Alte articole din ciclu:
- Istoria releului
- Istoria calculatoarelor electronice
- Istoria tranzistorului
- Istoria internetului
Focul războiului a pregătit terenul pentru apariția transistorului. Între 1939 și 1945, cunoștințele tehnice din domeniul semiconductorilor s-au extins enorm. Și motivul a fost unul simplu: radarul. Cea mai importantă tehnologie a războiului, printre exemplele de aplicare fiind: detectarea atacurilor aeriene, căutarea submarinelor, îndrumarea raidurilor aeriene nocturne către ținte, dirijarea sistemelor de apărare antiaeriană și a artileriei navale. Inginerii au reușit chiar să încorporeze radare mici în proiectilele de artilerie, pentru a exploda atunci când trec pe lângă țintă – . Totuși, sursa acestei noi tehnologii militare puternice a fost o arie mai pașnică: studiul straturilor superioare ale atmosferei în scopuri științifice.
Radarul
În 1901, compania „Telegraful fără fir Marconi” a reușit să transmită un mesaj wireless peste Atlantic, din Cornwall în Newfoundland. Acest fapt a lăsat știința modernă în confuzie. Dacă undele radio se mișcă în linie dreaptă (așa cum ar trebui să se întâmple), o astfel de transmisie ar trebui să fie imposibilă. Între Anglia și Canada nu există o linie dreaptă de vizibilitate care să nu intersecteze Pământul, așa că mesajul lui Marconi ar fi trebuit să dispară în cosmos. Inginerul american Arthur Kennelly și fizicianul britanic Oliver Heaviside au sugerat simultan și independent că explicația acestui fenomen ar trebui să fie legată de un strat de gaz ionizat aflat în straturile superioare ale atmosferei, capabil să reflecte undele radio înapoi către Pământ (Marconi însuși considera că undele radio urmează curbura Pământului, însă fizicienii nu l-au susținut).
În anii 1920, oamenii de știință au dezvoltat o nouă echipament care permitea mai întâi să demonstreze existența ionosferei și apoi să-i studieze structura. Au folosit tuburi electronice pentru a genera impulsuri radio de unde scurte, antene direcționate pentru a le trimite în sus în atmosferă și pentru a înregistra ecoul, și pentru a demonstra rezultatele. Cu cât întârzierea întoarcerii ecoului era mai mare, cu atât ionosfera ar trebui să fie mai departe. Această tehnologie a fost numită sondaj atmosferic și a furnizat infrastructura tehnică de bază pentru crearea radarului (termenul „radar”, de la RAdio Detection And Ranging, a apărut abia în anii 1940 în marina militară americană).
Ceea ce a fost doar o chestiune de timp pentru ca oamenii cu cunoștințele, resursele și motivația necesare să înțeleagă potențialul aplicării terestre a acestui tip de echipament (astfel, istoria radarului este opusă celei a telescopului, care a fost inițial destinat utilizării pe teren). Iar probabilitatea unei astfel de iluminări a crescut pe măsură ce radio s-a răspândit tot mai mult pe planetă, iar tot mai mulți oameni au început să observe interferențe provenind de la nave, avioane și alte obiecte mari aflate în apropiere. Cunoștințele din domeniul tehnologiilor de sondare a stratului superior al atmosferei s-au răspândit în timpul celui de-al doilea (1932-1933), când echipele de la diverse stații arctice au realizat o hartă a ionosferei. În scurt timp, echipe din Marea Britanie, SUA, Germania, Italia, URSS și alte țări au dezvoltat propriile sisteme radar simple.
cu radarul său din 1935
Apoi a început războiul și importanța radarelor pentru țări – și a resurselor pentru dezvoltarea lor – a crescut brusc. În SUA, aceste resurse s-au adunat în jurul unei noi organizații, înființate în 1940 la MIT, cunoscută sub numele de (denumită astfel pentru a induce în eroare spionii străini și a crea impresia că laboratoriile cercetează radioactivitatea – atunci, foarte puțini credeau în bombele atomice). Proiectul Rad Lab, care nu a devenit atât de faimos precum Proiectul Manhattan, a reunit totuși fizicieni excepționali și talentați din întreaga SUA. Cinci dintre primii angajați ai laboratorului (inclusiv și ) au primit ulterior Premii Nobel. La sfârșitul războiului, în laborator lucrau aproximativ 500 de doctori în științe, cercetători și ingineri, iar în total erau angajați 4000 de oameni. O jumătate de milion de dolari – echivalent cu întregul buget de creare a ENIAC – a fost cheltuit doar pentru publicarea Radiation Laboratory Series, douăzeci și șapte de volume, în care era descrisă tot ceea ce s-a învățat în laborator în timpul războiului (în același timp, cheltuielile guvernului american pentru tehnologiile radar nu erau limitate la bugetul Rad Lab; în timpul războiului, guvernul a achiziționat radare în valoare de trei miliarde de dolari).
Corp 20 MIT, unde se afla Rad Lab
Una dintre principalele arii de cercetare ale Rad Lab a fost radarul cu frecvență înaltă. Primele radare foloseau unde cu lungimi măsurate în metri. Însă razele de frecvență mai mare, cu lungimi de unde măsurate în centimetri – unde milimetrice – permiteau utilizarea de antene mai compacte și se dispersau mai puțin pe distanțe mari, ceea ce promitea avantaje semnificative în ceea ce privește raza de acțiune și precizia. Radarele cu microunde ar fi putut încăpea în botul unui avion și puteau să detecteze obiecte de dimensiunea unui periscop de submarin.
Primii care au reușit să rezolve această problemă au fost o echipă de fizicieni britanici de la Universitatea din Birmingham. În 1940, au dezvoltat „„ care funcționa ca un „fluier” electromagnetic, transformând un impuls electric haotic într-un fascicul puternic și precis de microunde. Acest emițător cu microunde era de o mie de ori mai puternic comparativ cu cel mai apropiat competitor; a deschis calea pentru crearea emițătoarelor radar de înaltă frecvență practice. Totuși, avea nevoie de un partener, un receptor capabil să înregistreze frecvențele înalte. Și aici revenim la istoria semiconductoarelor.
Secțiunea transversală a magnetronului
A doua venire a vârfului de pisică
S-a dovedit că lămpile electronice nu erau deloc adaptate pentru a primi semnalele radar cu microunde. Fisura dintre catodul cald și anodul rece creează o capacitate, făcând circuitul să nu funcționeze la frecvențe înalte. Cea mai bună tehnologie disponibilă pentru radarele cu frecvență înaltă era vechiul „„ – un mic segment de sârmă, apăsat pe un cristal semiconductor. Acest lucru a fost descoperit independent de mai multe persoane, dar cea mai apropiată de povestea noastră este ceea ce s-a întâmplat în New Jersey.
În 1938, laboratoarele Bell au încheiat un contract cu marina militară pentru dezvoltarea unui radar de control al focului pe o lungime de undă de 40 cm – aceasta era mult mai scurtă și, prin urmare, avea o frecvență mai ridicată decât radarele existente în epoca de dinaintea magnetroanelor rezonante. Principalul lucru de cercetare a fost atribuit unei divizii a laboratoarelor din Holmdel, la sud de Staten Island. Cercetătorilor nu le-a luat mult timp să realizeze ce aveau nevoie pentru un receptor de înaltă frecvență, și curând inginerul George Southworth a început să răsfoiască magazinele de radiotehnică din Manhattan în căutarea unor detectoare vechi „cu fir de pisică”. Așa cum era de așteptat, acestea funcționau mult mai bine decât detectorul pe tuburi, dar erau instabile. De aceea, Southworth a descoperit un electrochimic pe nume Russell Ohl și i-a cerut să încerce să îmbunătățească omogenitatea răspunsului detectorului cristalin cu un punct de contact.
Ohl era o persoană destul de excentrică, considerând dezvoltarea tehnologiei ca fiind destinul său și povestind despre epifanii periodice cu viziuni despre viitor. De exemplu, el spunea că deja în 1939 știa despre viitorul inventării amplificatorului pe bază de siliciu, dar că era predestinat ca această invenție să fie realizată de altcineva. După ce a studiat zeci de variante, el a ales siliciul ca fiind cel mai bun material pentru receptorii lui Southworth. Problema era posibilitatea de a controla conținutul materialului pentru a gestiona proprietățile sale electrice. Atunci, blocurile industriale de siliciu erau larg utilizate, ele erau folosite în fabricile de oțel, dar la o astfel de producție pe nimeni nu îl interesa, de exemplu, conținutul de 1% fosfor în siliciu. Obținând ajutor de la câțiva metalurgi, Ohl și-a propus să obțină blocuri mult mai pure decât fusese realizat anterior.
În timpul lucrului, ei au descoperit că unele dintre cristalele lor direcționau curentul într-o singură direcție, în timp ce altele îl direcționau în direcția opusă. Le-au denumit „tip n” și „tip p”. O analiză suplimentară a arătat că aceste tipuri erau determinate de diferite tipuri de impurități. Siliciul se află în a patra coloană a tabelului periodic al lui Mendeleev, adică are patru electroni pe stratul său exterior. Într-o prelucrare din siliciu pur, fiecare dintre acești electroni s-ar fi combinat cu vecinul său. Impuritățile din coloana a treia, să zicem bor, care are un electron mai puțin, creau „goluri”, un spațiu suplimentar pentru mișcarea curentului în cristal. Rezultatul era un semicondutor de tip p (cu un surplus de sarcini pozitive). Elementele din coloana a cincea, cum ar fi fosforul, ofereau electroni liberi suplimentari pentru transportul curentului, rezultând astfel un semicondutor de tip n.
Structura cristalină a siliciului
Toate aceste cercetări au fost foarte interesante, însă până în 1940, Southworth și Ols nu reușiseră să realizeze un prototip funcțional de radar cu frecvență înaltă. Guvernul britanic solicita rezultate practice imediate din cauza amenințării iminente din partea Luftwaffe, care deja creaseră detectoare cu microunde gata de producție, funcționând în tandem cu emițătoare magnetron.
Totuși, în curând, balanța realizărilor tehnice avea să se încline în favoarea părții occidentale a Atlanticului. Churchill a decis să dezvăluie toate secretele tehnice ale Marii Britanii americanelor chiar înainte de a intra cu adevărat în război (de vreme ce, așa cum presupunea el, acest lucru urma să se întâmple oricum). Credea că merită să riște o scurgere de informații, deoarece, în acest fel, toate capacitățile industriale ale SUA ar putea fi concentrată asupra unor sarcini precum armele nucleare și radarele. Misiunea științifică și tehnică britanică (mai cunoscută ca ) a sosit la Washington în septembrie 1940 și a adus în bagaje un cadou sub formă de minuni tehnice.
Revelația puterii incredibile a magnetronului de rezonanță și eficiența detectoarelor cristaline britanice în captarea semnalului său a revitalizat cercetările americanilor în domeniul semiconductorilor, ca bază pentru radarele de înaltă frecvență. Era mult de muncă de făcut, în special în domeniul științei materialelor. Cerințele au crescut, deoarece cristalele semiconductoare trebuiau produse cu milioanele, mult mai mult decât era posibil anterior. Era necesară îmbunătățirea redresării, reducerea sensibilității la șocuri și a probabilității de ardere, precum și minimizarea diferenței dintre diferitele loturi de cristale.
Redresor de siliciu cu contact punctual
La Rad Lab, s-au deschis noi departamente de cercetare pentru a studia proprietățile cristalelor semiconductoare și modul în care acestea pot fi modificate pentru a maximiza proprietățile valoroase ca receptori. Materialele cele mai promițătoare au fost siliciul și germaniul, așa că la Rad Lab s-au decis să fie precauți și au lansat programe paralele pentru a studia ambele: siliciul la Universitatea din Pennsylvania și germaniul la Purdue. Giganti industriali precum Bell, Westinghouse, Du Pont și Sylvania au început propriile programe de cercetare în domeniul semiconductorilor și au început dezvoltarea de noi capacități de producție pentru detectoare cristaline.
Prin eforturi comune, puritatea cristalelor de siliciu și germaniu a fost crescută de la 99% la 99,999% - adică, la o particulă de impuritate la 100.000 de atomii. Pe parcursul acestui proces, personalul de cercetare, format din oameni de știință și ingineri, a familiarizat îndeaproape cu proprietățile abstracte ale germaniului și siliciului și tehnologiile aplicate pentru controlul acestora: topirea, creșterea cristalelor, adăugarea impurităților necesare (precum borul, care creștea conductivitatea).
Apoi, războiul s-a încheiat. Cererea de radare a dispărut, dar cunoștințele și abilitățile dobândite în timpul războiului nu s-au pierdut, iar visul unui amplificator solid-state nu a fost uitat. Acum, competiția era pentru crearea unui astfel de amplificator. Și, cel puțin, trei echipe se aflau în poziția favorabilă de a primi acest premiu.
West Lafayette
Primul a fost un grup de la Universitatea Purdue, condus de fizicianul de origine austriacă Karl Lark-Horowitz. Datorită talentului și influenței sale, el a scos în mod individual departamentul de fizică al universității din uitare și a influențat decizia Rad Lab de a încredința laboratorului său cercetările asupra germanezei.
Karl Lark-Horowitz în 1947, în centru, cu o pipă
La începutul anilor 1940, siliciul era considerat cel mai bun material pentru redresoarele radarului, însă materialul situat imediat sub el în tabela periodică părea de asemenea demn de studiu suplimentar. Germaniul avea un avantaj practic datorită punctului său de topire mai scăzut, de aproximativ 940 de grade, comparativ cu 1400 de grade pentru siliciu (aproape ca la oțel). Din cauza temperaturii ridicate de topire, era extrem de dificil să se realizeze un blank care să nu se scurgă în siliciul topit, contaminându-l.
Prin urmare, Lark-Horowitz și colegii săi au petrecut întreaga război pentru a studia proprietățile chimice, electrice și fizice ale germaniului. Cea mai mare piedică era „tensiunea inversă”: redresoarele de germaniu încetau să redreseze curentul și îi permiteau să curgă în direcția inversă la tensiuni foarte mici. Impulsul curentului invers arde restul componentelor radarului. Unul dintre studenții absolvenți ai lui Lark-Horowitz, Seymour Benzer, a studiat această problemă mai bine de un an și, în cele din urmă, a dezvoltat un aditiv pe bază de plumb care oprea impulsurile inverse la tensiuni de până la o sută de volți. La scurt timp după aceea, Western Electric, subsidiara de producție a laboratorului Bell, a început să furnizeze redresoare funcționând pe baza schemei lui Benzer pentru nevoi militare.
Studiul germaniului la Purdue a continuat și după război. În iunie 1947, Benzer, fiind deja profesor, a raportat o anomalia neobișnuită: în unele experimente, în cristalele de germaniu apăreau oscilații de frecvență înaltă. Iar colegul său, Ralph Bray, a continuat studiul „rezistenței volumetrice” în cadrul unui proiect început în timpul războiului. Rezistența volumetrică descria modul în care electricitatea circula în cristale de germaniu în punctul de contact al unui redresor. Bray a descoperit că impulsurile de înaltă tensiune reduceau semnificativ rezistența germaniului de tip n la aceste fluxuri. Fără să știe, el a fost martorul așa-numitelor „purători şirk-jani” de sarcină. În semiconductoarele de tip n, sarcina negativă în exces acționa ca purtător principal de sarcină, dar „găurile” pozitive pot transporta și ele curent, iar în acest caz, impulsurile de înaltă tensiune creau găuri în structura de germaniu, ceea ce ducea la apariția purtorilor secundari de sarcină.
Bray și Benzer s-au apropiat tentant de amplificatorul de germaniu, fără a-și da seama. Benzer l-a abordat pe Walter Brattain, un om de știință de la laboratoarele Bell, la o conferință din ianuarie 1948, pentru a discuta despre rezistența volumetrică. El i-a propus lui Brattain să plaseze un alt contact punctiform lângă primul, care ar putea conduce curentul, și astfel, poate că ar putea înțelege ce se întâmplă sub suprafață. Brattain a fost de acord în tăcere cu această propunere și a plecat. Așa cum vom vedea, el știa prea bine ce ar putea revela un astfel de experiment.
One-su-Bois
Grupul de la Purdue avea atât tehnologiile, cât și bazele teoretice pentru a face un salt către tranzistor. Însă ei puteau să-l descopere doar din întâmplare. Se interesau de proprietățile fizice ale materialului, nu de căutarea unui dispozitiv de tip nou. O situație complet diferită domnea în One-su-Bois (Franța), unde doi foști cercetători ai radarului din Germania, Heinrich Welker și Herbert Matare, conduceau o echipă cu scopul de a crea dispozitive semiconductoare industriale.
Velker a studiat mai întâi, apoi a predat fizica la Universitatea din München, condusă de celebrul teoretician Arnold Sommerfeld. Începând cu anul 1940, a părăsit calea pur teoretică și a început să lucreze la radar pentru Luftwaffe. Mataré (de origine belgiană) a crescut la Aachen, unde a studiat fizica. S-a alăturat departamentului de cercetare al gigantului german de radio Telefunken în 1939. În timpul războiului, și-a mutat activitatea din Berlin spre est, într-o abație din Silezia, pentru a evita raidurile aviației Coaliției Antihitleriste, apoi înapoi spre vest, pentru a scăpa de avansul Armatei Roșii, ajungând în cele din urmă în mâinile armatei americane.
La fel ca și adversarii lor din Coaliția Antihitleristă, nemții știau la începutul anilor 1940 că detectoarele cristaline erau receptoare ideale pentru radare, iar siliciul și germaniul erau cele mai promițătoare materiale pentru crearea lor. Mataré și Velker au încercat în timpul războiului să îmbunătățească utilizarea eficientă a acestor materiale în redresoare. După război, ambii au fost supuși interogatoriilor periodice cu privire la activitatea lor militară și, în cele din urmă, au primit o invitație de la un spion francez în Paris în 1946.
Compagnie des Freins & Signaux («compania frânelor și semnalelor»), filiala franceză a Westinghouse, a obținut un contract de la administrația telefonică franceză pentru crearea redresoarelor solide și căuta oameni de știință germani pentru ajutor. Această alianță a foștilor dușmani poate părea ciudată, dar s-a dovedit a fi destul de favorabilă pentru ambele părți. Francezii, care au suferit o înfrângere în 1940, nu aveau posibilitatea de a acumula cunoștințe în domeniul semiconductorilor și aveau disperată nevoie de abilitățile germane. Nemții nu puteau desfășura dezvoltări în niciun domeniu de înaltă tehnologie într-o țară ocupată și distrusă de război, așa că s-au agățat de oportunitatea de a continua munca.
Velker și Mataré au echipat un birou într-o casă cu două etaje din suburbia Parisului, Ormesson-sur-Marne, și cu ajutorul unei echipe de tehnicieni au realizat o producție reușită de redresoare din germaniu până la sfârșitul anului 1947. Apoi, s-au îndreptat spre ținte mai serioase: Velker s-a întors la superconductorii care l-au interesat, iar Mataré la amplificatoare.
Herbert Mataré în 1950
În timpul războiului, Matare a experimentat cu redresoare cu două contacte punctuale – „duodiode” – încercând să reducă zgomotul din circuit. A reluat experiențele și curând a descoperit că al doilea „mustăcios de pisică”, situat la 1/100 milioane dintr-un metru de primul, putea modula uneori curentul care trecea prin primul mustăcios. A creat un amplificator solid, deși destul de inutil. Pentru a obține o funcționare mai fiabilă, s-a adresat lui Welker, care acumulase multă experiență cu cristalele de germanium în timpul războiului. Echipa lui Welker cultiva mostre mai mari și mai pure de cristale de germanium, iar împreună cu îmbunătățirea calității materialului, până în iunie 1948, amplificatoarele cu contact punctuale ale lui Matare au devenit fiabile.
Radiografia „tranzistotronului” bazat pe schema lui Matare, care are două puncte de contact cu germanium
Matare avea chiar și un model teoretic al fenomenului: el considera că al doilea contact creează goluri în germanium, accelerând trecerea curentului prin primul contact, furnizând purtători de sarcină nefundamentali. Welker nu era de acord cu el și credea că fenomenul depinde de un oarecare efect de câmp. Totuși, înainte de a putea dezvolta dispozitivul sau teoria, au aflat că un grup de americani a dezvoltat exact aceeași concepție – un amplificator de germanium cu două contacte punctuale – cu șase luni mai devreme.
Murray Hill
La sfârșitul războiului, Merwin Kelly a reformulat grupul de cercetare al laboratoarelor Bell care se ocupa cu semiconductori, avându-l pe Bill Shockley la conducere. Proiectul a crescut, a obținut mai mult finanțare și s-a mutat din clădirea inițială a laboratoarelor din Manhattan într-un campus extins în Murray Hill (New Jersey).
Campusul din Murray Hill, aprox. 1960
Pentru a se familiariza din nou cu semiconductoarele de vârf (după ce în timpul războiului s-a ocupat de cercetări operaționale), în primăvara anului 1945, Shockley a vizitat laboratorul lui Russell Ohl din Holmdel. Ohl a petrecut anii războiului lucrând cu siliciu și nu a pierdut vremea. El i-a arătat lui Shockley un amplificator brut pe care l-a construit singur, numit de el „dezișter”. A folosit un redresor de siliciu cu contact punctiform și a lăsat curent să treacă prin el de la o baterie. Se pare că căldura bateriei a redus rezistența prin punctul de contact și a transformat redresorul într-un amplificator capabil să transmită semnalele radio de intrare într-un circuit suficient de puternic pentru a alimenta un difuzor.
Efectul a fost brut și nesigur, nepractic pentru comercializare. Cu toate acestea, a fost suficient pentru a confirma opinia lui Shockley cu privire la posibilitatea de a crea un amplificator semiconductor și că aceasta trebuia să fie o direcție prioritară de cercetare în domeniul electronicii solide. De asemenea, această întâlnire cu echipa lui Ohl l-a convins pe Shockley că siliciul și germaniul trebuiau studiate în primul rând. Acestea prezentau proprietăți electrice atrăgătoare, iar colegii lui Ohl, metalurgi, Jack S. Schaff și Henry T. Terhune au realizat progrese extraordinare în creșterea, purificarea și doparea acestor cristale în timpul războiului, depășind toate tehnologiile disponibile pentru alte materiale semiconductoare. Echipa lui Shockley nu mai voia să piardă timp cu amplificatoarele din cupru oxid.
Cu ajutorul lui Kelly, Shockley a început să își formeze o nouă echipă. Printre jucătorii cheie s-a numărat Walter Brattain, care l-a ajutat pe Shockley în prima sa încercare de a crea un amplificator semiconductor (în 1940) și John Bardeen, un tânăr fizician și nou angajat al laboratoarelor Bell. Bardeen, probabil, avea cele mai ample cunoștințe despre fizica solidelor dintre toți membrii echipei – disertația sa descria nivelurile de energie ale electronilor în structura națriumului metalic. De asemenea, el era un alt protejat al lui John Hasbrouck Van Vleck, la fel ca Atanasoff și Brattain.
La fel ca în cazul lui Atanasov, tezele lui Bardin și Shockley necesitau calcule extrem de complexe. Trebuia să folosească teoria cuantică a semiconductoarelor, definită de Alan Wilson, pentru a calcula structura energetică a materialelor cu ajutorul unui calculator de birou Monroe. Contribuind la crearea transistorului, ei au contribuit, în esență, la eliberarea viitorilor candidați de muncă de o astfel de trudă.
Prima abordare a lui Shockley la amplificatorul cu stare solidă se baza pe ceea ce avea să fie numit „“. El suspenda o placă metalică deasupra semiconductoarelor de tip n (cu un exces de sarcini negative). Aplicarea unei sarcini pozitive pe placă trăgea excesul de electroni la suprafața cristalului, creând un flux de sarcini negative prin care curentul electric putea curge ușor. Semnalul amplificat (reprezentat prin nivelul de sarcină pe placă) putea astfel să modifice circuitul principal (care trecea pe suprafața semiconductoarelor). Funcționarea acestui circuit i-a fost sugerată de cunoștințele sale teoretice în fizică. Dar, în ciuda numeroaselor încercări și experimente, circuitul nu a reușit să funcționeze.
Până în martie 1946, Bardin a creat o teorie bine elaborată care explica motivul acestui fapt: suprafața semiconductoarelor la nivel cuantic se comportă diferit față de interiorul său. Sarcinile negative, atractate la suprafață, cad în capcana „stărilor de suprafață” și blochează pătrunderea câmpului electric de pe placă în material. Ceilalți membri ai echipei au considerat această analiză convingătoare și au început un nou program de cercetare pe trei căi:
- A dovedi existența stărilor de suprafață.
- A studia proprietățile acestora.
- A găsi o modalitate de a le depăși și de a crea un .
După un an și jumătate de cercetări și experimente, pe 17 noiembrie 1947, Brettin a realizat o descoperire revoluționară. El a observat că, dacă se plasează un lichid încărcat cu ieoane, de exemplu, apă, între o placă și un semiconductator, câmpul electric de pe placă va împinge ionii spre semiconductator, unde vor neutraliza sarcinile capturate în stările superficiale. Acum putea controla comportamentul electric al unui bulgăre de siliciu prin modificarea sarcinii pe placă. Acest succes i-a sugerat lui Bardin o idee pentru o nouă abordare în crearea unui amplificator: să înconjoare punctul de contact al redresoarelor cu apă electrolitică și apoi să utilizeze un al doilea conductor în apă pentru a controla stările superficiale, astfel încât să controleze nivelul de conductivitate al contactului principal. Astfel, Bardin și Brettin au ajuns la linia de sosire.
Ideea lui Bardin a funcționat, însă amplificarea a fost slabă și a lucrat la frecvențe foarte mici, inaccesibile urechii umane – așa că era inutilă pentru rolul de amplificator telefonic sau de radio. Bardin a propus să treacă la germaniu, care este rezistent la tensiunea inversă, obținut la Purdue, crezând că pe suprafața sa se vor acumula mai puține sarcini. Dintr-o dată, au obținut o amplificare extrem de puternică, însă în direcția opusă așteptărilor. Ei au descoperit efectul purtătorilor neprimari – în loc de electronii așteptați, curentul care trecea prin germaniu amplifica golurile provenite din electrolit. Curentul de pe conductorul din electrolit a creat un strat de tip p (zona cu sarcini pozitive excesive) pe suprafața germaniului de tip n.
Experimentele ulterioare au arătat că electrolitul nu era necesar: doar plasând două puncte de contact aproape pe suprafața germaniului, se putea modula curentul de la unul la celălalt. Pentru a-i apropia cât mai mult, Brettin a înfășurat un triunghi din plastic cu o fâșie de folie de aur și apoi a tăiat cu grijă folie la capăt. Apoi, cu ajutorul unei arcuri, a apăsat triunghiul pe germaniu, rezultând în contactul celor două margini tăiate cu suprafața acestuia la o distanță de 0,05 mm. Acest lucru a conferit prototipului transistorului de la laboratoarele Bell aspectul său caracteristic:
Prototipul transistorului lui Brettin și Bardin
La fel ca dispozitivul Matarii și Velker, acesta a fost, în esență, un «mustăcios» clasic, doar că avea două puncte de contact în loc de unul. Pe 16 decembrie, a generat o amplificare semnificativă a puterii și tensiunii, precum și o frecvență de 1000 Hz în gama auzului. După o săptămână, după câteva îmbunătățiri minore, Bardin și Brettain au obținut o amplificare a tensiunii de 100 de ori și a puterii de 40 de ori și au demonstrat directorilor Bell că dispozitivul lor poate reproduce vorbirea audibilă. John Pierce, un alt membru al echipei de dezvoltare a dispozitivelor solide, a creat termenul «transistor» inspirat de numele așa-numitului redresor Bell pe bază de oxid de cupru, varistor.
Următoarele șase luni, laboratorul a păstrat noua creație în secret. Conducerea dorea să se asigure că vor avea un avans în realizarea oportunităților comerciale ale transistorului înainte ca cineva altcineva să-l obțină. O conferință de presă a fost programată pentru 30 iunie 1948, fix la timp pentru a distruge toate visele lui Velker și Matara despre nemurire. Între timp, grupul de cercetări în semiconductor s-a destrămat discret. Aflând despre realizările lui Bardin și Brettain, șeful lor, Bill Shockley, a început să lucreze pentru a-și asuma întreaga faimă. Și deși el a jucat un rol de observator, în prezentarea publică, Shockley a obținut o expunere egală, dacă nu chiar mai mare – așa cum se vede în această fotografie publicată, unde se află în mijlocul acțiunii, chiar la masa de lucru de laborator:
Fotografie publicitară din 1948 – Bardin, Shockley și Brettain
Cu toate acestea, Shockley nu era mulțumit de faima egală. Și înainte ca cineva din afara laboratoarelor Bell să afle despre transistor, el s-a apucat de reinventarea acestuia pentru a-și apăra creația. Iar aceasta a fost doar prima dintre numeroasele reinvenții similare.
Ce altceva să citim
- Robert Buderi, The Invention That Changed the World (1996)
- Michael Riordan, “How Europe Missed the Transistor,” IEEE Spectrum (1 nov. 2005)
- Michael Riordan și Lillian Hoddeson, Foc Cristalin (1997)
- Armand Van Dormael, “Transistorul ‘francez’,” (1994)
Sursa: habr.com
