Ostali članci u seriji:
- Povijest releja
- Povijest elektroničkih računala
- Povijest tranzistora
- povijest interneta
Lončić rata postavio je pozornicu za pojavu tranzistora. Od 1939. do 1945. tehničko znanje na području poluvodiča iznimno se proširilo. A postojao je jedan jednostavan razlog za to: radar. Najvažnija tehnologija rata, čiji primjeri uključuju: otkrivanje zračnih napada, traženje podmornica, usmjeravanje noćnih zračnih napada na mete, gađanje sustava protuzračne obrane i mornaričkih topova. Inženjeri su čak naučili kako umetnuti sićušne radare u topničke granate tako da eksplodiraju dok lete blizu mete - . Međutim, izvor ove moćne nove vojne tehnologije bio je u miroljubivijem području: proučavanje gornje atmosfere u znanstvene svrhe.
radar
Godine 1901. Marconi Wireless Telegraph Company uspješno je prenijela bežičnu poruku preko Atlantika, od Cornwalla do Newfoundlanda. Ova činjenica dovela je modernu znanost u zabunu. Ako radio prijenos putuje ravnom linijom (kao što bi trebao), takav prijenos bi trebao biti nemoguć. Između Engleske i Kanade nema izravne linije vidljivosti koja ne prelazi Zemlju, pa je Marconijeva poruka morala odletjeti u svemir. Američki inženjer Arthur Kennealy i britanski fizičar Oliver Heaviside istodobno su i neovisno predložili da se objašnjenje za ovaj fenomen mora povezati sa slojem ioniziranog plina koji se nalazi u gornjoj atmosferi, a koji je sposoban reflektirati radio valove natrag na Zemlju (sam Marconi je vjerovao da radiovalovi pratiti zakrivljenost Zemljine površine, međutim, fizičari to nisu poduprli).
Do 1920-ih znanstvenici su razvili novu opremu koja je omogućila prvo dokazivanje postojanja ionosfere, a zatim proučavanje njezine strukture. Koristili su vakuumske cijevi za generiranje kratkovalnih radio impulsa, usmjerene antene za slanje u atmosferu i snimanje odjeka, i za demonstraciju rezultata. Što je duže kašnjenje povrata jeke, ionosfera mora biti dalje. Ova tehnologija nazvana je sondiranje atmosfere i osigurala je osnovnu tehničku infrastrukturu za razvoj radara (izraz "radar", od RAdio Detection And Ranging, pojavio se tek 1940-ih u američkoj mornarici).
Bilo je samo pitanje vremena kada će ljudi s pravim znanjem, resursima i motivacijom shvatiti potencijal za zemaljsku primjenu takve opreme (stoga je povijest radara suprotna povijesti teleskopa, koji je prvi bio namijenjen zemaljskoj uporabi) . A vjerojatnost takvog uvida rasla je kako se radio sve više širio planetom, a sve više ljudi primjećivalo smetnje koje dolaze od obližnjih brodova, zrakoplova i drugih velikih objekata. Znanje o tehnologijama sondiranja gornje atmosfere proširilo se tijekom drugog (1932.-1933.), kada su znanstvenici sastavili kartu ionosfere s različitih arktičkih postaja. Ubrzo nakon toga, timovi u Britaniji, SAD-u, Njemačkoj, Italiji, SSSR-u i drugim zemljama razvili su svoje najjednostavnije radarske sustave.
sa svojim radarom iz 1935
Zatim je izbio rat i važnost radara za zemlje - i resursi za njihov razvoj - dramatično su porasli. U Sjedinjenim Državama ti su se resursi okupili oko nove organizacije osnovane 1940. na MIT-u, poznate kao (nazvan je tako specifično da zavede strane špijune i stvori dojam da se radioaktivnost proučava u laboratoriju - u to je vrijeme malo tko vjerovao u atomske bombe). Projekt Rad Lab, koji nije postao poznat kao projekt Manhattan, ipak je u svoje redove regrutirao jednako izvrsne i talentirane fizičare iz svih krajeva Sjedinjenih Država. Pet prvih zaposlenika laboratorija (uključujući и ) kasnije je dobio Nobelovu nagradu. Do kraja rata u laboratoriju je radilo oko 500 doktora znanosti, znanstvenika i inženjera, a radilo je ukupno 4000 ljudi. Pola milijuna dolara — što se može usporediti s cijelim proračunom ENIAC-a — potrošeno je samo na Radiation Laboratory Series, zapis od dvadeset sedam svezaka svog znanja stečenog u laboratoriju tijekom rata (iako potrošnja američke vlade na radarsku tehnologiju nije bila ograničena proračunu Rad Laba; tijekom rata vlada je kupila radare u vrijednosti od tri milijarde dolara).
MIT Building 20, gdje se nalazio Rad Lab
Jedno od glavnih područja istraživanja Rad Laba bio je visokofrekventni radar. Rani radari koristili su valne duljine mjerene u metrima. Ali visokofrekventne zrake s valnim duljinama mjerenim u centimetrima - mikrovalovi - omogućile su kompaktnije antene i bile su manje raspršene na velikim udaljenostima, obećavajući veće prednosti u dometu i točnosti. Mikrovalni radari mogli bi stati u nos aviona i detektirati objekte veličine periskopa podmornice.
Prvi koji je riješio ovaj problem bio je tim britanskih fizičara sa Sveučilišta u Birminghamu. Godine 1940. razvili su "“, koji je djelovao poput elektromagnetske „zviždaljke”, pretvarajući nasumični puls električne energije u snažan i precizno podešen snop mikrovalova. Ovaj mikrovalni odašiljač bio je tisuću puta jači od svog najbližeg konkurenta; otvorio je put praktičnim visokofrekventnim radarskim odašiljačima. Međutim, trebao mu je suputnik, prijemnik sposoban detektirati visoke frekvencije. I na ovom mjestu vraćamo se u povijest poluvodiča.
Magnetronski presjek
Drugi dolazak mačjeg brka
Ispostavilo se da vakuumske cijevi uopće nisu prikladne za prijem mikrovalnih radarskih signala. Razmak između vruće katode i hladne anode stvara kapacitivnost, uzrokujući da krug odbija raditi na visokim frekvencijama. Najbolja dostupna tehnologija za visokofrekventni radar bila je staromodna ""- mali komad žice pritisnut na poluvodički kristal. Nekoliko je ljudi to neovisno otkrilo, ali najbliže našoj priči je ono što se dogodilo u New Jerseyju.
Godine 1938. Bell Labs sklopio je ugovor s mornaricom za razvoj radara za kontrolu vatre u rasponu od 40 cm—mnogo kraćeg, a samim time i veće frekvencije, od postojećih radara u eri prije rezonantnog magnetrona. Glavni istraživački rad obavljen je u odjelu laboratorija u Holmdelu, južno od Staten Islanda. Istraživačima nije trebalo dugo da shvate što će im trebati za visokofrekventni prijamnik, a uskoro je inženjer George Southworth pretraživao radio prodavnice na Manhattanu u potrazi za starim detektorima mačjih brkova. Očekivano, radio je mnogo bolje od detektora lampe, ali je bio nestabilan. Stoga je Southworth potražio elektrokemičara po imenu Russell Ohl i zamolio ga da pokuša poboljšati ujednačenost odziva kristalnog detektora s jednom točkom.
Ol je bio prilično osebujna osoba, koji je razvoj tehnologije smatrao svojom sudbinom, a govorio je o periodičnim spoznajama s vizijama budućnosti. Na primjer, izjavio je da je još 1939. godine znao za budući izum silicijevog pojačala, ali da je sudbina bila namijenjena drugoj osobi da ga izumi. Nakon što je proučio desetke opcija, odlučio se za silicij kao najbolju tvar za Southworthove prijemnike. Problem je bila mogućnost kontrole sadržaja materijala kako bi se kontrolirala njegova električna svojstva. U to su vrijeme industrijski ingoti silicija bili rašireni, koristili su se u čeličanama, ali u takvoj proizvodnji nikoga nije smetao, recimo, sadržaj fosfora od 1% u siliciju. Angažirajući pomoć nekoliko metalurga, Ol je krenuo u dobivanje mnogo čišćih sirovina nego što je prije bilo moguće.
Dok su radili, otkrili su da neki od njihovih kristala ispravljaju struju u jednom smjeru, dok drugi ispravljaju struju u drugom. Nazvali su ih "n-tip" i "p-tip". Daljnje analize su pokazale da su različite vrste nečistoća odgovorne za te vrste. Silicij se nalazi u četvrtom stupcu periodnog sustava elemenata, što znači da ima četiri elektrona u svojoj vanjskoj ljusci. U praznini od čistog silicija, svaki od ovih elektrona bi se spojio sa susjednim. Nečistoće iz trećeg stupca, recimo bor, koji ima jedan elektron manje, stvorile su "rupu", dodatni prostor za kretanje struje u kristalu. Rezultat je bio p-tip poluvodiča (s viškom pozitivnih naboja). Elementi iz petog stupca, poput fosfora, dali su dodatne slobodne elektrone za prijenos struje, te je dobiven poluvodič n-tipa.
Kristalna struktura silicija
Sva ova istraživanja bila su vrlo zanimljiva, ali do 1940. Southworth i Ohl nisu bili ništa bliže stvaranju radnog prototipa visokofrekventnog radara. U isto vrijeme, britanska vlada zahtijevala je trenutne praktične rezultate zbog prijeteće prijetnje Luftwaffea, koji je već napravio mikrovalne detektore spremne za proizvodnju koji rade u tandemu s magnetronskim odašiljačima.
Međutim, ravnoteža tehnološkog napretka uskoro će se okrenuti prema zapadnoj strani Atlantika. Churchill je odlučio otkriti sve britanske tehničke tajne Amerikancima prije nego što je stvarno ušao u rat (jer je pretpostavljao da će se to ionako dogoditi). Vjerovao je da je bilo vrijedno rizika od curenja informacija, budući da bi tada svi industrijski kapaciteti Sjedinjenih Država bili bačeni na rješavanje problema poput atomskog oružja i radara. Britanska misija za znanost i tehnologiju (poznatija kao ) stigla je u Washington u rujnu 1940. i u svojoj prtljazi donijela dar u obliku tehnoloških čuda.
Otkriće nevjerojatne snage rezonantnog magnetrona i učinkovitosti britanskih kristalnih detektora u primanju njegovog signala revitaliziralo je američka istraživanja poluvodiča kao temelja visokofrekventnog radara. Bilo je puno posla, posebno u znanosti o materijalima. Kako bi se zadovoljila potražnja, poluvodički kristali „morali su se proizvesti u milijunima, daleko više nego što je prije bilo moguće. Bilo je potrebno poboljšati rektifikaciju, smanjiti osjetljivost na udarce i burn-in, te minimizirati varijacije između različitih serija kristala.”
Silikonski točkasti kontaktni ispravljač
Rad Lab otvorio je nove istraživačke odjele za proučavanje svojstava poluvodičkih kristala i načina na koji se oni mogu modificirati kako bi se maksimizirala vrijedna svojstva prijamnika. Materijali koji su najviše obećavali bili su silicij i germanij, pa je Rad Lab odlučio igrati na sigurno i pokrenuo paralelne programe za proučavanje oba: silicija na Sveučilištu Pennsylvania i germanija na Purdueu. Industrijski divovi kao što su Bell, Westinghouse, Du Pont i Sylvania započeli su vlastite programe istraživanja poluvodiča i počeli razvijati nove proizvodne pogone za kristalne detektore.
Zajedničkim naporima čistoća kristala silicija i germanija podignuta je s početnih 99% na 99,999% - odnosno na jednu česticu nečistoće na 100 atoma. U tom procesu, kadar znanstvenika i inženjera pobliže se upoznao s apstraktnim svojstvima germanija i silicija i primijenio tehnologije za njihovu kontrolu: topljenje, uzgoj kristala, dodavanje potrebnih nečistoća (kao što je bor, koji je povećao vodljivost).
A onda je rat završio. Potražnja za radarom je nestala, ali znanje i vještine stečene tijekom rata su ostale, a san o poluprovodničkom pojačalu nije zaboravljen. Utrka je bila stvoriti takvo pojačalo. I najmanje su tri ekipe bile u dobroj poziciji da osvoje ovu nagradu.
West Lafayette
Prva je bila grupa sa Sveučilišta Purdue koju je vodio fizičar rođen u Austriji po imenu Carl Lark-Horowitz. Sam je izveo sveučilišni odjel za fiziku iz mraka svojim talentom i utjecajem te je utjecao na odluku Rad Laba da njegovom laboratoriju povjeri istraživanje germanija.
Carl Lark-Horowitz 1947., u sredini, drži lulu
Do ranih 1940-ih silicij se smatrao najboljim materijalom za radarske ispravljače, ali materijal odmah ispod njega na periodnom sustavu također je izgledao vrijedan daljnjeg proučavanja. Germanij je imao praktičnu prednost zbog nižeg tališta, što je olakšalo rad s njim: oko 940 stupnjeva, u usporedbi s 1400 stupnjeva za silicij (gotovo isto kao i čelik). Zbog visoke točke taljenja, bilo je izuzetno teško napraviti blank koji ne bi iscurio u rastaljeni silicij, kontaminirajući ga.
Stoga su Lark-Horowitz i njegovi kolege cijeli rat proveli proučavajući kemijska, električna i fizikalna svojstva germanija. Najvažnija prepreka bio je "obrnuti napon": germanijski ispravljači, na vrlo niskom naponu, prestali su ispravljati struju i dopustili joj da teče u suprotnom smjeru. Impuls povratne struje spalio je preostale komponente radara. Jedan od Lark-Horowitzevih diplomiranih studenata, Seymour Benzer, proučavao je ovaj problem više od godinu dana i konačno je razvio aditiv na bazi kositra koji je zaustavljao povratne impulse na naponima do stotina volti. Ubrzo nakon toga, Western Electric, proizvodni odjel Bell Labsa, počeo je izdavati Benzer ispravljače za vojnu upotrebu.
Proučavanje germanija u Purdueu nastavljeno je nakon rata. U lipnju 1947. Benzer, već kao profesor, izvijestio je o neobičnoj anomaliji: u nekim pokusima pojavile su se visokofrekventne oscilacije u kristalima germanija. A njegov kolega Ralph Bray nastavio je proučavati "volumetrijski otpor" na projektu započetom tijekom rata. Volumni otpor opisuje kako struja teče u kristalu germanija na kontaktnoj točki ispravljača. Bray je otkrio da visokonaponski impulsi značajno smanjuju otpor germanija n-tipa na te struje. I ne znajući, svjedočio je tzv. "manjinskih" nositelja naboja. U poluvodičima n-tipa višak negativnog naboja služi kao većinski nositelj naboja, ali pozitivne "rupe" također mogu prenositi struju, a u ovom slučaju visokonaponski impulsi stvorili su rupe u strukturi germanija, uzrokujući pojavu manjinskih nositelja naboja .
Bray i Benzer primamljivo su se približili germanijskom pojačalu, a da toga nisu bili svjesni. Benzer je uhvatio Waltera Brattaina, znanstvenika Bell Labsa, na konferenciji u siječnju 1948. kako bi s njim raspravljali o volumetrijskom otporu. Predložio je da Brattain smjesti drugu točku kontakta pored prve koja bi mogla provoditi struju, i onda bi mogli razumjeti što se događa ispod površine. Brattain je tiho pristao na ovaj prijedlog i otišao. Kao što ćemo vidjeti, predobro je znao što bi takav eksperiment mogao otkriti.
Oney-sous-Bois
Grupa Purdue imala je i tehnologiju i teoretsku osnovu da napravi skok prema tranzistoru. Ali na njega su mogli naletjeti samo slučajno. Zanimala su ih fizikalna svojstva materijala, a ne potraga za novom vrstom uređaja. Sasvim drugačija situacija vladala je u Aunes-sous-Boisu (Francuska), gdje su dva bivša istraživača radara iz Njemačke, Heinrich Welker i Herbert Mathare, vodili tim čiji je cilj bio stvaranje industrijskih poluvodičkih uređaja.
Welker je prvo studirao, a zatim predavao fiziku na Sveučilištu u Münchenu, koje je vodio slavni teoretičar Arnold Sommerfeld. Od 1940. napustio je čisto teoretski put i počeo raditi na radaru za Luftwaffe. Mathare (belgijskog porijekla) odrastao je u Aachenu, gdje je studirao fiziku. Pridružio se istraživačkom odjelu njemačkog radijskog diva Telefunkena 1939. godine. Tijekom rata preselio je svoj rad iz Berlina na istok u opatiju u Šleziji kako bi izbjegao savezničke zračne napade, a potom se vratio na zapad kako bi izbjegao napredovanje Crvene armije, da bi na kraju pao u ruke američke vojske.
Poput svojih suparnika u Antihitlerovoj koaliciji, Nijemci su ranih 1940-ih znali da su kristalni detektori idealni prijamnici za radare, a da su silicij i germanij najperspektivniji materijali za njihovu izradu. Mathare i Welker pokušali su tijekom rata poboljšati učinkovitu upotrebu ovih materijala u ispravljačima. Nakon rata, obojica su bili podvrgnuti povremenom ispitivanju u vezi s njihovim vojnim radom, a na kraju su dobili poziv od francuskog obavještajca da odu u Pariz 1946. godine.
Compagnie des Freins & Signaux ("tvrtka kočnica i signala"), francuski odjel Westinghousea, primio je ugovor od francuske telefonske vlasti za izradu poluprovodničkih ispravljača i tražio je njemačke znanstvenike da im pomognu. Takav savez nedavnih neprijatelja može se činiti čudnim, ali ovaj se dogovor pokazao prilično povoljnim za obje strane. Francuzi, poraženi 1940., nisu imali mogućnosti steći znanje na području poluvodiča, a očajnički su im trebale vještine Nijemaca. Nijemci u okupiranoj i ratom razorenoj zemlji nisu mogli razvijati niti jedno visokotehnološko područje, pa su iskoristili priliku da nastave s radom.
Welker i Mathare smjestili su sjedište u dvokatnici u pariškom predgrađu Aunes-sous-Bois, te su uz pomoć tima tehničara do kraja 1947. uspješno lansirali germanijeve ispravljače. Zatim su se okrenuli ozbiljnijem nagrade: Welker se vratio svom interesu za supravodiče, a Mathare za pojačala.
Herbert Mathare 1950. godine
Tijekom rata, Mathare je eksperimentirao s ispravljačima s kontaktom u dvije točke - "duodeodama" - u pokušaju smanjenja buke kruga. Nastavio je s eksperimentima i ubrzo otkrio da drugi mačji brk, smješten 1/100 milijunti dio metra od prvog, ponekad može modulirati struju koja teče kroz prvi brk. Stvorio je čvrsto pojačalo, iako prilično beskorisno. Kako bi postigao pouzdanije performanse, obratio se Welkeru, koji je tijekom rata stekao veliko iskustvo u radu s kristalima germanija. Welkerov tim napravio je veće, čišće uzorke kristala germanija, a kako se kvaliteta materijala poboljšavala, Mathare točkasta kontaktna pojačala postala su pouzdana do lipnja 1948.
Rentgenska slika "transistrona" temeljenog na Mathareovom krugu, koji ima dvije dodirne točke s germanijem
Mathare je čak imao teorijski model onoga što se događa: vjerovao je da drugi kontakt stvara rupe u germaniju, ubrzavajući prolaz struje kroz prvi kontakt, opskrbljujući manjinske nositelje naboja. Welker se nije složio s njim i smatrao je da ono što se događa ovisi o nekakvom efektu polja. Međutim, prije nego što su uspjeli razraditi uređaj ili teoriju, saznali su da je grupa Amerikanaca šest mjeseci ranije razvila potpuno isti koncept - germanijevo pojačalo s dva točkasta kontakta.
Murray Hill
Na kraju rata, Mervyn Kelly reformirao je istraživačku grupu za poluvodiče Bell Labsa na čelu s Billom Shockleyjem. Projekt je rastao, dobio je više sredstava i preselio se iz izvorne laboratorijske zgrade na Manhattanu u sve veći kampus u Murray Hillu, New Jersey.
Kampus Murray Hill, ca. 1960. godine
Kako bi se ponovno upoznao s naprednim poluvodičima (nakon vremena provedenog u operacijskom istraživanju tijekom rata), Shockley je u proljeće 1945. posjetio laboratorij Holmdel Russella Ohla. Ohl je proveo ratne godine radeći na siliciju i nije gubio vrijeme. Pokazao je Shockleyju sirovo pojačalo vlastite konstrukcije, koje je nazvao "desister". Uzeo je silikonski točkasti kontaktni ispravljač i kroz njega pustio struju iz baterije. Očigledno je toplina iz baterije smanjila otpor na kontaktnoj točki i pretvorila ispravljač u pojačalo sposobno odašiljati dolazne radio signale u krug dovoljno snažan da napaja zvučnik
Učinak je bio grub i nepouzdan, neprikladan za komercijalizaciju. No, to je bilo dovoljno da potvrdi Shockleyevo mišljenje da je moguće stvoriti poluvodičko pojačalo, te da to treba učiniti prioritetom istraživanja u području elektronike čvrstog stanja. Također je ovaj sastanak s Olinim timom uvjerio Shockleyja da prvo treba proučavati silicij i germanij. Pokazali su atraktivna električna svojstva, a Ohlovi kolege metalurzi Jack Skaff i Henry Theurer postigli su nevjerojatan uspjeh u uzgoju, pročišćavanju i dopiranju tih kristala tijekom rata, nadmašujući sve tehnologije dostupne za druge poluvodičke materijale. Shockleyeva grupa nije namjeravala više gubiti vrijeme na predratna pojačala od bakrenog oksida.
Uz Kellynu pomoć, Shockley je počeo okupljati novi tim. Ključni igrači bili su Walter Brattain, koji je pomogao Shockleyju u njegovom prvom pokušaju izrade čvrstog pojačala (1940.), i John Bardeen, mladi fizičar i novi zaposlenik Bell Labsa. Bardeen je vjerojatno imao najopsežnije znanje o fizici čvrstog stanja od svih članova tima - njegova je disertacija opisivala energetske razine elektrona u strukturi metalnog natrija. Također je bio još jedan štićenik Johna Hasbroucka Van Vlecka, poput Atanasova i Brattaina.
I poput Atanasova, Bardeenove i Shockleyeve disertacije zahtijevale su izuzetno složene izračune. Morali su koristiti kvantno mehaničku teoriju poluvodiča, koju je definirao Alan Wilson, kako bi izračunali energetsku strukturu materijala pomoću Monroeovog stolnog kalkulatora. Pomažući u izradi tranzistora, oni su, zapravo, pridonijeli da se budući diplomanti poštede takvog rada.
Shockleyev prvi pristup poluprovodničkom pojačalu oslanjao se na ono što je kasnije nazvano "". Objesio je metalnu ploču preko poluvodiča n-tipa (s viškom negativnih naboja). Primjena pozitivnog naboja na ploču povukla je višak elektrona na površinu kristala, stvarajući rijeku negativnih naboja kroz koje je lako mogla teći električna struja. Pojačani signal (predstavljen razinom naboja na pločici) na ovaj bi način mogao modulirati glavni krug (prolazeći duž površine poluvodiča). Učinkovitost ove sheme sugerirala mu je njegova teorijska znanja iz fizike. Ali, unatoč mnogim eksperimentima i eksperimentima, shema nikada nije uspjela.
Do ožujka 1946. Bardeen je stvorio dobro razvijenu teoriju koja je objasnila razlog za to: površina poluvodiča na kvantnoj razini ponaša se drugačije od njegove unutrašnjosti. Negativni naboji privučeni na površinu postaju zarobljeni u "površinskim stanjima" i blokiraju električno polje da prodre kroz ploču u materijal. Ostatak tima je ovu analizu smatrao uvjerljivom i pokrenuli su novi istraživački program u tri smjera:
- Dokažite postojanje površinskih stanja.
- Proučite njihova svojstva.
- Smislite kako ih pobijediti i neka to uspije .
Nakon godinu i pol istraživanja i eksperimentiranja, 17. studenoga 1947. Brattain je napravio iskorak. Otkrio je da ako stavi tekućinu ispunjenu ionima, poput vode, između pločice i poluvodiča, električno polje iz pločice gurnuće ione prema poluvodiču, gdje će neutralizirati naboje zarobljene u površinskim stanjima. Sada je mogao kontrolirati električno ponašanje komada silicija promjenom naboja na pločici. Ovaj uspjeh dao je Bardeenu ideju za novi pristup stvaranju pojačala: okružite kontaktnu točku ispravljača elektrolitskom vodom, a zatim upotrijebite drugu žicu u vodi za kontrolu površinskih uvjeta i tako kontrolirajte razinu vodljivosti glavnog kontakt. Tako su Bardeen i Brattain stigli do cilja.
Bardeenova ideja je uspjela, ali je pojačanje bilo slabo i radilo je na vrlo niskim frekvencijama nedostupnim ljudskom uhu - tako da je bilo beskorisno kao telefonsko ili radio pojačalo. Bardeen je predložio prelazak na germanij otporan na povratni napon proizveden u Purdueu, vjerujući da će se na njegovoj površini skupiti manje naboja. Odjednom su dobili snažan porast, ali u suprotnom smjeru od očekivanog. Otkrili su efekt manjinskih nositelja – umjesto očekivanih elektrona, struja koja je protjecala kroz germanij bila je pojačana rupama koje su dolazile iz elektrolita. Struja na žici u elektrolitu stvorila je sloj p-tipa (područje viška pozitivnih naboja) na površini germanija n-tipa.
Naknadni pokusi pokazali su da uopće nije potreban elektrolit: jednostavnim postavljanjem dviju kontaktnih točaka blizu površine germanija, bilo je moguće modulirati struju s jedne od njih na struju na drugoj. Kako bi ih što više približio, Brattain je omotao komad zlatne folije oko trokutastog komada plastike, a potom pažljivo zarezao foliju na kraju. Zatim je uz pomoć opruge trokut pritisnuo na germanij, pri čemu su dva ruba reza dodirivala njegovu površinu na udaljenosti od 0,05 mm. To je prototipu tranzistora Bell Labsa dalo prepoznatljiv izgled:
Prototip tranzistora Brattain i Bardeen
Kao i Mathareov i Welkerov uređaj, bio je to, u principu, klasični "mačji brk", samo s dvije dodirne točke umjesto jedne. Dana 16. prosinca proizveo je značajno povećanje snage i napona, te frekvenciju od 1000 Hz u čujnom području. Tjedan dana kasnije, nakon manjih poboljšanja, Bardeen i Brattain povećali su napon za 100 puta, a snagu za 40 puta, te demonstrirali Bellovim direktorima da njihov uređaj može proizvesti zvučni govor. John Pierce, još jedan član tima za razvoj čvrstog stanja, skovao je izraz "tranzistor" prema nazivu Bellovog ispravljača s bakrenim oksidom, varistora.
Sljedećih šest mjeseci laboratorij je novu kreaciju držao u tajnosti. Uprava je željela biti sigurna da imaju prednost u komercijalizaciji tranzistora prije nego što ga se netko drugi dočepa. Konferencija za tisak zakazana je za 30. lipnja 1948., baš na vrijeme da se Welkerovi i Mathareovi snovi o besmrtnosti razbiju. U međuvremenu, istraživačka grupa za poluvodiče tiho je propala. Nakon što je čuo za Bardeenova i Brattainova postignuća, njihov šef, Bill Shockley, počeo je raditi na tome da preuzme sve zasluge na sebe. I premda je igrao samo promatračku ulogu, Shockley je dobio jednak, ako ne i veći, publicitet u javnom predstavljanju - kao što se vidi na ovoj objavljenoj fotografiji na kojoj je on u jeku akcije, tik uz laboratorijsku klupu:
Reklamna fotografija iz 1948. - Bardeen, Shockley i Brattain
Međutim, Shockleyu jednaka slava nije bila dovoljna. I prije nego što je itko izvan Bell Labsa saznao za tranzistor, bio je zauzet njegovim ponovnim izumom. A ovo je bio samo prvi od mnogih takvih reinvencija.
Što još čitati
- Robert Buderi, Izum koji je promijenio svijet (1996.)
- Michael Riordan, “Kako je Europi nedostajao tranzistor,” IEEE Spectrum (1. studenog 2005.)
- Michael Riordan i Lillian Hoddeson, Crystal Fire (1997.)
- Armand Van Dormael, “'Francuski' tranzistor,” (1994)
Izvor: www.habr.com