Teised tsükli artiklid:
- Rela ajalugu
- Elektriliste kompuutrite ajalugu
- Transistori ajalugu
- Interneti ajalugu
Sõda valmistas teed transistorile. Aastatel 1939 kuni 1945 laienes poolsüsemtehnika valdkonna teadlikkus tohutult. Ja selle põhjuseks oli radar. Sõja kõige olulisem tehnoloogia, mille rakenduste seas olid: õhurünnaku tuvastamine, allveelaevade leidmine, öiste lennurünnakute suunamine sihtmärkidele, õhust kaitsesüsteemide ja mere relvade juhtimine. Insenerid õppisid isegi, kuidas mahutada pisikesed radarid артиллерийских снаряды, et need plahvataksid, kui nad lennates sihtmärgi lähedal viibisid - . Siiski tuli see uus võimas sõjaline tehnoloogia rahumeelsemast valdkonnast: atmosfääri ülemiste kihtide teaduslik uurimine.
Radar
Aastal 1901 saatis ettevõte "Marconi Wireless Telegraph" edukalt üle-atlantselt juhtmevaba sõnumi, Cornwallist Newfoundlandisse. See fakt jättis kaasaegse teaduse segadusse. Kui raadiokõned liiguvad sirgjooneliselt (nagu nad peaksid liikuma), siis ei tohiks selline edastus olla võimalik. Inglismaa ja Kanada vahel pole sirget nägemisjoont, mis ei ületaks maapinda, seega pidi Marconi sõnum minema kosmosesse. Ameerika insener Arthur Kennelly ja Briti füüsik Oliver Heaviside oletavad samaaegselt ja iseseisvalt, et selle fenomeni seletus peab olema seotud ülemise atmosfääri iooniseeritud gaasi kihiga, mis on võimeline raadiosignaale tagasi maale peegeldama (Marconi ise uskus, et raadiosignaalid järgivad maapinna kõverust, kuid füüsikud ei toetanud teda).
1920ndateks aastateks töötasid teadlased välja uue varustuse, mis võimaldas esmalt tõestada ioonosfääri olemasolu ja seejärel uurida selle struktuuri. Nad kasutasid elektronlampide abiga lühikese laine pikkusega raadioimpulsse genereerimiseks, suunatud antenne nende saatmiseks üles atmosfääri ja kaja registreerimiseks ning tulemuste demonstreerimiseks. Mida pikem oli kaja tagasikaja, seda kaugemal pidi ioonosfäär olema. Seda tehnoloogiat nimetati atmosfääri sondimiseks ja see tagas radari loomiseks vajaliku tehnilise infrastruktuuri (mõisted "radar", RAdio Detection And Ranging, ilmusid alles 1940ndatel USA mereväes).
Keld tõi samuti, et inimesed, kellel olid õiged teadmised, ressursid ja motivatsioon, mõistsid selle seadme maapealse kasutamise potentsiaali, oli vaid aja küsimus (sel viisil on radari ajalugu vastand telestoppi ajaloole, mis loodi algselt maapealseks kasutamiseks). Ja sellel arusaamal oli suurem tõenäosus, kuna raadio laienes aina laiemale planeedile ning üha rohkem inimesi märkis kõrvalasuvatest laevadest, lennukitest ja muudest suurtest objektidest tulevaid häireid. Teadmised atmosfääri ülemiste kihtide jaotamisest levisid teise (1932-1933), kui teadlased kaardistasid ioonosfääri erinevatelt arktilistelt jaamadelt. Varsti pärast seda töötasid meeskonnad Suurbritannias, Ameerikas, Saksamaal, Itaalias, Nõukogude Liidus ja mujal välja oma esimesed radarite süsteemid.
oma radariga aastast 1935
Siis tuli sõda ja radari tähtsus riikidele – ja nende arendamisele mõeldud ressurssidele – kasvas järsult. Ameerikas koondusid need ressursid uue organisatsiooni ümber, mis loodi 1940. aastal MITis, tuntuks saanud (seda nimetati nii, et võõrad luuretöötajad eksiksid ja tekiks mulje, et laboris uuritakse radioaktiivsust – toona ei uskunud keegi veel aatomipommidesse). Rad Labi projekt, mis ei saanud sama palju tähelepanu kui Manhattan Project, sai siiski oma ridadesse mitte vähem silmapaistvaid ja andekaid füüsikuid üle kogu Ameerika. Laboratooriumi viiest esimesest töötajast (sealhulgas ja ) sai hiljem Nobeli auhind. Sõja lõpuks töötas laboris umbes 500 doktorant, teadlast ja inseneri, samas kokku ligikaudu 4000 inimest. 500 000 dollarit – mis on võrreldav ENIAC-i loomise täieliku eelarvega – kulutati ainult Radiation Laboratory Series väljaandmiseks, kahekümne seitsme köite, kus kirjeldati kogu teadmust, mida laboratoorium sõja ajal kogus (samal ajal, kui USA valitsuse kulutused radartehnoloogiale ei piirdunud Rad Labi eelarvega; sõja ajal ostsid nad radarite eest kolme miljardi dollari eest).
MITi 20. korpus, kus asus Rad Lab
Üks peamisi Rad Labi uurimissuundi oli kõrgfrekventne radar. Varasemad radarid kasutasid laineid, mille pikkusi mõõdeti meetrites. Kuid kõrgema sagedusega kiired, mille lainepikkused mõõdeti sentimeetrites – mikrolained – võimaldasid kasutada kompaktsemaid antenne ja hajusid pikemate vahedega vähem, mis lubas suuri edusamme vahemaa ja täpsuse osas. Mikrolaine radarid mahuksid lennuki nina ja suudaksid tuvastada objekte, mis on periskoopi mõõtu sukeldumispaatide jaoks.
Esimese ülesande lahendas Briti füüsikute meeskond Birminghamist. 1940. aastal arendasid nad välja „“, mis töötas nagu elektromagnetiline „puhuja“, muutes juhusliku elektrilise impulsi võimsaks ja täpselt häälestatud mikrolaineks. See mikrolaine edastaja oli tuhat korda võimsam kui lähim konkurent; ta avas tee praktiliste kõrgfekventsete radarite loomisele. Kuid selleks oli vaja kaaslast, vastuvõtjat, mis suudaks registreerida kõrgfrekventseid signaale. Ja siinkohal naaseme pooljuhtide ajaloosse.
Magnetron lõikes
Kassikõrvade teine sünd
Selgus, et elektronlampide tehnoloogia ei sobinud mikrolainete radarite signaalide vastuvõtmiseks. Kuumale katoodile ja külmale anoodile vahe seadis koormuse, mis takistas ringi töötamist kõrgetel sagedustel. Parim tehnoloogia, mis oli kõrgfrekventsete radarite jaoks saadaval, oli vanakoolne „“ – väike jupp juhtmest, mis oli kinnitatud pooljuhtkristalli külge. Seda avastasid sõltumatult mitmed inimesed, kuid meie loole on kõige lähemal see, mis juhtus New Jerseys.
1938. aastal sõlmisid Bell Labs USA mereväega lepingu 40 cm lainetuse radarimissüsteemi arendamiseks – see oli palju lühem ja seetõttu ka sageduselt kõrgem kui tol ajal eksisteerivad radarid enne resonantse magnetroni rajamist. Peamine teadustöö anti Holmdeli laborite osakonnale Staten Islandi lõunaosast. Uurijatel ei kulunud kaua, et mõista, mida nad kõrgfrekventse vastuvõtja jaoks vajavad, ja peagi otsis insener George Southworth Manhattanist raadiokauplustes vanu „kassikõrv“ detektoreid. Nagu oodata oli, töötas see palju paremini kui lampide detektor, kuid tegi seda ebastabiilselt. Seetõttu tuletas Southworth meelde keemiku nimega Russell Aull ja palus tal proovida parandada kristallilise detektori ühtluse tagasisidet.
Aull oli üsna omapärane inimene, kes pidas tehnoloogia arendamist oma saatuseks ja rääkis oma perioodilisest valgustusest tuleviku nägemustest. Näiteks väitis ta, et juba 1939. aastal teadis ta silikoontugevdaja tulevikust, kuid saatuse tõttu pidi selle leiutama keegi teine. Uurides kümneid variante, jäi ta silikooni juurde, kui parimale materjalile Southworthi vastuvõtjatele. Probleem seisnes materjali koostise kontrollimises, et juhtida selle elektrilisi omadusi. Sel ajal olid turul laialdaselt saadaval tööstuslikud silikoontooted, mida kasutati terasetehaste jaoks, kuid sellises tootmises ei olnud kedagi, kes muretses, näiteks 1% fosfori sisalduse üle silikoonis. Saades paarilt metallurgilt abi, pühendus Aull sellele, et saada palju puhtamaid tooteid, kui see oli varem õnnestunud.
Töötamise käigus avastasid nad, et mõned nende kristallid suunavad voolu ühes suunas, samas kui teised – teises suunas. Nad nimetasid neid „n-tüüp“ ja „p-tüüp“. Edasine analüüs näitas, et nende tüüpide eest vastutasid erinevad lisandid. Silikoon asub perioodilise tabeli neljandas veerus, st tal on neli elektroni väliskihis. Puhtas silikoontootes ühendaks igaühe neist elektronidest naaberkristalliga. Kolmanda veeru lisandid, näiteks boor, millel on üks elektron vähem, tekitavad „auku“, täiendava koha voolu liikumiseks kristallis. Tulemuseks on p-tüüpi pooljuht (positiivsete laengute liialdumine). Viie veeru elemendid, nagu fosfor, andes juurde täiendavaid vabu elektrone voolu transportimiseks, moodustavad n-tüüpi pooljuhi.
Silikooni kristalliline struktuur
Kõik need uurimised olid väga huvitavad, kuid 1940. aastaks ei olnud Southworth ja Ol veel lähenenud töötava kõrgsagedusliku radari prototüübi loomisele. Suurbritannia valitsus nõudis samas koheselt praktilisi tulemusi, kuna Luftwaffe’ilt kujunes oht, kus juba olid valmis tootmiseks mikrolaineandurid, mis töötasid koos magnetronide saatjatega.
Kuid peagi kalduvad tehnoloogilised saavutused ookeani lääne poole. Churchill otsustas paljastada kõik Suurbritannia tehnilised saladused ameeriklastele veel enne, kui sõda tõeliselt algas (kuna ta arvas, et see nii või teisiti peab juhtuma). Ta arvas, et on mõistlik riskida informatsiooni lekkimisega, kuna see suunaks kõik USA tööstusvõimekused selliste probleemide, nagu tuumarelvad ja radarite, lahendamisele. Briti teadus- ja tehnoloogiamissioon (tuntud ka kui ) saabus Washingtoni septembris 1940 ja tõi kaasa tehniliste imeasjade kingituse.
Resonantsmagnetroni uskumatu jõu ja Suurbritannia kristallandurite tõhususe paljastamine tema signaali vastuvõtmisel äratas ameeriklaste huvi pooljuhtide valdkonnas kui kõrgsageduslike radarite aluseks. Palju tööd ootas ees, eriti materjaliteaduse vallas. Nõudmiste rahuldamiseks tuli pooljuhtkristalle toota miljonites, oluliselt rohkem kui kunagi varem. Oli vajalik parandada tasandamist, vähendada löökide tundlikkust ja põletamise tõenäosust ning minimeerida erinevusi erinevate kristallide partiide vahel.
Silicon Point Contact Rectifier
Rad Labis avati uued teadusosakonnad pooljuhtkristallide omaduste uurimiseks ning selle kohta, kuidas neid muuta, et maksimeerida nende väärtuslikke omadusi vastuvõtjana. Kõige lubavamateks materjalideks osutusid silikoon ja germaanium, seega otsustas Rad Lab kindlustada end ning käivitada paralleelsed programmid mõlema uurimiseks: silikoon Penn State’i ülikoolis ja germaanium Purdue ülikoolis. Sellised tööstusgigandid nagu Bell, Westinghouse, Du Pont ja Sylvania käivitasid oma pooljuhtide uurimisprogrammid ning alustasid uute tootmisvõimsuste arendamist kristallandurite jaoks.
Ühiste jõupingutustega õnnestus silikooni ja germaaniumi kristallide puhtust tõsta 99%-lt 99,999%-ni — ühe saasteaineosakese kohta 100 000 aatomi kohta. Selle protsessi käigus tutvus teadlastest ja inseneridest koosseis lähemalt germaaniumi ja silikooni abstraktsete omaduste ning nende kontrollimise rakendustehnikate, sealhulgas sulatamise, kristallide kasvatamise ja vajalike lisandite (nt boor, mis suurendas juhtivust) lisamisega.
Ja siis sõda lõppes. Radarite nõudlus kadus, kuid sõja ajal saadud teadmised ja oskused ei kadunud kuhugi ning unistus tahkest võimendist jääb elama. Nüüd käidi võidujooksu selle võimendi loomise nimel. Ja vähemalt kolm meeskonda olid selles osas soodsas olukorras.
West Lafayette
Esimene oli Purdue ülikooli grupp, mida juhtis Austria päritolu füüsik Carl Lark-Horowitz. Ta tõi oma ande ja mõju abil üksi füüsikateaduskonna unustusest välja ning mõjutas Rad Lab’i otsust usaldada tema laboratooriumile germaaniumi uurimine.
Carl Lark-Horowitz 1947. aastal, keskel, toruga
1940. aastate alguseks peeti silikooni parimaks materjaliks radarite õigustamiseks, kuid selle all olev materjal perioodilises tabelis nägi samuti välja väärikas edasiseks uurimiseks. Germaaniumil oli praktiline eelis, kuna selle sulamistemperatuur oli madalam: umbes 940 kraadi, võrreldes silikooni 1400 kraadiga (peaaegu nagu teras). Suure sulamistemperatuuri tõttu oli äärmiselt keeruline teha toorikut, mis ei voolaks sulanud silikooni sisse, seda saastades.
Seetõttu juhtis Lark-Horowitz oma kolleegidega kogu sõja jooksul uurimistööd germaaniumi keemiliste, elektriliste ja füüsikaliste omaduste kohta. Kõige olulisem takistus oli "tagurpidi pinge": germaaniumi diodid lakkasid madalal pingel voolu suunamist ja lasid selle tagasi voolata. Tagurpidi voolu impulss hävitas ülejäänud radari komponendid. Üks Lark-Horowitzi doktorant, Seymour Benzer, uuris seda probleemi enam kui aasta ja lõ finallyikas välja tina baasil lisandi, mis peatas tagurpidi impulsid pingetel kuni saja volti. Peagi pärast seda hakkas Western Electric, Bell Labs'i tootmisüksus, tootma Benzeri skeemi järgi töötavaid dioode sõjaväeliste vajaduste jaoks.
Germaaniumi uurimine Purdue ülikoolis jätkus ka pärast sõda. Juunis 1947 teatas Benzer, olles juba professor, ebaharilikust anomaaliast: mõnedes katsetes ilmusid germaaniumi kristallides kõrgsageduslikud võnked. Tema kolleeg Ralph Bray jätkas "ruumilise takistuse" uurimist projekti raames, mis alustati sõja ajal. Ruumiline takistus kirjeldas, kuidas elekter voolab germaaniumi kristallis dioodi kontaktpunktis. Bray leidis, et kõrgepinge impulsid vähendasid germaaniumi n-tüüpi takistust nende voolude suhtes. Ilma teadmiseta sai ta tunnistajaks nn "mittepeamistele" laengukandjale. N-tüüpi pooljuhtides on liigset negatiivset laengut peamine laengukandja, kuid positiivsed "aukud" võivad samuti voolu kanda, ning antud juhul tekitasid kõrgepinge impulsid germaaniumi struktuuris auke, mille tulemuseks olid mittepeamised laengukandjad.
Bray ja Benzer olid äratuntavalt lähedal germaaniumi võimendusele, aru saamata sellest. Benzer püüdis Walters Brattaini, Bell Labs'i teadlast, konverentsil jaanuaris 1948, et arutada ruumilist takistust. Ta pakkus Brattainile välja teise täppkontakti asetamise esimesele lähedale, mis võiks voolu juhtida, ja siis nad võiksid aru saada, mis toimub pinna all. Brattain nõustus sellele ettepanekule vaikides ja lahkus. Nagu me näeme, teadis ta liiga hästi, et selline katse võib paljastada.
One-su-Bois
Purdue ülikooli rühmadel olid nii tehnoloogiad kui ka teoreetilised alused transistorile ülemineku tegemiseks. Kuid nad said sellele juhtuda ainult juhuslikult. Nad huvitasid materjali füüsikalised omadused, mitte uue seadme leidmine. Täiesti erinev olukord valitses Onew-su-Bois'is (Prantsusmaal), kus kaks endist radariteadlast Saksamaalt, Heinrich Welker ja Herbert Mataré, juhtisid meeskonda, kelle eesmärk oli luua tööstuslikke pooljuhtseadmeid.
Welker õppis esmalt ja seejärel õpetas füüsikat Müncheni ülikoolis, mida juhtis kuulus teoreetik Arnold Sommerfeld. Alates 1940. aastast lahkus ta puhtalt teoreetilisest valdkonnast ja hakkas töötama radaril Luftwaffe'i jaoks. Mataré (belgiala pärand) kasvas Aachenis, kus õppis füüsikat. Ta liitus 1939. aastal Saksamaa raadio hiiglasliku Telefunken'i teadusosakonnaga. Sõja ajal viis ta oma töö Berliinist ida poole Sileesia kloostrisse, et vältida Antifašistliku koalitsiooni lennurünnakuid, ning hiljem läks tagasi läände, et vältida Punaarmee edasiviimist ja jäi lõpuks Ameerika armee kätte.
Nagu nende vastased Antifašistlikus koalitsioonis, teadsid sakslased 1940. aastate alguseks, et kristalse detektorid olid ideaalsed radarite vastuvõtjad ning et räni ja germaanium olid nende valmistamiseks kõige paljutõotavamad materjalid. Mataré ja Welker püüdsid sõja ajal parandada nende materjalide tõhusat kasutamist dioodides. Pärast sõda olid nad perioodilise ülekuulamise all seoses oma sõjalise tööga ning said lõpuks 1946. aastal kutse Prantsuse luureagentuurilt Pariisis.
Compagnie des Freins & Signaux («компания тормозов и сигналов»), Prantsuse Westinghouse'i filiaal, sai Prantsuse telefonihalduse käest lepingu tahkete sirgestite loomiseks ja otsis endale appi Saksamaa teadlasi. Selline värskete vaenlaste liit võib tunduda kummaline, kuid see kokkulepe osutus mõlema poole jaoks üsna soodsaks. Prantslastel, kes said 1940. aastal kaotuse, ei olnud võimalust teadmisi pooljuhtide valdkonnas omandada ja nad vajasid hädasti sakslaste oskusi. Saksal ei olnud võimalust arendada kõrgtehnoloogia valdkondi okupeeritud ja sõda räsitud riigis, seega haarasid nad võimalusest jätkata tööd.
Welcker ja Matare asutasid peakorteriks kahetasemelise maja Pariisi eeslinnas, Oney-sous-Bois, ja koos tehnikute meeskonnaga korraldasid 1947. aasta lõpuks germaaniumist sirgestite edukat tootmist. Seejärel pöördusid nad tõsisemate auhindade poole: Welcker naasis teda huvitavate superjuhtide juurde ja Matare võimendite juurde.
Herbert Matare 1950. aastal
Sõja ajal eksperimenteeris Matare kahe punkti kontaktidega sirgestitega – „duodiode“ – püüdes vähendada ringis müra. Ta jätkas katseid ja varsti avastas, et teine „kassi vunts“, mis asus 1/100 miljoni meetri kaugusel esimesest, suutis mõnikord moduleerida voolu, mis läks läbi esimese vunti. Ta lõi tahketelementide võimendi, kuigi see oli üsna kasutu. Et saavutada usaldusväärsemat töökindlust, pöördus ta Welckeri poole, kes oli sõja ajal omandanud suurt kogemust germaaniumikristallidega. Welckeri meeskond kasvatas suuremaid ja puhtamaid germaaniumikristalle ning koos materjali kvaliteedi paranemisega muutusid Matare punktkontaktiga võimendid 1948. aasta juuniks usaldusväärseks.
Röntgenikiirgus „transistori“ põhjal, mis põhineb Matare skeemil ja millel on kaks kontaktipunkti germaaniumiga
Matarel oli isegi teoreetiline mudel selle toimimise kohta: ta arvas, et teine kontakt tekitab germaaniumis auke, kiirendades voolu läbimist esimese kontaktiga, tarnides mittepeamisi laengu kandjaid. Welcker ei olnud tema arvamusega nõus ja arvas, et see sõltub mingist väli efektist. Kuid enne, kui nad saisid seadet või teooriat välja töötada, said nad teada, et grupp ameeriklasi oli välja töötanud täpselt sama kontseptsiooni – germaaniumist võimendi kahe punkti kontaktiga – kuus kuud varem.
Murray Hill
Sõja lõpus reformis Mervin Kelly Bell Labs'i pooljuhtide uurimisgruppi, mille eesotsas oli Bill Shockley. Projekt kasvas, sai rohkem rahastust ja kolis algsest laboratooriumist Manhattanil laienevasse ülikooli Murray Hill'i (New Jersey).
Murray Hill ülikool, ca 1960
Taaskohtumiseks edasijõudnud pooljuhtidega (pärast seda, kui ta sõja ajal tegeles operatsioonide uurimisega), külastas Shockley 1945. aasta kevadel Russell Olli labori Holmdelis. Oll oli sõja ajal töötanud räni kallal ja ei olnud aega raisanud. Ta näitas Shockleyle oma ehitatud toorvõimendit, mille ta nimetas „desisteriks“. Ta võttis punktsirgesti ja läkitas sellele voolu akust. Tundus, et akus toodetud soojus vähendas kontaktpunkti takistust ja muundas sirgesti võimendiks, mis suudab edastada sissetulevaid raadiolainete signaale kontuuri, mis on piisavalt võimas, et toita kõlarit.
Mõju oli toore ja ebausaldusväärne, mitte kaubanduslikuks kasutamiseks sobiv. Siiski oli sellest piisavalt, et kinnitada Shockley arvamust pooljuhtide võimendi loomise võimalikkuse kohta, ja et see tuleks seada prioriteediks tahkete elektri uuringutes. Samuti veenis see kohtumine Olli meeskonnaga Shockley'd, et räni ja germaanium tuleb uurida esmajärjekorras. Neil oli silmatorkavad elektrilised omadused, ja peale selle olid Olli kolleegid, metallurgid Jack Scaff ja Henry Terer saavutanud sõja ajal erakordseid edusamme nende kristallide kasvatamisel, puhastamisel ja lisandite lisamisel, ületades kõik tehnikad, mis olid olemas muude pooljuhtmaterjalide jaoks. Shockley grupp ei kavatsenud enam aega raisata sõda eelsetele kuprite võimenditele.
Kelly abil aitas Shockley koguda uut meeskonda. Märkimisväärne mängija oli Walter Brattain, kes aitas Shockley'd tema esimesel katsel luua pooljuhtvõimendit (1940. aastal), ja John Bardeen, noor füüsik ja uus töökaaslane Bell Labsis. Bardeenil olid tõenäoliselt kõige laiemad teadmised tahke aine füüsikast kogu meeskonnas – tema väitekiri käsitles elektronide energia tasemeid metallilise naatriumi struktuuris. Ta oli samuti John Hays Fliacki teine protegé, nagu Aтанасов ja Brattain.
Nagu Aтанасovil, vajasid Bardeeni ja Shockley dissertatsioonid keerulisi arvutusi. Nad pidid kasutama kvantmehaanika teooriat pooljuhte kohta, nagu Alan Wilson oli määranud, et arvutada materjalide energia struktuuri Monteri kalkulaatori abil. Aitades luua transistorit, andsid nad sisuliselt panuse tulevaste tudengite suure vaeva vabastamisse.
Shockley esimene lähenemine tahke aine võimendile tugines sellele, mida hiljem hakati nimetama "". Ta riputas metalli lehe pooljuht n-tüüpi (ülemise negatiivsete laadidega) kohal. Positiivse laenguga juhtinud leht tõi elektronide ülejäägi kristalli pinnale, luues negatiivsete laengude jõe, mille kaudu voolas elektrit. Suurendatud signaal (mille esindas lehe laengu tase) suutis seega modereerida pooljuhi peamist kontuuri. Selle skeemi töötamise põhimõtte vihjasid tema teoreetilised teadmised füüsikast. Kuid hoolimata paljudest katsetest ja eksperimenti, skeem ei töötanud.
1946. aasta märtsiks oli Bardeen loonud hästi läbimõeldud teooria, mis selgitas selle põhjuseid: pooljuhi pind kvanttasandil ei käitu samamoodi kui selle sisemus. Negatiivsed laadid, mis tõmmatakse pinnale, sattusid "pinnaseisundite" lõksu ja takistavad elektrivälja läbimist lehelt materjali. Ülejäänud meeskonna liikmed pidasid seda analüüsi veenvaks ja käivitasid uue uurimisprogrammi kolme suuna kaudu:
- Tõestada pinnaseisundite olemasolu.
- Uurida nende omadusi.
- Leida viis, kuidas nendega toime tulla ja teha töötav .
Pärast poolteist aastat uurimistööd ja katsetusi, 17. novembril 1947, tegi Brattain läbimurde. Ta leidis, et kui asetada ioonide, näiteks vee, küllastatud vedelik lehe ja pooljuhi vahele, siis elektriväli lehelt tõukab ioonid pooljuhi poole, kus nad neutraliseerivad pinnaseisundites püütud laadid. Nüüd suutis ta juhtida tüki räni elektrikatkestust, muutes laengut lehel. See edusamm andis Bardeenile idee uue lähenemise leidmiseks võimendi loomiseks: ümbritseda diodipunkt elektrolüütilise veega ja kasutada seejärel teist juhet vees, et juhtida pinnaseisundeid ning seega kontrollida põhikontakti juhtivuse taset. Nii jõudsid Bardeen ja Brattain lõpusirgele.
Bardeeni idee toimis, kuid tugevus oli nõrk ja töötas väga madalatel sagedustel, mis ei olnud inimese kõrvale kuuldavad - seega ei olnud see kasulik telefonide või raadiosaatjate jaoks. Bardeen soovitas üle minna tagasivoolu suhtes vastupidavale germaaniumile, mille olid tootnud Purdue, uskudes, et selle pinnale koguneb vähem laengut. Ühtäkki said nad äärmiselt tõhusat võimendust, kuid vastupidises ootustele suunas. Nad avastasid mittepeamiste kandjate efekti – oodatud elektronide asemel võimendas voog, mis läks germaaniumist läbi, augud, mis tulid elektrolüüdist. Elektrolüütide voog andis p-tüüpi kihi (ülemine kihi, millel on üleliigne positiivne laeng) germaaniumi n-tüüpi pinnal.
Järgmised katsed näitasid, et elektrolüüti ei olnud üldse vaja: lihtsalt paigaldades kaks kontaktpunkti germaaniumi pinnale lähedale, oli võimalik ühega voolu modereerida teisega. Nende võimalikult lähedale viimiseks mähkis Brattain kolmnurga plastiku tüki kuldse fooliaga ja lõikas seejärel fooliumi ettevaatlikult läbi. Seejärel surus ta vedru abil kolmnurga germaaniumile, mistõttu kaks lõikeääre puutusid kokku selle pinnaga, jäädes 0,05 mm kaugusele. See andis Bell Labs'i transistoriprototüübile selle iseloomuliku välimuse:
Bardeeni ja Brattaini transistoriprototüüp
Nii nagu seadmed Matara ja Velkera, oli see põhimõtteliselt klassikaline „kassikari“, lihtsalt kahe kontaktpunktiga ühe asemel. 16. detsembril andis see märkimisväärset tugevuse ja pinge suurendamist ning 1000 Hz sagedust kuulmisvahemikus. Nädala pärast, pärast väikseid parandusi, said Bardin ja Brettain 100-kordse pingetugevuse ja 40-kordse võimsuse tugevuse ning näitasid Bell’i direktoritele, et nende seade suudab taastada kuulmise kõne. John Pierce, teine pooljuhtseadmete arendustiimi liige, lõi termini „transistor“, mis tulenes Bell’i vaseoksiidil töötava suunajaga seadme nimest, varistorist.
Järgmise kuue kuu jooksul hoidis labor nende uut loomingut saladuses. Juhtkond soovis olla kindel, et nad saavad eelise transistorite äritootmise võimaluste teostamisel enne kui keegi teine selle endale saab. Pressikonverents oli planeeritud 30. juuniks 1948, just õigel ajal, et purustada kõik Velkera ja Matara igavesed unistused. Samal ajal hajus pooljuhtide uurimisrühm vaikides. Kuulates Bardini ja Brettaini saavutusi, hakkas nende ülem, Bill Shockley, tööle, et endale kogu au omistada. Ja kuigi ta mängis vaid vaatleja rolli, sai Shockley avalikus esituses võrdselt, kui mitte suuremat reklaami – mida tõestab see avaldatud foto, kus ta on sündmuste keskel ja otse laborilaual:
Reklaamfoto aastast 1948 – Bardin, Shockley ja Brettain
Kuid Shockley ei olnud rahul võrdsuse au samme. Ja veel enne, kui keegi Bell’i laboritest väljaspool teadis transistorist, hakkas ta seda uuesti leiutama, et endale omistada. Ja see oli ainult esimene paljusid sarnaseid uuesti leiutamisi.
Mida veel lugeda
- Robert Buderi, The Invention That Changed the World (1996)
- Michael Riordan, “How Europe Missed the Transistor,” IEEE Spectrum (Nov. 1, 2005)
- Michael Riordan ja Lillian Hoddeson, Crystal Fire (1997)
- Armand Van Dormael, “The ‘French’ Transistor,” (1994)
Allikas: habr.com
