Aðrar greinar í seríunni:
- Saga gengisins
- Saga rafrænna tölva
- Saga smárisins
- Internet saga
Stríðsdeiglan setti grunninn fyrir tilkomu smárisins. Frá 1939 til 1945 stækkaði tækniþekking á sviði hálfleiðara gífurlega. Og það var ein einföld ástæða fyrir þessu: ratsjá. Mikilvægasta tækni stríðsins, dæmi um það eru: að greina loftárásir, leit að kafbátum, beina næturflugi á skotmörk, miða á loftvarnakerfi og flotabyssur. Verkfræðingar hafa meira að segja lært hvernig á að skófla örsmáar ratsjár í stórskotaliðsskot þannig að þær springa þegar þær fljúga nálægt skotmarkinu - . Hins vegar var uppspretta þessarar öflugu nýju hertækni á friðsamlegra sviði: rannsókn á efri lofthjúpi í vísindalegum tilgangi.
Ratsjá
Árið 1901 sendi Marconi Wireless Telegraph Company þráðlaus skilaboð yfir Atlantshafið, frá Cornwall til Nýfundnalands. Þessi staðreynd hefur leitt nútímavísindi í rugl. Ef útvarpssendingar fara í beina línu (eins og þær ættu að gera) ætti slík sending að vera ómöguleg. Það er engin bein sjónlína á milli Englands og Kanada sem fer ekki yfir jörðina og því urðu skilaboð Marconi að fljúga út í geim. Bandaríski verkfræðingurinn Arthur Kennealy og breski eðlisfræðingurinn Oliver Heaviside lögðu samtímis og óháð því til að skýringin á þessu fyrirbæri hlyti að vera tengd við lag af jónuðu gasi sem staðsett er í efri lofthjúpnum, sem getur endurvarpað útvarpsbylgjum aftur til jarðar (Marconi taldi sjálfur að útvarpsbylgjur fylgdu sveigju yfirborðs jarðar, en eðlisfræðingar studdu það ekki).
Um 1920 höfðu vísindamenn þróað nýjan búnað sem gerði það mögulegt að sanna fyrst tilvist jónahvolfsins og rannsaka síðan uppbyggingu þess. Þeir notuðu lofttæmisrör til að búa til stuttbylgjuútvarpspúlsa, stefnuvirkt loftnet til að senda þau upp í andrúmsloftið og taka upp bergmálið og til að sýna árangurinn. Því lengur sem endurkomutöf bergmálsins er, því lengra verður jónahvolfið að vera. Þessi tækni var kölluð andrúmsloftshljóð og hún útvegaði grunntæknilega innviði fyrir þróun ratsjár (hugtakið „ratsjá“, úr RAdio Detection And Ranging, kom ekki fram fyrr en á fjórða áratugnum í bandaríska sjóhernum).
Það var aðeins tímaspursmál hvenær fólk með rétta þekkingu, auðlindir og hvatningu áttaði sig á möguleikum slíks búnaðar á jörðu niðri (þannig er saga ratsjár andstæða sögu sjónaukans, sem fyrst var ætlaður til notkunar á jörðu niðri) . Og líkurnar á slíkri innsýn jukust eftir því sem útvarpið dreifðist meira og meira um jörðina og fleiri tóku eftir truflunum frá nálægum skipum, flugvélum og öðrum stórum hlutum. Þekking á hljóðtækni í efri andrúmslofti dreifðist á seinni (1932-1933), þegar vísindamenn tóku saman kort af jónahvolfinu frá mismunandi heimskautsstöðvum. Skömmu síðar þróuðu lið í Bretlandi, Bandaríkjunum, Þýskalandi, Ítalíu, Sovétríkjunum og fleiri löndum sín einföldustu ratsjárkerfi.
með ratsjá sinni 1935
Svo kom stríðið og mikilvægi ratsjár fyrir lönd – og fjármagn til að þróa þau – jókst til muna. Í Bandaríkjunum safnaðist þessi auðlind í kringum nýja stofnun sem stofnuð var árið 1940 við MIT, þekkt sem (það var nefnt svo sérstaklega til að villa um fyrir erlendum njósnara og skapa þá tilfinningu að verið væri að rannsaka geislavirkni á rannsóknarstofunni - á þeim tíma trúðu fáir á kjarnorkusprengjur). Rad Lab verkefnið, sem varð ekki eins frægt og Manhattan verkefnið, fékk engu að síður jafn framúrskarandi og hæfileikaríka eðlisfræðinga alls staðar að úr Bandaríkjunum í sínar raðir. Fimm af fyrstu starfsmönnum rannsóknarstofunnar (þ и ) hlaut í kjölfarið Nóbelsverðlaun. Í stríðslok störfuðu um 500 vísindalæknar, vísindamenn og verkfræðingar á rannsóknarstofunni og alls störfuðu um 4000 manns. Hálfri milljón dollara – sambærilegt við allt ENIAC fjárhagsáætlunina – var eytt í geislarannsóknarstofuna eina, tuttugu og sjö binda skrá yfir alla þá þekkingu sem aflað var frá rannsóknarstofunni í stríðinu (þó að útgjöld bandarískra stjórnvalda til ratsjártækni hafi ekki verið takmörkuð til fjárlaga Rad Lab; á stríðsárunum keypti ríkisstjórnin ratsjár fyrir þrjá milljarða dollara).
MIT bygging 20, þar sem Rad Lab var staðsett
Eitt helsta rannsóknarsvið Rad Lab var hátíðni ratsjár. Snemma ratsjár notuðu bylgjulengdir mældar í metrum. En hærri tíðni geislar með bylgjulengdir mældar í sentimetrum — örbylgjubylgjur — leyfðu þéttari loftnetum og dreifðust minna um langar vegalengdir, sem lofaði meiri kostum hvað varðar drægni og nákvæmni. Örbylgjuratsjár gæti passað í nef flugvélar og greint hluti á stærð við sjónálka kafbáts.
Fyrstur til að leysa þetta vandamál var teymi breskra eðlisfræðinga frá háskólanum í Birmingham. Árið 1940 þróuðu þeir "“, sem virkaði eins og rafsegul “flauta”, sem breytti tilviljunarkenndum rafpúlsi í öflugan og nákvæmlega stilltan geisla örbylgjuofna. Þessi örbylgjusendir var þúsund sinnum öflugri en næsti keppinautur; það ruddi brautina fyrir hagnýta hátíðni radarsenda. Hins vegar þurfti hann félaga, móttakara sem gæti greint háa tíðni. Og á þessum tímapunkti snúum við aftur að sögu hálfleiðara.
Magnetron þversnið
Síðari koma skárra kattarins
Í ljós kom að tómarúmsrör hentuðu alls ekki til að taka á móti örbylgjuradarmerkjum. Bilið á milli heitu bakskautsins og köldu rafskautsins skapar rýmd, sem veldur því að hringrásin neitar að starfa á háum tíðnum. Besta tæknin sem völ er á fyrir hátíðni radar var gamaldags „"- lítið stykki af vír þrýst á hálfleiðara kristal. Nokkrir hafa uppgötvað þetta sjálfstætt, en það sem næst sögu okkar er það sem gerðist í New Jersey.
Árið 1938 samdi Bell Labs við sjóherinn um að þróa eldvarnaratsjá á 40 cm sviðinu — miklu styttri og þar af leiðandi í tíðni en núverandi ratsjár á tímum fyrir resonant magnetron. Meginrannsóknarvinnan fór til deildar rannsóknarstofa í Holmdel, suður af Staten Island. Það tók ekki langan tíma fyrir rannsakendur að átta sig á því hvað þeir þyrftu fyrir hátíðnimóttakara og fljótlega var verkfræðingurinn George Southworth að leita í útvarpsverslunum á Manhattan eftir gömlum kattahnykknum. Eins og við var að búast virkaði hann mun betur en lampaskynjarinn, en hann var óstöðugur. Southworth leitaði því til rafefnafræðings að nafni Russell Ohl og bað hann að reyna að bæta einsleitni svörunar einspunkts kristalskynjara.
Óli var frekar sérkennilegur maður, sem taldi þróun tækninnar vera hlutskipti sitt og talaði um reglubundnar innsýn með framtíðarsýn. Til dæmis sagði hann að árið 1939 vissi hann um framtíðaruppfinningu kísilmagnara, en að örlögin væru örlög annarri að finna upp hann. Eftir að hafa rannsakað tugi valkosta, settist hann á sílikon sem besta efnið fyrir Southworth móttakara. Vandamálið var hæfileikinn til að stjórna innihaldi efnisins til að stjórna rafeiginleikum þess. Á þessum tíma voru iðnaðarkísilhleifar útbreiddar, þær voru notaðar í stálverksmiðjum, en við slíka framleiðslu var enginn að trufla til dæmis innihald 1% fosfórs í kísil. Með því að fá nokkra málmfræðinga til aðstoðar fór Ol að fá mun hreinni eyður en áður hafði verið mögulegt.
Þegar þeir unnu komust þeir að því að sumir kristallar þeirra leiðréttu strauminn í aðra áttina en aðrir leiðréttu strauminn í hina. Þeir kölluðu þá „n-gerð“ og „p-gerð“. Frekari greining sýndi að mismunandi gerðir óhreininda voru ábyrgir fyrir þessum tegundum. Kísill er í fjórða dálki lotukerfisins, sem þýðir að það hefur fjórar rafeindir í ytri skelinni. Í eyðu úr hreinu sílikoni myndi hver þessara rafeinda sameinast náunga. Óhreinindi úr þriðju súlunni, til dæmis bór, sem hefur einni rafeind færri, myndaði „gat“, aukið pláss fyrir straumhreyfingu í kristalnum. Niðurstaðan var p-gerð hálfleiðari (með umfram jákvæðum hleðslum). Frumefni úr fimmtu súlunni, eins og fosfór, veittu fleiri frjálsar rafeindir til að flytja straum og n-gerð hálfleiðari fékkst.
Kristallbygging úr sílikoni
Allar þessar rannsóknir voru mjög áhugaverðar, en árið 1940 voru Southworth og Ohl ekki nær því að búa til virka frumgerð af hátíðni ratsjá. Á sama tíma kröfðust bresk stjórnvöld tafarlausra hagnýtra niðurstaðna vegna yfirvofandi ógnar frá Luftwaffe, sem hafði þegar búið til tilbúna örbylgjuskynjara sem virkuðu í takt við segulsenda.
Hins vegar mun jafnvægi tækniframfara fljótlega hallast í átt að vestanverðu Atlantshafinu. Churchill ákvað að afhjúpa öll tæknileg leyndarmál Bretlands fyrir Bandaríkjamönnum áður en hann fór í stríðið í raun (þar sem hann gerði ráð fyrir að þetta myndi gerast hvort sem er). Hann taldi að það væri þess virði að hætta á upplýsingaleka, þar sem allri iðnaðargetu Bandaríkjanna yrði kastað til að leysa vandamál eins og kjarnorkuvopn og ratsjár. British Science and Technology Mission (betur þekkt sem ) kom til Washington í september 1940 og kom með í farangri sinn gjöf í formi tækniundurs.
Uppgötvunin á ótrúlegum krafti ómi segulómans og virkni breskra kristalskynjara við að taka á móti merki þess hleypti nýju lífi í bandarískar rannsóknir á hálfleiðurum sem grunni hátíðni ratsjár. Það var mikið verk fyrir höndum, sérstaklega í efnisfræði. Til að mæta eftirspurn þurfti að framleiða hálfleiðarakristalla „í milljónum, miklu meira en áður var hægt. Nauðsynlegt var að bæta úrbætur, draga úr höggnæmni og innbrennslu og lágmarka breytileika milli mismunandi lota af kristöllum.“
Silicon Point Contact Recifier
Rad Lab hefur opnað nýjar rannsóknardeildir til að rannsaka eiginleika hálfleiðarakristalla og hvernig hægt er að breyta þeim til að hámarka verðmæta móttakaraeiginleika. Efnin sem voru efnilegustu voru kísill og germaníum, svo Rad Lab ákvað að leika það öruggt og hóf samhliða forrit til að rannsaka hvort tveggja: kísill við háskólann í Pennsylvaníu og germaníum í Purdue. Iðnaðarrisar eins og Bell, Westinghouse, Du Pont og Sylvania hófu eigin hálfleiðararannsóknaráætlanir og byrjuðu að þróa nýja framleiðsluaðstöðu fyrir kristalskynjara.
Með sameiginlegu átaki var hreinleiki kísil- og germaníumkristalla hækkaður úr 99% í upphafi í 99,999% - það er að segja í eina óhreinindaögn á hverja 100 atóm. Í því ferli kynntist hópur vísindamanna og verkfræðinga náið óhlutbundnum eiginleikum germaníums og kísils og beitt tækni til að stjórna þeim: bráðnun, ræktun kristalla, bætt við nauðsynlegum óhreinindum (eins og bór, sem jók leiðni).
Og svo lauk stríðinu. Eftirspurnin eftir ratsjá hvarf en þekking og færni sem aflað var í stríðinu hélst og draumurinn um solid-state magnara gleymdist ekki. Nú var hlaupið að því að búa til slíkan magnara. Og að minnsta kosti þrjú lið voru í góðri stöðu til að vinna þessi verðlaun.
West Lafayette
Sá fyrsti var hópur frá Purdue háskóla undir forystu austurrísks eðlisfræðings að nafni Carl Lark-Horowitz. Hann kom eðlisfræðideild háskólans einn út úr myrkrinu með hæfileikum sínum og áhrifum og hafði áhrif á þá ákvörðun Rad Lab að fela rannsóknarstofu sinni germaníumrannsóknir.
Carl Lark-Horowitz árið 1947, í miðju, með pípu
Snemma á fjórða áratugnum var kísill talið besta efnið í ratsjárafriðara, en efnið rétt fyrir neðan það á lotukerfinu virtist einnig vert að rannsaka frekar. Germanium hafði hagnýta kosti vegna lægra bræðslumarks, sem gerði það auðveldara að vinna með: um 1940 gráður, samanborið við 940 gráður fyrir sílikon (nánast það sama og stál). Vegna hás bræðslumarks var afar erfitt að búa til eyðu sem myndi ekki leka inn í bráðna sílikonið og menga hann.
Þess vegna eyddu Lark-Horowitz og félagar hans öllu stríðinu í að rannsaka efna-, raf- og eðliseiginleika germaníums. Mikilvægasta hindrunin var „öfugspenna“: germaníumafriðlarar, á mjög lágri spennu, hættu að leiðrétta strauminn og leyfðu honum að flæða í gagnstæða átt. Bakstraumspúlsinn brenndi þá hluti sem eftir voru af ratsjánni. Einn af útskriftarnemum Lark-Horowitz, Seymour Benzer, rannsakaði þetta vandamál í meira en ár og þróaði að lokum aukefni sem byggir á tini sem stöðvaði öfuga púls við allt að hundruð volta spennu. Skömmu síðar hóf Western Electric, framleiðsludeild Bell Labs, að gefa út Benzer afriðara til hernaðarnota.
Rannsóknir á germaníum í Purdue héldu áfram eftir stríðið. Í júní 1947 greindi Benzer, sem þegar var prófessor, frá óvenjulegu fráviki: í sumum tilraunum komu hátíðni sveiflur fram í germaníum kristöllum. Og samstarfsmaður hans Ralph Bray hélt áfram að rannsaka „rúmmálsviðnám“ á verkefni sem hófst í stríðinu. Rúmmálsviðnám lýsti því hvernig rafmagn flæðir í germaníum kristalnum við snertipunkt afriðlarans. Bray komst að því að háspennupúlsar drógu verulega úr viðnám germaníums af n-gerð gegn þessum straumum. Án þess að vita af varð hann vitni að svokölluðu. „minnihluta“ flutningsaðila. Í n-gerð hálfleiðurum þjónar umfram neikvæða hleðslan sem meirihlutahleðsluberi, en jákvæð "göt" geta einnig borið straum og í þessu tilviki mynduðu háspennupúlsarnir göt í germaníumbyggingunni sem veldur því að minnihlutahleðsluberar birtast .
Bray og Benzer komu pirrandi nálægt germanium magnaranum án þess að átta sig á því. Benzer náði Walter Brattain, vísindamanni frá Bell Labs, á ráðstefnu í janúar 1948 til að ræða við hann um rúmmál. Hann lagði til að Brattain setti annan punktsnertingu við hliðina á þeim fyrsta sem gæti leitt straum og þá gætu þeir kannski skilið hvað var að gerast undir yfirborðinu. Brattain féllst hljóðlega á þessa tillögu og fór. Eins og við munum sjá vissi hann of vel hvað slík tilraun gæti leitt í ljós.
Oney-sous-Bois
Purdue hópurinn hafði bæði tæknina og fræðilegan grunn til að taka stökkið í átt að smáranum. En þeir gætu aðeins hafa rekist á það fyrir tilviljun. Þeir höfðu áhuga á eðliseiginleikum efnisins en ekki leitinni að nýrri gerð tækis. Mjög önnur staða ríkti í Aunes-sous-Bois (Frakklandi), þar sem tveir fyrrverandi ratsjárfræðingar frá Þýskalandi, Heinrich Welker og Herbert Mathare, leiddu teymi sem hafði það að markmiði að búa til iðnaðar hálfleiðaratæki.
Welker lærði fyrst og kenndi síðan eðlisfræði við háskólann í Munchen, rekinn af hinum fræga kenningafræðingi Arnold Sommerfeld. Síðan 1940 fór hann eingöngu af fræðilegri braut og byrjaði að vinna á ratsjá fyrir Luftwaffe. Mathare (af belgískum uppruna) ólst upp í Aachen þar sem hann lærði eðlisfræði. Hann gekk til liðs við rannsóknardeild þýska útvarpsrisans Telefunken árið 1939. Í stríðinu flutti hann vinnu sína frá Berlín austur í klaustrið í Slesíu til að forðast loftárásir bandamanna, og síðan aftur til vesturs til að forðast framfarandi Rauða herinn og féll að lokum í hendur bandaríska hersins.
Líkt og keppinautar þeirra í Anti-Hitler bandalaginu vissu Þjóðverjar snemma á fjórða áratugnum að kristalskynjarar voru tilvalin viðtæki fyrir ratsjá og að kísill og germaníum voru vænlegustu efnin í sköpun þeirra. Mathare og Welker reyndu í stríðinu að bæta skilvirka notkun þessara efna í afriðlum. Eftir stríðið voru báðir sætt reglubundnum yfirheyrslum vegna hernaðarstarfa þeirra og fengu að lokum boð frá frönskum leyniþjónustumanni til Parísar árið 1940.
Compagnie des Freins & Signaux ("fyrirtæki bremsa og merkja"), frönsk deild Westinghouse, fékk samning frá franska símamálayfirvöldum um að búa til afriðara fyrir fast efni og leitaði til þýskra vísindamanna til að aðstoða sig. Slíkt bandalag nýlegra óvina kann að virðast undarlegt, en þetta fyrirkomulag reyndist beggja aðila nokkuð hagstætt. Frakkar, sem sigraðir voru 1940, höfðu enga getu til að afla sér þekkingar á sviði hálfleiðara og þeir þurftu sárlega á kunnáttu Þjóðverja að halda. Þjóðverjar gátu ekki framkvæmt þróun á neinum hátæknisviðum í hernumdu og stríðshrjáðu landi, svo þeir gripu tækifærið til að halda áfram að vinna.
Welker og Mathare settu upp höfuðstöðvar í tveggja hæða húsi í úthverfi Parísar, Aunes-sous-Bois, og með aðstoð tæknimanna teymi komu þeir á markað germaníum afriðlara í árslok 1947. Síðan sneru þeir sér að alvarlegri verðlaun: Welker sneri aftur til áhuga sinn á ofurleiðurum, og Mathare að mögnurum.
Herbert Mathare árið 1950
Í stríðinu gerði Mathare tilraunir með tveggja punkta snertiafriðara - „dúóda“ - til að reyna að draga úr hringrásarhljóði. Hann hóf tilraunir sínar á ný og komst fljótlega að því að annað kattarhönd, staðsett 1/100 milljónasta úr metra frá því fyrsta, gæti stundum stillt strauminn sem flæðir í gegnum fyrsta skeggið. Hann bjó til solid state magnara, þó frekar gagnslausan. Til að ná áreiðanlegri frammistöðu leitaði hann til Welker, sem hafði öðlast mikla reynslu af því að vinna með germaníumkristalla í stríðinu. Teymi Welker stækkaði stærri, hreinni sýnishorn af germaníum kristöllum og eftir því sem gæði efnisins batnaði urðu Mathare punktsnertimagnarar áreiðanlegir í júní 1948.
Röntgenmynd af „transistron“ byggð á Mathare hringrásinni, sem hefur tvo snertipunkta við germaníum
Mathare hafði meira að segja fræðilegt líkan af því sem var að gerast: hann trúði því að seinni snertingin myndi gera göt í germaníum, flýta fyrir straumi í gegnum fyrstu snertinguna og veita minnihluta hleðsluberum. Welker var honum ekki sammála og taldi að það sem væri að gerast væri háð einhvers konar sviðsáhrifum. Hins vegar, áður en þeir gátu útfært tækið eða kenninguna, komust þeir að því að hópur Bandaríkjamanna hafði þróað nákvæmlega sömu hugmyndina - germaníum magnara með tveggja punkta tengiliði - sex mánuðum áður.
Murray Hill
Í lok stríðsins endurbætti Mervyn Kelly hálfleiðararannsóknarhóp Bell Labs undir forystu Bill Shockley. Verkefnið stækkaði, fékk meira fjármagn og flutti frá upprunalegu rannsóknarstofubyggingunni á Manhattan til stækkandi háskólasvæðis í Murray Hill, New Jersey.
Murray Hill háskólasvæðið, ca. 1960
Til að kynnast háþróuðum hálfleiðurum að nýju (eftir tíma sinn í rekstrarrannsóknum í stríðinu) heimsótti Shockley Holmdel rannsóknarstofu Russell Ohl vorið 1945. Ohl eyddi stríðsárunum í að vinna á sílikoni og sóaði engum tíma. Hann sýndi Shockley hráan magnara af eigin smíð, sem hann kallaði „desister“. Hann tók kísilpunktssnertibúnað og sendi straum frá rafhlöðunni í gegnum hann. Svo virðist sem hitinn frá rafhlöðunni minnkaði viðnámið yfir snertipunktinn og breytti afriðlinum í magnara sem getur sent komandi útvarpsmerki í hringrás sem er nógu öflug til að knýja hátalara.
Áhrifin voru gróf og óáreiðanleg, óhæf til markaðssetningar. Það nægði hins vegar til að staðfesta þá skoðun Shockleys að hægt væri að búa til hálfleiðaramagnara og að það ætti að hafa forgang í rannsóknum á sviði rafeindatækni í fastefni. Það var líka þessi fundur með teymi Ola sem sannfærði Shockley um að fyrst ætti að rannsaka kísil og germaníum. Þeir sýndu aðlaðandi rafmagnseiginleika og félagar Ohl, málmfræðingar Jack Skaff og Henry Theurer, höfðu náð ótrúlegum árangri í ræktun, hreinsun og lyfjanotkun þessa kristalla á stríðsárunum, umfram alla tækni sem til er fyrir önnur hálfleiðaraefni. Hópurinn hans Shockley ætlaði ekki að eyða meiri tíma í koparoxíð magnara fyrir stríð.
Með hjálp Kelly byrjaði Shockley að setja saman nýtt lið. Meðal lykilleikmanna voru Walter Brattain, sem hjálpaði Shockley við fyrstu tilraun sína að solid-state magnara (árið 1940), og John Bardeen, ungur eðlisfræðingur og nýr starfsmaður Bell Labs. Bardeen hafði líklega víðtækustu þekkingu á eðlisfræði á föstu formi allra meðlima teymisins - ritgerð hans lýsti orkumagni rafeinda í uppbyggingu natríummálms. Hann var líka annar skjólstæðingur John Hasbrouck Van Vleck, eins og Atanasov og Brattain.
Og eins og Atanasov kröfðust ritgerðir Bardeen og Shockley afar flókinna útreikninga. Þeir þurftu að nota skammtafræðikenninguna um hálfleiðara, skilgreinda af Alan Wilson, til að reikna út orkubyggingu efna með skrifborðsreiknivél Monroe. Með því að hjálpa til við að búa til smára, áttu þeir í rauninni þátt í að bjarga framtíðarútskriftarnemum frá slíkri vinnu.
Fyrsta nálgun Shockleys á solid-state magnara byggði á því sem síðar var kallað "". Hann hengdi málmplötu yfir n-gerð hálfleiðara (með ofgnótt af neikvæðum hleðslum). Með því að setja jákvæða hleðslu á plötuna dró umfram rafeindir upp á yfirborð kristalsins og myndaði fljót af neikvæðum hleðslum sem rafstraumur gæti auðveldlega flætt um. Magnaða merkið (táknað með hleðslustigi á skífunni) á þennan hátt gæti mótað aðalrásina (sem liggur eftir yfirborði hálfleiðarans). Skilvirkni þessa kerfis var bent honum á fræðilega þekkingu hans á eðlisfræði. En þrátt fyrir margar tilraunir og tilraunir virkaði kerfið aldrei.
Í mars 1946 hafði Bardeen búið til vel þróaða kenningu sem útskýrði ástæðuna fyrir þessu: yfirborð hálfleiðara á skammtastigi hegðar sér öðruvísi en innra með honum. Neikvæðar hleðslur sem dregnar eru upp á yfirborðið festast í „yfirborðsástandi“ og hindra rafsviðið frá því að komast í gegnum plötuna inn í efnið. Restin af teyminu fannst þessi greining sannfærandi og setti af stað nýja rannsóknaráætlun eftir þremur leiðum:
- Sannið tilvist yfirborðsástanda.
- Rannsakaðu eiginleika þeirra.
- Finndu út hvernig á að sigra þá og láta það virka .
Eftir eitt og hálft ár af rannsóknum og tilraunum, 17. nóvember 1947, sló Brattain í gegn. Hann uppgötvaði að ef hann setti jónafylltan vökva, eins og vatn, á milli skífu og hálfleiðara myndi rafsvið frá skífunni ýta jónunum í átt að hálfleiðaranum, þar sem þær myndu hlutleysa hleðslur sem eru föst í yfirborðsástandi. Nú gæti hann stjórnað rafhegðun kísilstykkis með því að breyta hleðslu á oblátunni. Þessi árangur gaf Bardeen hugmynd að nýrri nálgun til að búa til magnara: umkringdu snertipunkt afriðlarans með raflausnvatni og notaðu síðan annan vír í vatnið til að stjórna yfirborðsaðstæðum og stjórna þannig leiðnistigi aðallínunnar. samband. Þannig að Bardeen og Brattain komust í mark.
Hugmynd Bardeen virkaði en mögnunin var veik og virkaði á mjög lágri tíðni sem ekki var aðgengileg mannseyra - svo hún var ónýt sem síma- eða útvarpsmagnari. Bardeen lagði til að skipta yfir í öfugspennuþolið germaníum sem framleitt er í Purdue, í þeirri trú að færri hleðslur myndu safnast á yfirborð þess. Allt í einu fengu þeir öfluga aukningu en í öfuga átt frá því sem búist var við. Þeir uppgötvuðu minnihluta burðaráhrifin - í stað rafeinda sem búist var við var straumurinn sem flæddi í gegnum germaníum magnaður upp af holum sem komu frá raflausninni. Straumurinn á vírnum í raflausninni myndaði p-gerð lag (svæði með umfram jákvæðum hleðslum) á yfirborði n-gerð germaníums.
Síðari tilraunir sýndu að alls ekki var þörf á raflausn: einfaldlega með því að setja tvo snertipunkta nálægt germaníumyfirborðinu var hægt að stilla strauminn frá öðrum þeirra yfir í strauminn á hinum. Til að koma þeim sem næst vafði Brattain gullálpappír utan um þríhyrnt plaststykki og skar síðan filmuna varlega í lokin. Síðan, með því að nota gorm, þrýsti hann þríhyrningnum á móti germaníum, sem leiddi til þess að tvær brúnir skurðarins snertu yfirborð þess í 0,05 mm fjarlægð. Þetta gaf smára frumgerð Bell Labs áberandi útlit sitt:
Brattain og Bardeen smára frumgerð
Líkt og tæki Mathare og Welker var það í grundvallaratriðum klassískt „köttur“, bara með tvo snertipunkta í stað eins. Þann 16. desember gaf það verulega aukningu á afli og spennu og tíðni upp á 1000 Hz á heyranlegu sviði. Viku síðar, eftir smávægilegar endurbætur, höfðu Bardeen og Brattain aukið spennuna um 100 sinnum og kraftinn um 40 sinnum og sýndu stjórnendum Bell að tæki þeirra gæti framkallað heyranlegt tal. John Pierce, annar meðlimur þróunarteymisins í föstu formi, fann upp hugtakið "transistor" eftir nafni Bell's koparoxíðafriðlara, varistornum.
Næstu sex mánuði hélt rannsóknarstofan nýju sköpunarverkinu leyndu. Stjórnendur vildu ganga úr skugga um að þeir ættu forskot á markaðssetningu smárasins áður en einhver annar færi í hendurnar. Boðað var til blaðamannafundar 30. júní 1948, rétt í tæka tíð til að brjóta niður drauma Welker og Mathare um ódauðleika. Á meðan hrundi hálfleiðararannsóknarhópurinn hljóðlega. Eftir að hafa heyrt um afrek Bardeen og Brattain fór yfirmaður þeirra, Bill Shockley, að vinna til að taka allan heiðurinn af sjálfum sér. Og þó að hann hafi aðeins gegnt athugunarhlutverki, fékk Shockley jafna, ef ekki meira, kynningu á opinberri kynningu - eins og sést á þessari útgefnu mynd af honum í þykkum aðgerðunum, rétt við hlið rannsóknarbekksins:
1948 auglýsingamynd - Bardeen, Shockley og Brattain
Hins vegar nægði Shockley ekki jöfn frægð. Og áður en einhver utan Bell Labs vissi af smáranum, var hann upptekinn við að finna hann upp aftur fyrir sína eigin. Og þetta var aðeins fyrsta af mörgum slíkum enduruppfinningum.
Hvað annað að lesa
- Robert Buderi, Uppfinningin sem breytti heiminum (1996)
- Michael Riordan, „How Europe Missed the Transistor,“ IEEE Spectrum (1. nóv. 2005)
- Michael Riordan og Lillian Hoddeson, Crystal Fire (1997)
- Armand Van Dormael, „Franska“ smári,“ (1994)
Heimild: www.habr.com