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Il crogiolo della guerra ha posto le basi per l’avvento del transistor. Dal 1939 al 1945 le conoscenze tecniche nel campo dei semiconduttori si espansero enormemente. E la ragione era semplice: il radar. La più importante tecnologia di guerra, tra cui: rilevamento di raid aerei, ricerca di sottomarini, direzione di raid aerei notturni su obiettivi, targeting di sistemi di difesa aerea e cannoni navali. Gli ingegneri hanno persino imparato a inserire minuscoli radar nei proiettili di artiglieria in modo che esplodano mentre volano vicino al bersaglio. . Tuttavia, la fonte di questa nuova potente tecnologia militare si trovava in un campo più pacifico: lo studio dell’alta atmosfera per scopi scientifici.
radar
Nel 1901, la Marconi Wireless Telegraph Company trasmise con successo un messaggio wireless attraverso l'Atlantico, dalla Cornovaglia a Terranova. Questo fatto ha portato la scienza moderna nella confusione. Se le trasmissioni radio viaggiassero in linea retta (come dovrebbero), tale trasmissione dovrebbe essere impossibile. Non esiste linea visiva diretta tra Inghilterra e Canada che non attraversi la Terra, quindi il messaggio di Marconi doveva volare nello spazio. L'ingegnere americano Arthur Kennealy e il fisico britannico Oliver Heaviside proposero simultaneamente e indipendentemente che la spiegazione di questo fenomeno dovesse essere associata a uno strato di gas ionizzato situato nell'alta atmosfera, capace di riflettere le onde radio verso la Terra (Marconi stesso riteneva che le onde radio seguire la curvatura della superficie terrestre, tuttavia i fisici non lo hanno supportato).
Negli anni '1920 gli scienziati avevano sviluppato nuove apparecchiature che permisero prima di dimostrare l'esistenza della ionosfera e poi di studiarne la struttura. Usavano tubi a vuoto per generare impulsi radio a onde corte, antenne direzionali per inviarli nell'atmosfera e registrare gli echi, e per dimostrare i risultati. Quanto più lungo è il ritardo di ritorno dell'eco, tanto più lontana deve essere la ionosfera. Questa tecnologia fu chiamata sondaggio atmosferico e fornì l'infrastruttura tecnica di base per lo sviluppo del radar (il termine "radar", da RAdio Detection And Ranging, apparve solo negli anni '1940 nella Marina degli Stati Uniti).
Era solo questione di tempo prima che persone con le giuste conoscenze, risorse e motivazione si rendessero conto del potenziale per le applicazioni terrestri di tali apparecchiature (quindi la storia del radar è l'opposto della storia del telescopio, inizialmente destinato all'uso terrestre). . E la probabilità di una tale intuizione è aumentata man mano che la radio si è diffusa sempre di più in tutto il pianeta e sempre più persone hanno notato interferenze provenienti da navi, aerei e altri oggetti di grandi dimensioni nelle vicinanze. La conoscenza delle tecnologie di sondaggio dell'alta atmosfera si è diffusa durante il secondo (1932-1933), quando gli scienziati compilarono una mappa della ionosfera da diverse stazioni artiche. Poco dopo, squadre in Gran Bretagna, Stati Uniti, Germania, Italia, Unione Sovietica e altri paesi svilupparono i loro sistemi radar più semplici.
con il suo radar del 1935
Poi scoppiò la guerra e l’importanza dei radar per i paesi – e le risorse per svilupparli – aumentò drammaticamente. Negli Stati Uniti, queste risorse si sono riunite attorno a una nuova organizzazione fondata nel 1940 al MIT, nota come (è stato chiamato così appositamente per indurre in errore le spie straniere e creare l'impressione che la radioattività fosse studiata in laboratorio - a quel tempo poche persone credevano alle bombe atomiche). Il progetto Rad Lab, che non divenne famoso come il Progetto Manhattan, reclutò tuttavia nei suoi ranghi fisici altrettanto eccezionali e di talento da tutti gli Stati Uniti. Cinque dei primi dipendenti del laboratorio (incluso и ) hanno successivamente ricevuto premi Nobel. Alla fine della guerra, nel laboratorio lavoravano circa 500 dottori in scienze, scienziati e ingegneri e lavoravano un totale di 4000 persone. Mezzo milione di dollari – paragonabile all’intero budget dell’ENIAC – fu speso solo per la Radiation Laboratory Series, una raccolta in ventisette volumi di tutta la conoscenza acquisita dal laboratorio durante la guerra (sebbene la spesa del governo statunitense per la tecnologia radar non fosse limitata al budget del Rad Lab; durante la guerra il governo acquistò radar per un valore di tre miliardi di dollari).
MIT Building 20, dove si trovava il Rad Lab
Una delle principali aree di ricerca del Rad Lab era il radar ad alta frequenza. I primi radar utilizzavano lunghezze d'onda misurate in metri. Ma i raggi a frequenza più elevata con lunghezze d’onda misurate in centimetri – le microonde – consentivano antenne più compatte e erano meno dispersi su lunghe distanze, promettendo maggiori vantaggi in termini di portata e precisione. I radar a microonde potrebbero essere inseriti nel muso di un aereo e rilevare oggetti delle dimensioni del periscopio di un sottomarino.
Il primo a risolvere questo problema è stato un team di fisici britannici dell'Università di Birmingham. Nel 1940 svilupparono "“, che funzionava come un “fischio” elettromagnetico, trasformando un impulso casuale di elettricità in un raggio di microonde potente e sintonizzato con precisione. Questo trasmettitore a microonde era mille volte più potente del suo concorrente più vicino; ha aperto la strada a pratici trasmettitori radar ad alta frequenza. Tuttavia aveva bisogno di un compagno, un ricevitore in grado di rilevare le alte frequenze. E a questo punto torniamo alla storia dei semiconduttori.
Sezione trasversale del magnetrone
La seconda venuta dei baffi del gatto
Si è scoperto che i tubi a vuoto non erano affatto adatti a ricevere segnali radar a microonde. Lo spazio tra il catodo caldo e l'anodo freddo crea una capacità, facendo sì che il circuito si rifiuti di funzionare alle alte frequenze. La migliore tecnologia disponibile per i radar ad alta frequenza era quella antiquata""- un piccolo pezzo di filo premuto contro un cristallo semiconduttore. Diverse persone lo hanno scoperto in modo indipendente, ma la cosa più vicina alla nostra storia è ciò che è accaduto nel New Jersey.
Nel 1938, i Bell Labs stipularono un contratto con la Marina per sviluppare un radar di controllo del fuoco nella portata di 40 cm, molto più corto, e quindi con una frequenza più alta, rispetto ai radar esistenti nell'era del magnetron pre-risonante. Il lavoro di ricerca principale è andato a una divisione di laboratori a Holmdel, a sud di Staten Island. Non ci volle molto perché i ricercatori capissero di cosa avrebbero avuto bisogno per un ricevitore ad alta frequenza, e presto l'ingegnere George Southworth cominciò a setacciare i negozi di radio di Manhattan alla ricerca di vecchi rilevatori di baffi di gatto. Come previsto, ha funzionato molto meglio del rilevatore di lampade, ma era instabile. Così Southworth cercò un elettrochimico di nome Russell Ohl e gli chiese di provare a migliorare l'uniformità della risposta di un rilevatore di cristalli a punto singolo.
Ol era una persona piuttosto particolare, che considerava lo sviluppo della tecnologia il suo destino e parlava di approfondimenti periodici con visioni del futuro. Ad esempio, dichiarò che già nel 1939 sapeva della futura invenzione di un amplificatore al silicio, ma che il destino era destinato a un'altra persona a inventarlo. Dopo aver studiato dozzine di opzioni, ha deciso che il silicio fosse la sostanza migliore per i ricevitori Southworth. Il problema era la capacità di controllare il contenuto del materiale per controllarne le proprietà elettriche. A quel tempo, i lingotti di silicio industriale erano molto diffusi; venivano utilizzati nelle acciaierie, ma in tale produzione nessuno si preoccupava, ad esempio, del contenuto dell'1% di fosforo nel silicio. Con l'aiuto di un paio di metallurgisti, Ol decise di ottenere pezzi grezzi molto più puliti di quanto fosse stato possibile in precedenza.
Mentre lavoravano, scoprirono che alcuni dei loro cristalli raddrizzavano la corrente in una direzione, mentre altri la raddrizzavano nell'altra. Li chiamavano "tipo n" e "tipo p". Ulteriori analisi hanno mostrato che diversi tipi di impurità erano responsabili di questi tipi. Il silicio si trova nella quarta colonna della tavola periodica, il che significa che ha quattro elettroni nel suo guscio esterno. In uno spazio vuoto di silicio puro, ciascuno di questi elettroni si combinerebbe con un vicino. Le impurità della terza colonna, ad esempio il boro, che ha un elettrone in meno, hanno creato un “buco”, spazio aggiuntivo per il movimento della corrente nel cristallo. Il risultato è stato un semiconduttore di tipo p (con un eccesso di cariche positive). Gli elementi della quinta colonna, come il fosforo, fornirono ulteriori elettroni liberi per trasportare la corrente e fu ottenuto un semiconduttore di tipo n.
Struttura cristallina del silicio
Tutta questa ricerca fu molto interessante, ma nel 1940 Southworth e Ohl non erano più vicini alla creazione di un prototipo funzionante di un radar ad alta frequenza. Allo stesso tempo, il governo britannico richiedeva risultati pratici immediati a causa della minaccia incombente della Luftwaffe, che aveva già creato rilevatori di microonde pronti per la produzione che funzionavano in tandem con trasmettitori a magnetron.
Tuttavia, l’equilibrio dei progressi tecnologici si sposterà presto verso la sponda occidentale dell’Atlantico. Churchill decise di rivelare tutti i segreti tecnici della Gran Bretagna agli americani prima di entrare effettivamente in guerra (poiché presumeva che ciò sarebbe accaduto comunque). Credeva che valesse la pena rischiare la fuga di informazioni, poiché allora tutte le capacità industriali degli Stati Uniti sarebbero state impiegate nella risoluzione di problemi come le armi atomiche e i radar. Missione scientifica e tecnologica britannica (meglio conosciuta come ) arrivò a Washington nel settembre 1940 e portò nel suo bagaglio un regalo sotto forma di miracoli tecnologici.
La scoperta dell'incredibile potenza del magnetron risonante e dell'efficacia dei rilevatori di cristalli britannici nel ricevere il suo segnale rivitalizzò la ricerca americana sui semiconduttori come base del radar ad alta frequenza. C’era molto lavoro da fare, soprattutto nella scienza dei materiali. Per soddisfare la domanda, i cristalli semiconduttori “dovevano essere prodotti a milioni, molto più di quanto fosse possibile in precedenza. Era necessario migliorare la rettifica, ridurre la sensibilità agli urti e il burn-in e ridurre al minimo la variazione tra diversi lotti di cristalli”.
Raddrizzatore di contatto a punto di silicio
Il Rad Lab ha aperto nuovi dipartimenti di ricerca per studiare le proprietà dei cristalli semiconduttori e come possono essere modificati per massimizzare le preziose proprietà del ricevitore. I materiali più promettenti erano il silicio e il germanio, quindi il Rad Lab ha deciso di andare sul sicuro e ha lanciato programmi paralleli per studiarli entrambi: il silicio all'Università della Pennsylvania e il germanio alla Purdue. Giganti del settore come Bell, Westinghouse, Du Pont e Sylvania iniziarono i propri programmi di ricerca sui semiconduttori e iniziarono a sviluppare nuovi impianti di produzione per rilevatori di cristalli.
Attraverso sforzi congiunti, la purezza dei cristalli di silicio e germanio è stata aumentata dal 99% iniziale al 99,999%, ovvero a una particella di impurità ogni 100 atomi. Nel processo, un gruppo di scienziati e ingegneri conobbe da vicino le proprietà astratte del germanio e del silicio e applicò le tecnologie per controllarli: fusione, crescita dei cristalli, aggiunta delle impurità necessarie (come il boro, che aumentava la conduttività).
E poi la guerra finì. La richiesta di radar scomparve, ma le conoscenze e le competenze acquisite durante la guerra rimasero e il sogno di un amplificatore a stato solido non fu dimenticato. Ora la gara era creare un simile amplificatore. E almeno tre squadre erano in una buona posizione per vincere questo premio.
West Lafayette
Il primo era un gruppo della Purdue University guidato da un fisico di origine austriaca di nome Carl Lark-Horowitz. Grazie al suo talento e alla sua influenza, da solo ha fatto uscire dall'oscurità il dipartimento di fisica dell'università e ha influenzato la decisione del Rad Lab di affidare al suo laboratorio la ricerca sul germanio.
Carl Lark-Horowitz nel 1947, al centro, con in mano una pipa
All'inizio degli anni '1940, il silicio era considerato il materiale migliore per i raddrizzatori radar, ma anche il materiale appena sotto di esso nella tavola periodica sembrava meritevole di ulteriori studi. Il germanio aveva un vantaggio pratico dovuto al suo punto di fusione più basso, che ne facilitava la lavorazione: circa 940 gradi, rispetto ai 1400 gradi del silicio (quasi lo stesso dell'acciaio). A causa dell'elevato punto di fusione, era estremamente difficile realizzare un pezzo grezzo che non penetrasse nel silicio fuso, contaminandolo.
Pertanto, Lark-Horowitz e i suoi colleghi trascorsero l'intera guerra a studiare le proprietà chimiche, elettriche e fisiche del germanio. L’ostacolo più importante era la “tensione inversa”: i raddrizzatori al germanio, a bassissima tensione, smettevano di raddrizzare la corrente e le permettevano di fluire nella direzione opposta. L'impulso di corrente inversa ha bruciato i restanti componenti del radar. Uno degli studenti laureati di Lark-Horowitz, Seymour Benzer, studiò questo problema per più di un anno e alla fine sviluppò un additivo a base di stagno che bloccava gli impulsi inversi a tensioni fino a centinaia di volt. Poco dopo, Western Electric, la divisione di produzione dei Bell Labs, iniziò a produrre raddrizzatori Benzer per uso militare.
Lo studio del germanio a Purdue continuò dopo la guerra. Nel giugno 1947, Benzer, già professore, riferì un'anomalia insolita: in alcuni esperimenti, nei cristalli di germanio apparivano oscillazioni ad alta frequenza. E il suo collega Ralph Bray continuò a studiare la “resistenza volumetrica” su un progetto iniziato durante la guerra. La resistenza di volume descrive il modo in cui l'elettricità scorre nel cristallo di germanio nel punto di contatto del raddrizzatore. Bray ha scoperto che gli impulsi ad alta tensione riducevano significativamente la resistenza del germanio di tipo n a queste correnti. Senza saperlo, ha assistito al cosiddetto. portatori di addebito “minoranza”. Nei semiconduttori di tipo n, la carica negativa in eccesso funge da portatore di carica maggioritario, ma i "buchi" positivi possono anche trasportare corrente e, in questo caso, gli impulsi ad alta tensione hanno creato buchi nella struttura del germanio, facendo apparire portatori di carica minoritari .
Bray e Benzer si avvicinarono in modo allettante all'amplificatore al germanio senza rendersene conto. Benzer catturò Walter Brattain, uno scienziato dei Bell Labs, in una conferenza nel gennaio 1948 per discutere con lui della resistenza volumetrica. Suggerì a Brattain di posizionare un altro punto di contatto accanto al primo che potesse condurre corrente, così avrebbero potuto capire cosa stava succedendo sotto la superficie. Brattain accettò tranquillamente questa proposta e se ne andò. Come vedremo, sapeva fin troppo bene cosa avrebbe potuto rivelare un simile esperimento.
One-sous-Bois
Il gruppo Purdue disponeva sia della tecnologia che delle basi teoriche per fare il salto verso il transistor. Ma potevano esserci capitati solo per caso. Erano interessati alle proprietà fisiche del materiale e non alla ricerca di un nuovo tipo di dispositivo. Una situazione molto diversa si è verificata ad Aunes-sous-Bois (Francia), dove due ex ricercatori radar tedeschi, Heinrich Welker e Herbert Mathare, hanno guidato un team il cui obiettivo era creare dispositivi industriali a semiconduttore.
Welker studiò prima e poi insegnò fisica all'Università di Monaco, diretta dal famoso teorico Arnold Sommerfeld. Dal 1940 abbandonò il percorso puramente teorico e iniziò a lavorare su un radar per la Luftwaffe. Mathare (di origine belga) è cresciuto ad Aquisgrana, dove ha studiato fisica. Entrò nel dipartimento di ricerca del colosso radiofonico tedesco Telefunken nel 1939. Durante la guerra, spostò la sua opera da Berlino est all'abbazia in Slesia per evitare i raid aerei alleati, e poi di nuovo a ovest per evitare l'avanzata dell'Armata Rossa, cadendo infine nelle mani dell'esercito americano.
Come i loro rivali nella Coalizione Anti-Hitler, all’inizio degli anni quaranta i tedeschi sapevano che i rilevatori di cristalli erano ricevitori ideali per i radar e che il silicio e il germanio erano i materiali più promettenti per la loro creazione. Mathare e Welker tentarono durante la guerra di migliorare l'uso efficiente di questi materiali nei raddrizzatori. Dopo la guerra, entrambi furono sottoposti a periodici interrogatori riguardo al loro lavoro militare e alla fine ricevettero un invito da un ufficiale dell'intelligence francese a Parigi nel 1940.
La Compagnie des Freins & Signaux ("società di freni e segnali"), una divisione francese di Westinghouse, ricevette un contratto dall'autorità telefonica francese per creare raddrizzatori a stato solido e cercò scienziati tedeschi per aiutarli. Una tale alleanza di recenti nemici può sembrare strana, ma questa disposizione si è rivelata abbastanza favorevole per entrambe le parti. I francesi, sconfitti nel 1940, non avevano la capacità di acquisire conoscenze nel campo dei semiconduttori e avevano un disperato bisogno delle competenze dei tedeschi. I tedeschi non potevano portare avanti lo sviluppo in nessun campo ad alta tecnologia in un paese occupato e devastato dalla guerra, quindi colsero al volo l’opportunità di continuare a lavorare.
Welker e Mathare stabilirono il quartier generale in una casa a due piani nel sobborgo parigino di Aunes-sous-Bois e, con l'aiuto di un team di tecnici, lanciarono con successo raddrizzatori al germanio entro la fine del 1947. Poi si dedicarono a progetti più seri. premi: Welker tornò al suo interesse per i superconduttori e Mathare per gli amplificatori.
Herbert Mathare nel 1950
Durante la guerra, Mathare sperimentò i raddrizzatori a due punti di contatto, i “duodeodi”, nel tentativo di ridurre il rumore del circuito. Riprese i suoi esperimenti e presto scoprì che il secondo baffo di un gatto, situato a 1/100 milionesimo di metro dal primo, poteva talvolta modulare la corrente che scorre attraverso il primo baffo. Ha creato un amplificatore a stato solido, anche se piuttosto inutile. Per ottenere prestazioni più affidabili, si rivolse a Welker, che aveva acquisito una vasta esperienza lavorando con i cristalli di germanio durante la guerra. Il team di Welker sviluppò campioni più grandi e più puri di cristalli di germanio e, con il miglioramento della qualità del materiale, gli amplificatori a contatto puntiforme Mathare divennero affidabili nel giugno 1948.
Immagine a raggi X di un "transistron" basato sul circuito Mathare, che ha due punti di contatto con il germanio
Mathare aveva anche un modello teorico di ciò che stava accadendo: credeva che il secondo contatto creasse dei buchi nel germanio, accelerando il passaggio della corrente attraverso il primo contatto, fornendo portatori di carica minoritari. Welker non era d'accordo con lui e credeva che ciò che stava accadendo dipendesse da una sorta di effetto di campo. Tuttavia, prima che potessero elaborare il dispositivo o la teoria, appresero che un gruppo di americani aveva sviluppato esattamente lo stesso concetto - un amplificatore al germanio con due punti di contatto - sei mesi prima.
Murray Hill
Alla fine della guerra, Mervyn Kelly riformò il gruppo di ricerca sui semiconduttori dei Bell Labs guidato da Bill Shockley. Il progetto è cresciuto, ha ricevuto più finanziamenti e si è trasferito dall'edificio originale del laboratorio a Manhattan a un campus in espansione a Murray Hill, nel New Jersey.
Campus di Murray Hill, ca. 1960
Per riprendere familiarità con i semiconduttori avanzati (dopo il periodo trascorso nella ricerca operativa durante la guerra), Shockley visitò il laboratorio Holmdel di Russell Ohl nella primavera del 1945. Ohl trascorse gli anni della guerra lavorando sul silicio e non perse tempo. Mostrò a Shockley un rozzo amplificatore di sua costruzione, che chiamò "desister". Prese un raddrizzatore a contatto puntiforme al silicio e vi inviò la corrente dalla batteria. Apparentemente, il calore della batteria ha ridotto la resistenza attraverso il punto di contatto e ha trasformato il raddrizzatore in un amplificatore in grado di trasmettere i segnali radio in entrata a un circuito abbastanza potente da alimentare un altoparlante.
L’effetto era grezzo e inaffidabile, inadatto alla commercializzazione. Tuttavia, ciò bastò a confermare l'opinione di Shockley secondo cui era possibile creare un amplificatore a semiconduttore e che ciò avrebbe dovuto diventare una priorità per la ricerca nel campo dell'elettronica a stato solido. Fu anche questo incontro con il team di Ola a convincere Shockley che il silicio e il germanio dovessero essere studiati per primi. Presentavano proprietà elettriche interessanti e i colleghi metallurgisti di Ohl, Jack Skaff e Henry Theurer, avevano ottenuto uno straordinario successo nel far crescere, purificare e drogare questi cristalli durante la guerra, superando tutte le tecnologie disponibili per altri materiali semiconduttori. Il gruppo di Shockley non avrebbe perso altro tempo con gli amplificatori all'ossido di rame dell'anteguerra.
Con l'aiuto di Kelly, Shockley iniziò a mettere insieme una nuova squadra. I giocatori chiave includevano Walter Brattain, che aiutò Shockley con il suo primo tentativo di un amplificatore a stato solido (nel 1940), e John Bardeen, un giovane fisico e nuovo dipendente dei Bell Labs. Bardeen probabilmente aveva la più vasta conoscenza della fisica dello stato solido tra tutti i membri del team: la sua tesi descriveva i livelli energetici degli elettroni nella struttura del sodio metallico. Era anche un altro protetto di John Hasbrouck Van Vleck, come Atanasov e Brattain.
E come Atanasov, le tesi di Bardeen e Shockley richiedevano calcoli estremamente complessi. Dovevano utilizzare la teoria quantomeccanica dei semiconduttori, definita da Alan Wilson, per calcolare la struttura energetica dei materiali utilizzando la calcolatrice da tavolo di Monroe. Aiutando a creare il transistor, hanno infatti contribuito a salvare i futuri studenti laureati da tale lavoro.
Il primo approccio di Shockley ad un amplificatore a stato solido si basava su quello che in seguito fu chiamato "". Ha sospeso una piastra metallica su un semiconduttore di tipo n (con un eccesso di cariche negative). L'applicazione di una carica positiva alla piastra attirava gli elettroni in eccesso sulla superficie del cristallo, creando un fiume di cariche negative attraverso il quale la corrente elettrica poteva facilmente fluire. Il segnale amplificato (rappresentato dal livello di carica sul wafer) in questo modo potrebbe modulare il circuito principale (passando lungo la superficie del semiconduttore). L'efficacia di questo schema gli fu suggerita dalle sue conoscenze teoriche di fisica. Ma, nonostante molti esperimenti ed esperimenti, lo schema non ha mai funzionato.
Nel marzo del 1946 Bardeen aveva creato una teoria ben sviluppata che ne spiegava la ragione: la superficie di un semiconduttore a livello quantistico si comporta diversamente dalle sue parti interne. Le cariche negative attirate verso la superficie rimangono intrappolate negli "stati superficiali" e impediscono al campo elettrico di penetrare nella piastra nel materiale. Il resto del team ha trovato questa analisi interessante e ha lanciato un nuovo programma di ricerca lungo tre percorsi:
- Dimostrare l'esistenza degli stati superficiali.
- Studia le loro proprietà.
- Scopri come sconfiggerli e farlo funzionare .
Dopo un anno e mezzo di ricerca e sperimentazione, il 17 novembre 1947 Brattain fece una svolta. Scoprì che se avesse posizionato un liquido pieno di ioni, come l'acqua, tra un wafer e un semiconduttore, un campo elettrico dal wafer avrebbe spinto gli ioni verso il semiconduttore, dove avrebbero neutralizzato le cariche intrappolate negli stati superficiali. Ora poteva controllare il comportamento elettrico di un pezzo di silicio modificando la carica sul wafer. Questo successo diede a Bardeen un'idea per un nuovo approccio alla creazione di un amplificatore: circondare il punto di contatto del raddrizzatore con acqua elettrolitica, quindi utilizzare un secondo filo immerso nell'acqua per controllare le condizioni della superficie e quindi controllare il livello di conduttività del circuito principale. contatto. Così Bardeen e Brattain hanno raggiunto il traguardo.
L'idea di Bardeen funzionò, ma l'amplificazione era debole e operava a frequenze molto basse inaccessibili all'orecchio umano, quindi era inutile come amplificatore telefonico o radiofonico. Bardeen suggerì di passare al germanio resistente alla tensione inversa prodotto a Purdue, ritenendo che sulla sua superficie si sarebbero accumulate meno cariche. All'improvviso hanno ricevuto un aumento potente, ma nella direzione opposta a quanto previsto. Hanno scoperto l'effetto del portatore minoritario: invece degli elettroni attesi, la corrente che scorre attraverso il germanio è stata amplificata dai fori provenienti dall'elettrolita. La corrente sul filo nell'elettrolita ha creato uno strato di tipo p (una regione di cariche positive in eccesso) sulla superficie del germanio di tipo n.
Esperimenti successivi dimostrarono che non era necessario alcun elettrolita: semplicemente ponendo due punti di contatto vicini sulla superficie del germanio era possibile modulare la corrente da uno di essi alla corrente dell'altro. Per avvicinarli il più possibile, Brattain ha avvolto un pezzo di lamina d'oro attorno a un pezzo di plastica triangolare e poi ha tagliato con cura la lamina all'estremità. Quindi, utilizzando una molla, ha premuto il triangolo contro il germanio, in modo che i due bordi del taglio toccassero la sua superficie ad una distanza di 0,05 mm. Ciò ha conferito al prototipo a transistor dei Bell Labs il suo aspetto distintivo:
Prototipo di transistor Brattain e Bardeen
Come il dispositivo di Mathare e Welker, era, in linea di principio, un classico "baffo di gatto", solo con due punti di contatto invece di uno. Il 16 dicembre ha prodotto un aumento significativo di potenza e tensione e una frequenza di 1000 Hz nella gamma udibile. Una settimana dopo, dopo piccoli miglioramenti, Bardeen e Brattain aumentarono la tensione di 100 volte e la potenza di 40 volte, e dimostrarono ai direttori della Bell che il loro dispositivo poteva produrre parlato udibile. John Pierce, un altro membro del team di sviluppo dello stato solido, ha coniato il termine "transistor" dopo il nome del raddrizzatore all'ossido di rame di Bell, il varistore.
Per i successivi sei mesi, il laboratorio mantenne segreta la nuova creazione. La direzione voleva assicurarsi di avere un vantaggio sulla commercializzazione del transistor prima che qualcun altro ci mettesse le mani sopra. Una conferenza stampa era prevista per il 30 giugno 1948, giusto in tempo per mandare in frantumi i sogni di immortalità di Welker e Mathare. Nel frattempo, il gruppo di ricerca sui semiconduttori è crollato silenziosamente. Dopo aver sentito parlare dei successi di Bardeen e Brattain, il loro capo, Bill Shockley, iniziò a lavorare per prendersi tutto il merito. E sebbene abbia svolto solo un ruolo di osservazione, Shockley ha ricevuto uguale, se non di più, pubblicità nella presentazione pubblica - come si vede in questa foto pubblicata di lui nel bel mezzo dell'azione, proprio accanto a un banco di laboratorio:
Foto pubblicitaria del 1948: Bardeen, Shockley e Brattain
Tuttavia, la stessa fama non era sufficiente per Shockley. E prima che qualcuno al di fuori dei Bell Labs venisse a conoscenza del transistor, era impegnato a reinventarlo per conto suo. E questa è stata solo la prima di molte reinvenzioni simili.
Cos'altro leggere
- Robert Buderi, L'invenzione che cambiò il mondo (1996)
- Michael Riordan, “How Europe Missed the Transistor”, IEEE Spectrum (1 novembre 2005)
- Michael Riordan e Lillian Hoddeson, Fuoco di cristallo (1997)
- Armand Van Dormael, “Il transistor “francese””, (1994)
Fonte: habr.com