Շարքի այլ հոդվածներ.
- Ռելեի պատմություն
- Էլեկտրոնային համակարգիչների պատմություն
- Տրանզիստորի պատմությունը
- Ինտերնետի պատմություն
Պատերազմի խառնարանը հիմք դրեց տրանզիստորի հայտնվելուն: 1939-1945 թվականներին կիսահաղորդիչների ոլորտում տեխնիկական գիտելիքները հսկայական ընդլայնվեցին։ Եվ դրա համար կար մեկ պարզ պատճառ՝ ռադար: Պատերազմի ամենակարևոր տեխնոլոգիան, որի օրինակները ներառում են օդային հարձակումների հայտնաբերում, սուզանավերի որոնում, գիշերային օդային հարձակումներ թիրախների ուղղում, հակաօդային պաշտպանության համակարգերի և ծովային հրացանների թիրախավորում: Ինժեներները նույնիսկ սովորել են, թե ինչպես կարելի է պզտիկ ռադարները դնել հրետանային արկերի մեջ, որպեսզի նրանք պայթեն թիրախի մոտ թռչելիս. . Այնուամենայնիվ, այս հզոր նոր ռազմական տեխնոլոգիայի աղբյուրը ավելի խաղաղ դաշտում էր՝ վերին մթնոլորտի ուսումնասիրությունը գիտական նպատակներով:
Ռադար
1901 թվականին Marconi Wireless Telegraph ընկերությունը հաջողությամբ անլար հաղորդագրություն փոխանցեց Ատլանտյան օվկիանոսով՝ Քորնուոլից Նյուֆաունդլենդ: Այս փաստը ժամանակակից գիտությունը շփոթության մեջ է գցել: Եթե ռադիոհաղորդումները շարժվում են ուղիղ գծով (ինչպես պետք է), ապա այդպիսի փոխանցումը պետք է անհնար լինի: Անգլիայի և Կանադայի միջև չկա ուղիղ տեսադաշտ, որը չի հատում Երկիրը, ուստի Մարկոնիի ուղերձը պետք է թռչեր տիեզերք: Ամերիկացի ինժեներ Արթուր Քենելին և բրիտանացի ֆիզիկոս Օլիվեր Հևիսայդը միաժամանակ և ինքնուրույն առաջարկեցին, որ այս երևույթի բացատրությունը պետք է կապված լինի իոնացված գազի շերտի հետ, որը գտնվում է մթնոլորտի վերին շերտում, որը կարող է ռադիոալիքները ետ արտացոլել Երկիր (Մարկոնին ինքը կարծում էր, որ ռադիոալիքները հետևել Երկրի մակերևույթի կորությանը, սակայն ֆիզիկոսները դա չեն հաստատել):
1920-ական թվականներին գիտնականները նոր սարքավորում էին ստեղծել, որոնք հնարավորություն տվեցին սկզբում ապացուցել իոնոլորտի գոյությունը, ապա ուսումնասիրել դրա կառուցվածքը։ Նրանք օգտագործել են վակուումային խողովակներ՝ կարճ ալիքների ռադիո իմպուլսներ ստեղծելու համար, ուղղորդող ալեհավաքներ՝ դրանք մթնոլորտ ուղարկելու և արձագանքները ձայնագրելու համար, և արդյունքները ցույց տալու համար։ Որքան երկար է արձագանքների վերադարձի ուշացումը, այնքան ավելի հեռու պետք է լինի իոնոլորտը: Այս տեխնոլոգիան կոչվում էր մթնոլորտային հնչյունավորում և այն ապահովում էր հիմնական տեխնիկական ենթակառուցվածքը ռադարների զարգացման համար («Ռադար» տերմինը, Radio Detection And Ranging-ից, հայտնվեց միայն 1940-ական թվականներին ԱՄՆ ռազմածովային նավատորմում):
Միայն ժամանակի խնդիր էր, երբ ճիշտ գիտելիքներ, ռեսուրսներ և մոտիվացիա ունեցող մարդիկ կհասկանային նման սարքավորումների ցամաքային կիրառման ներուժը (հետևաբար ռադարի պատմությունը հակառակն է աստղադիտակի պատմությանը, որն առաջին անգամ նախատեսված էր ցամաքային օգտագործման համար): . Եվ նման պատկերացումների հավանականությունը մեծացավ, քանի որ ռադիոն ավելի ու ավելի էր տարածվում մոլորակով մեկ, և ավելի շատ մարդիկ նկատեցին միջամտությունը մոտակա նավերից, ինքնաթիռներից և այլ խոշոր օբյեկտներից: Երկրորդի ընթացքում տարածվեցին վերին մթնոլորտի ձայնային տեխնոլոգիաների իմացությունը (1932-1933), երբ գիտնականները արկտիկական տարբեր կայաններից կազմեցին իոնոլորտի քարտեզը։ Շուտով Բրիտանիայի, ԱՄՆ-ի, Գերմանիայի, Իտալիայի, ԽՍՀՄ-ի և այլ երկրների թիմերը մշակեցին իրենց ամենապարզ ռադարային համակարգերը։
իր 1935 թվականի ռադարով
Հետո պատերազմը տեղի ունեցավ, և ռադարների նշանակությունը երկրների համար և դրանց զարգացման ռեսուրսները կտրուկ աճեցին: Միացյալ Նահանգներում այս ռեսուրսները հավաքվել են 1940 թվականին MIT-ում հիմնադրված նոր կազմակերպության շուրջ, որը հայտնի է որպես (այն անվանվել է հատուկ օտարերկրյա լրտեսներին մոլորեցնելու և տպավորություն ստեղծելու համար, որ ռադիոակտիվությունը ուսումնասիրվում էր լաբորատորիայում. այն ժամանակ քչերն էին հավատում ատոմային ռումբերին): Rad Lab նախագիծը, որն այնքան հայտնի չդարձավ, որքան Մանհեթենի նախագիծը, այնուամենայնիվ իր շարքերում հավաքագրեց նույնքան նշանավոր և տաղանդավոր ֆիզիկոսների ամբողջ Միացյալ Նահանգներից: Լաբորատորիայի առաջին աշխատակիցներից հինգը (ներառյալ и ) այնուհետև ստացել է Նոբելյան մրցանակներ։ Պատերազմի ավարտին լաբորատորիայում աշխատում էին մոտ 500 գիտությունների դոկտորներ, գիտնականներ և ինժեներներ, իսկ ընդհանուր առմամբ՝ 4000 մարդ։ Կես միլիոն դոլար, որը համեմատելի է ENIAC-ի ամբողջ բյուջեի հետ, ծախսվել է միայն Ճառագայթային լաբորատորիաների շարքի վրա, որը պատերազմի ընթացքում լաբորատորիայից ստացված ողջ գիտելիքի քսանյոթ հատորանոց ռեկորդ է (չնայած ԱՄՆ կառավարության ծախսերը ռադարային տեխնոլոգիայի վրա սահմանափակված չեն եղել: Ռադ Լաբորատորիայի բյուջեին, պատերազմի ժամանակ կառավարությունը երեք միլիարդ դոլարի ռադարներ է գնել):
MIT շենք 20, որտեղ գտնվում էր Rad Lab-ը
Rad Lab-ի հետազոտության հիմնական ուղղություններից մեկը բարձր հաճախականության ռադարն էր: Վաղ ռադարներն օգտագործում էին մետրերով չափվող ալիքի երկարությունները: Բայց ավելի բարձր հաճախականության ճառագայթները, որոնց երկարությունը չափվում է սանտիմետրերով, միկրոալիքային ալիքները, թույլ էին տալիս ավելի կոմպակտ ալեհավաքներ և ավելի քիչ ցրված էին երկար հեռավորությունների վրա՝ խոստանալով ավելի մեծ առավելություններ տիրույթում և ճշգրտությամբ: Միկրոալիքային ռադարները կարող էին տեղավորվել ինքնաթիռի քթի մեջ և հայտնաբերել սուզանավի պերիսկոպի չափի առարկաներ։
Առաջինն այս խնդիրը լուծեց Բիրմինգհեմի համալսարանի բրիտանացի ֆիզիկոսների թիմը: 1940 թվականին նրանք մշակեցին «», որն աշխատում էր էլեկտրամագնիսական «սուլիչի» պես՝ էլեկտրականության պատահական իմպուլսը վերածելով միկրոալիքային վառարանների հզոր և ճշգրիտ կարգավորվող ճառագայթի։ Այս միկրոալիքային հաղորդիչը հազար անգամ ավելի հզոր էր, քան իր մոտակա մրցակիցը. այն ճանապարհ հարթեց գործնական բարձր հաճախականության ռադարային հաղորդիչների համար: Այնուամենայնիվ, նրան անհրաժեշտ էր ուղեկից՝ բարձր հաճախականություններ հայտնաբերելու ունակ ընդունիչ։ Եվ այս պահին մենք վերադառնում ենք կիսահաղորդիչների պատմությանը:
Մագնետրոնի խաչմերուկ
Կատվի բեղի երկրորդ գալուստը
Պարզվել է, որ վակուումային խողովակները բոլորովին հարմար չեն միկրոալիքային ռադարային ազդանշաններ ստանալու համար։ Տաք կաթոդի և սառը անոդի միջև բացը ստեղծում է հզորություն, ինչը հանգեցնում է նրան, որ շղթան հրաժարվում է աշխատել բարձր հաճախականություններում: Բարձր հաճախականության ռադարների համար հասանելի լավագույն տեխնոլոգիան հնաոճ ««- մի փոքր կտոր մետաղալար, որը սեղմված է կիսահաղորդչային բյուրեղի վրա: Մի քանի հոգի դա հայտնաբերել են ինքնուրույն, բայց մեր պատմությանը ամենամոտ բանը Նյու Ջերսիում տեղի ունեցածն է:
1938 թվականին Bell Labs-ը պայմանագիր կնքեց ռազմածովային նավատորմի հետ՝ մշակելու 40 սմ հեռավորության վրա կրակի կառավարման ռադար՝ շատ ավելի կարճ և, հետևաբար, ավելի բարձր հաճախականությամբ, քան մինչռեզոնանսային մագնետրոնային դարաշրջանում գոյություն ունեցող ռադարները: Հիմնական հետազոտական աշխատանքը գնաց լաբորատորիաների բաժին Հոլմդելում, Սթեյթեն Այլենդից հարավ: Հետազոտողները երկար ժամանակ չպահանջեցին պարզելու, թե ինչ է իրենց անհրաժեշտ բարձր հաճախականությամբ ընդունիչի համար, և շուտով ինժեներ Ջորջ Սաութվորթը Մանհեթենի ռադիոխանութներն էր փնտրում՝ հին կատու-բեղ դետեկտորների համար: Ինչպես և սպասվում էր, այն շատ ավելի լավ էր աշխատում, քան լամպի դետեկտորը, բայց անկայուն էր։ Այսպիսով, Սաութվորթը փնտրեց Ռասել Օլ անունով էլեկտրաքիմիկոսին և խնդրեց նրան փորձել բարելավել մեկ կետանոց բյուրեղյա դետեկտորի արձագանքի միատեսակությունը:
Օլը բավականին յուրօրինակ անձնավորություն էր, ով իր ճակատագիրն էր համարում տեխնոլոգիաների զարգացումը և ապագայի տեսլականներով խոսում էր պարբերական պատկերացումների մասին։ Օրինակ՝ նա հայտարարել է, որ դեռ 1939 թվականին գիտեր սիլիկոնային ուժեղացուցիչի ապագա հայտնագործության մասին, սակայն ճակատագիրն այլ անձի համար էր այն հորինելու։ Տասնյակ տարբերակներ ուսումնասիրելուց հետո նա որոշեց սիլիցիումը՝ որպես Southworth ընդունիչների համար լավագույն նյութ: Խնդիրը նյութի պարունակությունը վերահսկելու կարողությունն էր՝ դրա էլեկտրական հատկությունները վերահսկելու համար: Այն ժամանակ լայն տարածում ուներ արդյունաբերական սիլիցիումային ձուլակտորները, դրանք օգտագործվում էին պողպատի գործարաններում, բայց նման արտադրության մեջ ոչ ոքի չէր անհանգստացնում, ասենք, 1% ֆոսֆորի պարունակությունը սիլիցիումում։ Դիմելով մի քանի մետալուրգների օգնությանը՝ Օլը ձեռնամուխ եղավ ձեռք բերել ավելի մաքուր բլանկներ, քան նախկինում հնարավոր էր:
Երբ նրանք աշխատում էին, նրանք հայտնաբերեցին, որ իրենց բյուրեղներից մի քանիսը ուղղում են հոսանքը մի ուղղությամբ, իսկ մյուսները՝ մյուս ուղղությամբ: Նրանք դրանք անվանել են «n-type» եւ «p-type»: Հետագա վերլուծությունը ցույց է տվել, որ այս տեսակների համար պատասխանատու են տարբեր տեսակի կեղտեր: Սիլիկոնը գտնվում է պարբերական աղյուսակի չորրորդ սյունակում, ինչը նշանակում է, որ այն ունի չորս էլեկտրոն իր արտաքին թաղանթում: Մաքուր սիլիցիումի մեջ այս էլեկտրոններից յուրաքանչյուրը կմիավորվի հարևանի հետ: Երրորդ սյունակի կեղտը, ասենք, բորը, որն ունի մեկ էլեկտրոն պակաս, ստեղծել է «անցք», բյուրեղում ընթացիկ շարժման լրացուցիչ տարածք: Արդյունքում ստացվեց p տիպի կիսահաղորդիչ (դրական լիցքերի ավելցուկով): Հինգերորդ սյունակի տարրերը, ինչպիսիք են ֆոսֆորը, լրացուցիչ ազատ էլեկտրոններ են ապահովել հոսանք տեղափոխելու համար, և ստացվել է n տիպի կիսահաղորդիչ։
Սիլիցիումի բյուրեղային կառուցվածքը
Այս ամբողջ հետազոտությունը շատ հետաքրքիր էր, բայց 1940 թվականին Սաութվորթն ու Օլն ավելի մոտ չէին բարձր հաճախականության ռադարի աշխատանքային նախատիպի ստեղծմանը: Միևնույն ժամանակ, բրիտանական կառավարությունը անհապաղ գործնական արդյունքներ պահանջեց Luftwaffe-ի կողմից սպառնացող վտանգի պատճառով, որն արդեն ստեղծել էր պատրաստի միկրոալիքային դետեկտորներ, որոնք աշխատում էին մագնետրոնային հաղորդիչների հետ միասին:
Այնուամենայնիվ, տեխնոլոգիական առաջընթացի հավասարակշռությունը շուտով կթեքվի դեպի Ատլանտյան օվկիանոսի արևմտյան կողմը: Չերչիլը որոշել է ամերիկացիներին բացահայտել Բրիտանիայի բոլոր տեխնիկական գաղտնիքները, նախքան իրականում մտնելը պատերազմ (քանի որ նա ենթադրում էր, որ դա, այնուամենայնիվ, տեղի կունենա): Նա կարծում էր, որ արժե տեղեկատվության արտահոսքի ռիսկը, քանի որ այդ ժամանակ Միացյալ Նահանգների բոլոր արդյունաբերական հնարավորությունները կուղղվեն այնպիսի խնդիրների լուծմանը, ինչպիսիք են ատոմային զենքը և ռադարները: Բրիտանական գիտության և տեխնոլոգիաների առաքելությունը (ավելի հայտնի է որպես ) ժամանել է Վաշինգտոն 1940 թվականի սեպտեմբերին և իր ուղեբեռում նվեր է բերել տեխնոլոգիական հրաշքների տեսքով:
Ռեզոնանսային մագնետրոնի անհավատալի ուժի հայտնաբերումը և բրիտանական բյուրեղյա դետեկտորների արդյունավետությունը դրա ազդանշանն ստանալու հարցում աշխուժացրեց ամերիկյան հետազոտությունները կիսահաղորդիչների՝ որպես բարձր հաճախականության ռադարի հիմքի վրա: Հատկապես նյութագիտության ոլորտում մեծ աշխատանք կար անելու։ Պահանջարկը բավարարելու համար կիսահաղորդչային բյուրեղները «պետք է արտադրվեին միլիոններով, շատ ավելին, քան նախկինում հնարավոր էր: Անհրաժեշտ էր բարելավել ուղղումը, նվազեցնել ցնցումների և այրման զգայունությունը և նվազագույնի հասցնել տատանումները բյուրեղների տարբեր խմբաքանակների միջև»:
Սիլիկոնային կետի կոնտակտային ուղղիչ
Rad Lab-ը նոր հետազոտական բաժանմունքներ է բացել՝ ուսումնասիրելու կիսահաղորդչային բյուրեղների հատկությունները և ինչպես դրանք կարող են փոփոխվել՝ առավելագույնի հասցնելու արժեքավոր ստացողի հատկությունները: Ամենահեռանկարային նյութերը սիլիկոնն ու գերմանիումն էին, ուստի Rad Lab-ը որոշեց անվտանգ խաղալ և մեկնարկել էր զուգահեռ ծրագրեր երկուսն էլ ուսումնասիրելու համար՝ սիլիցիում Փենսիլվանիայի համալսարանում և գերմանիում Պուրդյուում: Արդյունաբերության այնպիսի հսկաներ, ինչպիսիք են Bell-ը, Westinghouse-ը, Du Pont-ը և Sylvania-ն, սկսեցին կիսահաղորդչային հետազոտությունների իրենց սեփական ծրագրերը և սկսեցին մշակել բյուրեղյա դետեկտորների նոր արտադրական հնարավորություններ:
Համատեղ ջանքերի շնորհիվ սիլիցիումի և գերմանիումի բյուրեղների մաքրությունը սկզբում 99%-ից բարձրացվեց մինչև 99,999%-ի, այսինքն՝ մինչև 100 ատոմի դիմաց մեկ կեղտոտ մասնիկ: Ընթացքում մի խումբ գիտնականներ և ինժեներներ մոտիկից ծանոթացան գերմանիումի և սիլիցիումի վերացական հատկություններին և կիրառեցին դրանք վերահսկելու տեխնոլոգիաները՝ հալեցնել, աճեցնել բյուրեղները, ավելացնելով անհրաժեշտ կեղտերը (օրինակ՝ բորը, որը մեծացնում է հաղորդունակությունը):
Եվ հետո պատերազմն ավարտվեց։ Ռադարի պահանջարկն անհետացավ, բայց պատերազմի ընթացքում ձեռք բերված գիտելիքներն ու հմտությունները մնացին, իսկ պինդ վիճակի ուժեղացուցիչի երազանքը չմոռացվեց: Այժմ մրցավազքը նման ուժեղացուցիչ ստեղծելն էր: Եվ առնվազն երեք թիմ լավ վիճակում էին այս մրցանակը նվաճելու համար:
Արեւմտյան Լաֆայետ
Առաջինը Փրդյուի համալսարանի խումբն էր՝ ավստրիական ծագումով ֆիզիկոս Կարլ Լարկ-Հորովիցի գլխավորությամբ: Նա իր տաղանդի և ազդեցության միջոցով ինքնուրույն դուրս բերեց համալսարանի ֆիզիկայի բաժինը անհայտությունից և ազդեց Rad Lab-ի որոշման վրա՝ վստահել իր լաբորատորիան գերմանիումի հետազոտությունը:
Կարլ Լարկ-Հորովիցը 1947 թվականին, կենտրոնում, խողովակը բռնած
1940-ականների սկզբին սիլիցիումը համարվում էր լավագույն նյութը ռադարային ուղղիչ սարքերի համար, սակայն պարբերական աղյուսակում դրա տակ գտնվող նյութը նույնպես արժանի էր հետագա ուսումնասիրության: Գերմանիումը գործնական առավելություն ուներ իր ցածր հալման կետի շնորհիվ, ինչը հեշտացնում էր աշխատելը. մոտ 940 աստիճան, սիլիցիումի 1400 աստիճանի համեմատ (գրեթե նույնը, ինչ պողպատը): Բարձր հալման ջերմաստիճանի պատճառով չափազանց դժվար էր պատրաստել մի բլանկ, որը չէր արտահոսեր հալված սիլիցիումի մեջ՝ աղտոտելով այն:
Հետևաբար, Լարկ-Հորովիցը և նրա գործընկերները ողջ պատերազմն անցկացրել են՝ ուսումնասիրելով գերմանիումի քիմիական, էլեկտրական և ֆիզիկական հատկությունները։ Ամենակարևոր խոչընդոտը «հակադարձ լարումն» էր. գերմանիումային ուղղիչները, շատ ցածր լարման դեպքում, դադարեցրին հոսանքի ուղղումը և թույլ տվեցին այն հոսել հակառակ ուղղությամբ: Հակադարձ հոսանքի իմպուլսը այրել է ռադարի մնացած բաղադրիչները: Լարկ-Հորովիցի ասպիրանտներից մեկը՝ Սեյմուր Բենզերը, ուսումնասիրեց այս խնդիրը ավելի քան մեկ տարի և վերջապես ստեղծեց թիթեղի վրա հիմնված հավելում, որը դադարեցրեց հակադարձ իմպուլսները մինչև հարյուր վոլտ լարման դեպքում: Դրանից անմիջապես հետո Western Electric-ը, Bell Labs-ի արտադրական ստորաբաժանումը, սկսեց թողարկել Benzer ուղղիչներ ռազմական օգտագործման համար:
Պերդյուում գերմանիումի ուսումնասիրությունը շարունակվեց պատերազմից հետո։ 1947 թվականի հունիսին Բենզերը, որն արդեն պրոֆեսոր էր, զեկուցեց արտասովոր անոմալիա՝ որոշ փորձերի ժամանակ գերմանիումի բյուրեղներում ի հայտ եկան բարձր հաճախականության տատանումներ։ Իսկ նրա գործընկեր Ռալֆ Բրեյը շարունակեց ուսումնասիրել «ծավալային դիմադրությունը» պատերազմի ժամանակ սկսված նախագծի վրա: Ծավալային դիմադրությունը նկարագրում էր, թե ինչպես է էլեկտրականությունը հոսում գերմանիումի բյուրեղի մեջ ուղղիչի շփման կետում: Բրեյը պարզեց, որ բարձր լարման իմպուլսները զգալիորեն նվազեցնում են n-տիպի գերմանիումի դիմադրությունը այս հոսանքների նկատմամբ։ Նա չիմանալով ականատես է եղել, այսպես կոչված,. «փոքրամասնության» լիցքակիրներ. n-տիպի կիսահաղորդիչներում ավելցուկային բացասական լիցքը ծառայում է որպես հիմնական լիցքի կրիչ, սակայն դրական «անցքերը» կարող են նաև հոսանք կրել, և այս դեպքում բարձր լարման իմպուլսները փոսեր են ստեղծում գերմանիումի կառուցվածքում՝ առաջացնելով փոքրամասնության լիցքի կրիչներ: .
Բրեյն ու Բենզերը առանց գիտակցելու հրապուրիչ մոտեցան գերմանիումի ուժեղացուցիչին: Բենզերը բռնեց Ուոլթեր Բրատեյնին՝ Bell Labs-ի գիտնականին, 1948 թվականի հունվարին կայացած կոնֆերանսի ժամանակ՝ նրա հետ ծավալային ձգումը քննարկելու համար: Նա առաջարկեց, որ Բրետայնը մեկ այլ կետային կոնտակտ դնի առաջինի կողքին, որը կարող է հոսանք անցկացնել, և հետո նրանք կարող են հասկանալ, թե ինչ է կատարվում մակերեսի տակ: Բրատեյնը լուռ համաձայնեց այս առաջարկին և հեռացավ։ Ինչպես կտեսնենք, նա շատ լավ գիտեր, թե ինչ կարող է բացահայտել նման փորձը։
Oney-sous-Bois
Purdue խումբն ուներ ինչպես տեխնոլոգիա, այնպես էլ տեսական հիմք՝ դեպի տրանզիստորը թռիչք կատարելու համար: Բայց նրանք կարող էին պատահաբար պատահել դրան։ Նրանց հետաքրքրում էր նյութի ֆիզիկական հատկությունները, այլ ոչ թե նոր տեսակի սարքի որոնումը։ Միանգամայն այլ իրավիճակ տիրում էր Օնես-սուս-Բուայում (Ֆրանսիա), որտեղ Գերմանիայից ժամանած երկու նախկին ռադարային հետազոտողներ՝ Հենրիխ Ուելքերը և Հերբերտ Մաթարեն, ղեկավարում էին մի թիմ, որի նպատակն էր ստեղծել արդյունաբերական կիսահաղորդչային սարքեր:
Ուելքերը սկզբում սովորել, ապա դասավանդել է ֆիզիկա Մյունխենի համալսարանում, որը ղեկավարում է հայտնի տեսաբան Առնոլդ Զոմերֆելդը։ 1940 թվականից նա թողեց զուտ տեսական ուղին և սկսեց աշխատել Luftwaffe-ի ռադարի վրա։ Մաթարեն (ծագումով բելգիացի) մեծացել է Աախենում, որտեղ սովորել է ֆիզիկա։ 1939 թվականին աշխատանքի է անցել գերմանական ռադիոհսկայի Telefunken-ի հետազոտական բաժնում։ Պատերազմի ընթացքում նա իր աշխատանքը Բեռլինից տեղափոխեց արևելք Սիլեզիայի աբբայություն՝ դաշնակիցների օդային հարձակումներից խուսափելու համար, այնուհետև վերադարձավ արևմուտք՝ առաջխաղացող Կարմիր բանակից խուսափելու համար՝ ի վերջո ընկնելով ամերիկյան բանակի ձեռքը:
Հակահիտլերյան կոալիցիայի իրենց մրցակիցների նման, գերմանացիները 1940-ականների սկզբին գիտեին, որ բյուրեղյա դետեկտորները ռադարների համար իդեալական ընդունիչներ են, և որ սիլիցիումը և գերմանիումը դրանց ստեղծման համար ամենահեռանկարային նյութերն են: Մաթարեն և Ուելքերը պատերազմի ժամանակ փորձել են բարելավել այս նյութերի արդյունավետ օգտագործումը ուղղիչ սարքերում: Պատերազմից հետո երկուսն էլ ենթարկվել են պարբերական հարցաքննության՝ կապված իրենց ռազմական աշխատանքի հետ, և, ի վերջո, ֆրանսիական հետախուզության աշխատակցի կողմից հրավեր են ստացել Փարիզ՝ 1946 թվականին:
Compagnie des Freins & Signaux («Արգելակների և ազդանշանների ընկերություն»), Westinghouse-ի ֆրանսիական ստորաբաժանումը, ֆրանսիական հեռախոսային իշխանությունից պայմանագիր ստացավ պինդ վիճակի ուղղիչ սարքեր ստեղծելու վերաբերյալ և փնտրեց գերմանացի գիտնականներին, որպեսզի օգնեն իրենց: Վերջին թշնամիների նման դաշինքը կարող է տարօրինակ թվալ, սակայն այս պայմանավորվածությունը բավական բարենպաստ է ստացվել երկու կողմերի համար։ 1940-ին պարտված ֆրանսիացիները կիսահաղորդիչների ոլորտում գիտելիքներ ձեռք բերելու ունակություն չունեին, և նրանց խիստ անհրաժեշտ էր գերմանացիների հմտությունները։ Գերմանացիները չկարողացան զարգացում կատարել բարձր տեխնոլոգիաների ոլորտում օկուպացված և պատերազմից տուժած երկրում, ուստի նրանք օգտվեցին հնարավորությունից՝ շարունակելու աշխատանքը:
Ուելքերն ու Մաթարեն շտաբը հիմնեցին Փարիզի Օնես-սուս-Բուա արվարձանում գտնվող երկհարկանի տանը և տեխնիկների թիմի օգնությամբ հաջողությամբ գործարկեցին գերմանիումի ուղղիչ սարքերը մինչև 1947 թվականի վերջը: Հետո նրանք դիմեցին ավելի լուրջ գործի: մրցանակներ. Ուելքերը վերադարձավ գերհաղորդիչների նկատմամբ իր հետաքրքրությանը, իսկ Մաթարեն՝ ուժեղացուցիչներին:
Հերբերտ Մաթարեն 1950 թ
Պատերազմի ժամանակ Մաթարեն փորձեր արեց երկու կետանոց կոնտակտային ուղղիչներով՝ «դյուոդոդներ»՝ փորձելով նվազեցնել շղթայի աղմուկը։ Նա վերսկսեց իր փորձերը և շուտով հայտնաբերեց, որ երկրորդ կատվի բեղը, որը գտնվում է առաջինից 1/100 միլիոներորդ մետրի վրա, երբեմն կարող է փոփոխել առաջին բեղի միջով հոսող հոսանքը: Նա ստեղծեց ամուր վիճակի ուժեղացուցիչ, թեև բավականին անօգուտ: Ավելի հուսալի կատարման հասնելու համար նա դիմեց Ուելքերին, ով պատերազմի ընթացքում գերմանիումի բյուրեղների հետ աշխատելու մեծ փորձ էր ձեռք բերել։ Ուելքերի թիմը մեծացրեց գերմանիումի բյուրեղների ավելի մաքուր նմուշները, և քանի որ նյութի որակը բարելավվեց, Mathare կետային կոնտակտային ուժեղացուցիչները հուսալի դարձան մինչև 1948 թվականի հունիսը:
«Տրանզիստրոնի» ռենտգեն պատկեր՝ հիմնված Մաթարեի շղթայի վրա, որն ունի գերմանիումի հետ շփման երկու կետ
Մաթարեն նույնիսկ տեսական մոդել ուներ, թե ինչ է կատարվում. նա կարծում էր, որ երկրորդ կոնտակտը անցքեր է բացում գերմանիում, արագացնելով հոսանքի անցումը առաջին կոնտակտի միջով, մատակարարելով փոքրամասնության լիցքի կրիչներ: Ուելքերը համաձայն չէր նրա հետ և կարծում էր, որ այն, ինչ տեղի է ունենում, կախված է ինչ-որ դաշտային էֆեկտից։ Այնուամենայնիվ, նախքան սարքը կամ տեսությունը մշակելը, նրանք իմացան, որ մի խումբ ամերիկացիներ մշակել են ճիշտ նույն հայեցակարգը` երկու կետային կոնտակտներով գերմանիումի ուժեղացուցիչ, վեց ամիս առաջ:
Մյուրեյ Հիլլ
Պատերազմի ավարտին Մերվին Քելլին բարեփոխեց Bell Labs-ի կիսահաղորդչային հետազոտական խումբը՝ Բիլ Շոկլիի գլխավորությամբ։ Ծրագիրն աճեց, ստացավ ավելի շատ ֆինանսավորում և Մանհեթենում գտնվող իր նախնական լաբորատոր շենքից տեղափոխվեց Նյու Ջերսիի Մյուրեյ Հիլ քաղաքում գտնվող ընդլայնվող կամպուս:
Murray Hill Campus, ca. 1960 թ
Ինքն իրեն առաջադեմ կիսահաղորդիչների հետ նորից ծանոթանալու համար (պատերազմի ժամանակ օպերատիվ հետազոտություններում աշխատելուց հետո) Շոկլին այցելեց Ռասել Օհլի Հոլմդելի լաբորատորիա 1945 թվականի գարնանը։ Օլը պատերազմի տարիները ծախսեց սիլիցիումի վրա աշխատելով և ժամանակ չկորցրեց: Նա Շոկլիին ցույց տվեց իր իսկ կառուցված կոպիտ ուժեղացուցիչը, որը նա անվանեց «դեսիստր»: Նա վերցրեց սիլիկոնային կետի կոնտակտային ուղղիչը և դրա միջով հոսանք ուղարկեց մարտկոցից: Ըստ երևույթին, մարտկոցի ջերմությունը նվազեցրեց դիմադրությունը շփման կետում և ուղղիչը վերածեց ուժեղացուցիչի, որը կարող է մուտքային ռադիոազդանշանները փոխանցել մի շղթա, որը բավական հզոր է բարձրախոսը սնուցելու համար:
Էֆեկտը կոպիտ էր և անվստահելի, ոչ պիտանի կոմերցիոնացման համար: Այնուամենայնիվ, բավական էր հաստատել Շոկլիի կարծիքը, որ հնարավոր է ստեղծել կիսահաղորդչային ուժեղացուցիչ, և որ դա պետք է առաջնահերթություն դառնա պինդ վիճակում գտնվող էլեկտրոնիկայի ոլորտում հետազոտությունների համար։ Նաև Օլայի թիմի հետ այս հանդիպումն էր, որ Շոկլիին համոզեց, որ նախ պետք է ուսումնասիրել սիլիցիումը և գերմանիումը։ Նրանք դրսևորեցին գրավիչ էլեկտրական հատկություններ, և Օլի գործընկեր մետալուրգներ Ջեք Սքաֆը և Հենրի Թեուրերը զարմանալի հաջողության էին հասել պատերազմի ընթացքում այս բյուրեղների աճեցման, մաքրման և դոպինգի մեջ՝ գերազանցելով այլ կիսահաղորդչային նյութերի համար հասանելի բոլոր տեխնոլոգիաները: Շոկլիի խումբն այլևս ժամանակ չէր վատնի նախապատերազմյան պղնձի օքսիդի ուժեղացուցիչների վրա:
Քելլիի օգնությամբ Շոկլին սկսեց նոր թիմ հավաքել։ Հիմնական խաղացողների թվում էին Ուոլտեր Բրետթեյնը, ով օգնեց Շոկլիին պինդ վիճակի ուժեղացուցիչ ստեղծելու իր առաջին փորձում (1940 թվականին), և Ջոն Բարդինը, երիտասարդ ֆիզիկոս և Bell Labs-ի նոր աշխատակից: Բարդինը հավանաբար ուներ թիմի ցանկացած անդամի պինդ վիճակի ֆիզիկայի ամենալայն գիտելիքները՝ նրա ատենախոսությունը նկարագրում էր էլեկտրոնների էներգիայի մակարդակները նատրիումի մետաղի կառուցվածքում: Նա նաև Ջոն Հասբրուկ Վան Վլեքի մեկ այլ հովանավորյալ էր, ինչպես Աթանասովն ու Բրատեյնը:
Եվ ինչպես Աթանասովը, այնպես էլ Բարդինի և Շոկլիի ատենախոսությունները չափազանց բարդ հաշվարկներ էին պահանջում։ Նրանք պետք է օգտագործեին Ալան Ուիլսոնի կողմից սահմանված կիսահաղորդիչների քվանտային մեխանիկական տեսությունը՝ Մոնրոյի աշխատասեղանի հաշվիչի միջոցով հաշվարկելու նյութերի էներգետիկ կառուցվածքը։ Օգնելով տրանզիստորի ստեղծմանը, նրանք, փաստորեն, նպաստեցին ապագա ասպիրանտներին նման աշխատանքից փրկելուն։
Շոկլիի առաջին մոտեցումը պինդ վիճակի ուժեղացուցիչի վրա հիմնված էր այն բանի վրա, որը հետագայում կոչվեց ««. Նա մետաղական թիթեղը կախել է n տիպի կիսահաղորդչի վրա (բացասական լիցքերի ավելցուկով)։ Թիթեղի վրա դրական լիցք կիրառելով ավելորդ էլեկտրոնները քաշեց բյուրեղի մակերեսին` ստեղծելով բացասական լիցքերի գետ, որի միջով էլեկտրական հոսանքը հեշտությամբ կարող էր հոսել: Ուժեղացված ազդանշանը (ներկայացվում է վաֆլի լիցքավորման մակարդակով) այս կերպ կարող է մոդուլավորել հիմնական միացումը (անցնելով կիսահաղորդչի մակերևույթի երկայնքով): Այս սխեմայի արդյունավետությունը նրան հուշել է ֆիզիկայի տեսական գիտելիքները։ Բայց, չնայած բազմաթիվ փորձերին և փորձերին, սխեման երբեք չաշխատեց:
1946 թվականի մարտին Բարդինը ստեղծեց լավ զարգացած տեսություն, որը բացատրում էր դրա պատճառը. քվանտային մակարդակում կիսահաղորդչի մակերեսը տարբեր կերպ է վարվում, քան իր ներսը: Մակերեւույթին ձգվող բացասական լիցքերը թակարդում են «մակերևութային վիճակներում» և արգելափակում են էլեկտրական դաշտը թիթեղը նյութի մեջ ներթափանցելու համար: Թիմի մնացած անդամները այս վերլուծությունը համոզիչ համարեցին և սկսեցին նոր հետազոտական ծրագիր երեք ուղիներով.
- Ապացուցեք մակերեսային վիճակների առկայությունը:
- Ուսումնասիրեք դրանց հատկությունները:
- Պարզեք, թե ինչպես հաղթել նրանց և գործի դնել .
Մեկուկես տարի հետազոտություններից և փորձերից հետո, 17 թվականի նոյեմբերի 1947-ին Բրատեյնը բեկում մտավ։ Նա հայտնաբերեց, որ եթե իոնով լցված հեղուկը, օրինակ՝ ջուրը, դնի վաֆլի և կիսահաղորդչի միջև, ապա վաֆլի էլեկտրական դաշտը իոնները կմղի դեպի կիսահաղորդիչը, որտեղ նրանք կչեզոքացնեն մակերևութային վիճակներում թակարդված լիցքերը: Այժմ նա կարող էր վերահսկել սիլիցիումի մի կտորի էլեկտրական վարքը՝ փոխելով վաֆլի լիցքը: Այս հաջողությունը Բարդինին գաղափար տվեց ուժեղացուցիչ ստեղծելու նոր մոտեցման համար. ուղղիչի շփման կետը շրջապատեք էլեկտրոլիտային ջրով, այնուհետև օգտագործեք ջրի մեջ երկրորդ մետաղալարը մակերևույթի պայմանները վերահսկելու համար և այդպիսով վերահսկեք հիմնական հաղորդունակության մակարդակը: Կապ. Այսպիսով, Բարդինն ու Բրետենը հասան վերջնագծին:
Բարդինի գաղափարն աշխատեց, բայց ուժեղացումը թույլ էր և աշխատում էր շատ ցածր հաճախականություններով, որոնք անհասանելի էին մարդու ականջին, ուստի այն անօգուտ էր որպես հեռախոսի կամ ռադիո ուժեղացուցիչ: Բարդինն առաջարկեց անցնել հակադարձ լարման դիմացկուն գերմանիումին, որն արտադրվում էր Փրդյուում, հավատալով, որ ավելի քիչ լիցքեր կհավաքվեն դրա մակերեսին: Հանկարծ հզոր աճ ստացան, բայց սպասվածից հակառակ ուղղությամբ։ Նրանք հայտնաբերեցին փոքրամասնության կրիչի էֆեկտը. սպասվող էլեկտրոնների փոխարեն գերմանիումով հոսող հոսանքն ուժեղանում էր էլեկտրոլիտից եկող անցքերով: Էլեկտրոլիտում գտնվող մետաղալարերի հոսանքը n-տիպի գերմանիումի մակերեսին ստեղծեց p տիպի շերտ (ավելորդ դրական լիցքերի շրջան):
Հետագա փորձերը ցույց տվեցին, որ ընդհանրապես էլեկտրոլիտի կարիք չկա. պարզապես գերմանիումի մակերեսին մոտ երկու կոնտակտային կետեր տեղադրելով, հնարավոր եղավ մոդուլացնել հոսանքը դրանցից մեկից մյուսի հոսանքի վրա: Դրանք հնարավորինս մոտեցնելու համար Բրետեյնը ոսկե փայլաթիթեղը փաթաթեց եռանկյուն պլաստիկի շուրջը, իսկ հետո զգուշորեն կտրեց փայլաթիթեղը վերջում: Ապա զսպանակի միջոցով սեղմել է եռանկյունին գերմանիումին, ինչի արդյունքում կտրվածքի երկու եզրերը 0,05 մմ հեռավորության վրա դիպել են նրա մակերեսին։ Սա Bell Labs-ի տրանզիստորի նախատիպին տվեց իր տարբերակիչ տեսքը.
Brattain և Bardeen տրանզիստորի նախատիպը
Ինչպես Մաթարեի և Ուելքերի սարքը, այն, սկզբունքորեն, դասական «կատվի բեղ» էր, ընդամենը մեկի փոխարեն երկու շփման կետով: Դեկտեմբերի 16-ին այն արտադրել է հզորության և լարման զգալի աճ և լսելի տիրույթում 1000 Հց հաճախականություն։ Մեկ շաբաթ անց, աննշան բարելավումներից հետո, Բարդինը և Բրատեյնը բարձրացրել էին լարումը 100 անգամ, իսկ հզորությունը՝ 40 անգամ, և ցույց տվեցին Bell-ի տնօրեններին, որ իրենց սարքը կարող է լսելի խոսք արտադրել: Ջոն Փիրսը, պինդ վիճակի զարգացման թիմի մեկ այլ անդամ, հորինել է «տրանզիստոր» տերմինը Bell-ի պղնձի օքսիդի ուղղիչի՝ վարիստորի անունից հետո:
Հաջորդ վեց ամիսների ընթացքում լաբորատորիան գաղտնի էր պահում նոր ստեղծագործությունը։ Ղեկավարությունը ցանկանում էր համոզվել, որ իրենք սկսել են տրանզիստորի առևտրայնացումը, նախքան որևէ մեկի ձեռքն ընկնելը: 30թ. հունիսի 1948-ին նախատեսված էր մամուլի ասուլիս՝ ճիշտ ժամանակին փշրելու Ուելքերի և Մաթարեի անմահության երազանքները: Այդ ընթացքում կիսահաղորդիչների հետազոտական խումբը հանգիստ փլուզվեց: Լսելով Բարդինի և Բրետեյնի ձեռքբերումների մասին՝ նրանց ղեկավարը՝ Բիլ Շոկլին, սկսեց աշխատել՝ իր վրա վերցնելու բոլոր վարկերը: Եվ չնայած նա միայն դիտորդական դեր է խաղացել, Շոկլին ստացել է հավասար, եթե ոչ ավելի, հրապարակայնություն հանրային շնորհանդեսում, ինչպես երևում է նրա այս հրապարակված լուսանկարում գործողության մեջ, հենց լաբորատորիայի նստարանի կողքին.
1948 թվականի գովազդային լուսանկար՝ Բարդին, Շոկլի և Բրատեյն
Սակայն Շոկլիի համար հավասար համբավը բավարար չէր։ Եվ մինչ Bell Labs-ից դուրս որևէ մեկը կիմանար տրանզիստորի մասին, նա զբաղված էր այն նորից հայտնագործելով իր համար: Եվ սա միայն առաջինն էր բազմաթիվ նման վերահայտնագործություններից:
Էլ ի՞նչ կարդալ
- Ռոբերտ Բուդերի, Գյուտը, որը փոխեց աշխարհը (1996)
- Մայքլ Ռիորդան, «Ինչպես Եվրոպան բաց թողեց տրանզիստորը», IEEE Spectrum (նոյ. 1, 2005 թ.)
- Մայքլ Ռիորդան և Լիլիան Հոդեսոն, Բյուրեղյա կրակ (1997)
- Արման Վան Դորմալ, «Ֆրանսիական տրանզիստորը», (1994)
Source: www.habr.com