ट्रान्झिस्टरची कथा: अंधारात आपला मार्ग शोधत आहे

मालिकेतील इतर लेख:

• रिलेचा इतिहास
  • "माहितीचे द्रुत हस्तांतरण" किंवा रिलेची उत्पत्तीची पद्धत
  • फार्साइबर
  • गॅल्व्हनिझम
  • उद्योजक
  • आणि शेवटी, रिले
  • टेलीग्राफ बोलत आहे
  • फक्त कनेक्ट करा
  • रिले संगणकाची विसरलेली पिढी
  • इलेक्ट्रॉनिक युग
• इलेक्ट्रॉनिक संगणकाचा इतिहास
  • प्रस्तावना
  • कोलोसस
  • ENIAC
  • इलेक्ट्रॉनिक क्रांती
• ट्रान्झिस्टरचा इतिहास
  • अंधारात स्पर्श करण्यासाठी माझा मार्ग बनवत आहे
  • युद्धाच्या क्रूसिबल पासून
  • एकाधिक पुनर्शोध
• इंटरनेट इतिहास
  • संदर्भ नेटवर्क
  • क्षय, भाग १
  • क्षय, भाग १
  • संवादात्मकता शोधत आहे
  • परस्परसंवादाचा विस्तार करणे
  • अर्पानेट - जन्म
  • ARPANET - पॅकेज
  • अर्पानेट - सबनेट
  • संप्रेषण साधन म्हणून संगणक
  • इंटरनेटचा इतिहास: इंटरवर्किंग

सॉलिड-स्टेट स्विचेसचा रस्ता लांब आणि कठीण आहे. विजेच्या उपस्थितीत काही पदार्थ विचित्रपणे वागतात या शोधापासून सुरुवात झाली - तत्कालीन विद्यमान सिद्धांतांनी वर्तवल्याप्रमाणे नाही. त्यानंतर XNUMX व्या शतकात तंत्रज्ञान वाढत्या प्रमाणात वैज्ञानिक आणि संस्थात्मक शिस्त कशी बनली याची एक कथा होती. अक्षरशः कोणतेही वैज्ञानिक शिक्षण नसलेल्या हौशी, नवशिक्या आणि व्यावसायिक शोधकांनी टेलिग्राफ, टेलिफोनी आणि रेडिओच्या विकासात गंभीर योगदान दिले. परंतु, जसे आपण पाहणार आहोत, सॉलिड-स्टेट इलेक्ट्रॉनिक्सच्या इतिहासातील जवळजवळ सर्व प्रगती विद्यापीठांमध्ये शिकलेल्या (आणि सहसा भौतिकशास्त्रात पीएचडी केलेली) आणि विद्यापीठे किंवा कॉर्पोरेट संशोधन प्रयोगशाळांमध्ये काम करणाऱ्या शास्त्रज्ञांकडून झाली आहे.

कार्यशाळेत प्रवेश आणि मूलभूत साहित्य कौशल्ये असलेले कोणीही वायर, धातू आणि लाकडापासून रिले एकत्र करू शकतात. व्हॅक्यूम ट्यूब तयार करण्यासाठी अधिक विशेष साधने आवश्यक आहेत जी काचेचा बल्ब तयार करू शकतात आणि त्यातून हवा पंप करू शकतात. सॉलिड-स्टेट उपकरणे एका सशाच्या छिद्रातून गायब झाली ज्यातून डिजिटल स्विच कधीही परत आला नाही, केवळ अमूर्त गणितासाठी समजण्यायोग्य आणि केवळ अत्यंत महागड्या उपकरणांच्या मदतीने प्रवेश करण्यायोग्य जगात खोलवर डुंबत आहे.

गॅलेना

1874 वर्षी फर्डिनांड ब्राउन, सेंट पीटर्सबर्ग येथील 24 वर्षीय भौतिकशास्त्रज्ञ. लाइपझिगमधील थॉमस यांनी त्यांच्या दीर्घ कारकिर्दीतील अनेक महत्त्वाच्या वैज्ञानिक कामांपैकी पहिले प्रकाशित केले. "मेटल सल्फाइड्सच्या माध्यमातून इलेक्ट्रिक करंट्सच्या उत्तीर्णतेवर," हा पेपर पोगेनडॉर्फच्या अॅनालेन, भौतिक विज्ञानाला समर्पित असलेल्या प्रतिष्ठित जर्नलमध्ये स्वीकारण्यात आला. कंटाळवाणे शीर्षक असूनही, ब्राउनच्या पेपरने काही आश्चर्यकारक आणि गोंधळात टाकणारे प्रायोगिक परिणाम वर्णन केले.

फर्डिनांड ब्राउन

तपकिरी सल्फाइड्स-धातूंसह सल्फर संयुगांनी बनलेले खनिज क्रिस्टल्स-त्याच्या कामामुळे उत्सुक झाले. जोहान विल्हेल्म हिटॉर्फ. 1833 च्या सुरुवातीस, मायकेल फॅराडे यांनी नोंदवले की सिल्व्हर सल्फाइडची चालकता तापमानासह वाढते, जी मेटल कंडक्टरच्या वर्तनाच्या अगदी उलट आहे. हिटॉर्फने 1850 च्या दशकात चांदी आणि तांबे सल्फाइड्ससाठी या प्रभावाच्या मोजमापांचा सखोल परिमाणात्मक अहवाल संकलित केला. आता ब्राउन, एक हुशार प्रायोगिक सेटअप वापरून, ज्याने स्प्रिंगसह सल्फाइड क्रिस्टलवर धातूची वायर दाबून चांगला संपर्क सुनिश्चित केला, काहीतरी अगदी अनोळखी शोधले. क्रिस्टल्सची चालकता दिशेवर अवलंबून असते - उदाहरणार्थ, विद्युत् प्रवाह एका दिशेने चांगल्या प्रकारे वाहू शकतो, परंतु जेव्हा बॅटरीची ध्रुवीयता उलट केली जाते, तेव्हा प्रवाह अचानक वेगाने खाली येऊ शकतो. क्रिस्टल्स एका दिशेने (सामान्य धातूंप्रमाणे) कंडक्टरसारखे आणि दुसर्‍या दिशेने (काच किंवा रबरसारखे) अधिक इन्सुलेटरसारखे कार्य करतात. "क्रिम्प्ड" अल्टरनेटिंग करंटला "फ्लॅट" डायरेक्ट करंटमध्ये सरळ करण्याच्या क्षमतेमुळे हे गुणधर्म सुधारणे म्हणून ओळखले जाऊ लागले.

त्याच वेळी, संशोधकांनी सेलेनियमसारख्या पदार्थांचे इतर विचित्र गुणधर्म शोधून काढले, जे विशिष्ट धातूच्या सल्फाइड धातूपासून वितळले जाऊ शकतात. प्रकाशाच्या संपर्कात आल्यावर, सेलेनियमने चालकता वाढवली आणि अगदी वीज निर्माण करण्यास सुरुवात केली आणि ती सुधारण्यासाठी देखील वापरली जाऊ शकते. सल्फाइड क्रिस्टल्सचा काही संबंध होता का? काय घडत आहे हे स्पष्ट करण्यासाठी सैद्धांतिक मॉडेल्सशिवाय, क्षेत्र गोंधळाच्या स्थितीत होते.

तथापि, सिद्धांताच्या अभावामुळे परिणाम व्यावहारिकपणे लागू करण्याचा प्रयत्न थांबला नाही. 1890 च्या दशकाच्या उत्तरार्धात, ब्राऊन स्ट्रासबर्ग विद्यापीठात प्राध्यापक बनले - अलीकडेच ते फ्रान्समधून जोडले गेले. फ्रँको-प्रुशियन युद्ध आणि कैसर विल्हेल्म विद्यापीठाचे नाव बदलले. तेथे तो रेडिओटेलीग्राफीच्या रोमांचक नवीन जगात झोकून गेला. पाण्याद्वारे रेडिओ लहरींच्या प्रसारावर आधारित वायरलेस कम्युनिकेशन सिस्टम संयुक्तपणे तयार करण्याच्या उद्योजकांच्या गटाच्या प्रस्तावाला त्यांनी सहमती दर्शवली. तथापि, त्याने आणि त्याच्या साथीदारांनी लवकरच एअरबोर्न सिग्नलिंगच्या बाजूने मूळ कल्पना सोडली, जी मार्कोनी आणि इतरांनी वापरली होती.

ब्राउनच्या गटाने रेडिओच्या ज्या पैलूंमध्ये सुधारणा करण्याचा प्रयत्न केला त्यात तत्कालीन मानक प्राप्तकर्ता होता, सुसंगत. हे या वस्तुस्थितीवर आधारित होते की रेडिओ लहरींमुळे मेटल फायलिंग्स एकत्रित होतात, ज्यामुळे बॅटरीमधून विद्युत प्रवाह सिग्नलिंग उपकरणाकडे जाऊ शकतो. हे कार्य केले, परंतु सिस्टमने फक्त तुलनेने मजबूत सिग्नलला प्रतिसाद दिला आणि भूसा फोडण्यासाठी डिव्हाइसला सतत दाबणे आवश्यक होते. ब्राउनला सल्फाइड क्रिस्टल्सचे त्यांचे जुने प्रयोग आठवले आणि 1899 मध्ये त्यांनी वायरलेस सिग्नलसाठी डिटेक्टर म्हणून काम करण्यासाठी - नवीन उद्देशाने त्यांचे जुने प्रायोगिक सेटअप पुन्हा तयार केले. रेडिओ लहरी पास करून निर्माण होणार्‍या छोट्या दोलायमान विद्युत् प्रवाहाचे थेट प्रवाहात रूपांतर करण्यासाठी त्याने रेक्टिफिकेशन इफेक्टचा वापर केला ज्यामुळे प्रत्येक बिंदू किंवा डॅशसाठी ऐकू येणार्‍या क्लिकची निर्मिती करणाऱ्या छोट्या स्पीकरला उर्जा मिळू शकते. हे उपकरण नंतर "म्हणून ओळखले जाऊ लागले.मांजर व्हिस्कर डिटेक्टर"वायरच्या देखाव्यामुळे, ज्याने क्रिस्टलच्या शीर्षस्थानी सहजपणे स्पर्श केला. ब्रिटीश भारतात (जिथे आज बांगलादेश आहे), शास्त्रज्ञ आणि शोधक जगदीश बोस यांनी 1894 च्या सुरुवातीला असेच उपकरण तयार केले. इतरांनी लवकरच सिलिकॉन आणि कार्बोरंडम (सिलिकॉन कार्बाइड) वर आधारित समान डिटेक्टर बनवण्यास सुरुवात केली.

तथापि, ते तंतोतंत आहे गॅलेना, लीड सल्फाइड, जे प्राचीन काळापासून शिसे तयार करण्यासाठी वितळले जाते, ते क्रिस्टल डिटेक्टरसाठी पसंतीचे साहित्य बनले आहे. ते बनवायला सोपे आणि स्वस्त होते आणि परिणामी ते रेडिओ शौकीनांच्या सुरुवातीच्या पिढीमध्ये आश्चर्यकारकपणे लोकप्रिय झाले. शिवाय, बायनरी कोहेररच्या विपरीत (एकतर एकत्र गुंफलेल्या किंवा नसलेल्या भुसासह), स्फटिकीय रेक्टिफायर सतत सिग्नल पुनरुत्पादित करू शकतो. म्हणून, तो कानाला ऐकू येईल असा आवाज आणि संगीत तयार करू शकला, आणि फक्त मोर्स कोड त्याच्या ठिपके आणि डॅशसह नाही.

गॅलेनावर आधारित मांजरीचे व्हिस्कर डिटेक्टर. डाव्या बाजूला वायरचा छोटा तुकडा व्हिस्कर आहे आणि तळाशी चांदीचा तुकडा गॅलेना क्रिस्टल आहे.

तथापि, निराश रेडिओ शौकीनांना लवकरच सापडले म्हणून, स्फटिकाच्या पृष्ठभागावरील जादूचा बिंदू शोधण्यासाठी काही मिनिटे किंवा तास लागू शकतात जे चांगले दुरुस्त करेल. आणि प्रवर्धनाशिवाय सिग्नल कमकुवत होते आणि त्यांचा धातूचा आवाज होता. 1920 च्या दशकापर्यंत, ट्रायोड अॅम्प्लीफायर्ससह व्हॅक्यूम ट्यूब रिसीव्हर्सने जवळजवळ सर्वत्र क्रिस्टल डिटेक्टर्स अक्षरशः अप्रचलित केले होते. त्यांचे एकमेव आकर्षक वैशिष्ट्य म्हणजे त्यांचा स्वस्तपणा.

रेडिओ क्षेत्रामध्ये हे संक्षिप्त स्वरूप ब्राउन आणि इतरांनी शोधलेल्या सामग्रीच्या विचित्र विद्युत गुणधर्मांच्या व्यावहारिक वापराची मर्यादा असल्याचे दिसते.

कॉपर ऑक्साईड

त्यानंतर 1920 च्या दशकात, लार्स ग्रँडहल नावाच्या दुसर्या भौतिकशास्त्रज्ञाने त्यांच्या प्रायोगिक सेटअपसह काहीतरी विचित्र शोधले. अमेरिकन वेस्टच्या इतिहासातील हुशार आणि अस्वस्थ पुरुषांच्या स्ट्रिंगपैकी पहिला ग्रँडहल हा सिव्हिल इंजिनिअरचा मुलगा होता. 1880 मध्ये नॉर्वेहून स्थलांतरित झालेल्या त्यांच्या वडिलांनी कॅलिफोर्निया, ओरेगॉन आणि वॉशिंग्टन येथे अनेक दशके रेल्वेमार्गांवर काम केले. सुरुवातीला, ग्रँडहलने आपल्या वडिलांचे अभियांत्रिकी जग सोडून जाण्याचा निश्चय केला, जॉन्स हॉपकिन्सला भौतिकशास्त्रात डॉक्टरेट करण्यासाठी शैक्षणिक मार्गाचा पाठपुरावा करायचा. पण नंतर तो रेल्वेमार्गाच्या व्यवसायात गुंतला आणि औद्योगिक क्षेत्रातील दिग्गज विभाग असलेल्या युनियन स्विच आणि सिग्नलमध्ये संशोधन संचालक म्हणून पदभार स्वीकारला. वेस्टिंगहाऊस, ज्याने रेल्वे उद्योगासाठी उपकरणे पुरवली.

ग्रोंडाहलच्या संशोधनाच्या प्रेरणेमागे विविध स्रोत परस्परविरोधी कारणे दर्शवतात, परंतु जशास तसे, त्यांनी ऑक्सिडाइज्ड थर तयार करण्यासाठी एका बाजूला गरम केलेल्या तांब्याच्या डिस्कवर प्रयोग करण्यास सुरुवात केली. त्यांच्याबरोबर काम करताना, त्याने विद्युत् प्रवाहाची असममितता लक्षात घेतली - एका दिशेने प्रतिकार दुसर्यापेक्षा तीनपट जास्त होता. तांबे आणि तांबे ऑक्साईडच्या डिस्कने सल्फाइड क्रिस्टलप्रमाणे विद्युत प्रवाह दुरुस्त केला.

कॉपर ऑक्साइड रेक्टिफायर सर्किट

पेटंट अर्ज सबमिट करण्यापूर्वी आणि १९२६ मध्ये अमेरिकन फिजिकल सोसायटीला त्याच्या शोधाची घोषणा करण्यापूर्वी ग्रँडहलने पुढील सहा वर्षे या घटनेवर आधारित वापरण्यास-तयार व्यावसायिक रेक्टिफायर विकसित करण्यात घालवली. लगेचच व्यावसायिक हिट ठरला. नाजूक फिलामेंट्सच्या अनुपस्थितीमुळे, फ्लेमिंग वाल्व तत्त्वावर आधारित व्हॅक्यूम ट्यूब रेक्टिफायरपेक्षा ते अधिक विश्वासार्ह होते आणि उत्पादनासाठी स्वस्त होते. ब्राउन रेक्टिफायर क्रिस्टल्सच्या विपरीत, ते पहिल्या प्रयत्नात काम करत होते आणि मेटल आणि ऑक्साईडमधील मोठ्या संपर्क क्षेत्रामुळे, ते विद्युत प्रवाह आणि व्होल्टेजच्या मोठ्या श्रेणीसह कार्य करते. हे बॅटरी चार्ज करू शकते, विविध विद्युत प्रणालींमधील सिग्नल शोधू शकते आणि शक्तिशाली जनरेटरमध्ये सुरक्षा शंट म्हणून काम करू शकते. फोटोसेल म्‍हणून वापरल्‍यास त्‍या चकती लाइट मीटर म्‍हणून काम करू शकतात आणि विशेषत: फोटोग्राफीमध्‍ये उपयोगी होते. त्याच वेळी इतर संशोधकांनी सेलेनियम रेक्टिफायर्स विकसित केले ज्यात समान अनुप्रयोग आढळले.

कॉपर ऑक्साईडवर आधारित रेक्टिफायर्सचा एक पॅक. अनेक डिस्कच्या असेंब्लीने उलट प्रतिकार वाढविला, ज्यामुळे त्यांना उच्च व्होल्टेजसह वापरणे शक्य झाले.

काही वर्षांनंतर, दोन बेल लॅब भौतिकशास्त्रज्ञ, जोसेफ बेकर आणि वॉल्टर ब्रॅटन, कॉपर रेक्टिफायरच्या कार्याच्या तत्त्वाचा अभ्यास करण्याचा निर्णय घेतला - ते कसे कार्य करते आणि बेल सिस्टममध्ये ते कसे वापरले जाऊ शकते हे शिकण्यात त्यांना रस होता.

वृद्धापकाळात ब्रॅटेन - अंदाजे. 1950

ब्रॅटेन हा पॅसिफिक वायव्येकडील ग्रँडल सारख्याच भागातील होता, जिथे तो कॅनडाच्या सीमेपासून काही किलोमीटर अंतरावर असलेल्या एका शेतात मोठा झाला. हायस्कूलमध्ये, त्याला भौतिकशास्त्रात रस निर्माण झाला, त्याने या क्षेत्रात योग्यता दाखवली आणि अखेरीस 1920 च्या उत्तरार्धात मिनेसोटा विद्यापीठातून डॉक्टरेट मिळवली आणि 1929 मध्ये बेल लॅबोरेटरीजमध्ये नोकरी स्वीकारली. इतर गोष्टींबरोबरच, त्याने विद्यापीठात शिक्षण घेतले. नवीनतम सैद्धांतिक भौतिकशास्त्र, जे युरोपमध्ये लोकप्रिय होत होते, आणि क्वांटम मेकॅनिक्स म्हणून ओळखले जाते (त्याचा क्युरेटर होता जॉन हॅस्ब्रुक व्हॅन व्लेक, ज्याने जॉन अटानासॉफचे मार्गदर्शन देखील केले).

क्वांटम क्रांती

गेल्या तीन दशकांमध्ये एक नवीन सैद्धांतिक प्लॅटफॉर्म हळूहळू विकसित झाला आहे आणि कालांतराने ते गॅलेना, सेलेनियम आणि कॉपर ऑक्साईड सारख्या पदार्थांमध्ये वर्षानुवर्षे पाहिल्या गेलेल्या सर्व विचित्र घटनांचे स्पष्टीकरण देण्यास सक्षम असेल. मुख्यतः जर्मनी आणि शेजारील देशांतील तरुण भौतिकशास्त्रज्ञांच्या संपूर्ण गटाने भौतिकशास्त्रात क्वांटम क्रांती घडवून आणली. त्यांनी सर्वत्र पाहिले, त्यांना शिकवले गेलेले गुळगुळीत आणि सतत जग सापडले नाही, परंतु विचित्र, वेगळ्या गुठळ्या सापडल्या.

हे सर्व 1890 मध्ये सुरू झाले. बर्लिन विद्यापीठातील प्रसिद्ध प्राध्यापक मॅक्स प्लँक यांनी एका सुप्रसिद्ध अनसुलझे समस्येवर काम करण्याचा निर्णय घेतला: कसेपूर्णपणे काळे शरीर"(एक आदर्श पदार्थ जो सर्व ऊर्जा शोषून घेतो आणि ते प्रतिबिंबित करत नाही) इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक स्पेक्ट्रममध्ये रेडिएशन उत्सर्जित करतो? विविध मॉडेल्सचा प्रयत्न केला गेला, त्यापैकी एकही प्रायोगिक परिणामांशी जुळला नाही - ते स्पेक्ट्रमच्या एका टोकाला किंवा दुसऱ्या टोकाला अयशस्वी झाले. प्लँकने शोधून काढले की जर आपण असे गृहीत धरले की ऊर्जा वेगळ्या प्रमाणात लहान "पॅकेट्स" मध्ये उत्सर्जित केली जाते, तर आपण वारंवारता आणि ऊर्जा यांच्यातील संबंधांचा एक साधा नियम लिहू शकतो, जो अनुभवजन्य परिणामांशी पूर्णपणे जुळतो.

लवकरच, आइन्स्टाईनने शोधून काढले की प्रकाशाच्या शोषणासह (फोटॉनचा पहिला इशारा) असेच घडते आणि जे. जे. थॉमसनने दाखवले की वीज देखील सतत द्रव किंवा लहरीद्वारे वाहून जात नाही, तर वेगळ्या कणांद्वारे - इलेक्ट्रॉनद्वारे. त्यानंतर नील्स बोहर यांनी अणूमधील वैयक्तिक कक्षांना इलेक्ट्रॉन नियुक्त करून उत्तेजित अणू रेडिएशन कसे उत्सर्जित करतात हे स्पष्ट करण्यासाठी एक मॉडेल तयार केले, प्रत्येकाची स्वतःची ऊर्जा. तथापि, हे नाव दिशाभूल करणारे आहे कारण ते ग्रहांच्या कक्षेप्रमाणे अजिबात वागत नाहीत - बोहरच्या मॉडेलमध्ये, इलेक्ट्रॉन एका मध्यवर्ती अवस्थेतून न जाता एका कक्षेतून, किंवा उर्जेच्या पातळीपासून दुसर्‍या कक्षेत त्वरित उडी मारतात. शेवटी, 1920 च्या दशकात, एर्विन श्रोडिंगर, वर्नर हायझेनबर्ग, मॅक्स बॉर्न आणि इतरांनी क्वांटम मेकॅनिक्स म्हणून ओळखले जाणारे एक सामान्यीकृत गणितीय प्लॅटफॉर्म तयार केले, ज्यामध्ये मागील वीस वर्षांमध्ये तयार करण्यात आलेल्या सर्व विशेष क्वांटम मॉडेल्सचा समावेश केला गेला.

यावेळेपर्यंत, भौतिकशास्त्रज्ञांना आधीच खात्री होती की सेलेनियम आणि गॅलेना सारखी सामग्री, ज्यात फोटोव्होल्टेइक आणि सुधारित गुणधर्म प्रदर्शित केले जातात, ते वेगळ्या प्रकारच्या सामग्रीचे होते, ज्याला ते सेमीकंडक्टर म्हणतात. वर्गीकरणाला अनेक कारणांमुळे इतका वेळ लागला. प्रथम, "कंडक्टर" आणि "इन्सुलेटर" श्रेणी स्वतःच खूप विस्तृत होत्या. टी.एन. "कंडक्टर" हे चालकतेमध्ये खूप भिन्न आहेत, तेच (थोड्या प्रमाणात) इन्सुलेटरचे वैशिष्ट्य होते आणि कोणत्याही विशिष्ट कंडक्टरचे यापैकी कोणत्याही वर्गात वर्गीकरण कसे करता येईल हे स्पष्ट नव्हते. शिवाय, XNUMX व्या शतकाच्या मध्यापर्यंत अतिशय शुद्ध पदार्थ मिळवणे किंवा तयार करणे अशक्य होते आणि नैसर्गिक पदार्थांच्या चालकतेतील कोणतीही विचित्रता नेहमीच दूषित होण्यास कारणीभूत ठरू शकते.

भौतिकशास्त्रज्ञांकडे आता क्वांटम मेकॅनिक्सची गणिती साधने आणि सामग्रीचा एक नवीन वर्ग होता ज्यावर ते लागू केले जाऊ शकतात. ब्रिटिश सिद्धांतकार अॅलन विल्सन हे सर्व एकत्र ठेवणारे आणि सेमीकंडक्टरचे सामान्य मॉडेल तयार करणारे आणि ते 1931 मध्ये कसे कार्य करतात ते पहिले होते.

सुरुवातीला, विल्सनने असा युक्तिवाद केला की प्रवाहकीय पदार्थ त्यांच्या ऊर्जा बँडच्या स्थितीत डायलेक्ट्रिक्सपेक्षा भिन्न असतात. क्वांटम मेकॅनिक्स सांगते की वैयक्तिक अणूंच्या शेल किंवा ऑर्बिटल्समध्ये सापडलेल्या मर्यादित संख्येत ऊर्जा पातळीमध्ये इलेक्ट्रॉन अस्तित्वात असू शकतात. जर तुम्ही हे अणू पदार्थाच्या संरचनेत एकत्र पिळून काढले तर त्यातून सतत ऊर्जा झोन जात असल्याची कल्पना करणे अधिक योग्य ठरेल. उच्च ऊर्जा पट्ट्यांमध्ये कंडक्टरमध्ये रिक्त जागा आहेत आणि विद्युत क्षेत्र मुक्तपणे इलेक्ट्रॉन हलवू शकते. इन्सुलेटरमध्ये, झोन भरलेले असतात आणि उच्च, कंडक्टिंग झोनपर्यंत पोहोचण्यासाठी खूप लांब चढाई असते, ज्याद्वारे विजेचा प्रवास करणे सोपे होते.

यामुळे तो या निष्कर्षापर्यंत पोहोचला की अशुद्धता - सामग्रीच्या संरचनेतील परदेशी अणू - त्याच्या अर्धसंवाहक गुणधर्मांमध्ये योगदान देणे आवश्यक आहे. ते एकतर अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन पुरवू शकतात, जे सहजपणे वहन बँडमध्ये बाहेर पडतात, किंवा छिद्रे-उर्वरित सामग्रीच्या तुलनेत इलेक्ट्रॉनची कमतरता-ज्यामुळे मुक्त इलेक्ट्रॉन हलवू शकतील अशा रिकाम्या ऊर्जा जागा तयार करतात. पहिल्या पर्यायाला नंतर एन-टाइप (किंवा इलेक्ट्रॉनिक) सेमीकंडक्टर असे म्हटले गेले कारण जास्त नकारात्मक चार्ज होते आणि दुसरा - पी-टाइप किंवा होल सेमीकंडक्टर जास्त सकारात्मक चार्जमुळे.

शेवटी, विल्सनने प्रस्तावित केले की अर्धसंवाहकांद्वारे वर्तमान सुधारणे क्वांटम क्वांटम अटींमध्ये स्पष्ट केली जाऊ शकते. बोगदा प्रभाव, मटेरियलमधील पातळ विद्युत अडथळा ओलांडून इलेक्ट्रॉनची अचानक उडी. हा सिद्धांत प्रशंसनीय वाटला, परंतु रेक्टिफायरमध्ये विद्युत प्रवाह ऑक्साईडमधून तांब्याकडे वाहायला हवा, असे भाकीत केले होते, जरी प्रत्यक्षात ते उलट होते.

त्यामुळे, विल्सनच्या सर्व यशानंतरही, अर्धसंवाहक स्पष्ट करणे कठीण राहिले. जसजसे हे हळूहळू स्पष्ट होत गेले, तसतसे क्रिस्टल रचनेतील सूक्ष्म बदल आणि अशुद्धतेच्या एकाग्रतेमुळे त्यांच्या मॅक्रोस्कोपिक विद्युत वर्तनावर विषम परिणाम झाला. समजुतीच्या अभावाकडे दुर्लक्ष करून-कारण 60 वर्षांपूर्वी ब्राउनने केलेल्या प्रायोगिक निरीक्षणांचे कोणीही स्पष्टीकरण देऊ शकले नाही-ब्रेटेन आणि बेकर यांनी त्यांच्या मालकासाठी कॉपर-ऑक्साइड रेक्टिफायर्ससाठी एक कार्यक्षम उत्पादन प्रक्रिया विकसित केली. बेल सिस्टीमने त्वरीत संपूर्ण सिस्टीममध्ये व्हॅक्यूम ट्यूब रेक्टिफायरच्या जागी एका नवीन उपकरणाने सुरुवात केली ज्याला त्यांच्या अभियंत्यांनी नाव दिले. varistor, कारण त्याचा प्रतिकार दिशानुसार बदलतो.

सुवर्ण पदक

मर्विन केली, एक भौतिकशास्त्रज्ञ आणि बेल लॅब्सच्या व्हॅक्यूम ट्यूब विभागाचे माजी प्रमुख, यांना या विकासामध्ये खूप रस होता. काही दशकांच्या कालावधीत, व्हॅक्यूम ट्यूबने बेलला अमूल्य सेवा प्रदान केली आणि यांत्रिक आणि इलेक्ट्रोमेकॅनिकल घटकांच्या मागील पिढीसह शक्य नसलेली कार्ये करण्यास सक्षम होते. परंतु ते गरम होते, नियमितपणे जास्त गरम होते, भरपूर ऊर्जा वापरली जाते आणि त्यांची देखभाल करणे कठीण होते. केलीचा बेलची प्रणाली अधिक विश्वासार्ह आणि टिकाऊ सॉलिड-स्टेट इलेक्ट्रॉनिक घटकांसह पुनर्बांधणी करण्याचा हेतू होता, जसे की व्हेरिस्टर, ज्यांना सीलबंद, गॅसने भरलेले किंवा रिकाम्या केसेस किंवा गरम फिलामेंट्सची आवश्यकता नसते. 1936 मध्ये, ते बेल लॅबच्या संशोधन विभागाचे प्रमुख बनले आणि संस्थेला नवीन मार्गावर पुनर्निर्देशित करण्यास सुरुवात केली.

सॉलिड-स्टेट रेक्टिफायर प्राप्त केल्यानंतर, पुढील स्पष्ट पायरी म्हणजे सॉलिड-स्टेट अॅम्प्लिफायर तयार करणे. साहजिकच, ट्यूब अॅम्प्लिफायरप्रमाणे, असे उपकरण डिजिटल स्विच म्हणूनही काम करू शकते. हे बेलच्या कंपनीसाठी विशेष स्वारस्यपूर्ण होते, कारण टेलिफोन स्विचेसमध्ये अजूनही मोठ्या प्रमाणात इलेक्ट्रोमेकॅनिकल डिजिटल स्विच वापरले जात होते. कंपनी टेलिफोन सिस्टीम, रेडिओ, रडार आणि इतर अॅनालॉग उपकरणांमध्ये व्हॅक्यूम ट्यूबसाठी अधिक विश्वासार्ह, लहान, ऊर्जा-कार्यक्षम आणि कूलर बदलण्याच्या शोधात होती, जिथे त्यांचा वापर मानवी कानाला ऐकू येईल अशा पातळीपर्यंत कमकुवत सिग्नल वाढवण्यासाठी केला जात होता.

1936 मध्ये, बेल लॅबोरेटरीजने शेवटी लादलेला हायरिंग फ्रीझ उठवला. तीव्र उदासिनता. केलीने ताबडतोब क्वांटम मेकॅनिक्स तज्ञांची भरती करण्यास सुरुवात केली, ज्यात त्याचा सॉलिड-स्टेट संशोधन कार्यक्रम सुरू करण्यात मदत होते. विल्यम शॉकली, पालो अल्टो, कॅलिफोर्निया येथील आणखी एक वेस्ट कोस्ट मूळ. त्याच्या अलीकडील एमआयटी प्रबंधाचा विषय केलीच्या गरजांसाठी पूर्णपणे अनुकूल होता: "सोडियम क्लोराईडमधील इलेक्ट्रॉन बँड."

ब्रॅटन आणि बेकर यांनी सुधारित सॉलिड-स्टेट अॅम्प्लिफायर शोधत, कॉपर ऑक्साईड रेक्टिफायरवर त्यांचे संशोधन चालू ठेवले. व्हॅक्यूम ट्यूबसह समानतेचे अनुसरण करणे हे बनवण्याचा सर्वात स्पष्ट मार्ग होता. जसे ली डी फॉरेस्टने ट्यूब अँप घेतला आणि इलेक्ट्रिकल ग्रिड लावले कॅथोड आणि एनोड दरम्यान आणि ब्रॅटन आणि बेकर यांनी कल्पना केली की तांबे आणि कॉपर ऑक्साईडच्या जंक्शनवर जाळी कशी घातली जाऊ शकते, जिथे सुधारणे अपेक्षित होते. तथापि, थराच्या लहान जाडीमुळे, त्यांना हे करणे अशक्य वाटले आणि त्यात ते यशस्वी झाले नाहीत.

दरम्यान, इतर घडामोडींवरून असे दिसून आले की बेल लॅब ही सॉलिड-स्टेट इलेक्ट्रॉनिक्समध्ये स्वारस्य असलेली एकमेव कंपनी नाही. 1938 मध्ये, रुडॉल्फ हिल्श आणि रॉबर्ट पोहल यांनी गॉटिंगेन विद्यापीठात पोटॅशियम ब्रोमाइड क्रिस्टलमध्ये ग्रिड तयार करून कार्यरत सॉलिड-स्टेट अॅम्प्लिफायरवर केलेल्या प्रयोगांचे परिणाम प्रकाशित केले. या प्रयोगशाळेतील उपकरणाचे कोणतेही व्यावहारिक मूल्य नव्हते, मुख्यत्वे कारण ते 1 Hz पेक्षा जास्त वारंवारतेवर कार्यरत होते. आणि तरीही, ही कामगिरी सॉलिड-स्टेट इलेक्ट्रॉनिक्समध्ये स्वारस्य असलेल्या प्रत्येकाला संतुष्ट करू शकली नाही. त्याच वर्षी, केलीने शॉकलीला एका नवीन स्वतंत्र सॉलिड-स्टेट उपकरण संशोधन गटाकडे सोपवले आणि त्याला आणि त्याचे सहकारी फॉस्टर निक्स आणि डीन वूलरिज कार्टे ब्लँचे यांना त्यांची क्षमता एक्सप्लोर करण्यासाठी दिली.

कमीतकमी दोन इतर शोधकांनी द्वितीय विश्वयुद्धापूर्वी सॉलिड-स्टेट अॅम्प्लीफायर तयार केले. 1922 मध्ये, सोव्हिएत भौतिकशास्त्रज्ञ आणि शोधक ओलेग व्लादिमिरोविच लोसेव्ह झिंसाइट सेमीकंडक्टरसह यशस्वी प्रयोगांचे परिणाम प्रकाशित केले, परंतु त्यांचे कार्य पाश्चात्य समुदायाच्या लक्षात आले नाही; 1926 मध्ये, अमेरिकन शोधक ज्युलियस लिलेनफिल्डने सॉलिड-स्टेट अॅम्प्लिफायरसाठी पेटंटसाठी अर्ज केला, परंतु त्याचा शोध कार्य करत असल्याचा कोणताही पुरावा नाही.

ब्रिटीश भौतिकशास्त्रज्ञ नेव्हिल मॉथ यांचे 1938 मधील कार्य, द थिअरी ऑफ क्रिस्टलाइन रेक्टिफायर्स वाचताना शॉकलीला त्याच्या नवीन स्थितीत प्रथम मोठे अंतर्दृष्टी प्राप्त झाले, ज्याने शेवटी ग्रँडहल कॉपर ऑक्साईड रेक्टिफायरच्या ऑपरेशनचे सिद्धांत स्पष्ट केले. मॉटने क्वांटम मेकॅनिक्सच्या गणिताचा उपयोग कंडक्टिंग मेटल आणि सेमीकंडक्टिंग ऑक्साईडच्या जंक्शनवर इलेक्ट्रिक फील्डच्या निर्मितीचे वर्णन करण्यासाठी केला आणि विल्सनने प्रस्तावित केल्याप्रमाणे बोगदा करण्याऐवजी इलेक्ट्रॉन या विद्युत अडथळ्यावर "उडी" कसे मारतात याचे वर्णन केले. विद्युत प्रवाह धातूपासून अर्धसंवाहकाकडे त्याउलट अधिक सहजतेने वाहतो कारण धातूमध्ये बरेच मुक्त इलेक्ट्रॉन असतात.

यामुळे शॉकलीला नेमकी तीच कल्पना आली जी ब्रॅटन आणि बेकर यांनी अनेक वर्षांपूर्वी विचारात घेतली होती आणि ती नाकारली होती - तांबे आणि कॉपर ऑक्साईडमध्ये कॉपर ऑक्साईड जाळी घालून सॉलिड-स्टेट अॅम्प्लिफायर बनवणे. त्याला आशा होती की ग्रिडमधून प्रवाहित होणारा विद्युत प्रवाह तांबेपासून ऑक्साईडपर्यंत प्रवाह मर्यादित करणारा अडथळा वाढवेल, ज्यामुळे ग्रिडवरील सिग्नलची उलटी, वाढीव आवृत्ती तयार होईल. त्याचा पहिला क्रूड प्रयत्न पूर्णपणे अयशस्वी झाला, म्हणून तो अधिक परिष्कृत प्रयोगशाळा कौशल्ये आणि रेक्टिफायर्सशी परिचित असलेल्या माणसाकडे वळला: वॉल्टर ब्रॅटन. आणि, जरी त्याला परिणामाबद्दल शंका नसली तरी, ब्रॅटनने शॉकलीची उत्सुकता पूर्ण करण्यास सहमती दर्शविली आणि "ग्रिड" अॅम्प्लिफायरची अधिक जटिल आवृत्ती तयार केली. तिने काम करण्यासही नकार दिला.

मग युद्धाने हस्तक्षेप केला आणि केलीचा नवीन संशोधन कार्यक्रम गोंधळात टाकला. केली बेल लॅब्समधील रडार वर्किंग ग्रुपची प्रमुख बनली, ज्याला एमआयटीच्या मुख्य यूएस रडार संशोधन केंद्राने पाठिंबा दिला. ब्रॅटनने त्याच्यासाठी काही काळ काम केले आणि नंतर नौदलासाठी पाणबुड्यांचे चुंबकीय शोध यावर संशोधन केले. वूलरिजने फायर कंट्रोल सिस्टीमवर काम केले, निक्सने मॅनहॅटन प्रकल्पासाठी वायू प्रसारावर काम केले आणि शॉकले ऑपरेशनल रिसर्चमध्ये गेले, प्रथम अटलांटिकमध्ये पाणबुडीविरोधी युद्धावर आणि नंतर पॅसिफिकमध्ये रणनीतिक बॉम्बफेकीवर काम केले.

परंतु या हस्तक्षेपानंतरही, युद्धाने सॉलिड-स्टेट इलेक्ट्रॉनिक्सचा विकास थांबविला नाही. याउलट, याने शेतात मोठ्या प्रमाणावर संसाधने ओतली आणि दोन सामग्रीवर संशोधन केले: जर्मेनियम आणि सिलिकॉन.

अजून काय वाचायचे

अर्नेस्ट ब्रुअन आणि स्टुअर्ट मॅकडोनाल्ड, रिव्होल्यूशन इन मिनिएचर (1978)

फ्रेडरिक कुरिलो आणि चार्ल्स सस्किंड, फर्डिनांड ब्रॉन (1981)

G. L. Pearson आणि W. H. Brattain, “History of Semiconductor Research,” Proceedings of the IRE (डिसेंबर 1955).

मायकेल रिओर्डन आणि लिलियन हॉडेसन, क्रिस्टल फायर (1997)

स्त्रोत: www.habr.com