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Il crogiolo della guerra ha creato le condizioni per l'emergere del transistor. Tra il 1939 e il 1945, le conoscenze tecniche nel campo dei semiconduttori sono cresciute in modo incredibile. E c'era una semplice ragione per questo: il radar. La tecnologia di guerra più importante, tra le cui applicazioni ci sono: rilevamento di attacchi aerei, ricerca di sottomarini, indirizzamento di raid aerei notturni su obiettivi, guida delle difese aeree e delle artiglierie navali. Gli ingegneri hanno persino imparato a inserire radar microscopici nei proiettili d'artiglieria, in modo che esplodessero al passaggio vicino all'obiettivo - . Tuttavia, la fonte di questa potente tecnologia militare era un'area più pacifica: lo studio degli strati superiori dell'atmosfera per scopi scientifici.
Radar
Nel 1901, la società «Marconi Wireless Telegraph Company» trasmise con successo un messaggio senza fili attraverso l'Atlantico, dalla Cornovaglia alla Terranova. Questo fatto lasciò perplessa la scienza moderna. Se le trasmissioni radio viaggiano in linea retta (come dovrebbe essere), una simile trasmissione non dovrebbe essere possibile. Tra l'Inghilterra e il Canada non c'è una linea di vista diretta che non attraversi la Terra; quindi il messaggio di Marconi doveva volare nello spazio. L'ingegnere americano Arthur Kennelly e il fisico britannico Oliver Heaviside ipotizzarono simultaneamente e indipendentemente che la spiegazione di questo fenomeno dovesse essere legata a uno strato di gas ionizzato presente negli strati superiori dell'atmosfera, in grado di riflettere le onde radio indietro verso la Terra (lo stesso Marconi credeva che le onde radio seguissero la curvatura della superficie terrestre, tuttavia i fisici non lo sostennero).
Negli anni '20, gli scienziati svilupparono nuove attrezzature che inizialmente dimostrarono l'esistenza dell'ionosfera, per poi studiarne la struttura. Utilizzarono valvole elettroniche per generare brevi impulsi radio a onde corte, antenne direzionali per inviarli verso l'alto nell'atmosfera e registrare l'eco, e per dimostrare i risultati. Maggiore è il ritardo del ritorno dell'eco, più lontano deve essere l'ionosfera. Questa tecnologia fu chiamata sondaggio atmosferico e fornì l'infrastruttura tecnica di base per la creazione del radar (il termine stesso «radar», dall'acronimo RAdio Detection And Ranging, apparve solo negli anni '40 nella marina degli Stati Uniti).
Quello che le persone con le giuste conoscenze, risorse e motivazione hanno compreso riguardo al potenziale utilizzo terrestre di tali attrezzature è stato solo una questione di tempo (in questo modo, la storia del radar è opposta a quella del telescopio, che era inizialmente destinato all'uso terrestre). E la probabilità di tale illuminazione aumentava man mano che la radio si diffondeva sempre di più nel pianeta e sempre più persone notavano le interferenze provenienti da navi, aerei e altri oggetti di grandi dimensioni nelle vicinanze. (1932-1933), quando da diverse stazioni artiche gli scienziati tracciavano una mappa dell’ionosfera. Poco dopo, i team in Gran Bretagna, Stati Uniti, Germania, Italia, URSS e altri paesi svilupparono i loro primissimi sistemi radar.
con il suo radar del 1935
Poi scoppiò la guerra, e l'importanza dei radar per le nazioni – e delle risorse per il loro sviluppo – aumentò drasticamente. Negli Stati Uniti, queste risorse si concentrarono attorno a una nuova organizzazione, fondata nel 1940 al MIT, conosciuta come (chiamata così appositamente per ingannare gli spioni stranieri e creare l'impressione che nel laboratorio si studiava la radioattività – all'epoca pochi credevano nelle bombe atomiche). Il progetto Rad Lab, pur non essendo così famoso come il Progetto Manhattan, riuscì comunque ad attrarre fisici altrettanto straordinari e talentuosi da tutte le parti degli Stati Uniti. Cinque dei primi membri del laboratorio (incluso e ) ricevettero successivamente Premi Nobel. Entro la fine della guerra, circa 500 dottori di ricerca, scienziati e ingegneri erano impiegati nel laboratorio, e un totale di 4000 persone vi lavoravano. Cinquecentomila dollari – che corrispondono all'intero budget per la creazione dell'ENIAC – furono spesi solo per la pubblicazione della Radiation Laboratory Series, una ventina di volumi che documentavano tutte le conoscenze acquisite nel laboratorio durante la guerra (le spese del governo degli Stati Uniti per la tecnologia radar non si limitarono al budget del Rad Lab; durante la guerra, il governo acquistò radar per tre miliardi di dollari).
Il 20° corpo del MIT, dove si trovava il Rad Lab
Uno dei principali ambiti di ricerca del Rad Lab era il radar ad alta frequenza. I primi radar utilizzavano onde con lunghezze misurate in metri. Ma i fasci di frequenza più alta, le cui lunghezze d'onda erano misurate in centimetri – onde millimetriche – permettevano di utilizzare antenne più compatte e si disperdevano meno su lunghe distanze, offrendo quindi grandi vantaggi in termini di portata e precisione. I radar a microonde potevano essersi collocati nel muso di un aereo e rilevare oggetti delle dimensioni di un periscopio di sottomarino.
Il primo a riuscirci fu un team di fisici britannici dell'Università di Birmingham. Nel 1940 svilupparono il “”, che funzionava come un “fischietto” elettromagnetico, trasformando un impulso elettrico disordinato in un potente e precisamente sintonizzato fascio di microonde. Questo trasmettitore a microonde era mille volte più potente rispetto al più vicino concorrente; aprì la strada per la creazione di trasmettitori radar ad alta frequenza pratici. Tuttavia, necessitava di un compagno, un ricevitore capace di registrare frequenze elevate. E qui torniamo alla storia dei semiconduttori.
Sezione trasversale del magnetrone
Il secondo avvento del baffo di gatto
Si scoprì che le valvole elettroniche non erano affatto adatte a ricevere segnali radar a microonde. La rottura tra il catodo caldo e l'anodo freddo crea una capacità, per cui il circuito rifiuta di funzionare ad alte frequenze. La migliore tecnologia disponibile per i radar ad alta frequenza era il “”, un piccolo pezzo di filo schiacciato contro un cristallo semiconduttore. Questo fu scoperto indipendentemente da diverse persone, ma ciò che accadeva nel New Jersey è più vicino alla nostra storia.
Nel 1938, i laboratori Bell firmarono un contratto con la marina militare per lo sviluppo di un radar di controllo del fuoco nella gamma di 40 cm: questo era significativamente più corto e, di conseguenza, più alto in frequenza rispetto ai radar esistenti all'epoca, prima dell'era dei magnetron a risonanza. Il lavoro di ricerca principale fu assegnato a una parte dei laboratori a Holmdel, a sud di Staten Island. I ricercatori non impiegarono molto tempo a capire cosa fosse necessario per il ricevitore ad alta frequenza e presto l'ingegnere George Southworth perlustrava i negozi di elettronica a Manhattan alla ricerca di vecchi rivelatori a
Ol era una persona piuttosto peculiare, che credeva che lo sviluppo della tecnologia fosse il suo destino e raccontava di intermittenti lampi di genio con visioni del futuro. Ad esempio, sosteneva di sapere già nel 1939 dell'imminente invenzione dell'amplificatore al silicio, ma che il destino avesse deciso di farlo inventare a un'altra persona. Dopo aver esaminato decine di opzioni, si concentrò sul silicio come il miglior materiale per i ricevitori di Southworth. Il problema era la possibilità di controllare il contenuto del materiale per gestirne le proprietà elettriche. All'epoca, i getti di silicio erano ampiamente utilizzati, impiegati nelle acciaierie, ma in tale produzione a nessuno importava, per esempio, se il silicio contenesse l'1% di fosforo. Avvalendosi della collaborazione di alcuni metallurgi, Ol si propose di ottenere getti molto più puri di quelli precedenti.
Durante il lavoro hanno scoperto che alcuni dei loro cristalli rettificavano la corrente in una direzione, mentre altri nell'altra. Li hanno chiamati "tipo n" e "tipo p". Un'analisi più approfondita ha rivelato che questi tipi erano causati da diversi tipi di impurità. Il silicio si trova nel quarto gruppo della tavola periodica di Mendeleev, il che significa che ha quattro elettroni nella sua orbita esterna. In un lingotto di silicio purissimo, ognuno di questi elettroni si sarebbe unito al vicino. Le impurità del terzo gruppo, ad esempio il boro, che ha un elettrone in meno, creavano un "vuoto", uno spazio aggiuntivo per il movimento della corrente nel cristallo. Così si otteneva un semiconduttore di tipo p (con un eccesso di cariche positive). Gli elementi del quinto gruppo, come il fosforo, fornivano elettroni liberi aggiuntivi per il trasporto della corrente, creando un semiconduttore di tipo n.
Struttura cristallina del silicio
Tutte queste ricerche sono state molto interessanti, tuttavia, entro il 1940, Southworth e Ohl non erano vicini alla creazione di un prototipo funzionante di radar ad alta frequenza. Nel frattempo, il governo britannico richiedeva risultati pratici immediati a causa della minaccia incombente proveniente dalla Luftwaffe, che aveva già sviluppato rivelatori a microonde pronti per la produzione, funzionanti in coppia con trasmettitori magnetron.
Tuttavia, presto il bilancio dei traguardi tecnici si sarebbe inclinato a favore dell'America. Churchill decise di rivelare tutti i segreti tecnici della Gran Bretagna agli americani prima ancora di entrare realmente in guerra (poiché, come supponeva, sarebbe stato inevitabile). Riteneva che valesse la pena rischiare una fuga di informazioni, poiché tutte le capacità industriali degli Stati Uniti sarebbero state dedicate a risolvere problemi come armi atomiche e radar. La missione scientifico-tecnologica britannica (più comunemente nota come ) arrivò a Washington nel settembre del 1940 e portò in valigia un regalo sotto forma di meraviglie tecniche.
La rivelazione dell'incredibile potenza del magnetron a risonanza e l'efficacia dei rivelatori cristallini britannici nell'ottenere il suo segnale hanno ravvivato le ricerche americane nel campo dei semiconduttori come base per radar ad alta frequenza. C'era molto lavoro da fare, soprattutto nel campo della scienza dei materiali. Per soddisfare le richieste, i cristalli semiconduttori "dovevano essere prodotti a milioni, molto di più di quanto fosse possibile in passato. Era necessario migliorare il raddrizzamento, ridurre la sensibilità agli urti e la probabilità di surriscaldamento, e minimizzare la differenza tra i vari lotti di cristalli."
Raddrizzatore al silicio con contatto puntiforme
Nel Rad Lab sono stati aperti nuovi reparti di ricerca per studiare le proprietà dei cristalli semiconduttori e come queste possono essere modificate per massimizzare le loro preziose caratteristiche come ricevitori. I materiali più promettenti erano il silicio e il germanio, quindi al Rad Lab si è deciso di prendere precauzioni e avviare programmi paralleli di studio per entrambi: silicio all'Università della Pennsylvania e germanio alla Purdue. Giganti dell'industria come Bell, Westinghouse, Du Pont e Sylvania hanno iniziato i propri programmi di ricerca sui semiconduttori e hanno cominciato a sviluppare nuove capacità produttive per rivelatori cristallini.
Con sforzi congiunti, la purezza dei cristalli di silicio e germanio è riuscita ad essere aumentata dal 99% iniziale al 99,999% — ovvero, a una particella di impurità su 100.000 atomi. Durante questo processo, il personale di scienziati e ingegneri ha avuto modo di conoscere da vicino le proprietà astratte del germanio e del silicio e le tecnologie applicative per controllarle: fusione, crescita dei cristalli, aggiunta delle impurità necessarie (come il boro, che aumentava la conduttività).
E poi la guerra è finita. La domanda di radar è scomparsa, ma le conoscenze e le abilità acquisite durante la guerra non sono svanite e il sogno di un amplificatore a stato solido non è stato dimenticato. Ora la corsa era per creare tale amplificatore. E, almeno tre squadre erano in una posizione favorevole per ottenere questo premio.
West Lafayette
Il primo gruppo era composto da studiosi dell'università di Purdue, guidati dal fisico di origine austriaca Karl Lark-Horovitz. Con il suo talento e la sua influenza, portò da solo il dipartimento di fisica dell'università fuori dall'oblio e influenzò la decisione del Rad Lab di affidare alla sua laboratorio la ricerca sul germanio.
Karl Lark-Horovitz nel 1947, al centro, con la pipa
All'inizio degli anni '40, il silicio era considerato il miglior materiale per i rettificatori radar, ma il materiale situato proprio sotto di esso nella tavola periodica sembrava altrettanto meritevole di studio. Il germanio aveva un vantaggio pratico grazie al suo punto di fusione più basso, di circa 940 gradi, rispetto ai 1400 gradi del silicio (praticamente come l'acciaio). A causa dell'alta temperatura di fusione, era estremamente difficile creare un lingotto che non si sciogliesse nel silicio fuso, contaminandolo.
Pertanto, Lark-Horovitz e i suoi colleghi trascorsero tutta la guerra studiando le proprietà chimiche, elettriche e fisiche del germanio. L'ostacolo principale era la "tensione inversa": i rettificatori di germanio smettevano di rettificare la corrente a tensioni molto basse e permettevano il suo flusso all'indietro. L'impulso della corrente inversa bruciava i restanti componenti del radar. Uno degli studenti laureati di Lark-Horovitz, Seymour Benzer, studiò questo problema per oltre un anno e infine sviluppò un additivo a base di piombo che fermava gli impulsi inversi a tensioni fino a cento volt. Poco dopo, la Western Electric, la divisione manifatturiera del laboratorio Bell, iniziò a fornire rettificatori basati sullo schema di Benzer per esigenze militari.
Lo studio del germanio a Purdue è proseguito anche dopo la guerra. Nel giugno del 1947, Benzer, già professore, segnalò un'anomalia insolita: in alcuni esperimenti, cristalli di germanio mostrano vibrazioni ad alta frequenza. Il suo collega Ralph Bray continuò a studiare la "resistenza volumetrica" di un progetto avviato durante la guerra. La resistenza volumetrica descriveva come l'elettricità fluisce nel cristallo di germanio nel punto di contatto del raddrizzatore. Bray scoprì che impulsi ad alta tensione riducevano significativamente la resistenza del germanio di tipo n a questi flussi. Senza saperlo, divenne testimone dei cosiddetti "portatori di carica secondari". Nei semiconduttori di tipo n, la carica negativa in eccesso funge da principale portatore di carica, ma le "lacune" positive possono anch'esse trasportare corrente, e in questo caso, gli impulsi ad alta tensione creavano lacune nella struttura del germanio, portando all'emergere di portatori di carica secondari.
Bray e Benzer si avvicinarono intrigantemente al amplificatore di germanio, senza rendersi conto. Benzer catturò Walter Brattain, uno scienziato dei Bell Labs, a una conferenza nel gennaio del 1948, per discutere della resistenza volumetrica. Propose a Brattain di collocare un ulteriore contatto a punto vicino al primo, in grado di condurre corrente, e allora forse sarebbero stati in grado di capire cosa stava accadendo sotto la superficie. Brattain accettò silenziosamente questa proposta e se ne andò. Come vedremo, sapeva troppo bene che un tale esperimento poteva rivelare.
One-sous-Bois
Il gruppo di Purdue disponeva sia di tecnologie che di fondamenta teoriche per compiere un salto verso il transistor. Ma potevano imbattersi in esso solo per caso. Erano interessati alle proprietà fisiche del materiale, non alla ricerca di un dispositivo di un nuovo tipo. Una situazione completamente diversa regnava a One-sous-Bois (Francia), dove due ex ricercatori radar tedeschi, Heinrich Welker e Herbert Mattare, guidavano un team il cui obiettivo era la creazione di dispositivi semiconduttori industriali.
Velker studiò e poi insegnò fisica all'Università di Monaco, sotto la direzione del famoso teorico Arnold Sommerfeld. Dal 1940 lasciò la strada puramente teorica e iniziò a lavorare sul radar per la Luftwaffe. Matare (di origine belga) crebbe ad Aachen, dove studiò fisica. Nel 1939 si unì al dipartimento di ricerca del gigante tedesco della radio Telefunken. Durante la guerra, trasferì il suo lavoro da Berlino verso est in un'abbazia in Slesia, per sfuggire ai bombardamenti dell'alleanza anti-hitleriana, e poi di nuovo verso ovest per evitare l'avanzata dell'Armata Rossa, finendo infine nelle mani dell'esercito americano.
Come i loro avversari dell'alleanza anti-hitleriana, i tedeschi all'inizio degli anni '40 sapevano che i rivelatori cristallini erano ricevitori ideali per i radar, e che il silicio e il germani erano i materiali più promettenti per la loro realizzazione. Durante la guerra, Matare e Velker cercarono di migliorare l'uso efficace di questi materiali nei rettificatori. Dopo la guerra, entrambi subirono interrogatori periodici riguardo al loro lavoro militare e alla fine ricevettero un invito da parte di un’intelligence francese a Parigi nel 1946.
Compagnie des Freins & Signaux («azienda di freni e segnali»), una filiale francese della Westinghouse, ricevette un contratto dall'amministrazione telefonica francese per la creazione di rettificatori a stato solido e cercava scienziati tedeschi per assisterli. Tale alleanza tra ex nemici può sembrare strana, tuttavia questa intesa si rivelò piuttosto vantaggiosa per entrambe le parti. I francesi, sconfitti nel 1940, non avevano la possibilità di acquisire conoscenze nel campo dei semiconduttori e necessitavano disperatamente delle competenze dei tedeschi. I tedeschi non potevano sviluppare alcun settore ad alta tecnologia in un Paese occupato e distrutto dalla guerra, quindi colsero l'opportunità di continuare a lavorare.
Velker e Matare allestirono il loro quartier generale in una casa a due piani alla periferia di Parigi, a One-sous-Bois, e con l'aiuto di un team di tecnici stabilirono una produzione di successo di rettificatori a base di germanio entro la fine del 1947. Successivamente, si rivolsero a obiettivi più ambiziosi: Velker tornò al suo interesse per i superconduttori, mentre Matare si dedicò agli amplificatori.
Herbert Matare nel 1950
Durante la guerra, Matare ha sperimentato con raddrizzatori a due punti di contatto, i "diodi a doppio contatto", nel tentativo di ridurre il rumore nel circuito. Ha ripreso gli esperimenti e presto ha scoperto che il secondo "baffo", situato a 1/100 milioni di metro dal primo, talvolta poteva modulare la corrente che passava attraverso il primo baffo. Ha creato un amplificatore a stato solido, sebbene piuttosto inutile. Per raggiungere un funzionamento più affidabile, si è rivolto a Welker, che aveva accumulato una grande esperienza con i cristalli di germanio durante la guerra. Il team di Welker coltivava campioni di cristalli di germanio più grandi e puri, e insieme al miglioramento della qualità del materiale, entro giugno 1948, gli amplificatori a contatto puntiforme di Matare divennero affidabili.
Radiografia del "transistore" basato sul circuito di Matare, che ha due punti di contatto con il germanio
Matare aveva anche un modello teorico di ciò che stava accadendo: credeva che il secondo contatto producesse buchi nel germanio, accelerando il passaggio della corrente attraverso il primo contatto, fornendo portatori di carica non principali. Welker non era d'accordo e riteneva che ciò che stava accadendo dipendesse da qualche effetto di campo. Tuttavia, prima che potessero sviluppare il dispositivo o la teoria, vennero a sapere che un gruppo di americani aveva sviluppato esattamente la stessa concezione: un amplificatore di germanio a due punti di contatto – sei mesi prima.
Murray Hill
Alla fine della guerra, Mervin Kelly riformò il gruppo di ricerca dei Bell Labs che si occupava di semiconduttori con Bill Shockley al timone. Il progetto si espanse, ottenne più finanziamenti e si trasferì dall'edificio iniziale dei laboratori a Manhattan nel campus in espansione di Murray Hill (New Jersey).
Campus di Murray Hill, ca. 1960
Per riacquistare familiarità con i semiconduttori all'avanguardia (dopo aver lavorato alla ricerca operativa durante la guerra), nella primavera del 1945, Shockley visitò il laboratorio di Russell Olah a Holmdel. Olah trascorse gli anni della guerra lavorando sul silicio e non sprecò tempo. Mostrò a Shockley un amplificatore grezzo che aveva costruito, chiamato «dezi-stereo». Prese un raddrizzatore di silicio a contatto puntiforme e fece passare una corrente attraverso di esso da una batteria. A quanto pare, il calore della batteria ridusse la resistenza attraverso il punto di contatto, trasformando il raddrizzatore in un amplificatore in grado di trasmettere segnali radio in ingresso in un circuito sufficientemente potente da alimentare un altoparlante.
L'effetto era grezzo e inaffidabile, non adatto alla commercializzazione. Tuttavia, fu sufficiente per confermare l'opinione di Shockley sulla possibilità di creare un amplificatore semiconduttore e sull'importanza di fare di questo una priorità nelle ricerche nel campo dell'elettronica a stato solido. Inoltre, questo incontro con il team di Olah convinse Shockley che silicio e germanio dovevano essere studiati in primo luogo. Dimostravano proprietà elettriche attraenti e, inoltre, i colleghi di Olah, i metallurghi Jack Scaff e Henry Terer, avevano raggiunto risultati straordinari nella crescita, purificazione e aggiunta di impurità a questi cristalli durante la guerra, superando tutte le tecnologie disponibili per altri materiali semiconduttori. Il gruppo di Shockley non aveva più intenzione di perdere tempo con amplificatori prebellici in ossido di rame.
Con l'aiuto di Kelly, Shockley iniziò a formare un nuovo team. Tra i membri chiave c'era Walter Brattain, che aiutò Shockley nel suo primo tentativo di creare un amplificatore semiconduttore (nel 1940) e John Bardeen, giovane fisico e nuovo collaboratore dei Bell Labs. Bardeen aveva, probabilmente, le conoscenze più vaste sulla fisica dei solidi di tutti i membri del team - la sua tesi descriveva i livelli energetici degli elettroni nella struttura del sodio metallico. Inoltre, era un altro protetto di John H. Van Fleck, come Atanasoff e Brattain.
E come per Atanasov, le dissertazioni di Bardin e Shockley richiedevano calcoli estremamente complessi. Dovevano utilizzare la teoria quantomeccanica dei semiconduttori, delineata da Alan Wilson, per calcolare la struttura energetica dei materiali con una calcolatrice da tavolo Monroe. Aiutando a creare il transistor, in sostanza hanno contribuito a liberare i futuri dottorandi da tale lavoro.
Il primo approccio di Shockley all'amplificatore a stato solido si basava su ciò che in seguito venne chiamato ““. Sospendeva una lastra metallica sopra il semiconduttore di tipo n (con un eccesso di cariche negative). L'applicazione di una carica positiva alla lastra attirava l'eccesso di elettroni sulla superficie del cristallo, creando un fiume di cariche negative, attraverso il quale poteva fluire facilmente la corrente elettrica. Il segnale amplificato (rappresentato dal livello di carica sulla lastra) poteva modulare in questo modo il circuito principale (che passava sulla superficie del semiconduttore). La funzionalità di questo schema gli era stata suggerita dalle sue conoscenze teoriche in fisica. Tuttavia, nonostante numerosi esperimenti e tentativi, il circuito non funzionò mai.
Entro marzo 1946, Bardin aveva sviluppato una teoria ben definita che spiegava la causa di ciò: la superficie del semiconduttore a livello quantistico si comporta in modo diverso rispetto ai suoi interni. Le cariche negative, attratte sulla superficie, rimangono bloccate in stati superficiali e bloccano la penetrazione del campo elettrico dalla lastra nel materiale. Gli altri membri del team considerarono questa analisi convincente e avviarono un nuovo programma di ricerca su tre fronti:
- Dimostrare l'esistenza degli stati superficiali.
- Studiare le loro proprietà.
- Trovare un modo per superarli e realizzare un .
Dopo un anno e mezzo di ricerche e esperimenti, il 17 novembre 1947, Bretteyne ha fatto una scoperta. Ha scoperto che se si posiziona un liquido carico di ioni, ad esempio l'acqua, tra un piastra e un semiconduttore, il campo elettrico dalla piastra spingerà gli ioni verso il semiconduttore, dove annulleranno le cariche intrappolate negli stati superficiali. Ora poteva controllare il comportamento elettrico di un pezzo di silicio variando la carica sulla piastra. Questo successo ha dato a Bardeen l'idea per un nuovo approccio alla creazione di un amplificatore: circondare il punto di contatto del raddrizzatore con acqua elettrolitica e poi utilizzare un secondo conduttore nell'acqua per controllare gli stati superficiali, in questo modo gestendo il livello di conducibilità del contatto principale. Così Bardeen e Bretteyne sono arrivati al traguardo.
L'idea di Bardeen ha funzionato, ma l'amplificazione era debole e operava a frequenze molto basse, non udibili dall'orecchio umano — quindi era inutile come amplificatore telefonico o radio. Bardeen ha suggerito di passare al germanio resistente alla polarità inversa, ottenuto a Purdue, ritenendo che sulla sua superficie si accumulassero meno cariche. Improvvisamente hanno ottenuto un'amplificazione notevole, ma in direzione opposta a quella prevista. Hanno scoperto l'effetto delle portatori non fondamentali: invece degli elettroni attesi, la corrente che passava attraverso il germanio amplificava le lacune provenienti dall'elettrolita. La corrente sul conduttore nell'elettrolita ha creato uno strato di tipo p (un'area di cariche positive in eccesso) sulla superficie del germanio di tipo n.
Gli esperimenti successivi hanno mostrato che l'elettrolita non era affatto necessario: posizionando semplicemente due punti di contatto vicini sulla superficie del germanio, era possibile modulare la corrente da uno di essi alla corrente nell'altro. Per avvicinarli il più possibile, Bretteyne ha avvolto un pezzo di plastica triangolare con un pezzetto di foglio d'oro e poi ha tagliato con attenzione il foglio all'estremità. Poi, usando una molla, ha premuto il triangolo contro il germanio, facendo sì che i due bordi del taglio toccassero la sua superficie a una distanza di 0,05 mm. Questo ha conferito al prototipo del transistor dei laboratori Bell il suo aspetto caratteristico:
Il prototipo del transistor di Bretteyne e Bardeen
Come il dispositivo di Mataré e Welker, era fondamentalmente un classico "baffo di gatto", ma con due punti di contatto invece di uno. Il 16 dicembre, ha fornito un notevole aumento di potenza e tensione, con una frequenza di 1000 Hz nell'intervallo udibile. Dopo una settimana, dopo alcuni miglioramenti, Bardin e Brettain hanno ottenuto un aumento della tensione di 100 volte e della potenza di 40 volte, dimostrando ai direttori di Bell che il loro dispositivo poteva riprodurre la voce udibile. John Pierce, un altro membro del team di sviluppo dei dispositivi a stato solido, coniò il termine "transistor" ispirandosi al nome del raddrizzatore Bell a ossido di rame, varistore.
Nei sei mesi successivi, il laboratorio mantenne la nuova creazione segreta. La direzione voleva assicurarsi di avere un vantaggio nella realizzazione delle opportunità commerciali del transistor prima che qualcun altro lo ottenesse. La conferenza stampa fu fissata per il 30 giugno 1948, giusto in tempo per infrangere tutti i sogni di Welker e Mataré sull'immortalità. Nel frattempo, il gruppo di ricerca sui semiconduttori si disfece silenziosamente. A sentire i risultati di Bardin e Brettain, il loro capo, Bill Shockley, iniziò a lavorare per attribuirsi l'intera gloria. E sebbene avesse avuto solo un ruolo osservativo, nella presentazione pubblica Shockley ricevette una pari, se non maggiore, attenzione – come si può vedere in questa foto pubblicata, in cui si trova nel bel mezzo dell'azione, proprio al tavolo di lavoro:
Foto promozionale del 1948 – Bardin, Shockley e Brettain
Tuttavia, a Shockley non bastava la gloria condivisa. E anche prima che qualcuno al di fuori dei laboratori Bell venisse a conoscenza del transistor, si mise a ri-inventarlo per attribuirselo. E questo fu solo il primo di molti simili ri-inventamenti.
Cosa leggere ancora
- Robert Buderi, The Invention That Changed the World (1996)
- Michael Riordan, “How Europe Missed the Transistor,” IEEE Spectrum (1 novembre 2005)
- Michael Riordan e Lillian Hoddeson, Crystal Fire (1997)
- Armand Van Dormael, “Il transistor 'francese',” (1994)
Fonte: habr.com
