit on võimalik luua ning see tuleks seada tahkiselektroonika valdkonna uuringute prioriteediks. Just see kohtumine Ola meeskonnaga veenis Shockleyt, et räni ja germaaniumi tuleks kõigepealt uurida. Neil olid atraktiivsed elektrilised omadused ning Ohli kaasmetallurgid Jack Skaff ja Henry Theurer saavutasid nende kristallide kasvatamisel, puhastamisel ja dopingul sõja ajal hämmastavat edu, ületades kõiki muude pooljuhtmaterjalide jaoks saadaolevaid tehnoloogiaid. Shockley rühm ei kavatsenud enam aega raisata sõjaeelsetele vaskoksiidivõimenditele.
Kelly abiga alustas Shockley uue meeskonna kokkupanemist. Võtmemängijate hulka kuulusid Walter Brattain, kes aitas Shockleyt esimesel pooljuhtvõimendi katsetamisel (aastal 1940), ja John Bardeen, noor füüsik ja Bell Labsi uus töötaja. Bardeenil oli meeskonnaliikmetest ilmselt kõige laialdasemad teadmised tahkisfüüsikast – tema väitekiri kirjeldas elektronide energiataset naatriummetalli struktuuris. Ta oli ka teine John Hasbrouck Van Vlecki protežee, nagu Atanasov ja Brattain.
Ja nagu Atanasov, nõudsid Bardeeni ja Shockley väitekirjad äärmiselt keerulisi arvutusi. Nad pidid kasutama Alan Wilsoni defineeritud pooljuhtide kvantmehaanilist teooriat, et arvutada materjalide energiastruktuuri Monroe lauakalkulaatori abil. Aidates luua transistori, aitasid nad tegelikult kaasa tulevaste kraadiõppurite säästmisele sellisest tööst.
Shockley esimene lähenemine pooljuhtvõimendile tugines sellele, mida hiljem nimetati "". Ta riputas metallplaadi n-tüüpi pooljuhi kohale (koos negatiivsete laengutega). Positiivse laengu rakendamine plaadile tõmbas liigsed elektronid kristalli pinnale, tekitades negatiivsete laengute jõe, mille kaudu sai elektrivool kergesti voolata. Võimendatud signaal (mida kujutab vahvli laengu tase) võib sel viisil moduleerida põhiahelat (mis liigub mööda pooljuhi pinda). Selle skeemi tõhusust vihjasid talle tema teoreetilised teadmised füüsikast. Kuid vaatamata paljudele katsetele ja katsetele ei töötanud see skeem kunagi.
1946. aasta märtsiks oli Bardeen loonud hästi välja töötatud teooria, mis selgitas selle põhjust: pooljuhi pind kvanttasandil käitub teisiti kui selle sisemus. Pinnale tõmmatud negatiivsed laengud jäävad "pinna olekutesse" kinni ja takistavad elektrivälja tungimist plaadi materjali sisse. Ülejäänud meeskond pidas seda analüüsi veenvaks ja käivitas uue uurimisprogrammi kolmel viisil:
- Tõesta pinnaseisundite olemasolu.
- Uurige nende omadusi.
- Mõelge välja, kuidas neist jagu saada ja see toimima panna .
Pärast poolteist aastat kestnud uurimistööd ja katsetamist tegi Brattain 17. novembril 1947 läbimurde. Ta avastas, et kui ta asetaks ioonidega täidetud vedeliku, näiteks vee, vahvli ja pooljuhi vahele, surub vahvlilt tulenev elektriväli ioone pooljuhi poole, kus need neutraliseerivad pinnaseisunditesse jäänud laenguid. Nüüd sai ta kontrollida ränitüki elektrilist käitumist, muutes vahvli laengut. See edu andis Bardeenile idee uueks lähenemisviisiks võimendi loomisel: ümbritsege alaldi kontaktpunkt elektrolüütveega ja seejärel kasutage vees olevat teist traati pinnatingimuste kontrollimiseks ja seega peavoolu juhtivuse taseme kontrollimiseks. kontakti. Nii jõudsid Bardeen ja Brattain finišisse.
Bardeeni idee töötas, kuid võimendus oli nõrk ja töötas väga madalatel, inimkõrvale kättesaamatud sagedustel – seega oli see telefoni- või raadiovõimendina kasutu. Bardeen soovitas minna üle Purdues toodetud pöördpingekindlale germaaniumile, uskudes, et selle pinnale koguneb vähem laenguid. Järsku said nad võimsa tõusu, kuid oodatust vastupidises suunas. Nad avastasid vähemuskandja efekti – oodatud elektronide asemel võimendasid germaaniumit läbivat voolu elektrolüüdist tulevad augud. Elektrolüüdis olev traadi vool tekitas n-tüüpi germaaniumi pinnale p-tüüpi kihi (üleliigsete positiivsete laengute piirkonna).
Hilisemad katsed näitasid, et elektrolüüti pole üldse vaja: asetades lihtsalt kaks kontaktpunkti germaaniumi pinnale, oli võimalik moduleerida voolu ühest neist teise vooluni. Et need võimalikult lähedale tuua, mässis Brattain kuldfooliumi tüki ümber kolmnurkse plastikutüki ja lõikas seejärel fooliumi lõpust ettevaatlikult läbi. Seejärel surus ta vedru abil kolmnurga vastu germaaniumi, mille tulemusena puudutasid lõike kaks serva selle pinda 0,05 mm kaugusel. See andis Bell Labsi transistori prototüübile omapärase välimuse:
Brattani ja Bardeeni transistori prototüüp
Nagu Mathare'i ja Welkeri seade, oli see põhimõtteliselt klassikaline "kassi vurrud", lihtsalt kahe kokkupuutepunktiga ühe asemel. 16. detsembril suurendas see oluliselt võimsust ja pinget ning kuuldavas vahemikus 1000 Hz sagedust. Nädal hiljem, pärast väiksemaid parandusi, suurendasid Bardeen ja Brattain pinget 100 korda ja võimsust 40 korda ning näitasid Belli direktoritele, et nende seade suudab kuuldavat kõnet toota. Teine tahkis-arendusmeeskonna liige John Pierce lõi Belli vaskoksiidi alaldi varistori nime järgi termini "transistor".
Järgmised kuus kuud hoidis labor uut loomingut saladuses. Juhtkond tahtis veenduda, et neil on transistori turustamisel edumaa, enne kui keegi teine selle kätte saab. Pressikonverents oli kavandatud 30. juunile 1948, just selleks ajaks, et purustada Welkeri ja Mathare'i unistused surematusest. Vahepeal varises vaikselt kokku pooljuhtide uurimisrühm. Pärast Bardeeni ja Brattaini saavutustest kuulmist asus nende ülemus Bill Shockley tööle, et kogu au endale võtta. Ja kuigi ta mängis vaid vaatleja rolli, sai Shockley avalikul esitlusel samaväärset, kui mitte rohkemgi reklaami – nagu on näha sellel avaldatud fotol, mis temast on sündmuskohal, laboripingi kõrval:
1948. aasta reklaamifoto – Bardeen, Shockley ja Brattain
Võrdsest kuulsusest Shockleyle aga ei piisanud. Ja enne kui keegi väljaspool Bell Labsi transistorist teada sai, oli ta hõivatud selle enda jaoks uuesti leiutamisega. Ja see oli paljudest sellistest leiutistest alles esimene.
Mida muud lugeda
- Robert Buderi, Leiutis, mis muutis maailma (1996)
- Michael Riordan, "Kuidas Euroopa transistorist ilma jäi", IEEE spekter (1. november 2005)
- Michael Riordan ja Lillian Hoddeson, Crystal Fire (1997)
- Armand Van Dormael, "Prantsuse transistor" (1994)
Allikas: www.habr.com