🥇ट्रांजिस्टर का इतिहास: अंधेरे में टटोलना

ट्रांजिस्टर की कहानी: अंधेरे में अपना रास्ता टटोलना

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सॉलिड-स्टेट स्विच की राह लंबी और कठिन रही है। इसकी शुरुआत इस खोज से हुई कि कुछ सामग्रियां बिजली की उपस्थिति में अजीब व्यवहार करती हैं - जैसा कि तत्कालीन मौजूदा सिद्धांतों ने भविष्यवाणी नहीं की थी। इसके बाद यह कहानी सामने आई कि कैसे 20वीं सदी में प्रौद्योगिकी एक तेजी से वैज्ञानिक और संस्थागत अनुशासन बन गई। लगभग बिना किसी वैज्ञानिक शिक्षा वाले शौकीनों, नौसिखियों और पेशेवर आविष्कारकों ने टेलीग्राफ, टेलीफोनी और रेडियो के विकास में गंभीर योगदान दिया। लेकिन, जैसा कि हम देखेंगे, सॉलिड-स्टेट इलेक्ट्रॉनिक्स के इतिहास में लगभग सभी प्रगति उन वैज्ञानिकों से हुई है जिन्होंने विश्वविद्यालयों में अध्ययन किया है (और आमतौर पर भौतिकी में पीएचडी की है) और विश्वविद्यालयों या कॉर्पोरेट अनुसंधान प्रयोगशालाओं में काम किया है।

कार्यशाला और बुनियादी सामग्री कौशल तक पहुंच वाला कोई भी व्यक्ति तारों, धातु और लकड़ी से रिले को इकट्ठा कर सकता है। वैक्यूम ट्यूब बनाने के लिए अधिक विशिष्ट उपकरणों की आवश्यकता होती है जो एक ग्लास बल्ब बना सकते हैं और उसमें से हवा को पंप कर सकते हैं। सॉलिड-स्टेट डिवाइस एक खरगोश के बिल में गायब हो गए, जहां से डिजिटल स्विच कभी वापस नहीं आया, और अधिक गहराई में डूब गया, जो केवल अमूर्त गणित के लिए समझ में आता था और केवल बेहद महंगे उपकरणों की मदद से पहुंच योग्य था।

सीसे का कच्ची धात

1874 वर्ष में फर्डिनेंड ब्राउन, सेंट के एक 24 वर्षीय भौतिक विज्ञानी। लीपज़िग में थॉमस ने अपने लंबे करियर में कई महत्वपूर्ण वैज्ञानिक कार्यों में से पहला प्रकाशित किया। पेपर, "ऑन द पैसेज ऑफ इलेक्ट्रिक करंट्स थ्रू मेटल सल्फाइड्स" को भौतिक विज्ञान के लिए समर्पित एक प्रतिष्ठित पत्रिका, पोगेंडोर्फ के एनालेन में स्वीकार किया गया था। उबाऊ शीर्षक के बावजूद, ब्राउन के पेपर ने कुछ आश्चर्यजनक और हैरान करने वाले प्रयोगात्मक परिणामों का वर्णन किया।

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फर्डिनेंड ब्राउन

ब्राउन अपने काम के माध्यम से सल्फाइड - धातुओं के साथ सल्फर यौगिकों से बने खनिज क्रिस्टल - से आकर्षित हो गए। जोहान विल्हेम हिट्टोर्फ. 1833 की शुरुआत में, माइकल फैराडे ने कहा कि सिल्वर सल्फाइड की चालकता तापमान के साथ बढ़ती है, जो धातु कंडक्टरों के व्यवहार के बिल्कुल विपरीत है। हिट्टोर्फ ने 1850 के दशक में चांदी और तांबे के सल्फाइड दोनों के लिए इस प्रभाव के माप की एक संपूर्ण मात्रात्मक रिपोर्ट संकलित की। अब ब्राउन ने, एक चतुर प्रायोगिक सेटअप का उपयोग करते हुए, जिसने अच्छे संपर्क को सुनिश्चित करने के लिए एक स्प्रिंग के साथ सल्फाइड क्रिस्टल के खिलाफ एक धातु के तार को दबाया, कुछ और भी अजीब खोज की। क्रिस्टल की चालकता दिशा पर निर्भर करती है - उदाहरण के लिए, करंट एक दिशा में अच्छी तरह से प्रवाहित हो सकता है, लेकिन जब बैटरी की ध्रुवता उलट जाती है, तो करंट अचानक तेजी से गिर सकता है। क्रिस्टल एक दिशा में कंडक्टर की तरह काम करते हैं (सामान्य धातुओं की तरह) और दूसरी दिशा में इंसुलेटर की तरह काम करते हैं (जैसे कांच या रबर)। "संकुचित" प्रत्यावर्ती धारा को "सपाट" प्रत्यक्ष धारा में सीधा करने की क्षमता के कारण इस गुण को सुधार के रूप में जाना जाने लगा।

लगभग उसी समय, शोधकर्ताओं ने सेलेनियम जैसी सामग्रियों के अन्य अजीब गुणों की खोज की, जिन्हें कुछ धातु सल्फाइड अयस्कों से गलाया जा सकता था। प्रकाश के संपर्क में आने पर, सेलेनियम ने चालकता बढ़ा दी और यहां तक कि बिजली भी पैदा करना शुरू कर दिया, और इसका उपयोग सुधार के लिए भी किया जा सकता है। क्या सल्फाइड क्रिस्टल के साथ कोई संबंध था? क्या हो रहा था यह समझाने के लिए सैद्धांतिक मॉडल के बिना, क्षेत्र भ्रम की स्थिति में था।

हालाँकि, सिद्धांत की कमी ने परिणामों को व्यावहारिक रूप से लागू करने के प्रयासों को नहीं रोका। 1890 के दशक के अंत में, ब्राउन स्ट्रासबर्ग विश्वविद्यालय में प्रोफेसर बन गए - हाल ही में फ्रांस से जुड़े फ्रेंको-प्रशिया युद्ध और इसका नाम बदलकर कैसर विल्हेम विश्वविद्यालय कर दिया गया। वहां उन्हें रेडियोटेलीग्राफी की रोमांचक नई दुनिया में ले जाया गया। उन्होंने उद्यमियों के एक समूह के संयुक्त रूप से पानी के माध्यम से रेडियो तरंगों के प्रसारण पर आधारित एक वायरलेस संचार प्रणाली बनाने के प्रस्ताव पर सहमति व्यक्त की। हालाँकि, उन्होंने और उनके साथियों ने जल्द ही हवाई सिग्नलिंग के पक्ष में मूल विचार को त्याग दिया, जिसका उपयोग मार्कोनी और अन्य लोगों द्वारा किया गया था।

ब्राउन के समूह ने रेडियो के जिन पहलुओं में सुधार करना चाहा उनमें तत्कालीन मानक रिसीवर भी शामिल था, कोहिरर. यह इस तथ्य पर आधारित था कि रेडियो तरंगों के कारण धातु का बुरादा आपस में चिपक जाता है, जिससे बैटरी से करंट सिग्नलिंग डिवाइस तक पहुंच जाता है। इसने काम किया, लेकिन सिस्टम ने केवल अपेक्षाकृत मजबूत संकेतों पर प्रतिक्रिया दी, और चूरा की एक गांठ को तोड़ने के लिए डिवाइस को लगातार हिट करने की आवश्यकता थी। ब्राउन ने सल्फाइड क्रिस्टल के साथ अपने पुराने प्रयोगों को याद किया, और 1899 में उन्होंने अपने पुराने प्रायोगिक सेटअप को एक नए उद्देश्य के साथ फिर से बनाया - वायरलेस सिग्नल के लिए डिटेक्टर के रूप में काम करने के लिए। उन्होंने रेडियो तरंगों को पारित करने से उत्पन्न छोटे दोलन धारा को प्रत्यक्ष धारा में परिवर्तित करने के लिए सुधार प्रभाव का उपयोग किया जो एक छोटे स्पीकर को शक्ति प्रदान कर सकता था जो प्रत्येक बिंदु या डैश के लिए एक श्रव्य क्लिक उत्पन्न करता था। यह उपकरण बाद में "के नाम से जाना जाने लगा"बिल्ली मूंछ डिटेक्टर"तार की उपस्थिति के कारण, जो आसानी से क्रिस्टल के शीर्ष को छू गया। ब्रिटिश भारत में (जहां आज बांग्लादेश स्थित है), वैज्ञानिक और आविष्कारक जगदीश बोस ने संभवतः 1894 की शुरुआत में एक समान उपकरण बनाया था। दूसरों ने जल्द ही सिलिकॉन और कार्बोरंडम (सिलिकॉन कार्बाइड) पर आधारित समान डिटेक्टर बनाना शुरू कर दिया।

हालाँकि, यह है सीसे का कच्ची धात, लेड सल्फाइड, जिसे प्राचीन काल से सीसा बनाने के लिए गलाया जाता रहा है, क्रिस्टल डिटेक्टरों के लिए पसंद की सामग्री बन गया है। उन्हें बनाना आसान और सस्ता था, और परिणामस्वरूप वे रेडियो शौकीनों की शुरुआती पीढ़ी के बीच अविश्वसनीय रूप से लोकप्रिय हो गए। इसके अलावा, एक बाइनरी कोहेरर (चूरा के साथ जो या तो एक साथ चिपकता है या नहीं) के विपरीत, एक क्रिस्टलीय रेक्टिफायर एक निरंतर सिग्नल को पुन: उत्पन्न कर सकता है। इसलिए, वह कानों तक सुनाई देने योग्य आवाज और संगीत उत्पन्न कर सकता था, न कि केवल डॉट्स और डैश के साथ मोर्स कोड।

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गैलिना पर आधारित बिल्ली की मूंछ डिटेक्टर। बायीं ओर तार का छोटा टुकड़ा मूंछ है, और नीचे चांदी जैसी सामग्री का टुकड़ा गैलेना क्रिस्टल है।

हालाँकि, जैसा कि निराश रेडियो शौकीनों को जल्द ही पता चला, क्रिस्टल की सतह पर जादुई बिंदु खोजने में मिनट या घंटे भी लग सकते हैं जो अच्छा सुधार देगा। और बिना प्रवर्धन के सिग्नल कमजोर थे और उनमें धात्विक ध्वनि थी। 1920 के दशक तक, ट्रायोड एम्पलीफायरों के साथ वैक्यूम ट्यूब रिसीवर ने लगभग हर जगह क्रिस्टल डिटेक्टरों को अप्रचलित बना दिया था। उनकी एकमात्र आकर्षक विशेषता उनका सस्ता होना था।

रेडियो क्षेत्र में यह संक्षिप्त उपस्थिति ब्राउन और अन्य द्वारा खोजी गई सामग्री के अजीब विद्युत गुणों के व्यावहारिक अनुप्रयोग की सीमा प्रतीत होती थी।

कॉपर ऑक्साइड

फिर 1920 के दशक में, लार्स ग्रोनडाहल नामक एक अन्य भौतिक विज्ञानी ने अपने प्रयोगात्मक सेटअप के साथ कुछ अजीब खोज की। ग्रोनडाहल, अमेरिकी पश्चिम के इतिहास में स्मार्ट और बेचैन व्यक्तियों की श्रृंखला में पहला, एक सिविल इंजीनियर का बेटा था। उनके पिता, जो 1880 में नॉर्वे से आये थे, ने कैलिफोर्निया, ओरेगन और वाशिंगटन में रेलमार्गों पर कई दशकों तक काम किया। सबसे पहले, ग्रोनडाहल अपने पिता की इंजीनियरिंग की दुनिया को पीछे छोड़कर एक अकादमिक राह पर आगे बढ़ने के लिए भौतिकी में डॉक्टरेट के लिए जॉन्स हॉपकिन्स जाने के लिए दृढ़ संकल्पित लग रहे थे। लेकिन फिर वह रेल व्यवसाय में शामिल हो गए और औद्योगिक दिग्गज के एक प्रभाग, यूनियन स्विच और सिग्नल में अनुसंधान निदेशक के रूप में पद संभाला। वेस्टिंगहाउस, जो रेलवे उद्योग के लिए उपकरणों की आपूर्ति करता था।

विभिन्न स्रोत अपने शोध के लिए ग्रोनडाहल की प्रेरणा के परस्पर विरोधी कारणों का संकेत देते हैं, लेकिन जैसा भी हो, उन्होंने ऑक्सीकृत परत बनाने के लिए एक तरफ गरम की गई तांबे की डिस्क के साथ प्रयोग करना शुरू किया। उनके साथ काम करते समय, उन्होंने वर्तमान की विषमता पर ध्यान दिया - एक दिशा में प्रतिरोध दूसरे की तुलना में तीन गुना अधिक था। कॉपर और कॉपर ऑक्साइड की एक डिस्क ने सल्फाइड क्रिस्टल की तरह ही करंट को ठीक किया।

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कॉपर ऑक्साइड रेक्टिफायर सर्किट

ग्रोनडाहल ने इस घटना के आधार पर एक रेडी-टू-यूज़ वाणिज्यिक रेक्टिफायर विकसित करने में अगले छह साल बिताए, एक पेटेंट आवेदन जमा करने और 1926 में अमेरिकन फिजिकल सोसाइटी को अपनी खोज की घोषणा करने से पहले, एक अन्य अमेरिकी शोधकर्ता, पॉल गीगर की मदद ली। तुरंत व्यावसायिक हिट बन गया। नाजुक फिलामेंट्स की अनुपस्थिति के कारण, यह फ्लेमिंग वाल्व सिद्धांत पर आधारित वैक्यूम ट्यूब रेक्टिफायर की तुलना में अधिक विश्वसनीय था, और निर्माण के लिए सस्ता था। ब्राउन रेक्टिफायर क्रिस्टल के विपरीत, इसने पहली कोशिश में काम किया, और धातु और ऑक्साइड के बीच बड़े संपर्क क्षेत्र के कारण, इसने धाराओं और वोल्टेज की एक बड़ी श्रृंखला के साथ काम किया। यह बैटरी चार्ज कर सकता है, विभिन्न विद्युत प्रणालियों में सिग्नल का पता लगा सकता है और शक्तिशाली जनरेटर में सुरक्षा शंट के रूप में कार्य कर सकता है। जब फोटोसेल के रूप में उपयोग किया जाता है, तो डिस्क प्रकाश मीटर के रूप में कार्य कर सकती है, और फोटोग्राफी में विशेष रूप से उपयोगी होती है। उसी समय के आसपास अन्य शोधकर्ताओं ने सेलेनियम रेक्टिफायर विकसित किए जिनमें समान अनुप्रयोग पाए गए।

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कॉपर ऑक्साइड पर आधारित रेक्टिफायर का एक पैकेट। कई डिस्क की असेंबली ने रिवर्स प्रतिरोध को बढ़ा दिया, जिससे उन्हें उच्च वोल्टेज के साथ उपयोग करना संभव हो गया।

कुछ साल बाद, बेल लैब्स के दो भौतिक विज्ञानी, जोसेफ बेकर और वाल्टर ब्रैटन, ने कॉपर रेक्टिफायर के कार्य सिद्धांत का अध्ययन करने का निर्णय लिया - वे यह सीखने में रुचि रखते थे कि यह कैसे काम करता है और बेल सिस्टम में इसका उपयोग कैसे किया जा सकता है।

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बुढ़ापे में ब्रैटन - लगभग। 1950

ब्रैटन प्रशांत नॉर्थवेस्ट में ग्रोनडल के उसी क्षेत्र से थे, जहां वह कनाडाई सीमा से कुछ किलोमीटर दूर एक खेत में पले-बढ़े थे। हाई स्कूल में, उन्हें भौतिकी में रुचि हो गई, उन्होंने इस क्षेत्र में योग्यता दिखाई और अंततः 1920 के दशक के अंत में मिनेसोटा विश्वविद्यालय से डॉक्टरेट की उपाधि प्राप्त की, और 1929 में बेल लेबोरेटरीज में नौकरी कर ली। अन्य बातों के अलावा, विश्वविद्यालय में उन्होंने अध्ययन किया नवीनतम सैद्धांतिक भौतिकी, जो यूरोप में लोकप्रियता प्राप्त कर रही थी, और क्वांटम यांत्रिकी के रूप में जानी जाती थी (इसके क्यूरेटर थे)। जॉन हस्ब्रुक वान वेलेक, जिन्होंने जॉन अटानासॉफ़ को भी सलाह दी थी)।

क्वांटम क्रांति

पिछले तीन दशकों में एक नया सैद्धांतिक मंच धीरे-धीरे विकसित हुआ है, और आने वाले समय में यह उन सभी अजीब घटनाओं को समझाने में सक्षम होगा जो वर्षों से गैलेना, सेलेनियम और कॉपर ऑक्साइड जैसी सामग्रियों में देखी गई हैं। मुख्य रूप से जर्मनी और पड़ोसी देशों के युवा भौतिकविदों के एक पूरे समूह ने भौतिकी में क्वांटम क्रांति ला दी। जहाँ भी उन्होंने देखा, उन्हें वह सहज और सतत दुनिया नहीं मिली जो उन्हें सिखाई गई थी, बल्कि अजीब, अलग-अलग गांठें मिलीं।

यह सब 1890 के दशक में शुरू हुआ। बर्लिन विश्वविद्यालय के एक प्रसिद्ध प्रोफेसर मैक्स प्लैंक ने एक प्रसिद्ध अनसुलझी समस्या पर काम करने का फैसला किया: कैसे "बिल्कुल काला शरीर"(एक आदर्श पदार्थ जो सभी ऊर्जा को अवशोषित करता है और इसे प्रतिबिंबित नहीं करता है) विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम में विकिरण उत्सर्जित करता है? विभिन्न मॉडल आज़माए गए, जिनमें से कोई भी प्रयोगात्मक परिणामों से मेल नहीं खाता - वे स्पेक्ट्रम के एक छोर या दूसरे छोर पर विफल रहे। प्लैंक ने पाया कि यदि हम मानते हैं कि ऊर्जा किसी पिंड द्वारा अलग-अलग मात्रा के छोटे "पैकेट" में उत्सर्जित होती है, तो हम आवृत्ति और ऊर्जा के बीच संबंध का एक सरल नियम लिख सकते हैं, जो अनुभवजन्य परिणामों से पूरी तरह मेल खाता है।

इसके तुरंत बाद, आइंस्टीन ने पाया कि प्रकाश के अवशोषण (फोटॉन का पहला संकेत) के साथ भी यही हुआ था, और जे जे थॉमसन ने दिखाया कि बिजली भी एक निरंतर तरल पदार्थ या तरंग द्वारा नहीं, बल्कि असतत कणों - इलेक्ट्रॉनों द्वारा संचालित होती है। इसके बाद नील्स बोह्र ने यह समझाने के लिए एक मॉडल बनाया कि कैसे उत्तेजित परमाणु परमाणु में अलग-अलग कक्षाओं में इलेक्ट्रॉनों को निर्दिष्ट करके विकिरण उत्सर्जित करते हैं, जिनमें से प्रत्येक की अपनी ऊर्जा होती है। हालाँकि, यह नाम भ्रामक है क्योंकि वे ग्रहों की कक्षाओं की तरह बिल्कुल भी व्यवहार नहीं करते हैं - बोह्र के मॉडल में, इलेक्ट्रॉन किसी मध्यवर्ती अवस्था से गुज़रे बिना, तुरंत एक कक्षा, या ऊर्जा स्तर से दूसरे में कूद जाते हैं। अंततः, 1920 के दशक में, इरविन श्रोडिंगर, वर्नर हाइजेनबर्ग, मैक्स बोर्न और अन्य ने एक सामान्यीकृत गणितीय मंच बनाया, जिसे क्वांटम यांत्रिकी के रूप में जाना जाता है, जिसमें पिछले बीस वर्षों में बनाए गए सभी विशेष क्वांटम मॉडल शामिल थे।

इस समय तक, भौतिक विज्ञानी पहले से ही आश्वस्त थे कि सेलेनियम और गैलेना जैसी सामग्रियां, जो फोटोवोल्टिक और सुधारात्मक गुण प्रदर्शित करती थीं, सामग्रियों के एक अलग वर्ग से संबंधित थीं, जिन्हें वे अर्धचालक कहते थे। वर्गीकरण में कई कारणों से इतना समय लगा। सबसे पहले, "कंडक्टर" और "इंसुलेटर" श्रेणियां स्वयं काफी व्यापक थीं। टी.एन. "कंडक्टर" चालकता में बहुत भिन्न थे, और यही बात (कुछ हद तक) इंसुलेटर के लिए सच थी, और यह स्पष्ट नहीं था कि किसी विशेष कंडक्टर को इनमें से किसी भी वर्ग में कैसे वर्गीकृत किया जा सकता है। इसके अलावा, 20वीं सदी के मध्य तक बहुत शुद्ध पदार्थ प्राप्त करना या बनाना असंभव था, और प्राकृतिक सामग्रियों की चालकता में किसी भी विषमता को हमेशा प्रदूषण के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता था।

भौतिकविदों के पास अब क्वांटम यांत्रिकी के गणितीय उपकरण और सामग्रियों की एक नई श्रेणी दोनों थे, जिन पर उन्हें लागू किया जा सकता था। ब्रिटिश सिद्धांतकार एलन विल्सन 1931 में यह सब एक साथ रखने और अर्धचालकों का एक सामान्य मॉडल बनाने और वे कैसे काम करते हैं, बनाने वाले पहले व्यक्ति थे।

सबसे पहले, विल्सन ने तर्क दिया कि प्रवाहकीय सामग्री उनके ऊर्जा बैंड की स्थिति में डाइलेक्ट्रिक्स से भिन्न होती है। क्वांटम यांत्रिकी में कहा गया है कि इलेक्ट्रॉन अलग-अलग परमाणुओं के कोश, या ऑर्बिटल्स में पाए जाने वाले सीमित संख्या में ऊर्जा स्तरों में मौजूद हो सकते हैं। यदि आप किसी सामग्री की संरचना में इन परमाणुओं को एक साथ निचोड़ते हैं, तो इसके माध्यम से गुजरने वाले निरंतर ऊर्जा क्षेत्रों की कल्पना करना अधिक सही होगा। उच्च ऊर्जा बैंड में कंडक्टरों में खाली स्थान होते हैं, और विद्युत क्षेत्र स्वतंत्र रूप से इलेक्ट्रॉनों को वहां स्थानांतरित कर सकता है। इंसुलेटर में, जोन भरे होते हैं, और ऊंचे, कंडक्टिंग जोन तक पहुंचने के लिए काफी लंबी चढ़ाई होती है, जिसके माध्यम से बिजली का आवागमन आसान होता है।

इससे वह इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि अशुद्धियाँ - किसी सामग्री की संरचना में विदेशी परमाणु - को उसके अर्धचालक गुणों में योगदान देना चाहिए। वे या तो अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनों की आपूर्ति कर सकते हैं, जो आसानी से चालन बैंड में बच जाते हैं, या छेद कर सकते हैं - बाकी सामग्री के सापेक्ष इलेक्ट्रॉनों की कमी - जो खाली ऊर्जा स्थान बनाता है जहां मुक्त इलेक्ट्रॉन स्थानांतरित हो सकते हैं। पहले विकल्प को बाद में एन-प्रकार (या इलेक्ट्रॉनिक) अर्धचालक कहा गया - अतिरिक्त नकारात्मक चार्ज के लिए, और दूसरा - पी-प्रकार, या छेद - अतिरिक्त सकारात्मक चार्ज के लिए।

अंत में, विल्सन ने प्रस्तावित किया कि अर्धचालकों द्वारा वर्तमान सुधार को क्वांटम क्वांटम शब्दों में समझाया जा सकता है। सुरंग प्रभाव, किसी सामग्री में एक पतली विद्युत बाधा के माध्यम से इलेक्ट्रॉनों की अचानक छलांग। सिद्धांत प्रशंसनीय लग रहा था, लेकिन इसने भविष्यवाणी की थी कि रेक्टिफायर में करंट ऑक्साइड से तांबे की ओर प्रवाहित होना चाहिए, जबकि वास्तव में यह दूसरा तरीका था।

इसलिए, विल्सन की सभी सफलताओं के बावजूद, अर्धचालकों की व्याख्या करना कठिन रहा। जैसे-जैसे यह धीरे-धीरे स्पष्ट होता गया, क्रिस्टल संरचना में सूक्ष्म परिवर्तन और अशुद्धियों की सांद्रता ने उनके स्थूल विद्युत व्यवहार को असंगत रूप से प्रभावित किया। समझ की कमी को नजरअंदाज करते हुए - क्योंकि कोई भी 60 साल पहले ब्राउन द्वारा किए गए प्रायोगिक अवलोकनों की व्याख्या नहीं कर सका - ब्रेटीन और बेकर ने अपने नियोक्ता के लिए कॉपर-ऑक्साइड रेक्टिफायर के लिए एक कुशल विनिर्माण प्रक्रिया विकसित की। बेल सिस्टम ने तुरंत पूरे सिस्टम में वैक्यूम ट्यूब रेक्टिफायर को एक नए उपकरण से बदलना शुरू कर दिया जिसे उनके इंजीनियरों ने बुलाया था वैरिस्टर, क्योंकि इसका प्रतिरोध दिशा के आधार पर भिन्न होता है।

स्वर्ण पदक

भौतिक विज्ञानी और बेल लैब्स के वैक्यूम ट्यूब विभाग के पूर्व प्रमुख मर्विन केली को इस विकास में बहुत दिलचस्पी हो गई। कुछ दशकों के दौरान, वैक्यूम ट्यूबों ने बेल को अमूल्य सेवा प्रदान की, और वे कार्य करने में सक्षम हुए जो पिछली पीढ़ी के मैकेनिकल और इलेक्ट्रोमैकेनिकल घटकों के साथ संभव नहीं थे। लेकिन वे गर्म होते थे, नियमित रूप से ज़्यादा गरम होते थे, बहुत अधिक ऊर्जा खर्च करते थे और उनका रखरखाव करना मुश्किल होता था। केली का इरादा बेल के सिस्टम को अधिक विश्वसनीय और टिकाऊ सॉलिड-स्टेट इलेक्ट्रॉनिक घटकों, जैसे वेरिस्टर, के साथ पुनर्निर्माण करना था, जिसके लिए सीलबंद, गैस से भरे या खाली मामलों या गर्म फिलामेंट्स की आवश्यकता नहीं थी। 1936 में, वह बेल लैब्स के अनुसंधान विभाग के प्रमुख बने, और संगठन को एक नए रास्ते पर पुनर्निर्देशित करना शुरू किया।

एक सॉलिड-स्टेट रेक्टिफायर प्राप्त करने के बाद, अगला स्पष्ट कदम एक सॉलिड-स्टेट एम्पलीफायर बनाना था। स्वाभाविक रूप से, ट्यूब एम्पलीफायर की तरह, ऐसा उपकरण डिजिटल स्विच के रूप में भी काम कर सकता है। यह बेल की कंपनी के लिए विशेष रुचि का विषय था, क्योंकि टेलीफोन स्विच अभी भी बड़ी संख्या में इलेक्ट्रोमैकेनिकल डिजिटल स्विच संचालित करते थे। कंपनी टेलीफोन सिस्टम, रेडियो, रडार और अन्य एनालॉग उपकरणों में वैक्यूम ट्यूब के लिए अधिक विश्वसनीय, छोटे, ऊर्जा-कुशल और कूलर प्रतिस्थापन की तलाश में थी, जहां उनका उपयोग कमजोर संकेतों को उस स्तर तक बढ़ाने के लिए किया जाता था जिसे मानव कान सुन सकते थे।

1936 में, बेल लेबोरेटरीज ने अंततः नियुक्ति पर लगाई गई रोक हटा दी महामंदी. केली ने तुरंत अपने ठोस-अवस्था अनुसंधान कार्यक्रम को लॉन्च करने में मदद के लिए क्वांटम यांत्रिकी विशेषज्ञों की भर्ती शुरू कर दी विलियम शॉक्ले, वेस्ट कोस्ट का एक अन्य मूल निवासी, पालो ऑल्टो, कैलिफ़ोर्निया से। उनके हालिया एमआईटी शोध प्रबंध का विषय केली की आवश्यकताओं के लिए बिल्कुल उपयुक्त था: "सोडियम क्लोराइड में इलेक्ट्रॉन बैंड।"

ब्रैटन और बेकर ने इस दौरान कॉपर ऑक्साइड रेक्टिफायर पर अपना शोध जारी रखा और एक बेहतर सॉलिड-स्टेट एम्पलीफायर की तलाश की। इसे बनाने का सबसे स्पष्ट तरीका वैक्यूम ट्यूब के साथ सादृश्य का पालन करना था। ठीक वैसे ही जैसे ली डे फ़ॉरेस्ट ने एक ट्यूब एम्प लिया और एक विद्युत ग्रिड लगाया कैथोड और एनोड के बीच, और ब्रैटन और बेकर ने कल्पना की कि कॉपर और कॉपर ऑक्साइड के जंक्शन पर एक जाल कैसे डाला जा सकता है, जहां सुधार होना चाहिए था। हालाँकि, परत की मोटाई कम होने के कारण उन्हें ऐसा करना असंभव लगा और वे इसमें सफल नहीं हो सके।

इस बीच, अन्य घटनाक्रमों से पता चला कि बेल लैब्स सॉलिड-स्टेट इलेक्ट्रॉनिक्स में रुचि रखने वाली एकमात्र कंपनी नहीं थी। 1938 में, रुडोल्फ हिल्श और रॉबर्ट पोहल ने गौटिंगेन विश्वविद्यालय में पोटेशियम ब्रोमाइड क्रिस्टल में एक ग्रिड पेश करके बनाए गए एक कार्यशील ठोस-अवस्था एम्पलीफायर पर किए गए प्रयोगों के परिणामों को प्रकाशित किया। इस प्रयोगशाला उपकरण का कोई व्यावहारिक मूल्य नहीं था, मुख्यतः क्योंकि यह 1 हर्ट्ज से अधिक की आवृत्ति पर संचालित होता था। और फिर भी, यह उपलब्धि सॉलिड-स्टेट इलेक्ट्रॉनिक्स में रुचि रखने वाले हर किसी को खुश नहीं कर सकी। उसी वर्ष, केली ने शॉक्ले को एक नए स्वतंत्र सॉलिड-स्टेट डिवाइस अनुसंधान समूह को सौंपा और उन्हें और उनके सहयोगियों फोस्टर निक्स और डीन वूलरिज को उनकी क्षमताओं का पता लगाने के लिए कार्टे ब्लैंच दिया।

द्वितीय विश्व युद्ध से पहले कम से कम दो अन्य आविष्कारक सॉलिड-स्टेट एम्पलीफायर बनाने में कामयाब रहे। 1922 में, सोवियत भौतिक विज्ञानी और आविष्कारक ओलेग व्लादिमीरोविच लोसेव जिंकाइट अर्धचालकों के साथ सफल प्रयोगों के परिणामों को प्रकाशित किया, लेकिन उनके काम पर पश्चिमी समुदाय का ध्यान नहीं गया; 1926 में, अमेरिकी आविष्कारक जूलियस लिलेनफील्ड ने एक सॉलिड-स्टेट एम्पलीफायर के पेटेंट के लिए आवेदन किया था, लेकिन इसका कोई सबूत नहीं है कि उनका आविष्कार काम करता था।

शॉक्ले को अपनी नई स्थिति के बारे में पहली बड़ी जानकारी ब्रिटिश भौतिक विज्ञानी नेविल मॉट के 1938 के काम, द थ्योरी ऑफ क्रिस्टलीय रेक्टिफायर्स को पढ़ते समय मिली, जिसमें अंततः ग्रोनडहल कॉपर ऑक्साइड रेक्टिफायर के संचालन के सिद्धांत को समझाया गया था। मॉट ने एक संवाहक धातु और एक अर्धचालक ऑक्साइड के जंक्शन पर एक विद्युत क्षेत्र के गठन का वर्णन करने के लिए क्वांटम यांत्रिकी के गणित का उपयोग किया, और विल्सन द्वारा प्रस्तावित सुरंग बनाने के बजाय इलेक्ट्रॉन इस विद्युत बाधा पर कैसे "छलांग" लगाते हैं। धातु से अर्धचालक की ओर विद्युत धारा अधिक आसानी से प्रवाहित होती है बजाय इसके कि इसके विपरीत क्योंकि धातु में बहुत अधिक मुक्त इलेक्ट्रॉन होते हैं।

इसने शॉक्ले को ठीक उसी विचार की ओर प्रेरित किया जिस पर ब्रैटन और बेकर ने वर्षों पहले विचार किया था और अस्वीकार कर दिया था - तांबे और कॉपर ऑक्साइड के बीच कॉपर ऑक्साइड जाल डालकर एक ठोस-अवस्था वाला एम्पलीफायर बनाना। उन्होंने आशा व्यक्त की कि ग्रिड के माध्यम से प्रवाहित होने वाली धारा तांबे से ऑक्साइड तक प्रवाहित होने वाली धारा को सीमित करने वाली बाधा को बढ़ाएगी, जिससे ग्रिड पर सिग्नल का एक उलटा, प्रवर्धित संस्करण तैयार होगा। उनका पहला अपरिष्कृत प्रयास पूरी तरह से विफल रहा, इसलिए उन्होंने अधिक परिष्कृत प्रयोगशाला कौशल और रेक्टिफायर्स से परिचित एक व्यक्ति की ओर रुख किया: वाल्टर ब्रैटन। और, हालांकि उन्हें परिणाम के बारे में कोई संदेह नहीं था, ब्रेटन शॉक्ले की जिज्ञासा को संतुष्ट करने के लिए सहमत हुए, और "ग्रिड" एम्पलीफायर का एक अधिक जटिल संस्करण बनाया। उसने काम करने से भी इनकार कर दिया.

फिर युद्ध में हस्तक्षेप हुआ, जिससे केली का नया अनुसंधान कार्यक्रम अस्त-व्यस्त हो गया। केली एमआईटी में मुख्य अमेरिकी रडार अनुसंधान केंद्र द्वारा समर्थित बेल लैब्स में रडार कार्य समूह के प्रमुख बने। ब्रैटन ने उनके लिए कुछ समय तक काम किया, और फिर नौसेना के लिए पनडुब्बियों की चुंबकीय पहचान पर शोध करना शुरू कर दिया। वूलरिज ने अग्नि नियंत्रण प्रणालियों पर काम किया, निक्स ने मैनहट्टन परियोजना के लिए गैस प्रसार पर काम किया, और शॉक्ले परिचालन अनुसंधान में चले गए, पहले अटलांटिक में पनडुब्बी रोधी युद्ध पर काम किया और फिर प्रशांत क्षेत्र में रणनीतिक बमबारी पर काम किया।

लेकिन इस हस्तक्षेप के बावजूद, युद्ध ने सॉलिड-स्टेट इलेक्ट्रॉनिक्स के विकास को नहीं रोका। इसके विपरीत, इसने क्षेत्र में बड़े पैमाने पर संसाधनों का प्रवाह किया, और दो सामग्रियों पर अनुसंधान को केंद्रित किया: जर्मेनियम और सिलिकॉन।

और क्या पढ़ें

अर्नेस्ट ब्रुअन और स्टुअर्ट मैकडोनाल्ड, मिनिएचर में क्रांति (1978)

फ्रेडरिक कुरिलो और चार्ल्स सुस्किंड, फर्डिनेंड ब्रौन (1981)

जी. एल. पियर्सन और डब्ल्यू. एच. ब्रैटन, "सेमीकंडक्टर अनुसंधान का इतिहास," आईआरई की कार्यवाही (दिसंबर 1955)।

माइकल रिओर्डन और लिलियन हॉडेसन, क्रिस्टल फायर (1997)

स्रोत: www.habr.com