Alte articole din serie:
- Istoria ștafetei
- Istoria calculatoarelor electronice
- Istoria tranzistorului
- Istoricul internetului
Crezetul războiului a pregătit scena pentru apariția tranzistorului. Din 1939 până în 1945, cunoștințele tehnice în domeniul semiconductorilor s-au extins enorm. Și a existat un motiv simplu pentru asta: radarul. Cea mai importantă tehnologie de război, dintre care exemple se numără: detectarea raidurilor aeriene, căutarea submarinelor, direcționarea raidurilor aeriene de noapte către ținte, vizarea sistemelor de apărare aeriană și a tunurilor navale. Inginerii au învățat chiar cum să introducă radare minuscule în obuzele de artilerie, astfel încât acestea să explodeze în timp ce zboară lângă țintă - . Cu toate acestea, sursa acestei noi tehnologii militare puternice a fost într-un domeniu mai pașnic: studiul atmosferei superioare în scopuri științifice.
radar
În 1901, compania Marconi Wireless Telegraph a transmis cu succes un mesaj fără fir peste Atlantic, de la Cornwall la Newfoundland. Acest fapt a condus știința modernă în confuzie. Dacă transmisiile radio se deplasează în linie dreaptă (cum ar trebui), o astfel de transmisie ar trebui să fie imposibilă. Nu există o linie directă de vedere între Anglia și Canada care să nu traverseze Pământul, așa că mesajul lui Marconi a trebuit să zboare în spațiu. Inginerul american Arthur Kennealy și fizicianul britanic Oliver Heaviside au propus simultan și independent ca explicația acestui fenomen să fie asociată cu un strat de gaz ionizat situat în atmosfera superioară, capabil să reflecte undele radio înapoi către Pământ (Marconi însuși credea că undele radio urmărește curbura suprafeței Pământului, cu toate acestea, fizicienii nu au susținut-o).
Până în anii 1920, oamenii de știință dezvoltaseră noi echipamente care făceau posibil să se dovedească mai întâi existența ionosferei și apoi să studieze structura acesteia. Au folosit tuburi cu vid pentru a genera impulsuri radio cu unde scurte, antene direcționale pentru a le trimite în atmosferă și a înregistra ecourile și pentru a demonstra rezultatele. Cu cât întârzierea de întoarcere a ecoului este mai mare, cu atât ionosfera trebuie să fie mai îndepărtată. Această tehnologie a fost numită sondare atmosferică și a furnizat infrastructura tehnică de bază pentru dezvoltarea radarului (termenul „radar”, de la RAdio Detection And Ranging, nu a apărut până în anii 1940 în Marina SUA).
Era doar o chestiune de timp până când oamenii cu cunoștințele, resursele și motivația potrivite să-și dea seama de potențialul aplicațiilor terestre ale unor astfel de echipamente (astfel istoria radarului este opusul istoriei telescopului, care a fost destinat mai întâi utilizării terestre) . Și probabilitatea unei astfel de înțelegeri a crescut pe măsură ce radioul s-a răspândit din ce în ce mai mult pe planetă și mai mulți oameni au observat interferențe provenind de la navele, avioanele și alte obiecte mari din apropiere. Cunoașterea tehnologiilor de sondare a atmosferei superioare s-a răspândit în timpul celui de-al doilea (1932-1933), când oamenii de știință au întocmit o hartă a ionosferei din diferite stații arctice. Curând după aceea, echipele din Marea Britanie, SUA, Germania, Italia, URSS și alte țări și-au dezvoltat cele mai simple sisteme radar.
cu radarul său din 1935
Apoi a avut loc războiul, iar importanța radarelor pentru țări – și resursele pentru a le dezvolta – a crescut dramatic. În Statele Unite, aceste resurse s-au adunat în jurul unei noi organizații fondată în 1940 la MIT, cunoscută sub numele de (a fost numit așa special pentru a induce în eroare spionii străini și pentru a crea impresia că radioactivitatea a fost studiată în laborator - la vremea aceea puțini oameni credeau în bombele atomice). Proiectul Rad Lab, care nu a devenit la fel de faimos precum Proiectul Manhattan, a recrutat totuși în rândurile sale fizicieni la fel de remarcabili și talentați din toate colțurile Statelor Unite. Cinci dintre primii angajați ai laboratorului (inclusiv и ) a primit ulterior premiile Nobel. Până la sfârșitul războiului, în laborator lucrau aproximativ 500 de doctori în știință, oameni de știință și ingineri, iar un total de 4000 de oameni lucrau. Jumătate de milion de dolari — comparabil cu întregul buget ENIAC — au fost cheltuiți numai pentru seria Laboratoarelor de radiații, o înregistrare în douăzeci și șapte de volume a tuturor cunoștințelor dobândite din laborator în timpul războiului (deși cheltuielile guvernului SUA pentru tehnologia radarului nu au fost limitate). la bugetul Rad Lab; în timpul războiului, guvernul a cumpărat radare în valoare de trei miliarde de dolari).
Clădirea MIT 20, unde se afla Laboratorul Rad
Unul dintre principalele domenii de cercetare ale Rad Lab a fost radarul de înaltă frecvență. Primele radare utilizau lungimi de undă măsurate în metri. Dar fasciculele de frecvență mai mare cu lungimi de undă măsurate în centimetri – microunde – au permis antene mai compacte și au fost mai puțin împrăștiate pe distanțe lungi, promițând avantaje mai mari în rază de acțiune și precizie. Radarele cu microunde ar putea să încapă în nasul unui avion și să detecteze obiecte de dimensiunea periscopului unui submarin.
Prima care a rezolvat această problemă a fost o echipă de fizicieni britanici de la Universitatea din Birmingham. În 1940 au dezvoltat „„, care a funcționat ca un „fluier” electromagnetic, transformând un puls aleatoriu de electricitate într-un fascicul puternic și precis de microunde. Acest transmițător cu microunde era de o mie de ori mai puternic decât cel mai apropiat concurent al său; a deschis calea pentru transmițătoare radar practice de înaltă frecvență. Avea însă nevoie de un însoțitor, un receptor capabil să detecteze frecvențe înalte. Și în acest moment ne întoarcem la istoria semiconductorilor.
Secțiune transversală a magnetronului
A doua venire a mustaței pisicii
S-a dovedit că tuburile cu vid nu erau deloc potrivite pentru a recepționa semnale radar cu microunde. Decalajul dintre catodul fierbinte și anodul rece creează o capacitate, determinând circuitul să refuze să funcționeze la frecvențe înalte. Cea mai bună tehnologie disponibilă pentru radarul de înaltă frecvență a fost cea de modă veche "„- o bucată mică de sârmă presată pe un cristal semiconductor. Mai mulți oameni au descoperit acest lucru în mod independent, dar cel mai apropiat lucru de povestea noastră este ceea ce s-a întâmplat în New Jersey.
În 1938, Bell Labs a încheiat un contract cu Marina pentru a dezvolta un radar de control al focului în intervalul de 40 cm - mult mai scurt și, prin urmare, mai mare ca frecvență, decât radarele existente în era magnetronului pre-rezonant. Principala activitate de cercetare a mers către o divizie de laboratoare din Holmdel, la sud de Staten Island. Nu a durat mult până când cercetătorilor să-și dea seama de ce ar avea nevoie pentru un receptor de înaltă frecvență, iar în curând inginerul George Southworth a căutat în magazinele de radio din Manhattan vechi detectoare cu mustăți de pisică. După cum era de așteptat, a funcționat mult mai bine decât detectorul de lampă, dar a fost instabil. Așa că Southworth a căutat un electrochimist pe nume Russell Ohl și i-a cerut să încerce să îmbunătățească uniformitatea răspunsului unui detector cu cristal cu un singur punct.
Ol a fost o persoană destul de ciudată, care a considerat dezvoltarea tehnologiei ca fiind destinul său și a vorbit despre perspective periodice cu viziuni asupra viitorului. De exemplu, el a declarat că încă din 1939 știa despre viitoarea invenție a unui amplificator cu siliciu, dar că soarta era destinată unei alte persoane să-l inventeze. După ce a studiat zeci de opțiuni, s-a hotărât pe siliciu ca fiind cea mai bună substanță pentru receptorii Southworth. Problema a fost capacitatea de a controla conținutul materialului pentru a-i controla proprietățile electrice. La acea vreme, lingourile industriale de siliciu erau larg răspândite; erau folosite în fabricile de oțel, dar în o astfel de producție nimeni nu era deranjat, să zicem, de conținutul de 1% fosfor din siliciu. Cerând ajutorul unui cuplu de metalurgiști, Ol și-a propus să obțină semifabricate mult mai curate decât fusese posibil anterior.
Pe măsură ce lucrau, au descoperit că unele dintre cristalele lor rectificau curentul într-o direcție, în timp ce altele rectificau curentul în cealaltă direcție. Le-au numit „n-tip” și „p-tip”. O analiză ulterioară a arătat că diferite tipuri de impurități sunt responsabile pentru aceste tipuri. Siliciul se află în a patra coloană a tabelului periodic, ceea ce înseamnă că are patru electroni în învelișul său exterior. Într-un semifabricat de siliciu pur, fiecare dintre acești electroni s-ar combina cu un vecin. Impuritățile din a treia coloană, să spunem borul, care are un electron mai puțin, au creat o „găură”, spațiu suplimentar pentru mișcarea curentă în cristal. Rezultatul a fost un semiconductor de tip p (cu un exces de sarcini pozitive). Elementele din a cincea coloană, cum ar fi fosforul, au furnizat electroni liberi suplimentari pentru a transporta curent și a fost obținut un semiconductor de tip n.
Structura cristalină a siliciului
Toate aceste cercetări au fost foarte interesante, dar până în 1940 Southworth și Ohl nu erau mai aproape de a crea un prototip funcțional al unui radar de înaltă frecvență. În același timp, guvernul britanic a cerut rezultate practice imediate din cauza amenințării care se profilează din partea Luftwaffe, care a creat deja detectoare cu microunde gata de producție, care funcționează în tandem cu transmițătoare cu magnetron.
Cu toate acestea, echilibrul progreselor tehnologice se va înclina în curând spre partea de vest a Atlanticului. Churchill a decis să dezvăluie americanilor toate secretele tehnice ale Marii Britanii înainte de a intra efectiv în război (din moment ce a presupus că acest lucru se va întâmpla oricum). El credea că merită riscul scurgerii de informații, deoarece atunci toate capacitățile industriale ale Statelor Unite vor fi aruncate în rezolvarea unor probleme precum armele atomice și radarele. Misiunea britanică de știință și tehnologie (mai bine cunoscută ca ) a ajuns la Washington în septembrie 1940 și a adus în bagaj un cadou sub formă de miracole tehnologice.
Descoperirea puterii incredibile a magnetronului rezonant și a eficienței detectorilor britanici de cristal în primirea semnalului acestuia au revitalizat cercetările americane în domeniul semiconductorilor ca bază a radarului de înaltă frecvență. Era mult de lucru, mai ales în știința materialelor. Pentru a satisface cererea, cristalele semiconductoare „trebuiau produse în milioane, mult mai mult decât era posibil anterior. A fost necesar să se îmbunătățească rectificarea, să se reducă sensibilitatea la șocuri și să se reducă la minimum variația dintre diferitele loturi de cristale.”
Redresor de contact punctual din silicon
Laboratorul Rad a deschis noi departamente de cercetare pentru a studia proprietățile cristalelor semiconductoare și modul în care acestea pot fi modificate pentru a maximiza proprietățile valoroase ale receptorului. Cele mai promițătoare materiale au fost siliciul și germaniul, așa că Rad Lab a decis să fie sigur și a lansat programe paralele pentru a studia ambele: siliciul la Universitatea din Pennsylvania și germaniul la Purdue. Giganți din industrie precum Bell, Westinghouse, Du Pont și Sylvania și-au început propriile programe de cercetare a semiconductorilor și au început să dezvolte noi instalații de producție pentru detectoare cu cristale.
Prin eforturi comune, puritatea cristalelor de siliciu și germaniu a fost crescută de la 99% la început la 99,999% - adică la o particulă de impuritate la 100 de atomi. În acest proces, un grup de oameni de știință și ingineri s-au familiarizat îndeaproape cu proprietățile abstracte ale germaniului și siliciului și au aplicat tehnologii pentru controlul lor: topirea, creșterea cristalelor, adăugarea impurităților necesare (cum ar fi borul, care a crescut conductivitatea).
Și atunci războiul s-a încheiat. Cererea de radar a dispărut, dar cunoștințele și abilitățile dobândite în timpul războiului au rămas, iar visul unui amplificator solid nu a fost uitat. Acum, cursa era de a crea un astfel de amplificator. Și cel puțin trei echipe au fost într-o poziție bună pentru a câștiga acest premiu.
West Lafayette
Primul a fost un grup de la Universitatea Purdue condus de un fizician născut în Austria pe nume Carl Lark-Horowitz. El a scos de unul singur departamentul de fizică al universității din obscuritate prin talentul și influența sa și a influențat decizia Laboratorului Rad de a încredința laboratorului său cercetarea germaniului.
Carl Lark-Horowitz în 1947, în centru, ținând o țeavă
La începutul anilor 1940, siliciul era considerat cel mai bun material pentru redresoare radar, dar materialul de sub acesta din tabelul periodic părea, de asemenea, demn de studiu suplimentar. Germaniul a avut un avantaj practic datorită punctului său de topire mai mic, ceea ce a făcut mai ușor de lucrat cu: aproximativ 940 de grade, față de 1400 de grade pentru siliciu (aproape la fel cu oțelul). Din cauza punctului de topire ridicat, a fost extrem de dificil să se realizeze un semifabricat care să nu se scurgă în siliciul topit, contaminându-l.
Prin urmare, Lark-Horowitz și colegii săi au petrecut întregul război studiind proprietățile chimice, electrice și fizice ale germaniului. Cel mai important obstacol a fost „tensiunea inversă”: redresoarele cu germaniu, la tensiune foarte scăzută, au încetat să redreseze curentul și i-au permis să curgă în sens opus. Pulsul de curent invers a ars componentele rămase ale radarului. Unul dintre studenții absolvenți ai lui Lark-Horowitz, Seymour Benzer, a studiat această problemă timp de mai bine de un an și, în cele din urmă, a dezvoltat un aditiv pe bază de staniu care a oprit impulsurile inverse la tensiuni de până la sute de volți. La scurt timp după aceea, Western Electric, divizia de producție a Bell Labs, a început să emită redresoare Benzer pentru uz militar.
Studiul germaniului la Purdue a continuat după război. În iunie 1947, Benzer, deja profesor, a raportat o anomalie neobișnuită: în unele experimente au apărut oscilații de înaltă frecvență în cristalele de germaniu. Iar colegul său Ralph Bray a continuat să studieze „rezistența volumetrică” pe un proiect început în timpul războiului. Rezistența de volum a descris modul în care electricitatea curge în cristalul de germaniu la punctul de contact al redresorului. Bray a descoperit că impulsurile de înaltă tensiune au redus semnificativ rezistența germaniului de tip n la acești curenți. Fără să știe, a asistat la așa-zisa. purtători de taxe „minoritare”. În semiconductorii de tip n, sarcina negativă în exces servește ca purtător de sarcină majoritar, dar „găurile” pozitive pot transporta și curent și, în acest caz, impulsurile de înaltă tensiune au creat găuri în structura germaniului, făcând apariția purtătorilor de sarcină minoritari. .
Bray și Benzer s-au apropiat de amplificatorul cu germaniu fără să-și dea seama. Benzer l-a prins pe Walter Brattain, un om de știință de la Bell Labs, la o conferință în ianuarie 1948 pentru a discuta cu el despre rezistența volumetrică. El i-a sugerat lui Brattain să plaseze un alt punct de contact lângă primul care ar putea conduce curentul, iar apoi ar putea fi capabili să înțeleagă ce se întâmplă sub suprafață. Brattain a acceptat în liniște această propunere și a plecat. După cum vom vedea, el știa prea bine ce ar putea dezvălui un astfel de experiment.
Oney-sous-Bois
Grupul Purdue a avut atât tehnologia, cât și baza teoretică pentru a face saltul către tranzistor. Dar ei ar fi putut să dea peste ea doar întâmplător. Au fost interesați de proprietățile fizice ale materialului, și nu de căutarea unui nou tip de dispozitiv. O situație foarte diferită a prevalat în Aunes-sous-Bois (Franța), unde doi foști cercetători radar din Germania, Heinrich Welker și Herbert Mathare, au condus o echipă al cărei scop era să creeze dispozitive industriale semiconductoare.
Welker a studiat mai întâi și apoi a predat fizica la Universitatea din München, condusă de celebrul teoretician Arnold Sommerfeld. Din 1940, a părăsit o cale pur teoretică și a început să lucreze la un radar pentru Luftwaffe. Mathare (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 munca de la Berlin la est la mănăstirea din Silezia pentru a evita raidurile aeriene ale aliaților, iar apoi înapoi în vest pentru a evita avansarea Armatei Roșii, căzând în cele din urmă în mâinile armatei americane.
La fel ca rivalii lor din Coaliția Anti-Hitler, germanii știau până la începutul anilor 1940 că detectoarele cu cristale erau receptori ideali pentru radar și că siliciul și germaniul erau cele mai promițătoare materiale pentru crearea lor. Mathare și Welker 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 ofițer de informații francez la Paris în 1946.
Compagnie des Freins & Signaux („compania de frâne și semnale”), o divizie franceză a Westinghouse, a primit un contract de la autoritatea de telefonie franceză pentru a crea redresoare cu stare solidă și a căutat oameni de știință germani să-i ajute. O astfel de alianță a dușmanilor recenti poate părea ciudată, dar acest aranjament s-a dovedit a fi destul de favorabil pentru ambele părți. Francezii, învinși în 1940, nu aveau capacitatea de a dobândi cunoștințe în domeniul semiconductorilor și aveau nevoie cu disperare de abilitățile germanilor. Germanii nu au putut desfășura dezvoltarea în niciun domeniu de înaltă tehnologie într-o țară ocupată și sfâșiată de război, așa că au profitat de oportunitatea de a continua să lucreze.
Welker și Mathare și-au stabilit sediul într-o casă cu două etaje din suburbia pariziană Aunes-sous-Bois și, cu ajutorul unei echipe de tehnicieni, au lansat cu succes redresoare cu germaniu până la sfârșitul anului 1947. Apoi s-au orientat către mai serioase. premii: Welker a revenit la interesul său pentru supraconductori, iar Mathare la amplificatoare.
Herbert Mathare în 1950
În timpul războiului, Mathare a experimentat cu redresoare de contact în două puncte — „duodeode” — în încercarea de a reduce zgomotul circuitului. Și-a reluat experimentele și a descoperit curând că o a doua mustață de pisică, situată la 1/100 de milion de metru față de prima, poate uneori să moduleze curentul care curge prin prima mustață. A creat un amplificator cu stare solidă, deși unul destul de inutil. Pentru a obține performanțe mai fiabile, a apelat la Welker, care dobândise o experiență vastă în lucrul cu cristale de germaniu în timpul războiului. Echipa lui Welker a crescut mostre mai mari și mai pure de cristale de germaniu și, pe măsură ce calitatea materialului s-a îmbunătățit, amplificatoarele Mathare au devenit fiabile până în iunie 1948.
Imagine cu raze X a unui „tranzitron” bazat pe circuitul Mathare, care are două puncte de contact cu germaniul
Mathare avea chiar un model teoretic a ceea ce se întâmplă: el credea că al doilea contact făcea găuri în germaniu, accelerând trecerea curentului prin primul contact, furnizând purtători de sarcină minoritari. Welker nu era de acord cu el și credea că ceea ce se întâmplă depinde de un fel de efect de câmp. Cu toate acestea, înainte de a putea elabora dispozitivul sau teoria, ei au aflat că un grup de americani au dezvoltat exact același concept - un amplificator cu germaniu cu două puncte de contact - cu șase luni mai devreme.
Murray Hill
La sfârșitul războiului, Mervyn Kelly a reformat grupul de cercetare în semiconductori al Bell Labs, condus de Bill Shockley. Proiectul a crescut, a primit mai multe finanțări și s-a mutat din clădirea sa originală a laboratorului din Manhattan într-un campus în expansiune din Murray Hill, New Jersey.
Campusul Murray Hill, ca. 1960
Pentru a se familiariza cu semiconductori avansați (după timpul petrecut în cercetarea operațională în timpul războiului), Shockley a vizitat laboratorul Holmdel al lui Russell Ohl în primăvara anului 1945. Ohl și-a petrecut anii de război lucrând la siliciu și nu a pierdut timpul. I-a arătat lui Shockley un amplificator grosier de construcție proprie, pe care l-a numit „desistru”. A luat un redresor de contact punctual din silicon și a trimis curent de la baterie prin el. Aparent, căldura de la baterie a redus rezistența peste punctul de contact și a transformat redresorul într-un amplificator capabil să transmită semnale radio de intrare la un circuit suficient de puternic pentru a alimenta un difuzor.
Efectul a fost brut și nesigur, nepotrivit pentru comercializare. Cu toate acestea, a fost suficient pentru a confirma opinia lui Shockley că a fost posibil să se creeze un amplificator cu semiconductor și că acesta ar trebui să fie o prioritate pentru cercetarea în domeniul electronicii cu stare solidă. De asemenea, această întâlnire cu echipa lui Ola l-a convins pe Shockley că siliciul și germaniul ar trebui studiate mai întâi. Ei au prezentat proprietăți electrice atractive, iar colegii metalurgiști ai lui Ohl, Jack Skaff și Henry Theurer, au obținut un succes uimitor în creșterea, purificarea și doparea acestor cristale în timpul războiului, depășind toate tehnologiile disponibile pentru alte materiale semiconductoare. Grupul lui Shockley nu avea de gând să mai piardă timpul cu amplificatoarele cu oxid de cupru dinainte de război.
Cu ajutorul lui Kelly, Shockley a început să formeze o nouă echipă. Jucătorii cheie au inclus Walter Brattain, care l-a ajutat pe Shockley cu prima sa încercare de a folosi un amplificator cu stare solidă (în 1940) și John Bardeen, un tânăr fizician și nou angajat al Bell Labs. Bardeen avea probabil cele mai ample cunoștințe despre fizica stării solide dintre oricare membru al echipei – disertația sa descria nivelurile de energie ale electronilor în structura sodiului metal. A fost, de asemenea, un alt protejat al lui John Hasbrouck Van Vleck, precum Atanasov și Brattain.
Și ca și Atanasov, disertațiile lui Bardeen și Shockley au necesitat calcule extrem de complexe. Ei au trebuit să folosească teoria mecanică cuantică a semiconductorilor, definită de Alan Wilson, pentru a calcula structura energetică a materialelor folosind calculatorul de birou al lui Monroe. Ajutând la crearea tranzistorului, ei, de fapt, au contribuit la salvarea viitorilor absolvenți de o astfel de muncă.
Prima abordare a lui Shockley la un amplificator cu stare solidă s-a bazat pe ceea ce a fost numit mai târziu „". El a suspendat o placă de metal peste un semiconductor de tip n (cu un exces de sarcini negative). Aplicarea unei sarcini pozitive pe placă a atras electroni în exces pe suprafața cristalului, creând un râu de sarcini negative prin care curentul electric ar putea curge cu ușurință. Semnalul amplificat (reprezentat de nivelul de încărcare pe plachetă) în acest fel ar putea modula circuitul principal (trecând de-a lungul suprafeței semiconductorului). Eficiența acestei scheme i-a fost sugerată de cunoștințele sale teoretice de fizică. Dar, în ciuda multor experimente și experimente, schema nu a funcționat niciodată.
Până în martie 1946, Bardeen a creat o teorie bine dezvoltată care explica motivul pentru aceasta: suprafața unui semiconductor la nivel cuantic se comportă diferit față de interiorul său. Sarcinile negative atrase la suprafață devin prinse în „stări de suprafață” și blochează câmpul electric să pătrundă placa în material. Restul echipei a considerat această analiză convingătoare și a lansat un nou program de cercetare pe trei căi:
- Demonstrați existența stărilor de suprafață.
- Studiați proprietățile lor.
- Aflați cum să-i învingeți și să funcționeze .
După un an și jumătate de cercetare și experimentare, la 17 noiembrie 1947, Brattain a făcut o descoperire. El a descoperit că, dacă ar plasa un lichid plin de ioni, cum ar fi apa, între o napolitană și un semiconductor, un câmp electric din plachetă ar împinge ionii către semiconductor, unde ar neutraliza sarcinile prinse în stările de suprafață. Acum putea controla comportamentul electric al unei bucăți de siliciu schimbând sarcina de pe placă. Acest succes i-a dat lui Bardeen o idee pentru o nouă abordare a creării unui amplificator: înconjurați punctul de contact al redresorului cu apă electrolit și apoi utilizați un al doilea fir în apă pentru a controla condițiile de suprafață și, astfel, a controla nivelul de conductivitate al principalului. a lua legatura. Așa că Bardeen și Brattain au ajuns la linia de sosire.
Ideea lui Bardeen a funcționat, dar amplificarea era slabă și funcționa la frecvențe foarte joase inaccesibile urechii umane – deci era inutilă ca amplificator de telefon sau radio. Bardeen a sugerat trecerea la germaniul rezistent la tensiune inversă produs la Purdue, crezând că s-ar acumula mai puține sarcini pe suprafața sa. Deodată au primit o creștere puternică, dar în direcția opusă a ceea ce se aștepta. Ei au descoperit efectul de purtător minoritar - în loc de electronii așteptați, curentul care trece prin germaniu a fost amplificat de găurile provenite din electrolit. Curentul de pe firul din electrolit a creat un strat de tip p (o regiune de sarcini pozitive în exces) pe suprafața germaniului de tip n.
Experimentele ulterioare au arătat că nu este nevoie deloc de electrolit: prin simpla plasare a două puncte de contact aproape de suprafața germaniului, a fost posibil să se moduleze curentul de la unul dintre ele la curentul de pe celălalt. Pentru a le apropia cât mai mult, Brattain a înfășurat o bucată de folie de aur în jurul unei bucăți triunghiulare de plastic și apoi a tăiat cu grijă folia de la capăt. Apoi, folosind un arc, a apăsat triunghiul de germaniu, drept urmare cele două margini ale tăieturii au atins suprafața acestuia la o distanță de 0,05 mm. Acest lucru a dat prototipului de tranzistor al Bell Labs aspectul său distinctiv:
Prototip de tranzistor Brattain și Bardeen
La fel ca și dispozitivul lui Mathare și Welker, era, în principiu, o „mustă de pisică”, doar cu două puncte de contact în loc de unul. Pe 16 decembrie, a produs o creștere semnificativă a puterii și tensiunii și o frecvență de 1000 Hz în domeniul audibil. O săptămână mai târziu, după îmbunătățiri minore, Bardeen și Brattain au crescut tensiunea de 100 de ori și puterea de 40 de ori și le-au demonstrat directorilor Bell că dispozitivul lor poate produce vorbire audibilă. John Pierce, un alt membru al echipei de dezvoltare în stare solidă, a inventat termenul „tranzistor” după numele redresorului cu oxid de cupru de la Bell, varistorul.
În următoarele șase luni, laboratorul a ținut secret noua creație. Conducerea a vrut să se asigure că au început să comercializeze tranzistorul înainte ca cineva să pună mâna pe el. O conferință de presă a fost programată pentru 30 iunie 1948, tocmai la timp pentru a spulbera visele de nemurire ale lui Welker și Mathare. Între timp, grupul de cercetare a semiconductorilor sa prăbușit în liniște. După ce a auzit despre realizările lui Bardeen și Brattain, șeful lor, Bill Shockley, a început să lucreze pentru a-și lua tot meritul. Și, deși a jucat doar un rol de observație, Shockley a primit o publicitate egală, dacă nu mai mult, în prezentarea publică - așa cum se vede în această fotografie lansată cu el în plină acțiune, chiar lângă o bancă de laborator:
Fotografie publicitară din 1948 - Bardeen, Shockley și Brattain
Cu toate acestea, o faimă egală nu a fost suficientă pentru Shockley. Și înainte ca cineva din afara Bell Labs să știe despre tranzistor, a fost ocupat să-l reinventeze pentru el. Și aceasta a fost doar prima dintre multe astfel de reinventări.
Ce altceva de citit
- Robert Buderi, Invenția care a schimbat lumea (1996)
- Michael Riordan, „How Europe Missed the Transistor”, IEEE Spectrum (1 noiembrie 2005)
- Michael Riordan și Lillian Hoddeson, Crystal Fire (1997)
- Armand Van Dormael, „Tranzistorul „francez”,” (1994)
Sursa: www.habr.com