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Le creuset de la guerre a préparé le terrain pour l'apparition du transistor. De 1939 à 1945, les connaissances techniques dans le domaine des semi-conducteurs se sont considérablement développées, et il y avait une raison simple à cela : le radar. La technologie militaire la plus importante, dont les exemples d'application incluent : la détection des attaques aériennes, la recherche de sous-marins, la direction des raids aériens nocturnes vers des cibles, l'orientation des systèmes de défense aérienne et des canons navals. Les ingénieurs ont même réussi à intégrer de minuscules radars dans des projectiles d'artillerie, permettant à ceux-ci d'exploser à proximité de leur cible pendant le passage. . Cependant, la source de cette nouvelle technologie militaire puissante provenait d'un domaine plus pacifique : l'étude des couches supérieures de l'atmosphère à des fins scientifiques.
Radar
En 1901, la société « Télégraphe sans fil Marconi » a réussi à transmettre un message sans fil à travers l'Atlantique, de Cornouailles à Terre-Neuve. Ce fait a créé un émoi parmi les scientifiques modernes. Si les transmissions radio se déplacent en ligne droite (comme cela devrait être le cas), une telle transmission ne devrait pas être possible. Il n'y a pas de ligne de vue directe entre l'Angleterre et le Canada qui ne traverse pas la Terre, donc le message de Marconi aurait dû s'envoler dans l'espace. L'ingénieur américain Arthur Kennelly et le physicien britannique Oliver Heaviside ont simultanément et indépendamment suggéré que l'explication de ce phénomène devait être liée à une couche de gaz ionisé dans les couches supérieures de l'atmosphère capable de réfléchir les ondes radio vers la Terre (Marconi lui-même pensait que les ondes radio suivaient la courbure de la Terre, mais les physiciens ne l'ont pas soutenu).
Dans les années 1920, les scientifiques ont développé de nouveaux équipements permettant d'abord de prouver l'existence de l'ionosphère, puis d'étudier sa structure. Ils utilisaient des lampes électroniques pour générer des impulsions radio à ondes courtes, des antennes directionnelles pour les envoyer vers le haut dans l'atmosphère et mesurer les échos, et pour montrer les résultats. Plus le délai de retour de l'écho était long, plus l'ionosphère devait être éloignée. Cette technologie a été appelée sondage atmosphérique, et elle a fourni l'infrastructure technique de base pour la création du radar (le terme « radar », provenant de RAdio Detection And Ranging, n'est apparu que dans les années 1940 dans la marine américaine).
Il a juste fallu un certain temps pour que les personnes disposant des connaissances, des ressources et de la motivation comprennent le potentiel d'application terrestre de tels équipements (ainsi, l'histoire du radar est opposée à celle du télescope, qui était initialement destiné à un usage terrestre). La probabilité d'une telle révélation augmentait avec la diffusion croissante de la radio à travers la planète et le nombre croissant de personnes remarquant les interférences provenant de navires, d'avions et d'autres grands objets à proximité. Les connaissances en technologie de sondage des couches supérieures de l'atmosphère se sont répandues lors de la deuxième (1932-1933), lorsque des chercheurs de différentes stations arctiques ont dressé une carte de l'ionosphère. Peu après, des équipes en Grande-Bretagne, aux États-Unis, en Allemagne, en Italie, en URSS et dans d'autres pays ont développé leurs systèmes radar les plus rudimentaires.
avec son radar de 1935
Puis la guerre est survenue, et l'importance des radars pour les pays – et des ressources pour leur développement – a fortement augmenté. Aux États-Unis, ces ressources se sont regroupées autour d'une nouvelle organisation fondée en 1940 au MIT, connue sous le nom de (appelée ainsi spécialement pour tromper les espions étrangers et créer l'impression que la laboratoire cherchait des radioactivités – à l'époque, peu de gens croyaient encore aux bombes atomiques). Le projet Rad Lab, moins connu que le projet Manhattan, a néanmoins réussi à rassembler des physiciens tout aussi remarquables et talentueux de tout le pays. Cinq des premiers employés du laboratoire (y compris et ) ont ensuite reçu des prix Nobel. À la fin de la guerre, environ 500 docteurs en sciences, chercheurs et ingénieurs travaillaient dans le laboratoire, tandis que 4000 personnes en tout étaient employées. Un montant de cinq cents mille dollars – comparable au budget total de création de l'ENIAC – a été dépensé rien que pour la publication de la Radiation Laboratory Series, vingt-sept volumes décrivant tous les savoirs acquis au laboratoire pendant la guerre (les dépenses du gouvernement américain pour les technologies radar ne se limitaient pas au budget du Rad Lab ; durant la guerre, le gouvernement a acheté des radars pour trois milliards de dollars).
Le 20e bâtiment du MIT, où se trouvait le Rad Lab
L'un des principaux domaines de recherche du Rad Lab était le radar à haute fréquence. Les premiers radars utilisaient des ondes dont les longueurs étaient mesurées en mètres. Mais les faisceaux à fréquence plus élevée, dont les longueurs d'onde étaient mesurées en centimètres – les micro-ondes – permettaient d'utiliser des antennes plus compactes et se dispersaient moins sur de grandes distances, offrant ainsi de grands avantages en termes de portée et de précision. Les radars à micro-ondes pouvaient être logés dans le nez d'un avion et détecter des objets de la taille d'un périscope de sous-marin.
Les premiers à résoudre cette tâche furent une équipe de physiciens britanniques de l'université de Birmingham. En 1940, ils développèrent le «», qui fonctionnait comme un « sifflet » électromagnétique, transformant une impulsion électrique aléatoire en un faisceau de micro-ondes puissant et précisément réglé. Ce transmetteur à micro-ondes était mille fois plus puissant que son concurrent le plus proche ; il a ouvert la voie à la création de transmetteurs radar à haute fréquence pratiques. Cependant, il avait besoin d'un compagnon, un récepteur capable de détecter les hautes fréquences. Et à ce stade, nous revenons à l'histoire des semi-conducteurs.
Coupe d'un magnetron
Le retour du fil de chat
Il s'est avéré que les lampes électroniques n'étaient pas du tout adaptées à la réception des signaux radar à micro-ondes. L'écart entre la cathode chaude et l'anode froide crée une capacité, ce qui fait que le circuit refuse de fonctionner à hautes fréquences. La meilleure technologie pour les radars à haute fréquence parmi celles disponibles était le «» – un petit segment de fil pressé contre un cristal semi-conducteur. Cela a été découvert indépendamment par plusieurs personnes, mais ce qui nous rapproche de notre histoire s'est passé dans le New Jersey.
En 1938, les laboratoires Bell ont conclu un contrat avec la marine pour le développement d'un radar de contrôle de tir dans la bande de 40 cm - c'était beaucoup plus court et donc de fréquence plus élevée que les radars existants de l'époque, avant les magnétrons à résonance. Le principal travail de recherche a été attribué à une division des laboratoires à Holmdel, au sud de Staten Island. Les chercheurs n'ont pas mis longtemps à comprendre ce dont ils auraient besoin pour un récepteur haute fréquence, et bientôt, l'ingénieur George Southworth fouillait les magasins de composants électroniques à Manhattan à la recherche de vieux détecteurs à « moustaches de chat ». Comme prévu, il fonctionnait beaucoup mieux que le détecteur à lampes, mais de manière instable. Southworth a donc retrouvé un électrochimiste nommé Russell Hall et lui a demandé d'essayer d'améliorer l'homogénéité de la réponse du détecteur à cristal à contact unique.
Hall était un homme plutôt particulier, qui considérait le développement de la technologie comme son destin, et racontait des éclairs périodiques de visions du futur. Par exemple, il affirmait qu'il savait déjà en 1939 de l'invention future de l'amplificateur en silicium, mais que le destin était destiné à le faire inventer à une autre personne. Après avoir étudié des dizaines d'options, il s'est arrêté sur le silicium comme le meilleur matériau pour les récepteurs de Southworth. Le problème était la possibilité de contrôler le contenu du matériau pour gérer ses propriétés électriques. À l'époque, des lingots de silicium étaient largement utilisés dans l'industrie, utilisés dans les aciéries, mais personne ne se souciait de, disons, un contenu de 1% de phosphore dans le silicium. Avec l'aide de quelques métallurgistes, Hall s'est donné pour objectif d'obtenir des lingots beaucoup plus purs que ce qui avait été réalisé auparavant.
Dans le processus de recherche, ils ont découvert que certains de leurs cristaux rectifiaient le courant dans une direction, tandis que d'autres le faisaient dans l'autre. Ils les ont appelés « type n » et « type p ». Une analyse plus approfondie a montré que ces types étaient causés par différents types d'impuretés. Le silicium se trouve dans la quatrième colonne du tableau périodique de Mendeléyev, ce qui signifie qu'il a quatre électrons sur sa couche externe. Dans une lingot de silicium pur, chacun de ces électrons se combinerait avec celui de son voisin. Les impuretés de la troisième colonne, comme le bore, qui a un électron de moins, créaient une « lacune », un espace supplémentaire pour le mouvement du courant dans le cristal. Cela produisait un semi-conducteur de type p (avec un excès de charges positives). Les éléments de la cinquième colonne, comme le phosphore, fournissaient des électrons libres supplémentaires pour le transport du courant, créant ainsi un semi-conducteur de type n.
La structure cristalline du silicium
Toutes ces recherches étaient très intéressantes, cependant, en 1940, Southworth et Oles n'étaient pas encore parvenus à créer un prototype fonctionnel de radar haute fréquence. Le gouvernement britannique exigeait des résultats pratiques immédiats en raison de la menace croissante des Luftwaffe, qui avaient déjà créé des détecteurs micro-ondes prêts à être produits, fonctionnant avec des émetteurs magnétroniques.
Cependant, bientôt, l'équilibre des réalisations techniques penchera du côté occidental de l'Atlantique. Churchill a décidé de révéler tous les secrets techniques de la Grande-Bretagne aux Américains avant même que le pays n'entre véritablement en guerre (car, comme il le supposait, cela allait de toute façon se produire). Il pensait qu'il valait la peine de prendre le risque d'une fuite d'informations, car toutes les capacités industrielles américaines seraient alors consacrées à des tâches telles que l'armement nucléaire et les radars. La mission scientifique et technique britannique (plus connue sous le nom de ) est arrivée à Washington en septembre 1940 et a apporté dans ses bagages un cadeau sous la forme de merveilles techniques.
La révélation de la puissance incroyable du magnétron à résonance et l'efficacité des détecteurs cristallins britanniques dans la réception de son signal ont revitalisé les recherches américaines dans le domaine des semi-conducteurs comme base des radars à haute fréquence. Il restait beaucoup de travail à accomplir, notamment dans le domaine des matériaux. Pour répondre aux besoins, les cristaux semi-conducteurs devaient être produits par millions, bien plus que ce qui était possible auparavant. Il était nécessaire d'améliorer le redressement, de réduire la sensibilité aux chocs et le risque de combustion, et de minimiser la différence entre les différents lots de cristaux.
Redresseur à point de contact en silicium
Au Rad Lab, de nouveaux départements de recherche ont été ouverts pour étudier les propriétés des cristaux semi-conducteurs et comment les modifier pour maximiser leurs propriétés en tant que récepteurs. Les matériaux les plus prometteurs étaient le silicium et le germanium, donc au Rad Lab, ils ont décidé de se prémunir et ont lancé des programmes parallèles pour étudier les deux : le silicium à l'Université de Pennsylvanie, et le germanium à Purdue. Des géants de l'industrie comme Bell, Westinghouse, Du Pont et Sylvania ont commencé leurs propres programmes de recherche sur les semi-conducteurs et ont commencé à développer de nouvelles capacités de production pour les détecteurs cristallins.
Grâce aux efforts conjoints, la pureté des cristaux de silicium et de germanium a été portée de 99 % au début à 99,999 % — c'est-à-dire à une particule d'impureté pour 100 000 atomes. Au cours de ce processus, le personnel scientifique et technique a appris à bien connaître les propriétés abstraites du germanium et du silicium et les technologies appliquées pour les contrôler : fusion, croissance des cristaux, ajout des impuretés nécessaires (comme le bore, qui augmentait la conductivité).
Et puis la guerre s'est terminée. La demande de radars a disparu, mais les connaissances et les compétences acquises pendant la guerre n'ont pas disparu, et le rêve d'un amplificateur à état solide n'a pas été oublié. Maintenant, la course était de créer un tel amplificateur. Et, au moins trois équipes étaient dans une position favorable pour remporter ce prix.
West Lafayette
Le premier était un groupe de l'Université de Purdue dirigé par un physicien d'origine autrichienne nommé Karl Lark-Horowitz. Grâce à son talent et à son influence, il a réussi à sortir le département de physique de l'université de l'oubli et a convaincu le Rad Lab de confier ses recherches sur le germanium à son laboratoire.
Karl Lark-Horowitz en 1947, au centre, avec une pipe
Au début des années 1940, le silicium était considéré comme le meilleur matériau pour les redresseurs radar, cependant, le matériau situé juste en dessous dans le tableau périodique semblait également mériter une étude plus approfondie. Le germanium avait un avantage pratique grâce à son point de fusion plus bas, facilitant le travail avec : environ 940 degrés, contre 1400 degrés pour le silicium (pratiquement comme l'acier). En raison de la haute température de fusion, il était extrêmement difficile de réaliser une préforme qui ne s'écoulât pas dans du silicium fondu, la contaminant.
Ainsi, Lark-Horowitz et ses collègues ont passé toute la guerre à étudier les propriétés chimiques, électriques et physiques du germanium. Le principal obstacle était la « tension inverse » : les redresseurs en germanium cessaient de redresser le courant à de très faibles tensions, permettant à celui-ci de s'écouler dans la direction opposée. L'impulsion de courant inversé brûlait les autres composants du radar. Un des étudiants de Lark-Horowitz, Seymour Benzer, a étudié ce problème pendant plus d'un an et a finalement développé un additif à base d'étain qui arrêtait les impulsions inversées jusqu'à des tensions de cent volts. Peu après, Western Electric, la division de fabrication des laboratoires Bell, a commencé à produire des redresseurs fonctionnant selon le schéma de Benzer pour des besoins militaires.
L'étude du germanium à Purdue a continué même après la guerre. En juin 1947, Benzer, devenu professeur, a signalé une anomalie inhabituelle : lors de certaines expériences, des oscillations à haute fréquence apparaissaient dans les cristaux de germanium. Son collègue Ralph Bray a poursuivi l'étude de la « résistivité volumique » sur un projet commencé pendant la guerre. La résistivité volumique décrivait la manière dont l'électricité circulait dans le cristal de germanium au point de contact du redresseur. Bray a découvert que des impulsions à haute tension réduisaient considérablement la résistance du germanium de type n à ces flux. Inconsciemment, il devenait témoin des fameux 'porteurs de charge non essentiels'. Dans les semiconducteurs de type n, la charge négative excédentaire sert de principal porteur de charge, mais les « trous » positifs peuvent également transporter un courant, et dans ce cas, les impulsions à haute tension créaient des trous dans la structure du germanium, ce qui faisait apparaître des porteurs de charge non essentiels.
Bray et Benzer se sont approchés de manière séduisante du transformateur au germanium sans le comprendre. Benzer a arrêté Walter Brattain, un scientifique des laboratoires Bell, lors d'une conférence en janvier 1948, pour discuter de la résistivité volumique. Il a proposé à Brattain de placer un autre contact ponctuel à côté du premier, qui pourrait conduire un courant, et alors ils pourraient peut-être comprendre ce qui se passe sous la surface. Brattain a silencieusement accepté cette proposition et est parti. Comme nous le verrons, il savait trop bien ce qu'un tel projet pourrait leur révéler.
Oney-Sur-Bois
Le groupe de Purdue disposait à la fois des technologies et des bases théoriques pour faire un bond vers le transistor. Cependant, ils ne pouvaient le rencontrer que par hasard. Ils s'intéressaient aux propriétés physiques du matériau, et non à la recherche d'un appareil de nouveau type. Une situation complètement différente régnait à Oney-Sur-Bois (France), où deux anciens chercheurs radar allemands, Heinrich Welker et Herbert Matara, dirigeaient une équipe dont l'objectif était de créer des dispositifs semiconducteurs industriels.
Welker a d'abord étudié, puis enseigné la physique à l'Université de Munich, gérée par le célèbre théoricien Arnold Sommerfeld. À partir de 1940, il a quitté le chemin purement théorique pour travailler sur le radar pour la Luftwaffe. Matare (d'origine belge) a grandi à Aix-la-Chapelle, où il a étudié la physique. Il a rejoint le département de recherche du géant allemand des radios Telefunken en 1939. Pendant la guerre, il a déplacé son travail de Berlin vers l'est, dans une abbaye en Silésie, pour échapper aux raids aériens de la coalition antifasciste, puis est revenu vers l'ouest pour éviter l'armée rouge en progression, se retrouvant finalement entre les mains de l'armée américaine.
Comme leurs rivaux de la coalition antifasciste, les Allemands savaient au début des années 1940 que les détecteurs cristallins étaient des récepteurs idéaux pour les radars, et que le silicium et le germanium étaient les matériaux les plus prometteurs pour leur création. Matare et Welker ont essayé pendant la guerre d'améliorer l'utilisation efficace de ces matériaux dans les redresseurs. Après la guerre, tous deux ont été régulièrement interrogés sur leur travail militaire et ont finalement reçu une invitation d'un agent français à Paris en 1946.
Compagnie des Freins & Signaux, une filiale française de Westinghouse, a obtenu un contrat de l'administration téléphonique française pour la création de redresseurs à semi-conducteurs et recherchait des scientifiques allemands pour les aider. Une telle alliance entre anciens ennemis peut sembler étrange, mais cet accord s'est avéré assez bénéfique pour les deux parties. Les Français, vaincus en 1940, n'avaient pas la possibilité d'acquérir des connaissances dans le domaine des semi-conducteurs et avaient désespérément besoin des compétences des Allemands. Les Allemands, quant à eux, ne pouvaient pas mener de développements dans des domaines de haute technologie dans un pays occupé et ravagé par la guerre, et ont donc saisi l'opportunité de continuer leur travail.
Welker et Matare ont établi leur quartier général dans une maison à deux étages à la périphérie de Paris, à Auneuil, et avec l'aide d'une équipe de techniciens, ont réussi à mettre en production des redresseurs en germanium d'ici la fin de 1947. Ils se sont ensuite tournés vers des objectifs plus sérieux : Welker est retourné à son intérêt pour les supraconducteurs, et Matare aux amplificateurs.
Herbert Matare en 1950
Pendant la guerre, Mataré expérimentait avec des redresseurs à deux points de contact – des « diodes » – dans le but de réduire le bruit du circuit. Il a repris ses expériences et a rapidement découvert qu'un second « moustache de chat », situé à 1/100 million de mètre du premier, pouvait parfois moduler le courant passant par le premier. Il a créé un amplificateur à semi-conducteurs, bien que plutôt inutile. Pour obtenir un fonctionnement plus fiable, il s'est tourné vers Welker, qui avait acquis une grande expérience des cristaux de germanium pendant la guerre. L'équipe de Welker cultivait des échantillons de cristaux de germanium plus gros et plus purs, et avec l'amélioration de la qualité du matériau, en juin 1948, les amplificateurs à point de contact de Mataré sont devenus fiables.
Radiographie du « transistor » basé sur le schéma de Mataré, qui comporte deux points de contact avec du germanium
Mataré avait même un modèle théorique de ce qui se passait : il pensait que le second contact créait des trous dans le germanium, accélérant le passage du courant à travers le premier contact, fournissant des porteurs de charge non principaux. Welker n'était pas d'accord avec lui et pensait que ce qui se passait dépendait d'un certain effet de champ. Cependant, avant qu'ils ne puissent travailler sur le dispositif ou la théorie, ils ont appris qu'un groupe d'Américains avait développé exactement le même concept – un amplificateur en germanium à deux points de contact – six mois plus tôt.
Murray Hill
À la fin de la guerre, Mervin Kelly a réformé le groupe de recherche des laboratoires Bell, dédié aux semi-conducteurs, avec Bill Shockley à sa tête. Le projet s'est élargi, a reçu plus de financements, et a déménagé du bâtiment initial des laboratoires à Manhattan vers un campus en pleine expansion à Murray Hill (New Jersey).
Campus à Murray Hill, vers 1960
Pour se familiariser à nouveau avec les semi-conducteurs de pointe (après avoir participé à des recherches opérationnelles pendant la guerre), au printemps 1945, Shockley visita le laboratoire de Russell Ohl à Holmdel. Ohl avait passé ses années de guerre à travailler sur le silicium, sans perdre de temps. Il montra à Shockley un amplificateur brut qu'il avait construit, qu'il avait nommé « désister ». Il avait pris un redresseur en silicium à contact ponctuel et y avait appliqué un courant provenant d'une batterie. Apparemment, la chaleur de la batterie avait réduit la résistance à travers le point de contact, transformant ainsi le redresseur en un amplificateur capable de transmettre des signaux radio entrants à un circuit suffisamment puissant pour alimenter un haut-parleur.
L'effet était brut et peu fiable, inadapté à la commercialisation. Cependant, il suffisait à confirmer l'opinion de Shockley sur la possibilité de créer un amplificateur semi-conducteur et sur la nécessité de prioriser cette direction de recherche en électronique à l'état solide. De plus, cette rencontre avec l'équipe d'Ohl convainquit Shockley que le silicium et le germanium devaient être étudiés en priorité. Ils démontraient des propriétés électriques attrayantes et, en outre, les collègues d'Ohl, les métallurgistes Jack Scaff et Henry Terer, avaient réalisé des avancées étonnantes dans la culture, le nettoyage et le dopage de ces cristaux pendant la guerre, surpassant toutes les technologies disponibles pour d'autres matériaux semi-conducteurs. L'équipe de Shockley ne voulait plus perdre de temps avec les amplificateurs à base d'oxyde de cuivre d'avant-guerre.
Avec l'aide de Kelly, Shockley commença à rassembler une nouvelle équipe. Parmi les membres clés se trouvait Walter Brattain, qui avait aidé Shockley lors de sa première tentative de création d'un amplificateur semi-conducteur (en 1940), et John Bardeen, un jeune physicien et nouvel employé des laboratoires Bell. Bardeen avait probablement les connaissances les plus étendues en physique des solides de tous les membres de l'équipe – sa thèse décrivait les niveaux d'énergie des électrons dans la structure du sodium métallique. Il était également un autre protégé de John H. Van Fleck, tout comme Atanasoff et Brattain.
Tout comme chez Atanasoff, les thèses de Bardin et de Shockley nécessitaient des calculs complexes. Ils devaient utiliser la théorie quantique des semi-conducteurs, définie par Alan Wilson, pour calculer la structure énergétique des matériaux à l'aide d'une calculatrice de bureau Monroe. En contribuant à la création du transistor, ils ont en fait participé à libérer les futurs doctorants d'un tel travail.
La première approche de Shockley concernant l'amplificateur à semi-conducteurs reposait sur ce qui serait plus tard appelé «». Il suspendait une plaque métallique au-dessus d'un semi-conducteur de type n (avec un excès de charges négatives). L'application d'une charge positive à la plaque tirait l'excès d'électrons à la surface du cristal, créant un fleuve de charges négatives à travers lequel le courant électrique pouvait facilement circuler. Le signal amplifié (représenté par le niveau de charge sur la plaque) pouvait ainsi moduler le circuit principal (passant par la surface du semi-conducteur). La fonctionnalité de ce schéma lui a été suggérée par ses connaissances théoriques en physique. Mais, malgré de nombreuses expériences, le schéma n'a jamais fonctionné.
En mars 1946, Bardin avait élaboré une théorie bien développée, expliquant la raison de cela : la surface d'un semi-conducteur au niveau quantique ne se comporte pas comme ses entrailles. Les charges négatives, tirées vers la surface, sont piégées dans des « états de surface » et bloquent la pénétration du champ électrique de la plaque dans le matériau. Les autres membres de l'équipe ont trouvé cette analyse convaincante et ont lancé un nouveau programme de recherche selon trois axes :
- Prouver l'existence des états de surface.
- Étudier leurs propriétés.
- Trouver comment les surmonter et réaliser un .
Après un an et demi de recherches et d'expérimentations, le 17 novembre 1947, Breteyn a réalisé une percée. Il a découvert que si l'on plaçait un liquide ionisé, par exemple de l'eau, entre une plaque et un semi-conducteur, le champ électrique de la plaque pousserait les ions vers le semi-conducteur, où ils neutraliseraient les charges piégées dans les états de surface. Il pouvait désormais contrôler le comportement électrique d'un morceau de silicium en modifiant la charge sur la plaque. Ce succès a donné à Bardeen l'idée d'une nouvelle approche pour créer un amplificateur : entourer le point de contact du redresseur d'eau électrolytique, puis utiliser un deuxième fil dans l'eau pour contrôler les états de surface et ainsi réguler le niveau de conductivité du contact principal. C'est ainsi que Bardeen et Breteyn ont atteint la ligne d'arrivée.
L'idée de Bardeen a fonctionné, cependant, le gain était faible et ne fonctionnait qu'à des fréquences très basses, inaudibles à l'oreille humaine - ce qui était donc inutile en tant qu'amplificateur téléphonique ou radio. Bardeen a proposé de passer à un germanium résistant à la tension inverse, obtenu à Purdue, considérant qu'il accumulerait moins de charges à sa surface. Soudain, ils ont obtenu un gain très puissant, mais dans une direction opposée à celle escomptée. Ils ont découvert l'effet des porteurs non fondamentaux - au lieu des électrons attendus, le courant circulant dans le germanium amplifiait les trous provenant de l'électrolyte. Le courant dans le fil dans l'électrolyte a créé une couche de type p (zone de charges positives en excès) à la surface du germanium de type n.
Les expériences ultérieures ont montré que l'électrolyte n'était pas du tout nécessaire : en plaçant simplement deux points de contact près l'un de l'autre à la surface du germanium, on pouvait moduler le courant de l'un sur l'autre. Pour les rapprocher autant que possible, Breteyn a enroulé un morceau de feuille d'or autour d'un triangle en plastique, puis a soigneusement coupé la feuille à l'extrémité. Ensuite, à l'aide d'un ressort, il pressait le triangle contre le germanium, les deux bords de la coupure touchant sa surface à une distance de 0,05 mm. Cela a donné au prototype du transistor des laboratoires Bell son aspect caractéristique :
Prototype du transistor de Breteyn et Bardeen
Tout comme les dispositifs de Mataré et de Welker, c'était en principe un classique « moustache de chat », mais avec deux points de contact au lieu d'un. Le 16 décembre, il a produit un renforcement considérable de la puissance et de la tension, à une fréquence de 1000 Hz dans la plage audible. Une semaine plus tard, après quelques améliorations mineures, Bardin et Brattain ont obtenu un renforcement de la tension de 100 fois et de la puissance de 40 fois, et ont démontré aux directeurs de Bell que leur dispositif pouvait reproduire de la parole audible. John Pierce, un autre membre de l'équipe de développement de dispositifs à semi-conducteurs, a inventé le terme « transistor » inspiré du nom du redresseur à oxyde de cuivre de Bell, le varistor.
Les six mois suivants, le laboratoire a gardé sa nouvelle création secrète. La direction voulait s'assurer qu'ils auraient une avance dans la mise en œuvre des opportunités commerciales du transistor avant que quiconque d'autre ne puisse le faire. Une conférence de presse a été prévue pour le 30 juin 1948, juste à temps pour briser tous les rêves d'immortalité de Welker et Mataré. Entre-temps, le groupe de recherche sur les semi-conducteurs s'est discrètement dissous. Ayant entendu parler des réalisations de Bardin et Brattain, leur patron, Bill Shockley, a commencé à travailler pour s'attribuer tout le mérite. Et bien qu'il ait joué un rôle d'observateur, lors de la présentation publique, Shockley a obtenu une publicité équivalente, voire supérieure – comme en témoigne cette photo publiée où il est en plein milieu de l'action, juste à côté de la table de laboratoire :
Photographie promotionnelle de 1948 – Bardin, Shockley et Brattain
Cependant, Shockley ne se contentait pas d'une renommée équivalente. Même avant que quiconque en dehors des laboratoires Bell ne découvre le transistor, il s'est engagé dans sa réinvention pour se l'approprier. Et ce n'était que la première d'une multitude de réinventions similaires.
À lire aussi
- Robert Buderi, The Invention That Changed the World (1996)
- Michael Riordan, “How Europe Missed the Transistor,” IEEE Spectrum (1 nov. 2005)
- Michael Riordan et Lillian Hoddeson, Crystal Fire (1997)
- Armand Van Dormael, “The ‘French’ Transistor,” (1994)
Source : habr.com
