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Le creuset de la guerre a ouvert la voie à l’avènement 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 de guerre la plus importante, dont des exemples incluent : la détection des raids aériens, la recherche de sous-marins, la direction des raids aériens de nuit vers des cibles, le ciblage des systèmes de défense aérienne et des canons navals. Les ingénieurs ont même appris à insérer de minuscules radars dans des obus d'artillerie afin qu'ils explosent lorsqu'ils volent près de la cible - . Cependant, la source de cette nouvelle technologie militaire puissante se trouvait dans un domaine plus pacifique : l’étude de la haute atmosphère à des fins scientifiques.
Радар
En 1901, la Marconi Wireless Telegraph Company a réussi à transmettre un message sans fil à travers l'Atlantique, de Cornwall à Terre-Neuve. Ce fait a semé la confusion dans la science moderne. Si les transmissions radio se propagent en ligne droite (comme elles le devraient), une telle transmission devrait être impossible. Il n'existe aucune ligne de vue directe entre l'Angleterre et le Canada qui ne traverse la Terre, le message de Marconi a donc dû voler dans l'espace. L'ingénieur américain Arthur Kennealy et le physicien britannique Oliver Heaviside ont proposé simultanément et indépendamment que l'explication de ce phénomène devait être associée à une couche de gaz ionisé située dans la haute atmosphère, capable de réfléchir les ondes radio vers la Terre (Marconi lui-même croyait que les ondes radio suivre la courbure de la surface de la Terre, cependant, les physiciens ne l'ont pas soutenu).
Dès les années 1920, les scientifiques avaient mis au point de nouveaux équipements permettant dans un premier temps de prouver l’existence de l’ionosphère puis d’étudier sa structure. Ils ont utilisé des tubes à vide pour générer des impulsions radio à ondes courtes, des antennes directionnelles pour les envoyer dans l'atmosphère et enregistrer les échos, et pour démontrer les résultats. Plus le délai de retour de l'écho est long, plus l'ionosphère doit être éloignée. Cette technologie s'appelait sondage atmosphérique et constituait l'infrastructure technique de base pour le développement du radar (le terme « radar », de RAdio Detection And Ranging, n'est apparu que dans les années 1940 dans l'US Navy).
Ce n'était qu'une question de temps avant que des personnes disposant des connaissances, des ressources et de la motivation appropriées ne réalisent le potentiel des applications terrestres de tels équipements (l'histoire du radar est donc à l'opposé de l'histoire du télescope, qui était initialement destiné à un usage terrestre). . Et la probabilité d'une telle découverte a augmenté à mesure que la radio se répandait de plus en plus à travers la planète et que de plus en plus de personnes remarquaient des interférences provenant de navires, d'avions et d'autres gros objets à proximité. Connaissance des technologies de sondage de la haute atmosphère diffusée au cours de la seconde (1932-1933), lorsque des scientifiques dressèrent une carte de l'ionosphère à partir de différentes stations arctiques. Peu de temps après, des équipes britanniques, américaines, allemandes, italiennes, soviétiques et d’autres pays ont développé leurs systèmes radar les plus simples.
avec son radar de 1935
Puis la guerre a éclaté et l’importance des radars pour les pays – ainsi que les ressources nécessaires pour les développer – a considérablement augmenté. Aux États-Unis, ces ressources se sont regroupées autour d'une nouvelle organisation fondée en 1940 au MIT, connue sous le nom de (Il a été nommé ainsi spécifiquement pour tromper les espions étrangers et donner l'impression que la radioactivité était étudiée en laboratoire - à cette époque, peu de gens croyaient aux bombes atomiques). Le projet Rad Lab, qui n'est pas devenu aussi célèbre que le projet Manhattan, a néanmoins recruté dans ses rangs des physiciens tout aussi remarquables et talentueux de partout aux États-Unis. Cinq des premiers employés du laboratoire (dont и ) a ensuite reçu le prix Nobel. À la fin de la guerre, environ 500 docteurs en sciences, scientifiques et ingénieurs travaillaient dans le laboratoire et un total de 4000 XNUMX personnes travaillaient. Un demi-million de dollars – comparable à l'ensemble du budget de l'ENIAC – a été dépensé rien que pour la série Radiation Laboratory, un recueil en vingt-sept volumes de toutes les connaissances acquises grâce au laboratoire pendant la guerre (bien que les dépenses du gouvernement américain en matière de technologie radar ne se soient pas limitées au budget du Rad Lab ; pendant la guerre, le gouvernement a acheté pour trois milliards de dollars de radars).
MIT Building 20, 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 longueurs d'onde mesurées en mètres. Mais les faisceaux de fréquences plus élevées avec des longueurs d'onde mesurées en centimètres (les micro-ondes) permettaient de réaliser des antennes plus compactes et étaient moins dispersées sur de longues distances, promettant de plus grands avantages en termes de portée et de précision. Les radars à micro-ondes pourraient s'insérer dans le nez d'un avion et détecter des objets de la taille du périscope d'un sous-marin.
La première à résoudre ce problème fut une équipe de physiciens britanniques de l’Université de Birmingham. En 1940, ils développèrent "», qui fonctionnait comme un « sifflet » électromagnétique, transformant une impulsion électrique aléatoire en un faisceau de micro-ondes puissant et précisément réglé. Cet émetteur micro-ondes était mille fois plus puissant que son concurrent le plus proche ; il a ouvert la voie à des émetteurs radar haute fréquence pratiques. Il lui fallait cependant un compagnon, un récepteur capable de détecter les hautes fréquences. Et à ce stade, nous revenons à l’histoire des semi-conducteurs.
Coupe transversale du magnétron
La seconde venue de la moustache du chat
Il s'est avéré que les tubes à vide n'étaient pas du tout adaptés à la réception de signaux radar micro-ondes. L'espace entre la cathode chaude et l'anode froide crée une capacité, empêchant le circuit de fonctionner à hautes fréquences. La meilleure technologie disponible pour les radars à haute fréquence était celle à l'ancienne ""- un petit morceau de fil pressé contre un cristal semi-conducteur. Plusieurs personnes l’ont découvert indépendamment, mais ce qui se rapproche le plus de notre histoire est ce qui s’est passé dans le New Jersey.
En 1938, les Bell Labs ont passé un contrat avec la Marine pour développer un radar de contrôle de tir dans la portée de 40 cm, beaucoup plus courte, et donc de fréquence plus élevée, que les radars existants de l'ère pré-résonante du magnétron. Les principaux travaux de recherche ont été confiés à une division de laboratoires située à Holmdel, au sud de Staten Island. Il n'a pas fallu longtemps aux chercheurs pour comprendre ce dont ils auraient besoin pour un récepteur haute fréquence, et bientôt l'ingénieur George Southworth parcourait les magasins de radio de Manhattan à la recherche de vieux détecteurs à moustaches de chat. Comme prévu, il fonctionnait bien mieux que le détecteur de lampe, mais il était instable. Southworth a donc fait appel à un électrochimiste nommé Russell Ohl et lui a demandé d'essayer d'améliorer l'uniformité de la réponse d'un détecteur à cristal monopoint.
Ol était une personne plutôt particulière, qui considérait le développement de la technologie comme son destin et parlait d'idées périodiques avec des visions de l'avenir. Par exemple, il a déclaré qu'en 1939, il était au courant de la future invention d'un amplificateur au silicium, mais que le destin était destiné à ce qu'une autre personne l'invente. Après avoir étudié des dizaines d'options, il a opté pour le silicium comme meilleure substance pour les récepteurs Southworth. Le problème était la capacité de contrôler le contenu du matériau afin de contrôler ses propriétés électriques. À cette époque, les lingots de silicium industriels étaient très répandus, ils étaient utilisés dans les aciéries, mais dans une telle production, personne n'était gêné par, disons, la teneur en phosphore de 1 % dans le silicium. Faisant appel à quelques métallurgistes, Ol entreprit d'obtenir des ébauches beaucoup plus propres qu'il n'était possible auparavant.
Au cours de leur travail, ils ont découvert que certains de leurs cristaux rectifiaient le courant dans un sens, tandis que d’autres le redressaient dans l’autre. Ils les appelaient « type n » et « type p ». Une analyse plus approfondie a montré que différents types d'impuretés étaient responsables de ces types. Le silicium figure dans la quatrième colonne du tableau périodique, ce qui signifie qu’il possède quatre électrons dans sa couche externe. Dans une ébauche de silicium pur, chacun de ces électrons se combinerait avec un voisin. Les impuretés de la troisième colonne, par exemple le bore, qui possède un électron de moins, ont créé un « trou », un espace supplémentaire pour le mouvement du courant dans le cristal. Le résultat fut un semi-conducteur de type p (avec un excès de charges positives). Les éléments de la cinquième colonne, tels que le phosphore, ont fourni des électrons libres supplémentaires pour transporter le courant, et un semi-conducteur de type n a été obtenu.
Structure cristalline du silicium
Toutes ces recherches étaient très intéressantes, mais en 1940, Southworth et Ohl n'étaient pas près de créer un prototype fonctionnel de radar à haute fréquence. Dans le même temps, le gouvernement britannique exigeait des résultats pratiques immédiats en raison de la menace imminente de la Luftwaffe, qui avait déjà créé des détecteurs micro-ondes prêts à la production fonctionnant en tandem avec des émetteurs magnétron.
Toutefois, la balance des avancées technologiques va bientôt pencher du côté ouest de l’Atlantique. Churchill a décidé de révéler tous les secrets techniques britanniques aux Américains avant d'entrer réellement en guerre (puisqu'il pensait que cela se produirait de toute façon). Il pensait que le risque de fuite d'informations en valait la peine, car toutes les capacités industrielles des États-Unis seraient alors consacrées à la résolution de problèmes tels que les armes atomiques et les radars. Mission scientifique et technologique britannique (mieux connue sous le nom de ) arrive à Washington en septembre 1940 et rapporte dans ses bagages un cadeau sous forme de miracles technologiques.
La découverte de l'incroyable puissance du magnétron résonant et de l'efficacité des détecteurs à cristaux britanniques pour recevoir son signal a revitalisé la recherche américaine sur les semi-conducteurs comme base du radar haute fréquence. Il y avait beaucoup de travail à faire, notamment dans le domaine de la science des matériaux. Pour répondre à la demande, les cristaux semi-conducteurs « ont dû être produits par millions, bien plus que ce qui était possible auparavant. Il était nécessaire d’améliorer la rectification, de réduire la sensibilité aux chocs et au rodage, et de minimiser les variations entre les différents lots de cristaux.
Redresseur de contact à point de silicium
Le Rad Lab a ouvert de nouveaux départements de recherche pour étudier les propriétés des cristaux semi-conducteurs et comment ils peuvent être modifiés pour maximiser les propriétés précieuses du récepteur. Les matériaux les plus prometteurs étant le silicium et le germanium, le Rad Lab a décidé de jouer la sécurité et a 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 tels que Bell, Westinghouse, Du Pont et Sylvania ont lancé leurs propres programmes de recherche sur les semi-conducteurs et ont commencé à développer de nouvelles installations de fabrication de détecteurs à cristaux.
Grâce à des efforts conjoints, la pureté des cristaux de silicium et de germanium a été augmentée de 99 % au début à 99,999 %, soit une particule d'impureté pour 100 000 atomes. Au cours du processus, un groupe de scientifiques et d'ingénieurs se sont familiarisés avec les propriétés abstraites du germanium et du silicium et ont appliqué des technologies pour les contrôler : fusion, croissance de cristaux, ajout des impuretés nécessaires (comme le bore, qui augmente la conductivité).
Et puis la guerre a pris fin. La demande de radars a disparu, mais les connaissances et les compétences acquises pendant la guerre sont restées et le rêve d'un amplificateur à semi-conducteurs n'a pas été oublié. Il s’agissait désormais de créer un tel amplificateur. Et au moins trois équipes étaient en bonne position pour remporter ce prix.
Lafayette Ouest
Le premier était un groupe de l’Université Purdue dirigé par un physicien d’origine autrichienne nommé Carl Lark-Horowitz. Il a à lui seul sorti le département de physique de l'université grâce à son talent et son influence et a influencé la décision du Rad Lab de confier à son laboratoire la recherche sur le germanium.
Carl Lark-Horowitz en 1947, au centre, tenant une pipe
Au début des années 1940, le silicium était considéré comme le meilleur matériau pour les redresseurs de radar, mais le matériau situé juste en dessous dans le tableau périodique semblait également mériter une étude plus approfondie. Le germanium présentait un avantage pratique en raison de son point de fusion plus bas, ce qui facilitait son travail : environ 940 degrés, contre 1400 XNUMX degrés pour le silicium (presque le même que l'acier). En raison du point de fusion élevé, il était extrêmement difficile de fabriquer une ébauche qui ne coulerait pas dans le silicium fondu et ne le contaminerait pas.
Par conséquent, Lark-Horowitz et ses collègues ont passé toute la guerre à étudier les propriétés chimiques, électriques et physiques du germanium. L’obstacle le plus important était la « tension inverse » : les redresseurs au germanium, à très basse tension, arrêtaient de redresser le courant et le laissaient circuler dans le sens opposé. L'impulsion de courant inverse a brûlé les composants restants du radar. L'un des étudiants diplômés 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 stoppait les impulsions inverses à des tensions pouvant atteindre des centaines de volts. Peu de temps après, Western Electric, la division de fabrication des Bell Labs, a commencé à produire des redresseurs Benzer à usage militaire.
L'étude du germanium à Purdue s'est poursuivie après la guerre. En juin 1947, Benzer, déjà professeur, rapporta une anomalie inhabituelle : dans certaines expériences, des oscillations à haute fréquence apparaissaient dans les cristaux de germanium. Et son collègue Ralph Bray a continué à étudier la « résistance volumétrique » sur un projet commencé pendant la guerre. La résistance de volume décrit la manière dont l'électricité circule dans le cristal de germanium au point de contact du redresseur. Bray a découvert que les impulsions à haute tension réduisaient considérablement la résistance du germanium de type N à ces courants. Sans le savoir, il a été témoin de ce qu'on appelle. porteurs de charges « minoritaires ». Dans les semi-conducteurs de type n, la charge négative en excès sert de porteur de charge majoritaire, mais des « trous » positifs peuvent également transporter du courant, et dans ce cas, les impulsions haute tension ont créé des trous dans la structure du germanium, provoquant l'apparition de porteurs de charge minoritaires. .
Bray et Benzer se sont approchés de manière tentante de l'amplificateur au germanium sans s'en rendre compte. Benzer a surpris Walter Brattain, un scientifique des Bell Labs, lors d'une conférence en janvier 1948 pour discuter avec lui de la traînée volumétrique. Il a suggéré à Brattain de placer un autre point de contact à côté du premier qui pourrait conduire le courant, et ils pourraient alors être en mesure de comprendre ce qui se passait sous la surface. Brattain accepta discrètement cette proposition et partit. Comme nous le verrons, il ne savait que trop bien ce qu’une telle expérience pouvait révéler.
One-sous-Bois
Le groupe Purdue possédait à la fois la technologie et les bases théoriques pour faire le grand saut vers le transistor. Mais ils n’ont pu tomber dessus que par hasard. Ils s'intéressaient aux propriétés physiques du matériau et non à la recherche d'un nouveau type d'appareil. Une situation très différente prévalait à Aunes-sous-Bois (France), où deux anciens chercheurs allemands en radar, Heinrich Welker et Herbert Mathare, dirigeaient une équipe dont le but était de créer des dispositifs industriels à semi-conducteurs.
Welker a d'abord étudié puis enseigné la physique à l'Université de Munich, dirigée par le célèbre théoricien Arnold Sommerfeld. Dès 1940, il abandonne une voie purement théorique et commence à travailler sur un radar pour la Luftwaffe. Mathare (d'origine belge) a grandi à Aix-la-Chapelle, où il a étudié la physique. Il rejoint le département de recherche du géant allemand de la radio Telefunken en 1939. Pendant la guerre, il déplaça son travail de l'est de Berlin vers l'abbaye de Silésie pour éviter les raids aériens alliés, puis vers l'ouest pour éviter l'avancée de l'Armée rouge, tombant finalement entre les mains de l'armée américaine.
Comme leurs rivaux de la coalition anti-hitlérienne, les Allemands savaient dès le début des années 1940 que les détecteurs à cristaux étaient des récepteurs idéaux pour les radars et que le silicium et le germanium étaient les matériaux les plus prometteurs pour leur création. Mathare et Welker ont tenté pendant la guerre d'améliorer l'utilisation efficace de ces matériaux dans les redresseurs. Après la guerre, tous deux furent soumis à des interrogatoires périodiques concernant leur travail militaire et reçurent finalement une invitation d'un officier du renseignement français à Paris en 1946.
La Compagnie des Freins & Signaux ("société de freins et de signaux"), une division française de Westinghouse, a reçu un contrat de l'autorité téléphonique française pour créer des redresseurs à semi-conducteurs et a sollicité l'aide de scientifiques allemands. Une telle alliance d’ennemis récents peut paraître étrange, mais cet arrangement s’est avéré plutôt favorable aux deux camps. Les Français, vaincus en 1940, n’étaient pas en mesure d’acquérir des connaissances dans le domaine des semi-conducteurs et avaient désespérément besoin des compétences des Allemands. Les Allemands ne pouvaient réaliser aucun développement dans aucun domaine de haute technologie dans un pays occupé et déchiré par la guerre, ils ont donc sauté sur l’occasion pour continuer à travailler.
Welker et Mathare installent leur quartier général dans une maison à deux étages à Aunes-sous-Bois, en banlieue parisienne, et, avec l'aide d'une équipe de techniciens, ils lancent avec succès des redresseurs au germanium à la fin de 1947. Ils se tournent ensuite vers des solutions plus sérieuses. prix : Welker est revenu sur son intérêt pour les supraconducteurs, et Mathare sur les amplificateurs.
Herbert Mathare en 1950
Pendant la guerre, Mathare a expérimenté des redresseurs à deux points de contact – « duodeodes » – pour tenter de réduire le bruit du circuit. Il reprit ses expériences et découvrit bientôt qu'une seconde moustache de chat, située à 1/100 millionième de mètre de la première, pouvait parfois moduler le courant circulant dans la première moustache. Il a créé un amplificateur à semi-conducteurs, quoique plutôt inutile. Pour obtenir des performances plus fiables, il s'est tourné vers Welker, qui avait acquis une vaste expérience en travaillant avec des cristaux de germanium pendant la guerre. L'équipe de Welker a produit des échantillons de cristaux de germanium plus grands et plus purs, et à mesure que la qualité du matériau s'est améliorée, les amplificateurs à contact ponctuel Mathare sont devenus fiables en juin 1948.
Image radiographique d'un "transistron" basé sur le circuit Mathare, qui possède deux points de contact avec le germanium
Mathare avait même un modèle théorique de ce qui se passait : il pensait que le deuxième contact faisait des trous dans le germanium, accélérant le passage du courant à travers le premier contact, fournissant ainsi des porteurs de charge minoritaires. Welker n'était pas d'accord avec lui et pensait que ce qui se passait dépendait d'une sorte d'effet de champ. Cependant, avant de pouvoir élaborer le dispositif ou la théorie, ils ont appris qu'un groupe d'Américains avait développé exactement le même concept - un amplificateur au germanium avec deux contacts ponctuels - six mois plus tôt.
Colline de Murray
À la fin de la guerre, Mervyn Kelly a réformé le groupe de recherche sur les semi-conducteurs des Bell Labs dirigé par Bill Shockley. Le projet s'est développé, a reçu davantage de financement et a déménagé de son laboratoire d'origine à Manhattan vers un campus en expansion à Murray Hill, dans le New Jersey.
Campus Murray Hill, vers 1960. XNUMX
Pour se familiariser à nouveau avec les semi-conducteurs avancés (après avoir travaillé dans la recherche opérationnelle pendant la guerre), Shockley visita le laboratoire Holmdel de Russell Ohl au printemps 1945. Ohl a passé les années de guerre à travailler sur le silicium et n'a pas perdu de temps. Il montra à Shockley un amplificateur rudimentaire de sa propre construction, qu'il qualifia de « désister ». Il a pris un redresseur à contact ponctuel en silicium et a envoyé le courant de la batterie à travers celui-ci. Apparemment, la chaleur de la batterie a réduit la résistance aux bornes du point de contact et a transformé le redresseur en un amplificateur capable de transmettre les signaux radio entrants à un circuit suffisamment puissant pour alimenter un haut-parleur.
L’effet était rudimentaire et peu fiable, impropre à la commercialisation. Cependant, cela a suffi à confirmer l'opinion de Shockley selon laquelle il était possible de créer un amplificateur à semi-conducteur et que cela devait devenir une priorité pour la recherche dans le domaine de l'électronique à semi-conducteurs. C'est également cette rencontre avec l'équipe d'Ola qui a convaincu Shockley que le silicium et le germanium devaient être étudiés en premier. Ils présentaient des propriétés électriques attrayantes, et les collègues métallurgistes d'Ohl, Jack Skaff et Henry Theurer, avaient obtenu un succès incroyable dans la culture, la purification et le dopage de ces cristaux pendant la guerre, surpassant toutes les technologies disponibles pour d'autres matériaux semi-conducteurs. Le groupe de Shockley n'allait plus perdre de temps sur les amplificateurs à oxyde de cuivre d'avant-guerre.
Avec l'aide de Kelly, Shockley a commencé à constituer une nouvelle équipe. Parmi les principaux acteurs figuraient Walter Brattain, qui a aidé Shockley dans sa première tentative d'amplificateur à semi-conducteurs (en 1940), et John Bardeen, un jeune physicien et nouvel employé des Bell Labs. Bardeen possédait probablement la connaissance la plus approfondie de la physique du solide parmi 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 Hasbrouck Van Vleck, comme Atanasov et Brattain.
Et comme Atanasov, les thèses de Bardeen et Shockley nécessitaient des calculs extrêmement complexes. Ils ont dû utiliser la théorie de la mécanique quantique des semi-conducteurs, définie par Alan Wilson, pour calculer la structure énergétique des matériaux à l'aide de la calculatrice de bureau de Monroe. En contribuant à la création du transistor, ils ont en fait contribué à épargner de tels travaux aux futurs étudiants diplômés.
La première approche de Shockley en matière d'amplificateur à semi-conducteurs reposait sur ce qui fut plus tard appelé "". Il a suspendu 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 a attiré les électrons en excès sur la surface du cristal, créant ainsi une rivière de charges négatives à travers laquelle le courant électrique pouvait facilement circuler. Le signal amplifié (représenté par le niveau de charge sur la plaquette) pourrait ainsi moduler le circuit principal (en passant le long de la surface du semi-conducteur). L'efficacité de ce schéma lui a été suggérée par ses connaissances théoriques en physique. Mais malgré de nombreuses expériences et expériences, le projet n’a jamais fonctionné.
En mars 1946, Bardeen avait créé une théorie bien développée qui en expliquait la raison : la surface d'un semi-conducteur au niveau quantique se comporte différemment de son intérieur. Les charges négatives attirées vers la surface sont piégées dans des « états de surface » et empêchent le champ électrique de pénétrer dans la plaque dans le matériau. Le reste de l’équipe a trouvé cette analyse convaincante et a lancé un nouveau programme de recherche selon trois axes :
- Prouver l'existence d'états de surface.
- Étudiez leurs propriétés.
- Découvrez comment les vaincre et faites en sorte que cela fonctionne .
Après un an et demi de recherche et d'expérimentation, le 17 novembre 1947, Brattain réalise une percée. Il a découvert que s’il plaçait un liquide rempli d’ions, tel que de l’eau, entre une tranche et un semi-conducteur, un champ électrique provenant de la tranche 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 plaquette. Ce succès a donné à Bardeen l'idée d'une nouvelle approche pour créer un amplificateur : entourer le point de contact du redresseur avec de l'eau électrolytique, puis utiliser un deuxième fil dans l'eau pour contrôler les conditions de surface, et ainsi contrôler le niveau de conductivité du réseau principal. contact. Bardeen et Brattain ont donc atteint la ligne d'arrivée.
L'idée de Bardeen a fonctionné, mais l'amplification était faible et fonctionnait à des fréquences très basses inaccessibles à l'oreille humaine - elle était donc inutile comme amplificateur de téléphone ou de radio. Bardeen a suggéré de passer au germanium résistant aux tensions inverses produit à Purdue, estimant que moins de charges s'accumuleraient à sa surface. Soudain, ils ont reçu une forte augmentation, mais dans la direction opposée à celle attendue. Ils ont découvert l'effet des porteurs minoritaires : au lieu des électrons attendus, le courant circulant dans le germanium était amplifié par des trous provenant de l'électrolyte. Le courant sur le fil dans l’électrolyte a créé une couche de type p (une région de charges positives en excès) à la surface du germanium de type n.
Des expériences ultérieures ont montré qu'aucun électrolyte n'était nécessaire : en plaçant simplement deux points de contact proches sur la surface du germanium, il était possible de moduler le courant de l'un d'eux au courant de l'autre. Pour les rapprocher le plus possible, Brattain a enroulé un morceau de feuille d'or autour d'un morceau de plastique triangulaire, puis a soigneusement coupé la feuille à l'extrémité. Ensuite, à l'aide d'un ressort, il a pressé le triangle contre le germanium, de sorte que les deux bords de la coupe ont touché sa surface à une distance de 0,05 mm. Cela a donné au prototype de transistor des Bell Labs son apparence distinctive :
Prototype de transistor Brattain et Bardeen
Comme l'appareil de Mathare et Welker, il s'agissait, en principe, d'une « moustache de chat » classique, avec seulement deux points de contact au lieu d'un. Le 16 décembre, il a produit une augmentation significative de la puissance et de la tension, ainsi qu'une fréquence de 1000 100 Hz dans la plage audible. Une semaine plus tard, après des améliorations mineures, Bardeen et Brattain ont augmenté la tension de 40 fois et la puissance de XNUMX fois, et ont démontré aux dirigeants de Bell que leur appareil pouvait produire une parole audible. John Pierce, un autre membre de l'équipe de développement des transistors, a inventé le terme « transistor » d'après le nom du redresseur à oxyde de cuivre de Bell, la varistance.
Pendant les six mois suivants, le laboratoire a gardé secrète la nouvelle création. La direction voulait s’assurer d’avoir une longueur d’avance sur la commercialisation du transistor avant que quiconque ne mette la main dessus. Une conférence de presse était prévue pour le 30 juin 1948, juste à temps pour briser les rêves d'immortalité de Welker et Mathare. Pendant ce temps, le groupe de recherche sur les semi-conducteurs s’est effondré discrètement. Après avoir entendu parler des réalisations de Bardeen et Brattain, leur patron, Bill Shockley, a commencé à travailler pour s'attribuer tout le mérite. Et bien qu'il n'ait joué qu'un rôle d'observation, Shockley a reçu autant, sinon plus, de publicité lors de la présentation publique - comme le montre cette photo publiée de lui au cœur de l'action, juste à côté d'un banc de laboratoire :
Photo publicitaire de 1948 - Bardeen, Shockley et Brattain
Cependant, une renommée égale n'était pas suffisante pour Shockley. Et avant que quiconque extérieur aux Bell Labs ne connaisse le transistor, il était en train de le réinventer pour lui-même. Et ce n’était que la première d’une longue série de réinventions.
Quoi d'autre à lire
- Robert Buderi, L'invention qui a changé le monde (1996)
- Michael Riordan, « Comment l'Europe a raté le transistor », IEEE Spectrum (1er novembre 2005)
- Michael Riordan et Lillian Hoddeson, Crystal Fire (1997)
- Armand Van Dormael, « Le transistor « français » », (1994)
Source: habr.com