سایر مقالات این مجموعه:
- تاریخچه رله
- تاریخچه کامپیوترهای الکترونیکی
- تاریخچه ترانزیستور
- تاریخچه اینترنت
بوته جنگ زمینه را برای ظهور ترانزیستور فراهم کرد. از سال 1939 تا 1945، دانش فنی در زمینه نیمه هادی ها به شدت گسترش یافت. و یک دلیل ساده برای این وجود داشت: رادار. مهمترین فناوری جنگ که نمونه هایی از آن عبارتند از: شناسایی حملات هوایی، جستجوی زیردریایی، هدایت حملات هوایی شبانه به اهداف، هدف قرار دادن سامانه های پدافند هوایی و تفنگ های دریایی. مهندسان حتی یاد گرفته‌اند که چگونه رادارهای کوچک را به گلوله‌های توپخانه متصل کنند تا هنگام پرواز در نزدیکی هدف منفجر شوند. . با این حال، منشأ این فناوری جدید قدرتمند نظامی در زمینه صلح آمیزتر بود: مطالعه اتمسفر بالای جو برای اهداف علمی.
رادار
در سال 1901، شرکت تلگراف بی سیم مارکونی با موفقیت یک پیام بی سیم را در سراسر اقیانوس اطلس، از کورنوال به نیوفاندلند مخابره کرد. این واقعیت علم مدرن را به سردرگمی کشانده است. اگر ارسال‌های رادیویی در یک خط مستقیم حرکت کنند (آنطور که باید)، چنین انتقالی غیرممکن است. هیچ خط دید مستقیمی بین انگلستان و کانادا وجود ندارد که از روی زمین عبور نکند، بنابراین پیام مارکونی مجبور شد به فضا پرواز کند. مهندس آمریکایی آرتور کنیلی و فیزیکدان انگلیسی الیور هیوساید به طور همزمان و مستقل پیشنهاد کردند که توضیح این پدیده باید با لایه ای از گاز یونیزه واقع در اتمسفر فوقانی مرتبط باشد که قادر به بازتاب امواج رادیویی به زمین است (خود مارکونی معتقد بود که امواج رادیویی انحنای سطح زمین را دنبال کنید، اما فیزیکدانان از آن حمایت نکردند).
در دهه 1920، دانشمندان تجهیزات جدیدی ساختند که این امکان را فراهم می کرد که ابتدا وجود یونوسفر را اثبات کرده و سپس ساختار آن را مطالعه کنند. آنها از لوله های خلاء برای تولید پالس های رادیویی موج کوتاه، آنتن های جهت دار برای ارسال آنها به جو و ضبط پژواک استفاده کردند. برای نشان دادن نتایج هر چه تأخیر بازگشت اکو بیشتر باشد، یونوسفر باید دورتر باشد. این فناوری صداگذاری جوی نامیده شد و زیرساخت فنی اولیه را برای توسعه رادار فراهم کرد (اصطلاح "رادار" از RAdio Detection And Ranging تا دهه 1940 در نیروی دریایی ایالات متحده ظاهر نشد).
فقط زمان زیادی بود که افراد با دانش، منابع و انگیزه مناسب به پتانسیل کاربردهای زمینی چنین تجهیزاتی پی ببرند (بنابراین تاریخچه رادار برعکس تاریخچه تلسکوپ است که برای اولین بار برای استفاده زمینی در نظر گرفته شد). . و احتمال چنین بینشی با گسترش روزافزون رادیو در سراسر سیاره افزایش می‌یابد و افراد بیشتری متوجه تداخل کشتی‌ها، هواپیماها و دیگر اجرام بزرگ اطراف می‌شوند. دانش فن آوری های صدای اتمسفر فوقانی در طول دوم گسترش یافت (1932-1933)، زمانی که دانشمندان نقشه ای از یونوسفر را از ایستگاه های مختلف قطب شمال تهیه کردند. بلافاصله پس از آن، تیم هایی در بریتانیا، ایالات متحده آمریکا، آلمان، ایتالیا، اتحاد جماهیر شوروی و سایر کشورها ساده ترین سیستم های راداری خود را توسعه دادند.
با رادار 1935 خود
سپس جنگ رخ داد و اهمیت رادارها برای کشورها - و منابع توسعه آنها - به طور چشمگیری افزایش یافت. در ایالات متحده، این منابع در اطراف یک سازمان جدید که در سال 1940 در MIT تاسیس شد، به نام (به طور خاص برای گمراه کردن جاسوسان خارجی و ایجاد این تصور که رادیواکتیویته در آزمایشگاه مطالعه می شود نامگذاری شد - در آن زمان افراد کمی به بمب اتمی اعتقاد داشتند). پروژه آزمایشگاه راد، که به اندازه پروژه منهتن معروف نشد، با این وجود فیزیکدانان برجسته و با استعدادی را از سراسر ایالات متحده در صفوف خود به کار گرفت. پنج نفر از اولین کارمندان آزمایشگاه (از جمله и ) متعاقباً جوایز نوبل را دریافت کرد. تا پایان جنگ، حدود 500 دکترای علوم، دانشمند و مهندس در آزمایشگاه کار می کردند و در مجموع 4000 نفر کار می کردند. نیم میلیون دلار - قابل مقایسه با کل بودجه انیاک - فقط برای سری آزمایشگاه تشعشع هزینه شد، یک رکورد بیست و هفت جلدی از تمام دانش به دست آمده از آزمایشگاه در طول جنگ (اگرچه هزینه های دولت ایالات متحده برای فناوری رادار محدود نبود. به بودجه آزمایشگاه راد؛ در طول جنگ، دولت سه میلیارد دلار رادار خریداری کرد).
ساختمان 20 MIT، جایی که آزمایشگاه راد در آن قرار داشت
یکی از حوزه های اصلی تحقیقات آزمایشگاه راد، رادار با فرکانس بالا بود. رادارهای اولیه از طول موج های اندازه گیری شده بر حسب متر استفاده می کردند. اما پرتوهای فرکانس بالاتر با طول موج‌های اندازه‌گیری شده در سانتی‌متر - امواج مایکروویو - امکان آنتن‌های فشرده‌تر را فراهم می‌کنند و در فواصل طولانی کمتر پراکنده می‌شوند، که نویدبخش مزایای بیشتری در برد و دقت است. رادارهای مایکروویو می توانند در دماغه هواپیما قرار بگیرند و اجسامی به اندازه پریسکوپ زیردریایی را شناسایی کنند.
اولین کسی که این مشکل را حل کرد، تیمی از فیزیکدانان بریتانیایی از دانشگاه بیرمنگام بود. در سال 1940 آنها ""، که مانند یک "سوت" الکترومغناطیسی کار می کرد و یک پالس تصادفی الکتریسیته را به پرتوی قدرتمند و دقیق تنظیم شده از مایکروویو تبدیل می کرد. این فرستنده مایکروویو هزار برابر قدرتمندتر از نزدیکترین رقیب خود بود. راه را برای فرستنده های راداری با فرکانس بالا هموار کرد. با این حال، او به یک همراه نیاز داشت، گیرنده ای که قادر به تشخیص فرکانس های بالا باشد. و در این مرحله به تاریخچه نیمه هادی ها باز می گردیم.
مقطع مگنترون
دومین آمدن سبیل گربه
معلوم شد که لوله های خلاء برای دریافت سیگنال های رادار مایکروویو اصلا مناسب نیستند. شکاف بین کاتد گرم و آند سرد یک ظرفیت خازنی ایجاد می کند و باعث می شود مدار از کار در فرکانس های بالا امتناع کند. بهترین فناوری موجود برای رادارهای فرکانس بالا، قدیمی بود."- یک تکه سیم کوچک که روی یک کریستال نیمه هادی فشرده شده است. چندین نفر به طور مستقل این موضوع را کشف کرده اند، اما نزدیک ترین چیز به داستان ما اتفاقی است که در نیوجرسی رخ داد.
در سال 1938، آزمایشگاه‌های بل با نیروی دریایی قراردادی برای توسعه یک رادار کنترل آتش در برد 40 سانتی‌متری - بسیار کوتاه‌تر و بنابراین فرکانس بالاتر از رادارهای موجود در دوره مگنترون قبل از تشدید، منعقد کردند. کار تحقیقاتی اصلی به بخش آزمایشگاهی در هلمدل در جنوب استاتن آیلند رفت. طولی نکشید که محققان متوجه شدند چه چیزی برای یک گیرنده فرکانس بالا نیاز دارند و به زودی مهندس جورج ساوتورث مشغول جست و جوی فروشگاه های رادیویی در منهتن برای یافتن آشکارسازهای قدیمی سبیل گربه بود. همانطور که انتظار می رفت، بسیار بهتر از آشکارساز لامپ کار می کرد، اما ناپایدار بود. بنابراین ساوتورث به دنبال الکتروشیمیدانی به نام راسل اُل رفت و از او خواست تلاش کند تا یکنواختی پاسخ آشکارساز کریستال تک نقطه ای را بهبود بخشد.
اول فردی نسبتاً عجیب و غریب بود که توسعه فناوری را سرنوشت خود می دانست و در مورد بینش های دوره ای با چشم اندازهای آینده صحبت می کرد. به عنوان مثال، او اظهار داشت که در سال 1939 از اختراع آینده تقویت کننده سیلیکونی خبر داشت، اما سرنوشت این بود که شخص دیگری آن را اختراع کند. پس از مطالعه ده‌ها گزینه، او بر روی سیلیکون به عنوان بهترین ماده برای گیرنده‌های ساوتورث تصمیم گرفت. مشکل توانایی کنترل محتویات ماده برای کنترل خواص الکتریکی آن بود. در آن زمان، شمش‌های سیلیکون صنعتی رواج داشت؛ از آنها در کارخانه‌های فولاد استفاده می‌شد، اما در چنین تولیدی، مثلاً محتوای 1 درصد فسفر در سیلیکون، کسی اذیت نمی‌شد. اول با کمک گرفتن از چند متالورژیست، دست به کار شد تا مواد خالی بسیار تمیزتر از آنچه قبلا ممکن بود به دست آورد.
در حین کار، آنها متوجه شدند که برخی از کریستال های آنها جریان را در یک جهت تصحیح می کنند، در حالی که برخی دیگر جریان را در جهت دیگر اصلاح می کنند. آنها را «نوع n» و «نوع p» نامیدند. تجزیه و تحلیل بیشتر نشان داد که انواع مختلفی از ناخالصی ها مسئول این نوع هستند. سیلیکون در ستون چهارم جدول تناوبی قرار دارد، یعنی چهار الکترون در لایه بیرونی خود دارد. در یک فضای خالی از سیلیکون خالص، هر یک از این الکترون ها با همسایه خود ترکیب می شوند. ناخالصی‌های ستون سوم، مثلاً بور، که یک الکترون کمتر دارد، یک «حفره» ایجاد کرد، فضای اضافی برای حرکت جریان در کریستال. نتیجه یک نیمه هادی از نوع p (با بارهای مثبت اضافی) بود. عناصر ستون پنجم، مانند فسفر، الکترون های آزاد اضافی را برای حمل جریان فراهم کردند و یک نیمه هادی نوع n بدست آمد.
ساختار کریستالی سیلیکون
همه این تحقیقات بسیار جالب بود، اما تا سال 1940 ساوتورث و اوهل به ساختن نمونه اولیه یک رادار فرکانس بالا نزدیکتر نبودند. در همان زمان، دولت بریتانیا به دلیل تهدید احتمالی لوفت‌وافه، که قبلاً آشکارسازهای مایکروویو آماده تولید را در کنار فرستنده‌های مگنترون ایجاد کرده بود، خواستار نتایج عملی فوری شد.
با این حال، توازن پیشرفت های فناوری به زودی به سمت غرب اقیانوس اطلس خواهد رفت. چرچیل تصمیم گرفت قبل از اینکه واقعاً وارد جنگ شود، تمام اسرار فنی بریتانیا را برای آمریکایی ها فاش کند (از آنجایی که او تصور می کرد به هر حال این اتفاق می افتد). او معتقد بود که ارزش خطر نشت اطلاعات را دارد، زیرا از آن زمان تمام توانایی های صنعتی ایالات متحده برای حل مشکلاتی مانند سلاح های اتمی و رادارها پرتاب می شود. ماموریت علم و فناوری بریتانیا (که بیشتر به نام ) در سپتامبر 1940 وارد واشنگتن شد و در چمدانش هدیه ای در قالب شگفتی های تکنولوژیک آورد.
کشف قدرت باورنکردنی مگنترون رزونانس و اثربخشی آشکارسازهای کریستالی بریتانیایی در دریافت سیگنال آن، تحقیقات آمریکایی را در مورد نیمه هادی ها به عنوان پایه رادار فرکانس بالا احیا کرد. کارهای زیادی باید انجام می شد، به خصوص در علم مواد. برای پاسخگویی به تقاضا، کریستال های نیمه هادی «باید میلیون ها نفر تولید می شد، بسیار بیشتر از آنچه قبلاً ممکن بود. بهبود اصلاح، کاهش حساسیت ضربه و سوختن و به حداقل رساندن تغییرات بین دسته‌های مختلف کریستال‌ها ضروری بود.
یکسو کننده تماس نقطه سیلیکون
آزمایشگاه راد بخش‌های تحقیقاتی جدیدی را برای مطالعه خواص کریستال‌های نیمه‌رسانا و چگونگی اصلاح آنها برای به حداکثر رساندن خواص ارزشمند گیرنده باز کرده است. امیدوارکننده‌ترین مواد سیلیکون و ژرمانیوم بودند، بنابراین آزمایشگاه راد تصمیم گرفت آن را ایمن کند و برنامه‌های موازی برای مطالعه هر دو راه‌اندازی کرد: سیلیکون در دانشگاه پنسیلوانیا و ژرمانیوم در پوردو. غول های صنعتی مانند بل، وستینگهاوس، دو پونت و سیلوانیا برنامه های تحقیقاتی نیمه هادی خود را آغاز کردند و شروع به توسعه امکانات جدید تولید برای آشکارسازهای کریستال کردند.
با تلاش های مشترک، خلوص کریستال های سیلیکون و ژرمانیوم از 99 درصد در ابتدا به 99,999 درصد افزایش یافت - یعنی به یک ذره ناخالصی در هر 100 اتم. در این فرآیند، کادری از دانشمندان و مهندسان از نزدیک با خواص انتزاعی ژرمانیوم و سیلیکون آشنا شدند و فناوری هایی را برای کنترل آنها به کار بردند: ذوب، رشد کریستال ها، افزودن ناخالصی های لازم (مانند بور، که رسانایی را افزایش داد).
و بعد جنگ تمام شد. تقاضا برای رادار ناپدید شد، اما دانش و مهارت های به دست آمده در طول جنگ باقی ماند و رویای تقویت کننده حالت جامد فراموش نشد. اکنون مسابقه ایجاد چنین تقویت کننده ای بود. و حداقل سه تیم در موقعیت خوبی برای کسب این جایزه بودند.
لافایت غربی
اولین گروه گروهی از دانشگاه پردو بود که توسط یک فیزیکدان اتریشی الاصل به نام کارل لارک-هورویتز رهبری می شد. او به تنهایی با استعداد و نفوذ خود، بخش فیزیک دانشگاه را از ابهام خارج کرد و بر تصمیم آزمایشگاه راد برای سپردن تحقیقات ژرمانیوم به آزمایشگاه خود تأثیر گذاشت.
کارل لارک هوروویتز در سال 1947، در مرکز، یک لوله در دست دارد
در اوایل دهه 1940، سیلیکون بهترین ماده برای یکسو کننده‌های راداری در نظر گرفته می‌شد، اما ماده درست زیر آن در جدول تناوبی نیز ارزش مطالعه بیشتر را دارد. ژرمانیوم به دلیل نقطه ذوب پایین‌ترش یک مزیت عملی داشت که کار با آن را آسان‌تر می‌کرد: حدود 940 درجه در مقایسه با 1400 درجه برای سیلیکون (تقریباً مشابه فولاد). به دلیل نقطه ذوب بالا، ساختن ماده خالی که به سیلیکون مذاب نشت نکند و آن را آلوده کند، بسیار دشوار بود.
بنابراین، لارک هوروویتز و همکارانش کل جنگ را صرف مطالعه خواص شیمیایی، الکتریکی و فیزیکی ژرمانیوم کردند. مهمترین مانع "ولتاژ معکوس" بود: یکسو کننده های ژرمانیومی، در ولتاژ بسیار پایین، جریان را اصلاح نکردند و به آن اجازه دادند در جهت مخالف جریان یابد. پالس جریان معکوس اجزای باقیمانده رادار را سوزاند. یکی از دانشجویان فارغ التحصیل لارک-هورویتز، سیمور بنزر، این مشکل را بیش از یک سال مطالعه کرد و در نهایت یک افزودنی مبتنی بر قلع ساخت که پالس های معکوس را در ولتاژهای تا صدها ولت متوقف می کرد. اندکی پس از آن، وسترن الکتریک، بخش تولید آزمایشگاه بل، شروع به انتشار یکسو کننده های بنزر برای استفاده نظامی کرد.
مطالعه ژرمانیوم در پوردو پس از جنگ ادامه یافت. در ژوئن 1947، بنزر، که قبلاً یک پروفسور بود، یک ناهنجاری غیرمعمول را گزارش کرد: در برخی آزمایشات، نوسانات با فرکانس بالا در بلورهای ژرمانیوم ظاهر شد. و همکارش رالف بری به مطالعه "مقاومت حجمی" در پروژه ای که در طول جنگ آغاز شده بود، ادامه داد. مقاومت حجمی توضیح داد که چگونه الکتریسیته در کریستال ژرمانیوم در نقطه تماس یکسو کننده جریان می یابد. بری دریافت که پالس های ولتاژ بالا به طور قابل توجهی مقاومت ژرمانیوم نوع n را در برابر این جریان ها کاهش می دهد. بدون اینکه بداند شاهد به اصطلاح بود. حامل های شارژ "اقلیت". در نیمه هادی های نوع n، بار منفی اضافی به عنوان حامل اکثریت بار عمل می کند، اما "سوراخ های" مثبت نیز می توانند جریان را حمل کنند، و در این مورد، پالس های ولتاژ بالا سوراخ هایی را در ساختار ژرمانیوم ایجاد می کنند که باعث می شود حامل های بار اقلیت ظاهر شوند. .
بری و بنزر بدون اینکه متوجه شوند به طرز وسوسه انگیزی به تقویت کننده ژرمانیوم نزدیک شدند. بنزر، والتر براتین، دانشمند آزمایشگاه بل، را در کنفرانسی در ژانویه 1948 دستگیر کرد تا با او درباره کشش حجمی بحث کند. او به براتین پیشنهاد کرد که تماس نقطه‌ای دیگری را در کنار اولین نقطه‌ای قرار دهد که می‌تواند جریان را هدایت کند، و سپس آنها ممکن است بتوانند آنچه را که در زیر سطح اتفاق می‌افتد، درک کنند. براتین بی سر و صدا با این پیشنهاد موافقت کرد و رفت. همانطور که خواهیم دید، او به خوبی می دانست که چنین آزمایشی می تواند چه چیزی را نشان دهد.
اونی سو-بوآس
گروه پوردو هم تکنولوژی و هم مبنای نظری برای جهش به سمت ترانزیستور را داشت. اما آنها فقط می توانستند به طور تصادفی به آن برخورد کنند. آنها به خواص فیزیکی مواد علاقه مند بودند و نه به جستجوی نوع جدیدی از دستگاه. وضعیت بسیار متفاوتی در Aunes-sous-Bois (فرانسه) حاکم بود، جایی که دو محقق سابق رادار از آلمان، هاینریش ولکر و هربرت ماتار، تیمی را رهبری کردند که هدف آن ایجاد دستگاه های نیمه هادی صنعتی بود.
ولکر ابتدا در دانشگاه مونیخ که توسط نظریه پرداز معروف آرنولد سامرفلد اداره می شد، تحصیل کرد و سپس به تدریس فیزیک پرداخت. از سال 1940، او یک مسیر صرفا نظری را ترک کرد و شروع به کار بر روی یک رادار برای Luftwaffe کرد. ماتاره (تبار بلژیکی) در آخن بزرگ شد و در آنجا فیزیک خواند. او در سال 1939 به بخش تحقیقات غول رادیویی آلمانی Telefunken پیوست. در طول جنگ، او کار خود را از شرق برلین به صومعه در سیلزیا انتقال داد تا از حملات هوایی متفقین جلوگیری کند، و سپس به غرب بازگشت تا از پیشروی ارتش سرخ جلوگیری کند و در نهایت به دست ارتش آمریکا افتاد.
مانند رقبای خود در ائتلاف ضد هیتلر، آلمانی ها در اوایل دهه 1940 می دانستند که آشکارسازهای کریستال گیرنده های ایده آل برای رادار هستند و سیلیکون و ژرمانیوم امیدوارکننده ترین مواد برای ایجاد آنها هستند. Mathare و Welker در طول جنگ تلاش کردند تا استفاده کارآمد از این مواد را در یکسو کننده ها بهبود بخشند. پس از جنگ، هر دو مورد بازجویی های دوره ای در رابطه با کار نظامی خود قرار گرفتند و سرانجام در سال 1946 از یک افسر اطلاعاتی فرانسوی دعوت به پاریس دریافت کردند.
Compagnie des Freins & Signaux ("شرکت ترمزها و سیگنال ها")، یک بخش فرانسوی از Westinghouse، قراردادی از مقامات تلفن فرانسه برای ایجاد یکسو کننده های حالت جامد دریافت کرد و به دنبال دانشمندان آلمانی برای کمک به آنها بود. چنین اتحادی از دشمنان اخیر ممکن است عجیب به نظر برسد، اما این ترتیب برای هر دو طرف کاملاً مطلوب بود. فرانسوی ها که در سال 1940 شکست خوردند، توانایی کسب دانش در زمینه نیمه هادی ها را نداشتند و به شدت به مهارت های آلمانی ها نیاز داشتند. آلمانی‌ها نمی‌توانستند در هیچ زمینه‌ای با فناوری پیشرفته در کشوری تحت اشغال و جنگ‌زده توسعه دهند، بنابراین از فرصت استفاده کردند و به کار خود ادامه دادند.
ولکر و ماتار دفتر مرکزی خود را در خانه ای دو طبقه در حومه پاریس در اونس سو-بوآ ایجاد کردند و با کمک تیمی از تکنسین ها، تا پایان سال 1947 با موفقیت یکسو کننده های ژرمانیوم را راه اندازی کردند. سپس به کارهای جدی تری روی آوردند. جوایز: ولکر به علاقه خود به ابررساناها و ماتار به تقویت کننده ها بازگشت.
هربرت ماتار در سال 1950
در طول جنگ، Mathare با یکسوسازهای تماسی دو نقطه ای - "duodeodes" - در تلاش برای کاهش نویز مدار آزمایش کرد. او آزمایشات خود را از سر گرفت و به زودی متوجه شد که سبیل گربه دوم که در 1/100 میلیونیم متر از سبیل اول قرار دارد، گاهی اوقات می تواند جریانی را که از سبیل اول می گذرد تعدیل کند. او یک تقویت کننده حالت جامد ایجاد کرد، البته نسبتاً بی فایده. برای دستیابی به عملکرد قابل اعتمادتر، او به ولکر روی آورد، که تجربه زیادی در کار با کریستال های ژرمانیوم در طول جنگ به دست آورده بود. تیم Welker نمونه‌های بزرگ‌تر و خالص‌تری از کریستال‌های ژرمانیوم را تولید کرد و با بهبود کیفیت مواد، تقویت‌کننده‌های تماسی Mathare تا ژوئن 1948 قابل اعتماد شدند.
تصویر پرتو ایکس از یک "ترانزیسترون" بر اساس مدار ماتاره که دو نقطه تماس با ژرمانیوم دارد.
Mathare حتی یک مدل تئوریک از آنچه اتفاق می‌افتد داشت: او معتقد بود که کنتاکت دوم سوراخ‌هایی در ژرمانیوم ایجاد می‌کند و عبور جریان را از اولین تماس تسریع می‌بخشد و حامل‌های بار اقلیت را تامین می‌کند. ولکر با او موافق نبود و معتقد بود آنچه در حال رخ دادن است به نوعی اثر میدانی بستگی دارد. با این حال، قبل از اینکه بتوانند دستگاه یا تئوری را بسازند، متوجه شدند که گروهی از آمریکایی ها دقیقاً همان مفهوم - تقویت کننده ژرمانیوم با دو نقطه تماس - را شش ماه قبل توسعه داده بودند.
موری هیل
در پایان جنگ، مروین کلی گروه تحقیقاتی نیمه هادی بلز را به ریاست بیل شاکلی اصلاح کرد. این پروژه رشد کرد، بودجه بیشتری دریافت کرد و از ساختمان آزمایشگاه اصلی خود در منهتن به پردیس در حال گسترش در موری هیل، نیوجرسی نقل مکان کرد.
پردیس موری هیل، حدود 1960
شاکلی برای آشنایی مجدد با نیمه هادی های پیشرفته (پس از مدتی که در تحقیقات عملیاتی در طول جنگ مشغول به کار بود)، در بهار 1945 از آزمایشگاه هولمدل راسل اول بازدید کرد. اول سال های جنگ را صرف کار روی سیلیکون کرد و هیچ وقت تلف نکرد. او به شاکلی تقویت‌کننده‌ای خام از ساخت خودش را نشان داد که او آن را «دسیستر» نامید. او یکسوساز نقطه تماس سیلیکونی را گرفت و جریان باتری را از طریق آن ارسال کرد. ظاهراً گرمای باتری مقاومت در سراسر نقطه تماس را کاهش داد و یکسو کننده را به تقویت کننده ای تبدیل کرد که قادر به انتقال سیگنال های رادیویی ورودی به مداری است که به اندازه کافی قدرتمند است که یک بلندگو را تغذیه کند.
این اثر خام و غیرقابل اعتماد بود و برای تجاری سازی نامناسب بود. با این حال، برای تایید نظر شاکلی مبنی بر امکان ایجاد یک تقویت کننده نیمه هادی کافی بود و این باید در اولویت تحقیقات در زمینه الکترونیک حالت جامد قرار گیرد. همچنین این جلسه با تیم اولا بود که شاکلی را متقاعد کرد که ابتدا باید سیلیکون و ژرمانیوم مورد مطالعه قرار گیرد. آنها خواص الکتریکی جذابی از خود نشان دادند، و جک اسکاف و هنری تئورر، متالورژیست های همکار Ohl، به موفقیت شگفت انگیزی در رشد، تصفیه و دوپینگ این کریستال ها در طول جنگ دست یافتند و از تمام فناوری های موجود برای سایر مواد نیمه هادی پیشی گرفتند. گروه شاکلی دیگر وقت خود را برای تقویت کننده های اکسید مس قبل از جنگ تلف نمی کرد.
با کمک کلی، شاکلی شروع به جمع آوری یک تیم جدید کرد. بازیگران کلیدی عبارتند از والتر براتین، که به شاکلی در اولین تلاش خود برای تقویت کننده حالت جامد (در سال 1940) کمک کرد، و جان باردین، فیزیکدان جوان و کارمند جدید آزمایشگاه های بل. باردین احتمالاً گسترده ترین دانش فیزیک حالت جامد را در میان اعضای تیم داشت - پایان نامه او سطوح انرژی الکترون ها را در ساختار فلز سدیم توصیف می کرد. او همچنین یکی دیگر از دستیاران جان هاسبروک ون ولک بود، مانند آتاناسوف و براتین.
و مانند آتاناسوف، پایان نامه های باردین و شاکلی به محاسبات بسیار پیچیده ای نیاز داشت. آنها مجبور بودند از نظریه مکانیک کوانتومی نیمه هادی ها که توسط آلن ویلسون تعریف شده است برای محاسبه ساختار انرژی مواد با استفاده از ماشین حساب رومیزی مونرو استفاده کنند. با کمک به ایجاد ترانزیستور، آنها در واقع به نجات دانشجویان تحصیلات تکمیلی آینده از چنین کاری کمک کردند.
اولین رویکرد شاکلی به تقویت‌کننده حالت جامد متکی بر چیزی بود که بعدها "". او یک صفحه فلزی را روی یک نیمه هادی نوع n (با بارهای منفی زیاد) معلق کرد. اعمال بار مثبت بر روی صفحه، الکترون‌های اضافی را روی سطح کریستال کشیده و رودخانه‌ای از بارهای منفی ایجاد می‌کند که جریان الکتریکی به راحتی می‌تواند از طریق آن جریان یابد. سیگنال تقویت شده (که با سطح بار روی ویفر نشان داده می شود) به این ترتیب می تواند مدار اصلی را تعدیل کند (از امتداد سطح نیمه هادی عبور می کند). کارایی این طرح با دانش نظری او در فیزیک به او پیشنهاد شد. اما، با وجود آزمایش‌ها و آزمایش‌های فراوان، این طرح هرگز جواب نداد.
تا مارس 1946، باردین یک نظریه به خوبی توسعه داده بود که دلیل آن را توضیح می داد: سطح یک نیمه هادی در سطح کوانتومی رفتار متفاوتی با درون آن دارد. بارهای منفی که به سطح کشیده می شوند در "حالت های سطحی" به دام می افتند و مانع از نفوذ میدان الکتریکی به صفحه به داخل ماده می شوند. بقیه اعضای تیم این تحلیل را قانع‌کننده یافتند و یک برنامه تحقیقاتی جدید را در سه مسیر راه‌اندازی کردند:
- وجود حالت های سطحی را ثابت کنید.
- خواص آنها را مطالعه کنید.
- دریابید که چگونه آنها را شکست دهید و کاری انجام دهید .
پس از یک سال و نیم تحقیق و آزمایش، در 17 نوامبر 1947، براتین به موفقیت دست یافت. او کشف کرد که اگر یک مایع پر از یون مانند آب را بین یک ویفر و یک نیمه هادی قرار دهد، یک میدان الکتریکی از ویفر یون ها را به سمت نیمه هادی می راند، جایی که آنها بارهای به دام افتاده در حالت های سطحی را خنثی می کنند. حالا او می توانست رفتار الکتریکی یک تکه سیلیکون را با تغییر بار روی ویفر کنترل کند. این موفقیت به باردین ایده ای برای ایجاد یک تقویت کننده داد: نقطه تماس یکسو کننده را با آب الکترولیت احاطه کنید و سپس از سیم دوم در آب برای کنترل شرایط سطح استفاده کنید و در نتیجه سطح هدایت جریان اصلی را کنترل کنید. مخاطب. بنابراین باردین و براتین به خط پایان رسیدند.
ایده Bardeen جواب داد، اما تقویت ضعیف بود و در فرکانس های بسیار پایین غیرقابل دسترس برای گوش انسان کار می کرد - بنابراین به عنوان یک تقویت کننده تلفن یا رادیو بی فایده بود. Bardeen پیشنهاد تعویض ژرمانیوم مقاوم در برابر ولتاژ معکوس تولید شده در پوردو را داد، زیرا معتقد بود بارهای کمتری روی سطح آن جمع می شود. ناگهان افزایش قدرتمندی دریافت کردند، اما در جهت مخالف آنچه انتظار می رفت. آنها اثر حامل اقلیت را کشف کردند - به جای الکترون های مورد انتظار، جریانی که از طریق ژرمانیوم می گذرد با سوراخ هایی که از الکترولیت می آید، تقویت می شود. جریان روی سیم در الکترولیت لایه ای از نوع p (ناحیه ای از بارهای مثبت اضافی) را روی سطح ژرمانیوم نوع n ایجاد کرد.
آزمایش‌های بعدی نشان داد که اصلاً به الکترولیت نیاز نیست: به سادگی با قرار دادن دو نقطه تماس نزدیک روی سطح ژرمانیوم، می‌توان جریان را از یکی از آنها به جریان دیگری تعدیل کرد. برای نزدیک کردن هرچه بیشتر آنها، براتین یک تکه ورقه طلا را دور یک تکه پلاستیکی مثلثی پیچید و سپس فویل را در انتهای آن با دقت برش داد. سپس با استفاده از فنر، مثلث را به ژرمانیوم فشار داد که در نتیجه دو لبه برش با فاصله 0,05 میلی متری سطح آن را لمس کرد. این به نمونه اولیه ترانزیستور Bell Labs ظاهر متمایز خود را داد:
نمونه اولیه ترانزیستور Brattain و Bardeen
مانند دستگاه Mathare و Welker، در اصل، یک "سبیل گربه" کلاسیک بود، فقط با دو نقطه تماس به جای یک. در 16 دسامبر افزایش قابل توجهی در توان و ولتاژ و فرکانس 1000 هرتز در محدوده قابل شنیدن ایجاد کرد. یک هفته بعد، پس از بهبودهای جزئی، باردین و براتین ولتاژ را 100 برابر و قدرت را 40 برابر افزایش دادند و به مدیران بل نشان دادند که دستگاه آنها می تواند گفتار شنیدنی تولید کند. جان پیرس، یکی دیگر از اعضای تیم توسعه حالت جامد، اصطلاح ترانزیستور را پس از نام یکسو کننده اکسید مس بل، وریستور، ابداع کرد.
برای شش ماه آینده، آزمایشگاه این خلقت جدید را مخفی نگه داشت. مدیریت می‌خواست مطمئن شود که قبل از اینکه کسی دستش را بگیرد، ترانزیستور را تجاری‌سازی کرده است. یک کنفرانس مطبوعاتی برای 30 ژوئن 1948 برنامه ریزی شد، درست به موقع تا رویاهای ولکر و ماتار در مورد جاودانگی را از بین ببرد. در همین حال، گروه تحقیقاتی نیمه هادی بی سر و صدا سقوط کرد. پس از شنیدن دستاوردهای باردین و براتین، رئیس آنها، بیل شاکلی، شروع به کار کرد تا تمام اعتبار را برای خود بگیرد. و اگرچه او فقط نقش مشاهده‌ای را ایفا کرد، اما شاکلی در ارائه عمومی به همان اندازه، اگر نگوییم بیشتر، تبلیغات عمومی دریافت کرد - همانطور که در این عکس منتشر شده از او در ضخامت صحنه، درست در کنار یک نیمکت آزمایشگاه دیده می‌شود:
عکس تبلیغاتی 1948 - باردین، شاکلی و براتین
با این حال، شهرت برابر برای شاکلی کافی نبود. و قبل از اینکه کسی خارج از آزمایشگاه بل در مورد ترانزیستور بداند، او مشغول اختراع مجدد آن برای خودش بود. و این اولین مورد از بسیاری از اختراعات مجدد بود.
چه چیز دیگری برای خواندن
- رابرت بودری، اختراعی که جهان را تغییر داد (1996)
- مایکل ریوردان، «چگونه اروپا ترانزیستور را از دست داد»، طیف IEEE (1 نوامبر 2005)
- مایکل ریوردان و لیلیان هادسون، کریستال فایر (1997)
- آرماند ون دورمال، «ترانزیستور فرانسوی» (1994)
منبع: www.habr.com