Շարքի այլ հոդվածներ.
- Ռելեի պատմություն
- Էլեկտրոնային համակարգիչների պատմություն
- Տրանզիստորի պատմությունը
- Ինտերնետի պատմություն
Պատերազմի հալոցքը հարթեց ճանապարհը տրանզիստորի համար։ 1939-ից 1945 թվականներին կիսահաղորդչային տեխնոլոգիան էքսպոնենցիալ ընդլայնվեց։ Եվ կար մեկ պարզ պատճառ՝ ռադար։ Պատերազմի ամենակարևոր տեխնոլոգիան, որի կիրառությունները ներառում էին օդային հարձակումների հայտնաբերումը, սուզանավերի որսը, գիշերային օդային հարձակումների թիրախների վրա ուղղորդումը, ինչպես նաև հակաօդային պաշտպանության և ռազմածովային թնդանոթների ուղղորդումը։ Ինժեներները նույնիսկ սովորեցին փոքրիկ ռադարներ տեղադրել հրետանային արկերի մեջ, որպեսզի դրանք պայթեին, երբ անցնեին իրենց թիրախների մոտով։ Սակայն այս նոր հզոր ռազմական տեխնոլոգիայի աղբյուրը ավելի խաղաղ տարածք էր՝ վերին մթնոլորտի ուսումնասիրությունը գիտական նպատակներով։
Ռադար
1901 թվականին «Մարկոնի» անլար հեռագրական ընկերությունը հաջողությամբ անլար հաղորդագրություն փոխանցեց Ատլանտյան օվկիանոսով՝ Կորնուոլից մինչև Նյուֆաունդլենդ։ Այս փաստը շփոթեցրեց ժամանակակից գիտությանը։ Եթե ռադիոհաղորդումները փոխանցվում էին ուղիղ գծով (ինչպես և պետք է տեղի ունենար), նման հաղորդումը պետք է անհնար լիներ։ Անգլիայի և Կանադայի միջև չկա ուղիղ տեսադաշտ, որը չհատի Երկիրը, ուստի Մարկոնիի հաղորդագրությունը պետք է որ փոխանցված լինի տիեզերք։ Ամերիկացի ինժեներ Արթուր Քեննիլլին և բրիտանացի ֆիզիկոս Օլիվեր Հևիսայդը միաժամանակ և անկախ ենթադրեցին, որ այս երևույթի բացատրությունը պետք է կապված լինի վերին մթնոլորտում իոնացված գազի շերտի հետ, որը կարող է ռադիոալիքները արտացոլել Երկիր (Մարկոնին ինքը կարծում էր, որ ռադիոալիքները հետևում են Երկրի մակերևույթի կորությանը, բայց ֆիզիկոսները չեն հաստատել դա)։
1920-ական թվականներին գիտնականները մշակել էին նոր սարքավորումներ, որոնք կարող էին նախ ապացուցել իոնոլորտի գոյությունը, ապա ուսումնասիրել դրա կառուցվածքը։ Նրանք օգտագործում էին վակուումային խողովակներ՝ կարճալիք ռադիոիմպուլսներ ստեղծելու համար, ուղղորդված անտենաներ՝ դրանք մթնոլորտ ուղարկելու և արձագանքները գրանցելու համար, և արդյունքները ցուցադրելու համար: Որքան երկար է արձագանքի վերադարձի ուշացումը, այնքան ավելի հեռու պետք է լինի իոնոլորտը: Այս տեխնոլոգիան կոչվում էր մթնոլորտային զոնդավորում և այն ապահովում էր ռադարի ստեղծման հիմնական տեխնիկական ենթակառուցվածքը («ռադար» տերմինը՝ RAdio Detection And Ranging-ից, ԱՄՆ ռազմածովային ուժերում չի հայտնվել մինչև 1940-ական թվականները):
Միայն ժամանակի հարց էր, թե երբ գիտելիքներ, ռեսուրսներ և մոտիվացիա ունեցող մարդիկ կհասկանային նման սարքավորումների երկրային կիրառման ներուժը (հետևաբար, ռադարի պատմությունը հակառակն է աստղադիտակի պատմությանը, որը սկզբնապես նախատեսված էր երկրային օգտագործման համար): Եվ նման պատկերացում կազմելու հավանականությունը մեծացավ, քանի որ ռադիոն ավելի լայնորեն տարածվեց ամբողջ մոլորակի վրա, և ավելի շատ մարդիկ նկատեցին մոտակա նավերից, ինքնաթիռներից և այլ խոշոր օբյեկտներից եկող միջամտությունը: Վերին մթնոլորտի խորը զոնդավորման տեխնոլոգիայի մասին գիտելիքները տարածվեցին երկրորդ... (1932-1933), երբ տարբեր Արկտիկական կայանների գիտնականները քարտեզագրեցին իոնոլորտը։ Կարճ ժամանակ անց Մեծ Բրիտանիայի, ԱՄՆ-ի, Գերմանիայի, Իտալիայի, Խորհրդային Միության և այլ երկրների թիմերը մշակեցին իրենց սեփական հիմնական ռադարային համակարգերը։
իր 1935 թվականի ռադարով
Այնուհետև սկսվեց պատերազմը, և ռադարի կարևորությունը ազգերի համար՝ ինչպես նաև դրա զարգացման համար անհրաժեշտ ռեսուրսները, կտրուկ աճեցին։ ԱՄՆ-ում այդ ռեսուրսները միավորվեցին 1940 թվականին MIT-ում հիմնադրված նոր կազմակերպության շուրջ, որը հայտնի էր որպես... (Այն այդպես էր անվանվել՝ արտասահմանյան լրտեսներին մոլորեցնելու և տպավորություն ստեղծելու համար, որ լաբորատորիան զբաղվում է ռադիոակտիվության հետազոտությամբ. այդ ժամանակ քչերն էին հավատում ատոմային ռումբերին): «Ռադ լաբորատորիա» նախագիծը, որը նույն հռչակը չունեցավ, ինչ «Մանհեթեն նախագիծը», այնուամենայնիվ, գրավեց նույնքան ականավոր և տաղանդավոր ֆիզիկոսների ամբողջ Միացյալ Նահանգներից: Լաբորատորիայի առաջին աշխատակիցներից հինգը (ներառյալ и ) հետագայում արժանացել է Նոբելյան մրցանակների: Պատերազմի ավարտին լաբորատորիայում աշխատում էր մոտ 500 գիտության դոկտոր, գիտնական և ինժեներ, և ընդհանուր առմամբ 4000 մարդ: Միայն «Ռադիացիոն լաբորատորիա» շարքի հրատարակման վրա ծախսվել է կես միլիոն դոլար, որը համեմատելի է ENIAC-ի ստեղծման ամբողջ բյուջեի հետ՝ քսանյոթ հատոր, որոնք նկարագրում էին պատերազմի ընթացքում լաբորատորիայում ստացված բոլոր գիտելիքները (սակայն ԱՄՆ կառավարության կողմից ռադարային տեխնոլոգիայի վրա ծախսերը չեն սահմանափակվել Ռադ լաբորատորիայի բյուջեով. պատերազմի ընթացքում կառավարությունը ռադար է գնել երեք միլիարդ դոլարով):
MIT-ի 20-րդ շենքը, որտեղ գտնվում էր ռադիոակտիվ լաբորատորիան
Ռադ լաբորատորիայի հետազոտության հիմնական ոլորտներից մեկը բարձր հաճախականության ռադարն էր: Վաղ ռադարները օգտագործում էին մետրերով չափվող ալիքի երկարություններ: Սակայն սանտիմետրերով չափվող ալիքի երկարությամբ բարձր հաճախականության ճառագայթները՝ միկրոալիքային ալիքները, թույլ էին տալիս ունենալ ավելի փոքր անտենաներ և ավելի քիչ ցրվել երկար հեռավորությունների վրա, խոստանալով մեծ առավելություններ հեռավորության և ճշգրտության առումով: Միկրոալիքային ռադարները կարող էին տեղավորվել ինքնաթիռի քթի մեջ և հայտնաբերել սուզանավային պերիսկոպի չափ փոքր օբյեկտներ:
Առաջինը, ով լուծեց այս խնդիրը, Բիրմինգհեմի համալսարանի բրիտանացի ֆիզիկոսների թիմն էր։ 1940 թվականին նրանք մշակեցին ««, որը գործում էր ինչպես էլեկտրամագնիսական «սուլիչ», որը քաոսային էլեկտրական իմպուլսը վերածում էր միկրոալիքային ճառագայթների հզոր, նուրբ կարգավորված փնջի։ Այս միկրոալիքային հաղորդիչը հազար անգամ ավելի հզոր էր, քան իր մոտակա մրցակիցը. այն բացեց ճանապարհը գործնական բարձր հաճախականության ռադարային հաղորդիչների համար։ Սակայն այն կարիք ուներ ուղեկից՝ ընդունիչ, որը կարող էր հայտնաբերել բարձր հաճախականություններ։ Եվ այստեղ մենք վերադառնում ենք կիսահաղորդիչների պատմությանը։
Մագնետրոնը հատվածում
Կատվի բեղի երկրորդ գալուստը
Պարզվեց, որ վակուումային լամպերը բոլորովին հարմար չէին միկրոալիքային ռադարի ազդանշաններ ընդունելու համար: Տաք կաթոդի և սառը անոդի միջև եղած բացը ստեղծում էր տարողություն, որը խանգարում էր շղթայի բարձր հաճախականություններում աշխատանքին: Բարձր հաճախականության ռադարի համար առկա լավագույն տեխնոլոգիան հին «« - կիսահաղորդչային բյուրեղին սեղմված մետաղալարի փոքրիկ կտոր։ Սա մի քանի մարդ անկախ հայտնաբերել է, բայց մեր պատմությանը ամենամոտը Նյու Ջերսիում տեղի ունեցածն է։
1938 թվականին Bell Labs-ը պայմանագիր ստացավ Ռազմածովային ուժերի կողմից՝ 40 սանտիմետրանոց տիրույթում կրակի կառավարման ռադար մշակելու համար, որը շատ ավելի կարճ տիրույթ և, հետևաբար, ավելի բարձր հաճախականություն ուներ, քան նախառեզոնանսային մագնետրոնային դարաշրջանի առկա ռադարները: Հետազոտական աշխատանքների մեծ մասը փոխանցվեց լաբորատորիաների մի բաժնին, որը գտնվում էր Հոլմդելում՝ Ստեյթն Այլենդից հարավ: Հետազոտողներին երկար ժամանակ չպահանջվեց պարզելու, թե ինչ է իրենց անհրաժեշտ բարձր հաճախականության ընդունիչի համար, և շուտով ինժեներ Ջորջ Սաութվորթը Մանհեթենի ռադիոխանութներում սկսեց փնտրել հին կատվի բեղիկներով դետեկտորներ: Ինչպես և սպասվում էր, դրանք շատ ավելի լավ էին աշխատում, քան վակուումային խողովակային դետեկտորները, բայց անհամապատասխան էին: Այսպիսով, Սաութվորթը փնտրեց Ռասել Օլ անունով էլեկտրոքիմիկոսի և խնդրեց նրան փորձել բարելավել միակետային բյուրեղային դետեկտորի արձագանքի միատարրությունը:
Օհլը բավականին յուրօրինակ մարդ էր, ով տեխնոլոգիայի զարգացումը համարում էր իր ճակատագիրը և խոսում էր ապագայի մասին պարբերաբար հայտնվող պատկերացումների մասին: Օրինակ, նա պնդում էր, որ սիլիցիումային ուժեղացուցիչի մասին իմացել է դեռևս 1939 թվականից, բայց այն նախատեսված էր ուրիշի համար, ով այն հորինելու էր: Տասնյակ տարբերակներ ուսումնասիրելուց հետո նա ընտրեց սիլիցիումը որպես Սաութվորթի ընդունիչների համար լավագույն նյութ: Խնդիրն այն էր, թե ինչպես վերահսկել նյութի պարունակությունը՝ դրա էլեկտրական հատկությունները վերահսկելու համար: Արդյունաբերական սիլիցիումային նախշերը տարածված էին այդ ժամանակ, օգտագործվում էին պողպատաձուլարաններում, բայց նման գործարաններում ոչ ոք չէր հետաքրքրվում, օրինակ, սիլիցիումի ֆոսֆորի պարունակությամբ: Մի քանի մետաղագործների օգնությամբ Օհլը որոշեց պատրաստել նախշեր, որոնք շատ ավելի մաքուր էին, քան երբևէ արտադրվել էին:
Աշխատանքի ընթացքում նրանք հայտնաբերեցին, որ իրենց որոշ բյուրեղներ ուղղում էին հոսանքը մեկ ուղղությամբ, իսկ մյուսները՝ մյուս ուղղությամբ։ Նրանք դրանք անվանեցին «n-տիպ» և «p-տիպ»։ Հետագա վերլուծությունը ցույց տվեց, որ այս տեսակների համար պատասխանատու են տարբեր տեսակի խառնուրդներ։ Սիլիցիումը գտնվում է պարբերական աղյուսակի չորրորդ սյունակում, ինչը նշանակում է, որ այն իր արտաքին թաղանթում ունի չորս էլեկտրոն։ Մաքուր սիլիցիումի բլոկում այս էլեկտրոններից յուրաքանչյուրը կմիանա իր հարևանի հետ։ Երրորդ սյան խառնուրդները, ինչպիսին է բորը, որն ունի մեկ էլեկտրոն պակաս, ստեղծում էին «անցք», լրացուցիչ տարածք բյուրեղի միջով հոսանքի համար։ Արդյունքում ստացվեց p-տիպի կիսահաղորդիչ (դրական լիցքերի ավելցուկով)։ Հինգերորդ սյան տարրերը, ինչպիսին է ֆոսֆորը, ապահովում էին լրացուցիչ ազատ էլեկտրոններ հոսանքը փոխանցելու համար՝ ստեղծելով n-տիպի կիսահաղորդիչ։
Սիլիցիումի բյուրեղային կառուցվածքը
Այս բոլոր հետազոտությունները շատ հետաքրքիր էին, բայց 1940 թվականին Սաութվորթը և Օհլը դեռ մոտ չէին բարձր հաճախականության ռադարի աշխատանքային նախատիպ ստեղծելուն։ Սակայն բրիտանական կառավարությունը պահանջեց անհապաղ գործնական արդյունքներ՝ Լյուֆտվաֆեի կողմից սպառնացող սպառնալիքի պատճառով, որն արդեն ստեղծել էր արտադրության համար պատրաստ միկրոալիքային դետեկտորներ, որոնք աշխատում էին մագնետրոնային փոխանցիչների հետ համատեղ։
Սակայն տեխնոլոգիական առաջընթացի հավասարակշռությունը շուտով կշրջվեր Ատլանտյան օվկիանոսի արևմտյան կողմում։ Չերչիլը որոշեց պատերազմի մեջ մտնելուց առաջ ամերիկացիներին բացահայտել Մեծ Բրիտանիայի բոլոր տեխնիկական գաղտնիքները (քանի որ նա ենթադրում էր, որ այդպես էլ պետք է տեղի ունենար)։ Նա կարծում էր, որ արժե տեղեկատվության արտահոսքի ռիսկին դիմել, քանի որ դա թույլ կտա Միացյալ Նահանգների ողջ արդյունաբերական ներուժը նվիրել այնպիսի խնդիրների, ինչպիսիք են ատոմային զենքը և ռադարը։ Բրիտանական գիտատեխնիկական առաքելությունը (ավելի հայտնի է որպես ) ժամանեց Վաշինգտոն 1940 թվականի սեպտեմբերին՝ իր հետ բերելով տեխնոլոգիական հրաշքների մի նվեր։
Ռեզոնանսային մագնետրոնի անհավանական հզորության և բրիտանական բյուրեղային դետեկտորների կողմից դրա ազդանշանը որսալու արդյունավետության հայտնաբերումը վերածնեց կիսահաղորդիչների վերաբերյալ ամերիկյան հետազոտությունները՝ որպես բարձր հաճախականության ռադարի հիմք։ Դեռ շատ աշխատանք էր մնացել անելու, հատկապես նյութագիտության ոլորտում։ Պահանջարկը բավարարելու համար կիսահաղորդչային բյուրեղները «պետք է արտադրվեին միլիոնավոր քանակությամբ՝ շատ ավելի շատ, քան նախկինում հնարավոր էր։ Պետք էր բարելավել ուղղումը, նվազեցնել հարվածային զգայունությունը և այրումը, և նվազագույնի հասցնել բյուրեղների տարբեր խմբաքանակների միջև տատանումները»։
Սիլիկոնային կետային կոնտակտային ուղղիչ
Ռադ Լաբորատորիան բացեց նոր հետազոտական բաժիններ՝ կիսահաղորդչային բյուրեղների հատկությունները և դրանց փոփոխման եղանակները՝ որպես ընդունիչներ դրանց արժեքը մեծացնելու համար: Ամենախոստումնալից նյութերը սիլիցիումն ու գերմանիումն էին, ուստի Ռադ Լաբորատորիան որոշեց ապահովագրել իր ռիսկերը և ստեղծել զուգահեռ ծրագրեր՝ երկուսն էլ ուսումնասիրելու համար՝ սիլիցիումը Փենսիլվանիայի պետական համալսարանում և գերմանիումը Փերդյուի համալսարանում: Արդյունաբերական հսկաները, ինչպիսիք են Բելը, Վեսթինգհաուսը, Դյու Պոնտը և Սիլվանիան, սկսեցին իրենց սեփական կիսահաղորդչային հետազոտական ծրագրերը և սկսեցին զարգացնել բյուրեղային դետեկտորների նոր արտադրական հզորություններ:
Համատեղ ջանքերի շնորհիվ սիլիցիումի և գերմանիումի բյուրեղների մաքրությունը սկզբնական 99%-ից բարձրացվեց մինչև 99,999%, այսինքն՝ մինչև 100 ատոմի դիմաց մեկ խառնուրդի մասնիկ։ Այդ ընթացքում գիտնականների և ինժեներների անձնակազմը մանրամասնորեն ծանոթացավ գերմանիումի և սիլիցիումի վերացական հատկություններին և դրանց վերահսկման համար կիրառվող տեխնոլոգիաներին՝ հալեցմանը, բյուրեղների աճեցմանը, անհրաժեշտ խառնուրդների ավելացմանը (օրինակ՝ բորին, որը մեծացնում էր հաղորդականությունը)։
Եվ այդ ժամանակ պատերազմն ավարտվեց։ Ռադարի պահանջարկը վերացավ, բայց պատերազմի ընթացքում ձեռք բերված գիտելիքներն ու հմտությունները չկորան, և պինդ վիճակի ուժեղացուցիչի երազանքը չմոռացվեց։ Այժմ մրցավազքը մեկն էր՝ մեկը կառուցելու համար։ Եվ առնվազն երեք թիմ լավ դիրքում էին մրցանակը շահելու համար։
Արևմտյան Լաֆայետ
Առաջինը Պերդյուի համալսարանի մի խումբ էր, որը գլխավորում էր ավստրիացի ծնունդով ֆիզիկոս Կառլ Լարկ-Հորովիցը, ով տաղանդի և ազդեցության շնորհիվ միայնակ համալսարանի ֆիզիկայի ամբիոնը դուրս բերեց անհայտությունից և ազդեց Ռադ լաբորատորիայի որոշման վրա՝ իր լաբորատորիան գերմանիումի հետազոտություններին հատկացնելու վերաբերյալ։
Կարլ Լարկ-Հորովիցը 1947 թվականին, կենտրոնում, խողովակով
1940-ականների սկզբին սիլիցիումը համարվում էր ռադարային ուղղիչների համար լավագույն նյութը, սակայն պարբերական աղյուսակում դրանից անմիջապես ներքև գտնվող նյութը նույնպես արժանի էր հետագա ուսումնասիրության: Գերմանիումը գործնական առավելություն ուներ, քանի որ ուներ ավելի ցածր հալման կետ, ինչը հեշտացնում էր դրա հետ աշխատանքը՝ մոտ 940 աստիճան, համեմատած սիլիցիումի 1400 աստիճանի հետ (գրեթե նույնքան տաք, որքան պողպատը): Բարձր հալման կետը չափազանց դժվարացնում էր այնպիսի նախշ պատրաստելը, որը չէր ներթափանցի հալված սիլիցիումի մեջ՝ աղտոտելով այն:
Այսպիսով, Լարկ-Հորովիցը և նրա գործընկերները պատերազմի ողջ ընթացքում ուսումնասիրեցին գերմանիումի քիմիական, էլեկտրական և ֆիզիկական հատկությունները: Ամենամեծ խոչընդոտը «հակադարձ լարումն» էր. գերմանիումի ուղղիչները դադարեցնում էին ուղղիչ հոսանքը շատ ցածր լարումների դեպքում և թույլ էին տալիս, որ այն հոսի հակառակ ուղղությամբ: Հակադարձ հոսանքի իմպուլսը այրում էր ռադարի մնացած բաղադրիչները: Լարկ-Հորովիցի ասպիրանտներից մեկը՝ Սեյմուր Բենցերը, մեկ տարուց ավելի ուսումնասիրեց խնդիրը և, ի վերջո, մշակեց անագի վրա հիմնված հավելանյութ, որը դադարեցնում էր հակադարձ իմպուլսները հարյուր վոլտ բարձր լարումների դեպքում: Կարճ ժամանակ անց Bell Labs-ի արտադրական ստորաբաժանումը՝ Western Electric-ը, սկսեց արտադրել ուղղիչներ՝ հիմնվելով Բենցերի ռազմական ջանքերի համար նախատեսված նախագծի վրա:
Գերմանիումի ուսումնասիրությունը Պերդյուում շարունակվեց պատերազմից հետո։ 1947 թվականի հունիսին Բենզերը, որն այժմ պրոֆեսոր էր, հայտնեց անսովոր անոմալիայի մասին. որոշ փորձերի ժամանակ գերմանիումի բյուրեղներում հայտնվում էին բարձր հաճախականության տատանումներ։ Իսկ նրա գործընկեր Ռալֆ Բրեյը շարունակում էր «ծավալային դիմադրության» ուսումնասիրությունը, որը սկսվել էր պատերազմի ժամանակ։ Ծավալային դիմադրությունը նկարագրում էր, թե ինչպես է էլեկտրականությունը հոսում գերմանիումի բյուրեղում ուղղիչի շփման կետում։ Բրեյը պարզեց, որ բարձր լարման իմպուլսները զգալիորեն նվազեցնում են n-տիպի գերմանիումի դիմադրությունը այդ հոսքերի նկատմամբ։ Առանց դա իմանալու՝ նա ականատես էր լինում այսպես կոչված «փոքրամասնության» լիցքի կրիչների։ n-տիպի կիսահաղորդիչներում բացասական լիցքի ավելցուկը ծառայում է որպես մեծամասնության լիցքի կրող, բայց դրական «անցքերը» նույնպես կարող են հոսանք կրել, և այս դեպքում բարձր լարման իմպուլսները անցքեր են ստեղծել գերմանիումի կառուցվածքում՝ առաջացնելով փոքրամասնության լիցքի կրողներ։
Բրեյը և Բենցերը գայթակղիչ կերպով մոտեցան գերմանիումի ուժեղացուցիչին՝ առանց դա գիտակցելու։ Բենցերը 1948 թվականի հունվարին ծավալային դիմադրության քննարկման ժամանակ Bell Labs-ի գիտնական Ուոլթեր Բրեթեյնին անկյուն էր գցել։ Նա Բրեթեյնին առաջարկեց, որ հոսանք հաղորդող առաջին կոնտակտի կողքին տեղադրեն մեկ այլ կետային կոնտակտ, և այդ դեպքում, հնարավոր է, կարողանան տեսնել, թե ինչ է կատարվում մակերեսի տակ։ Բրեթեյնը լուռ համաձայնեց այս առաջարկին և հեռացավ։ Ինչպես կտեսնենք, նա շատ լավ գիտեր, թե ինչ կարող է բացահայտել նման փորձը։
Մեկ սու Բուա
Պերդյուի խումբն ուներ թե՛ տեխնոլոգիա, թե՛ տեսական հիմքեր՝ տրանզիստորի ստեղծմանը միտված քայլ կատարելու համար։ Սակայն նրանք կարողացան պատահաբար հանդիպել դրան։ Նրանք հետաքրքրված էին նյութի ֆիզիկական հատկություններով, այլ ոչ թե նոր տեսակի սարք գտնելով։ Իրավիճակը բոլորովին այլ էր Ֆրանսիայի Օնե-սու-Բուա քաղաքում, որտեղ Գերմանիայից երկու նախկին ռադարային հետազոտողներ՝ Հենրիխ Վելկերը և Հերբերտ Մատարեն, գլխավորում էին մի խումբ, որի նպատակն էր ստեղծել արդյունաբերական կիսահաղորդչային սարքեր։
Վելկերը սկզբում սովորել, ապա դասավանդել է ֆիզիկա Մյունխենի համալսարանում, որը ղեկավարում էր հայտնի տեսաբան Առնոլդ Զոմերֆելդը: 1940 թվականից սկսած նա թողել է զուտ տեսական ուղին և սկսել է աշխատել Լյուֆտվաֆեի ռադարի վրա: Մատարեն (բելգիական ծագումով) մեծացել է Աախենում, որտեղ սովորել է ֆիզիկա: 1939 թվականին միացել է գերմանական ռադիոհսկա Telefunken-ի հետազոտական բաժնին: Պատերազմի ժամանակ նա իր աշխատանքը Բեռլինից արևելք տեղափոխել է Սիլեզիայի մի աբբայություն՝ դաշնակիցների օդային հարձակումներից խուսափելու համար, ապա վերադարձել է արևմուտք՝ առաջխաղացող Կարմիր բանակից խուսափելու համար, և ի վերջո ընկել է ամերիկյան բանակի ձեռքը:
Ինչպես իրենց դաշնակից մրցակիցները, գերմանացիները 1940-ականների սկզբին գիտեին, որ բյուրեղային դետեկտորները իդեալական ռադարային ընդունիչներ են, և որ սիլիցիումն ու գերմանիումը դրանք պատրաստելու ամենախոստումնալից նյութերն են։ Մատարեն և Վելկերը պատերազմի ողջ ընթացքում փորձել են բարելավել այս նյութերի արդյունավետ օգտագործումը ուղղիչներում։ Պատերազմից հետո երկուսն էլ պարբերաբար հարցաքննվել են իրենց ռազմական աշխատանքի վերաբերյալ և, ի վերջո, 1946 թվականին ֆրանսիական հետախուզության սպայի կողմից հրավիրվել են Փարիզ։
«Westinghouse»-ի ֆրանսիական դուստր ձեռնարկություն «Compagnie des Freins & Signaux»-ը (Արգելակների և ազդանշանների ընկերություն) ֆրանսիական հեռախոսային ընկերության կողմից պայմանագիր էր ստացել ամուր կառուցվածքային ուղղիչներ կառուցելու համար և օգնության համար դիմում էր գերմանացի գիտնականներին։ Նախկին թշնամիների այս դաշինքը կարող է տարօրինակ թվալ, բայց պայմանավորվածությունը բավականին լավ ստացվեց երկու կողմերի համար էլ։ 1940 թվականին պարտված ֆրանսիացիները չունեին կիսահաղորդչային փորձագիտության հասանելիություն և հուսահատորեն կարիք ունեին գերմանացիների հմտություններին։ Գերմանացիները չէին կարողանում զարգացնել որևէ բարձր տեխնոլոգիական ոլորտ պատերազմից ավերված, գերմանացիների կողմից օկուպացված երկրում, ուստի նրանք օգտվեցին հնարավորությունից՝ շարունակելու իրենց աշխատանքը։
Վելկերը և Մատարեն գլխավոր գրասենյակը հիմնեցին Փարիզի արվարձան Օնե-սու-Բուայում գտնվող երկհարկանի տանը և տեխնիկների խմբի օգնությամբ 1947 թվականի վերջին հաջողությամբ արտադրեցին գերմանիումային ուղղիչներ։ Այնուհետև նրանք դիմեցին ավելի մեծ նվաճումների. Վելկերը վերադարձավ գերհաղորդիչների նկատմամբ իր հետաքրքրությանը, իսկ Մատարեն՝ ուժեղացուցիչներին։
Հերբերտ Մատարեն 1950 թվականին
Պատերազմի ժամանակ Մատարեն փորձարկումներ էր անում երկու կետային կոնտակտներով ուղղիչների, կամ «դուոդիոդների» հետ՝ փորձելով նվազեցնել շղթայում աղմուկը։ Նա վերսկսեց իր փորձարկումները և շուտով հայտնաբերեց, որ երկրորդ «կատվի բեղիկը», որը գտնվում էր առաջինից 1/100 միլիոներորդ մետր հեռավորության վրա, երբեմն կարող էր մոդուլացնել առաջին բեղիկով անցնող հոսանքը։ Նա ստեղծել էր պինդ վիճակում գտնվող ուժեղացուցիչ, թեև բավականին անօգուտ։ Ավելի հուսալի աշխատանքի հասնելու համար նա դիմեց Վելկերին, որը պատերազմի ժամանակ մեծ փորձ էր ձեռք բերել գերմանիումի բյուրեղների հետ։ Վելկերի թիմը աճեցրեց ավելի մեծ, ավելի մաքուր գերմանիումի բյուրեղներ, և նյութերի որակի բարելավման շնորհիվ Մատարեի կետային կոնտակտային ուժեղացուցիչները հուսալի էին 1948 թվականի հունիսին։
Մատարեի վրա հիմնված «տրանզիստրոնի» ռենտգենյան պատկեր, որն ունի գերմանիումի հետ երկու շփման կետ։
Մատարեն նույնիսկ ուներ տեղի ունեցողի տեսական մոդել. նա կարծում էր, որ երկրորդ շփումը անցքեր էր բացում գերմանիումի մեջ, արագացնելով առաջին շփումով անցնող հոսանքը, մատակարարելով փոքրամասնության լիցքակիրներին: Վելքերը համաձայն չէր և կարծում էր, որ դրա համար պատասխանատու է ինչ-որ դաշտային էֆեկտ: Սակայն նախքան նրանք կհասցնեին մշակել սարքը կամ տեսությունը, նրանք իմացան, որ վեց ամիս առաջ ամերիկյան մի խումբ մշակել էր ճիշտ նույն հայեցակարգը՝ գերմանիումի ուժեղացուցիչ երկու կետային շփումներով:
Մյուրեյ Հիլ
Պատերազմի ավարտին Մերվին Քելլին վերակազմակերպեց Bell Labs-ի կիսահաղորդչային հետազոտական խումբը՝ Բիլ Շոկլիի գլխավորությամբ։ Նախագիծը ընդլայնվեց, ստացավ ավելի շատ ֆինանսավորում և Մանհեթենում գտնվող լաբորատորիայի սկզբնական շենքից տեղափոխվեց Նյու Ջերսի նահանգի Մյուրեյ Հիլլ քաղաքում գտնվող ընդլայնվող կամպուս։
Մյուրեյ Հիլլի համալսարանական համալիր, մոտավորապես 1960 թվական
Առաջադեմ կիսահաղորդիչների հետ վերստին ծանոթանալու համար (պատերազմյան տարիներին օպերացիոն հետազոտություններում իր աշխատանքից հետո), Շոքլին 1945 թվականի գարնանը այցելեց Ռասել Օլի լաբորատորիա Հոլմդելում: Օլը պատերազմի տարիներն անցկացրել էր սիլիցիումի վրա աշխատելով, և նա ժամանակ չէր կորցնում: Նա Շոքլիին ցույց տվեց իր կառուցած կոպիտ ուժեղացուցիչը, որը նա անվանեց «դեզիստեր»: Նա վերցրեց սիլիցիումային կետային կոնտակտային ուղղիչ և դրա միջով մարտկոցի հոսանք անցկացրեց: Պարզվում է, որ մարտկոցի ջերմությունը նվազեցրել է կետային դիմադրությունը՝ ուղղիչը վերածելով ուժեղացուցիչի, որը կարող էր մուտքային ռադիոազդանշանները փոխանցել բարձրախոսը սնուցելու համար բավականաչափ հզոր շղթայի մեջ:
Արդյունքը կոպիտ և անվստահելի էր, անպիտան առևտրայնացման համար։ Սակայն դա բավարար էր Շոկլիի համոզմունքը հաստատելու համար, որ կիսահաղորդչային ուժեղացուցիչը հնարավոր է, և որ այն պետք է լինի առաջնահերթություն պինդ վիճակում գտնվող էլեկտրոնիկայի հետազոտություններում։ Օլի թիմի հետ հանդիպումը նաև համոզեց Շոկլիին, որ սիլիցիումը և գերմանիումը առաջին ուսումնասիրվող նյութերն էին։ Դրանք ցուցաբերեցին գրավիչ էլեկտրական հատկություններ, և Օլի գործընկեր մետաղագործներ Ջեք Սքաֆը և Հենրի Թյուրերը պատերազմի ընթացքում զարմանալի առաջընթաց էին գրանցել այդ բյուրեղների աճեցման, մաքրման և լեգիրացման գործում՝ գերազանցելով այլ կիսահաղորդչային նյութերի համար հասանելի բոլոր տեխնոլոգիաները։ Շոկլիի խումբը այլևս ժամանակ չէր վատնելու պատերազմից առաջ ստեղծված պղնձի օքսիդային ուժեղացուցիչների վրա։
Քելլիի օգնությամբ Շոքլին սկսեց նոր թիմ հավաքել։ Հիմնական խաղացողների թվում էին Ուոլթեր Բրեթեյնը, ով օգնել էր Շոքլիին կիսահաղորդչային ուժեղացուցիչ ստեղծելու իր առաջին փորձի ժամանակ (1940 թվականին), և Ջոն Բարդինը՝ երիտասարդ ֆիզիկոս և Bell Labs-ի նորեկ։ Բարդինը, հավանաբար, թիմի բոլոր անդամներից ամենաընդարձակ գիտելիքներն ուներ պինդ մարմնի ֆիզիկայի վերաբերյալ. նրա դիսերտացիան նկարագրել էր մետաղական նատրիումի կառուցվածքում էլեկտրոնների էներգիայի մակարդակները։ Նա նաև Ջոն Հասբրուք Վան Վլեքի մեկ այլ պաշտպանյալ էր, ինչպես Աթանասոֆը և Բրեթեյնը։
Եվ ինչպես Աթանասոֆը, Բարդինի և Շոքլիի դիսերտացիաները պահանջում էին բարդ հաշվարկներ: Նրանք ստիպված էին օգտագործել Ալան Ուիլսոնի կիսահաղորդիչների քվանտային-մեխանիկական տեսությունը՝ Մոնրոյի սեղանի հաշվիչի միջոցով նյութերի էներգետիկ կառուցվածքը հաշվարկելու համար: Տրանզիստորի ստեղծմանը նպաստելով՝ նրանք, ըստ էության, օգնում էին ապագա ասպիրանտներին խնայել նման աշխատանքից:
Շոկլիի առաջին մոտեցումը պինդ վիճակում գտնվող ուժեղացուցիչի նկատմամբ հիմնված էր այն բանի վրա, ինչը հետագայում անվանվեց «Նա մետաղական թիթեղը կախեց n-տիպի կիսահաղորդչի վրա (որն ուներ բացասական լիցքերի ավելցուկ): Թիթեղին դրական լիցք հաղորդելով՝ ավելորդ էլեկտրոնները քաշվեցին դեպի բյուրեղի մակերես՝ ստեղծելով բացասական լիցքերի գետ, որի միջով հեշտությամբ կարող էր հոսել էլեկտրական հոսանք: Ուժեղացված ազդանշանը (ներկայացված թիթեղի վրա լիցքի մակարդակով) կարող էր այդպիսով մոդուլացնել հիմնական շղթան (որը հոսում էր կիսահաղորդչի մակերեսով): Ֆիզիկայի նրա տեսական գիտելիքները ենթադրում էին, որ այս շղթան կաշխատի: Սակայն բազմաթիվ փորձարկումներից և փորձերից անկախ, շղթան երբեք չաշխատեց:
1946 թվականի մարտին Բարդինն արդեն ուներ լավ մշակված տեսություն, որը բացատրում էր, թե ինչու. կիսահաղորդչի մակերեսը քվանտային մակարդակում այլ կերպ է վարվում, քան նրա ներքին մասը։ Մակերես ձգվող բացասական լիցքերը մնում են «մակերեսային վիճակներում» և խոչընդոտում են էլեկտրական դաշտի ներթափանցումը թիթեղի նյութի մեջ։ Թիմի մնացած անդամները այս վերլուծությունը համոզիչ համարեցին և սկսեցին նոր հետազոտական ծրագիր՝ երեք ուղղությամբ.
- Ապացուցեք մակերևութային վիճակների գոյությունը։
- Ուսումնասիրեք դրանց հատկությունները։
- Պարզեք, թե ինչպես հաղթել նրանց և ստիպել դա աշխատել .
Մեկուկես տարի հետազոտություններից և փորձարկումներից հետո, 17 թվականի նոյեմբերի 1947-ին, Բրատեյնը կատարեց իր առաջընթացը։ Նա հայտնաբերեց, որ եթե նա իոններով լցված հեղուկ, օրինակ՝ ջուր, դնի թիթեղի և կիսահաղորդչի միջև, թիթեղից եկող էլեկտրական դաշտը կշարժի իոնները դեպի կիսահաղորդիչը, որտեղ դրանք կչեզոքացնեն մակերեսային վիճակներում կուտակված լիցքերը։ Այժմ նա կարող էր վերահսկել սիլիցիումի կտորի էլեկտրական վարքը՝ փոխելով թիթեղի վրա լիցքը։ Այս հաջողությունը Բարդինին գաղափար տվեց ուժեղացուցիչ պատրաստելու նոր մոտեցման համար. ուղղիչի շփման կետը շրջապատել էլեկտրոլիտային ջրով, ապա օգտագործել ջրի մեջ գտնվող երկրորդ լարը՝ մակերեսային վիճակները կառավարելու համար, այդպիսով վերահսկելով հիմնական շփման հաղորդականությունը։ Բարդինն ու Բրատեյնը բավականին լավ վիճակում էին։
Բարդինի գաղափարը աշխատեց, բայց ուժեղացումը թույլ էր և գործում էր շատ ցածր հաճախականություններում, անլսելի մարդու ականջի համար, ուստի այն անօգուտ էր որպես հեռախոսային կամ ռադիոուժեղացուցիչ: Բարդինը առաջարկեց անցնել հակադարձ լարման դիմացկուն գերմանիումի, որը ստացվել էր Պերդյուում, մտածելով, որ դրա մակերեսին ավելի քիչ լիցքեր կկուտակվեն: Հանկարծ նրանք ստացան հսկայական ուժեղացում, բայց հակառակ ուղղությամբ, քան ակնկալում էին: Նրանք հայտնաբերեցին փոքրամասնության կրողների էֆեկտը. սպասվող էլեկտրոնների փոխարեն գերմանիումով հոսող հոսանքը ուժեղանում էր էլեկտրոլիտից եկող անցքերով: Էլեկտրոլիտի մեջ լարի մեջ հոսանքը n-տիպի գերմանիումի մակերեսին ստեղծում էր p-տիպի շերտ (ավելորդ դրական լիցքերի տարածք):
Հետագա փորձերը ցույց տվեցին, որ էլեկտրոլիտը ընդհանրապես անհրաժեշտ չէր. պարզապես գերմանիումի մակերեսին երկու շփման կետերը միմյանց մոտ տեղադրելով՝ մեկից հոսող հոսանքը կարող էր մոդուլացնել մյուսից հոսող հոսանքը: Դրանք հնարավորինս մոտեցնելու համար Բրատեյնը ոսկե փայլաթիթեղի մի կտոր փաթաթեց եռանկյունաձև պլաստիկի կտորի շուրջ, ապա զգուշորեն կտրեց փայլաթիթեղի մի ծայրը: Այնուհետև նա զսպանակի միջոցով եռանկյունին սեղմեց գերմանիումին, ինչի արդյունքում կտրվածքի երկու եզրերը դիպչեցին դրա մակերեսին 0,05 մմ հեռավորության վրա: Սա Bell Labs-ի նախատիպային տրանզիստորին տվեց իր բնորոշ տեսքը.
Բրատեյնի և Բարդինի տրանզիստորի նախատիպը
Ինչպես Մատարեի և Վելկերի սարքը, այն, ըստ էության, դասական «կատվի բեղ» էր՝ պարզապես երկու շփման կետերով մեկի փոխարեն։ Դեկտեմբերի 16-ին այն զգալի աճ ապահովեց հզորության և լարման մեջ, իսկ լսողական տիրույթում 1000 Հց հաճախականություն։ Մեկ շաբաթ անց, աննշան բարելավումներից հետո, Բարդինը և Բրատեյնը ստացան 100-ապատիկ լարման և 40-ապատիկ հզորության աճ և ցույց տվեցին Բելլի ղեկավարներին, որ իրենց սարքը կարող է վերարտադրել լսելի խոսք։ Պինդ մարմնի թիմի մեկ այլ անդամ՝ Ջոն Փիրսը, «տրանզիստոր» տերմինը հորինեց Բելլի պղնձի օքսիդային ուղղիչի՝ վարիստորի հիման վրա։
Հաջորդ վեց ամիսների ընթացքում լաբորատորիան գաղտնի պահեց իր նոր ստեղծագործությունը։ Ղեկավարությունը ցանկանում էր համոզվել, որ իրենք առավելություն ունեն տրանզիստորի առևտրային ներուժի իրացման գործում, նախքան որևէ մեկը ձեռքը կդներ դրա վրա։ 30 թվականի հունիսի 1948-ին նշանակվեց մամուլի ասուլիս՝ ճիշտ ժամանակին, որպեսզի Վելքերի և Մատարեի անմահության երազանքները խափանվեին։ Մինչդեռ, կիսահաղորդչային հետազոտական խումբը լուռ փլուզվեց։ Բարդինի և Բրեթեյնի նվաճման մասին լսելով՝ նրանց ղեկավար Բիլ Շոկլին սկսեց աշխատել ամբողջ փառքը իր համար պահանջելու ուղղությամբ։ Եվ չնայած նա միայն դիտորդական դեր էր խաղում, Շոկլին հանրային ներկայացման ժամանակ հավասար, եթե ոչ ավելի մեծ հրապարակայնություն ստացավ, ինչպես կարելի է տեսնել նրա այս հրապարակված լուսանկարում՝ իրադարձությունների կիզակետում, լաբորատորիայի սեղանին։
Բարդինի, Շոքլիի և Բրեթեյնի 1948 թվականի հրապարակային լուսանկարը
Սակայն նույնքան հռչակը բավարար չէր Շոքլիի համար։ Եվ նախքան Bell Labs-ից դուրս որևէ մեկը կիմանար տրանզիստորի մասին, նա զբաղված էր այն վերափոխելով՝ այն իր համար պնդելու համար։ Եվ դա բազմաթիվ նման վերափոխումներից միայն առաջինն էր։
Էլ ի՞նչ կարդալ
- Ռոբերտ Բուդերի, «Գյուտը, որը փոխեց աշխարհը» (1996)
- Մայքլ Ռիորդան, «Ինչպես Եվրոպան բաց թողեց տրանզիստորը», IEEE Spectrum (նոյեմբերի 1, 2005թ.)
- Մայքլ Ռիորդան և Լիլիան Հոդեսոն, Բյուրեղյա կրակ (1997)
- Արմանդ Վան Դորմալ, «Ֆրանսիական» տրանզիստորը», (1994)
Source: www.habr.com
