Drugi članki v seriji:
- Zgodovina releja
- Zgodovina elektronskih računalnikov
- Zgodovina tranzistorja
- Internetna zgodovina
Lonček vojne je postavil temelje za pojav tranzistorja. Od leta 1939 do 1945 se je tehnično znanje na področju polprevodnikov izjemno razširilo. In za to je bil en preprost razlog: radar. Najpomembnejša vojna tehnologija, katere primeri vključujejo: odkrivanje zračnih napadov, iskanje podmornic, usmerjanje nočnih zračnih napadov na cilje, ciljanje sistemov zračne obrambe in mornariških topov. Inženirji so se celo naučili, kako vstaviti majhne radarje v topniške granate, tako da eksplodirajo, ko letijo blizu cilja - . Vendar pa je bil vir te močne nove vojaške tehnologije na bolj miroljubnem področju: preučevanje zgornjega ozračja v znanstvene namene.
Radar
Leta 1901 je podjetje Marconi Wireless Telegraph Company uspešno preneslo brezžično sporočilo čez Atlantik, od Cornwalla do Nove Fundlandije. To dejstvo je spravilo sodobno znanost v zmedo. Če radijski prenosi potekajo v ravni črti (kot bi morali), bi moral biti tak prenos nemogoč. Med Anglijo in Kanado ni neposrednega vidnega polja, ki ne bi prečkalo Zemlje, zato je moralo Marconijevo sporočilo poleteti v vesolje. Ameriški inženir Arthur Kennealy in britanski fizik Oliver Heaviside sta istočasno in neodvisno predlagala, da je treba razlago za ta pojav povezati s plastjo ioniziranega plina v zgornji atmosferi, ki je sposobna odbijati radijske valove nazaj na Zemljo (sam Marconi je verjel, da radijski valovi slediti ukrivljenosti zemeljskega površja, vendar tega fiziki niso podprli).
Do leta 1920 so znanstveniki razvili novo opremo, ki je omogočila najprej dokazovanje obstoja ionosfere in nato preučevanje njene strukture. Uporabili so vakuumske cevi za ustvarjanje kratkovalovnih radijskih impulzov, usmerjene antene, da so jih poslali v ozračje in posneli odmeve, in za prikaz rezultatov. Daljša kot je zakasnitev povratka odmeva, dlje mora biti ionosfera. To tehnologijo so poimenovali atmosfersko sondiranje in je zagotovila osnovno tehnično infrastrukturo za razvoj radarjev (izraz "radar", iz RAdio Detection And Ranging, se je pojavil šele v 1940-ih v ameriški mornarici).
Samo vprašanje časa je bilo, kdaj bodo ljudje s pravim znanjem, viri in motivacijo spoznali potencial za zemeljsko uporabo takšne opreme (zato je zgodovina radarja nasprotna zgodovini teleskopa, ki je bil najprej namenjen zemeljski uporabi) . In verjetnost takega vpogleda se je povečala, ko se je radio vedno bolj širil po planetu in je več ljudi opazilo motnje, ki prihajajo iz bližnjih ladij, letal in drugih velikih predmetov. Med drugim se je razširilo znanje o tehnologijah za sondiranje zgornje atmosfere (1932-1933), ko so znanstveniki iz različnih arktičnih postaj sestavili zemljevid ionosfere. Kmalu zatem so ekipe v Veliki Britaniji, ZDA, Nemčiji, Italiji, ZSSR in drugih državah razvile svoje najpreprostejše radarske sisteme.
s svojim radarjem iz leta 1935
Potem se je zgodila vojna in pomen radarjev za države – in sredstva za njihov razvoj – se je dramatično povečal. V Združenih državah so se ti viri zbrali okoli nove organizacije, ustanovljene leta 1940 na MIT, znane kot (tako specifično so ga poimenovali, da bi zavedli tuje vohune in ustvarili vtis, da se radioaktivnost preučuje v laboratoriju - takrat je malo ljudi verjelo v atomske bombe). Projekt Rad Lab, ki ni postal tako znan kot projekt Manhattan, je kljub temu v svoje vrste rekrutiral prav tako izjemne in nadarjene fizike iz vseh koncev ZDA. Pet prvih zaposlenih v laboratoriju (vključno z и ) je kasneje prejel Nobelovo nagrado. Do konca vojne je v laboratoriju delalo približno 500 doktorjev znanosti, znanstvenikov in inženirjev, skupaj pa je delalo 4000 ljudi. Pol milijona dolarjev – kar je primerljivo s celotnim proračunom ENIAC – je bilo porabljenih samo za serijo Radiation Laboratory Series, sedemindvajset zvezkov vsega znanja, pridobljenega v laboratoriju med vojno (čeprav poraba vlade ZDA za radarsko tehnologijo ni bila omejena v proračun Rad Laba; med vojno je vlada kupila radarje v vrednosti treh milijard dolarjev).
MIT Building 20, kjer je bil Rad Lab
Eno glavnih raziskovalnih področij Rad Laba je bil visokofrekvenčni radar. Zgodnji radarji so uporabljali valovne dolžine, merjene v metrih. Toda visokofrekvenčni žarki z valovnimi dolžinami, merjenimi v centimetrih - mikrovalovi - so omogočili bolj kompaktne antene in so bili manj razpršeni na velike razdalje, kar je obetalo večje prednosti v dosegu in natančnosti. Mikrovalovni radarji bi se lahko prilegali nosu letala in zaznavali predmete v velikosti periskopa podmornice.
Prva, ki je rešila ta problem, je bila ekipa britanskih fizikov z univerze v Birminghamu. Leta 1940 so razvili "«, ki je delovala kot elektromagnetna »piščalka«, ki je naključni impulz električne energije spremenila v močan in natančno uglašen žarek mikrovalov. Ta mikrovalovni oddajnik je bil tisočkrat močnejši od najbližjega tekmeca; utrla je pot praktičnim visokofrekvenčnim radarskim oddajnikom. Vendar pa je potreboval spremljevalca, sprejemnik, ki bi lahko zaznaval visoke frekvence. In na tej točki se vrnemo k zgodovini polprevodnikov.
Magnetronski prerez
Drugi prihod mačjih brkov
Izkazalo se je, da vakuumske cevi sploh niso primerne za sprejemanje mikrovalovnih radarskih signalov. Vrzel med vročo katodo in hladno anodo ustvarja kapacitivnost, zaradi česar vezje ne deluje pri visokih frekvencah. Najboljša razpoložljiva tehnologija za visokofrekvenčni radar je bila staromodna ""- majhen kos žice, pritisnjen na polprevodniški kristal. To je odkrilo več ljudi neodvisno, vendar je naši zgodbi najbližje to, kar se je zgodilo v New Jerseyju.
Leta 1938 je Bell Labs sklenil pogodbo z mornarico za razvoj radarja za nadzor ognja v območju 40 cm - veliko krajšega in zato višjega frekvenčnega kot obstoječi radarji v dobi pred resonančnim magnetronom. Glavno raziskovalno delo je potekalo v oddelku laboratorijev v Holmdelu, južno od Staten Islanda. Ni trajalo dolgo, da so raziskovalci ugotovili, kaj bi potrebovali za visokofrekvenčni sprejemnik, in kmalu je inženir George Southworth brskal po radijskih trgovinah na Manhattnu za starimi detektorji mačjih brkov. Po pričakovanjih je deloval veliko bolje kot detektor žarnice, vendar je bil nestabilen. Zato je Southworth poiskal elektrokemika po imenu Russell Ohl in ga prosil, naj poskusi izboljšati enakomernost odziva enotočkovnega kristalnega detektorja.
Ol je bil precej svojevrsten človek, ki je imel razvoj tehnologije za svojo usodo in je govoril o periodičnih spoznanjih z vizijami prihodnosti. Na primer, izjavil je, da je že leta 1939 vedel za prihodnji izum silicijevega ojačevalnika, vendar je bila usoda namenjena drugi osebi, da ga izumi. Po študiju na desetine možnosti se je odločil za silicij kot najboljšo snov za sprejemnike Southworth. Težava je bila zmožnost nadzora vsebine materiala za nadzor njegovih električnih lastnosti. Takrat so bili industrijski silicijevi ingoti zelo razširjeni, uporabljali so jih v jeklarnah, vendar pri taki proizvodnji nikogar ni motila, recimo, vsebnost 1% fosforja v siliciju. Ob pomoči nekaj metalurgov se je Ol odločil pridobiti veliko čistejše surovce, kot je bilo prej mogoče.
Med delom so odkrili, da nekateri njihovi kristali usmerjajo tok v eno smer, drugi pa v drugo. Imenovali so jih "n-tip" in "p-tip". Nadaljnja analiza je pokazala, da so za te vrste odgovorne različne vrste nečistoč. Silicij je v četrtem stolpcu periodnega sistema, kar pomeni, da ima štiri elektrone v svoji zunanji lupini. V praznini čistega silicija bi se vsak od teh elektronov združil s sosednjim. Nečistoče iz tretjega stolpca, recimo bor, ki ima en elektron manj, so ustvarile »luknjo«, dodaten prostor za gibanje toka v kristalu. Rezultat je bil polprevodnik tipa p (s presežkom pozitivnih nabojev). Elementi iz petega stolpca, kot je fosfor, so zagotovili dodatne proste elektrone za prenos toka in dobili smo polprevodnik tipa n.
Kristalna struktura silicija
Vse te raziskave so bile zelo zanimive, a leta 1940 Southworth in Ohl nista bila nič bližje izdelavi delujočega prototipa visokofrekvenčnega radarja. Hkrati je britanska vlada zahtevala takojšnje praktične rezultate zaradi grozeče grožnje Luftwaffe, ki je že ustvarila za proizvodnjo pripravljene mikrovalovne detektorje, ki delujejo v tandemu z magnetronskimi oddajniki.
Vendar se bo ravnovesje tehnološkega napredka kmalu prevesilo proti zahodni strani Atlantika. Churchill se je odločil Američanom razkriti vse tehnične skrivnosti Velike Britanije, preden je dejansko vstopil v vojno (saj je domneval, da se bo to vseeno zgodilo). Verjel je, da je bilo vredno tvegati uhajanje informacij, saj bi bile takrat vse industrijske zmogljivosti Združenih držav vržene v reševanje problemov, kot so atomsko orožje in radarji. Britanska misija za znanost in tehnologijo (bolj znana kot ) prispela v Washington septembra 1940 in v svoji prtljagi prinesla darilo v obliki tehnoloških čudes.
Odkritje neverjetne moči resonančnega magnetrona in učinkovitosti britanskih kristalnih detektorjev pri sprejemanju njegovega signala je oživilo ameriške raziskave polprevodnikov kot osnove visokofrekvenčnega radarja. Predvsem na področju znanosti o materialih je bilo veliko dela. Da bi zadovoljili povpraševanje, je bilo treba polprevodniške kristale »izdelati v milijonih, veliko več, kot je bilo prej mogoče. Treba je bilo izboljšati rektifikacijo, zmanjšati občutljivost na udarce in vžganost ter zmanjšati razlike med različnimi serijami kristalov.«
Silicijev točkovni kontaktni usmernik
Rad Lab je odprl nove raziskovalne oddelke za preučevanje lastnosti polprevodniških kristalov in kako jih je mogoče spremeniti, da bi povečali dragocene lastnosti sprejemnika. Najbolj obetavna materiala sta bila silicij in germanij, zato so se v Rad Labu odločili za varno in uvedli vzporedne programe za preučevanje obeh: silicija na Univerzi v Pensilvaniji in germanija na Purdueju. Industrijski velikani, kot so Bell, Westinghouse, Du Pont in Sylvania, so začeli z lastnimi raziskovalnimi programi polprevodnikov in začeli razvijati nove proizvodne obrate za kristalne detektorje.
S skupnimi močmi smo čistost kristalov silicija in germanija z začetnih 99 % dvignili na 99,999 % – torej na en delec primesi na 100 atomov. Pri tem se je kader znanstvenikov in inženirjev pobliže seznanil z abstraktnimi lastnostmi germanija in silicija ter uporabil tehnologije za njuno kontrolo: taljenje, gojenje kristalov, dodajanje potrebnih primesi (kot je bor, ki je povečal prevodnost).
In potem se je vojna končala. Povpraševanje po radarju je izginilo, med vojno pridobljeno znanje in veščine pa so ostali, sanje o polprevodniškem ojačevalniku pa niso bile pozabljene. Zdaj je bila tekma za ustvarjanje takšnega ojačevalnika. In vsaj tri ekipe so bile v dobrem položaju za osvojitev te nagrade.
West Lafayette
Prva je bila skupina z univerze Purdue, ki jo je vodil avstrijsko rojen fizik Carl Lark-Horowitz. S svojim talentom in vplivom je sam oddelek za fiziko univerze potegnil iz neznanja in vplival na odločitev Rad Laba, da njegovemu laboratoriju zaupa raziskave germanija.
Carl Lark-Horowitz leta 1947, sredina, drži pipo
Do začetka štiridesetih let 1940. stoletja je silicij veljal za najboljši material za radarske usmernike, vendar je bil tudi material tik pod njim na periodnem sistemu videti vreden nadaljnjega preučevanja. Germanij je imel praktično prednost zaradi nižjega tališča, kar je olajšalo delo z njim: približno 940 stopinj v primerjavi s 1400 stopinjami za silicij (skoraj enako kot jeklo). Zaradi visokega tališča je bilo izjemno težko narediti surovec, ki ne bi uhajal v staljeni silicij in ga onesnažil.
Zato so Lark-Horowitz in njegovi kolegi vso vojno preučevali kemijske, električne in fizikalne lastnosti germanija. Najpomembnejša ovira je bila »obratna napetost«: germanijevi usmerniki so pri zelo nizki napetosti prenehali usmerjati tok in mu omogočili, da teče v nasprotni smeri. Impulz povratnega toka je zažgal preostale komponente radarja. Eden od Lark-Horowitzevih podiplomskih študentov, Seymour Benzer, je ta problem preučeval več kot eno leto in končno razvil aditiv na osnovi kositra, ki je zaustavil povratne impulze pri napetostih do stotin voltov. Kmalu zatem je Western Electric, proizvodni oddelek Bell Labs, začel izdajati usmernike Benzer za vojaško uporabo.
Študij germanija v Purdueju se je nadaljeval po vojni. Junija 1947 je Benzer, že kot profesor, poročal o nenavadni anomaliji: v nekaterih poskusih so se v kristalih germanija pojavila visokofrekvenčna nihanja. In njegov kolega Ralph Bray je nadaljeval študij "volumetrične odpornosti" na projektu, ki se je začel med vojno. Volumski upor je opisal, kako električna energija teče v kristalu germanija na kontaktni točki usmernika. Bray je ugotovil, da visokonapetostni impulzi znatno zmanjšajo odpornost germanija n-tipa na te tokove. Ne da bi vedel, je bil priča t.i. »manjšinskih« nosilcev naboja. V polprevodnikih tipa n presežek negativnega naboja služi kot večinski nosilec naboja, toda lahko tudi pozitivne "luknje" prenašajo tok in v tem primeru so visokonapetostni impulzi ustvarili luknje v strukturi germanija, zaradi česar se pojavijo manjšinski nosilci naboja .
Bray in Benzer sta se mamljivo približala germanijevemu ojačevalniku, ne da bi se tega zavedala. Benzer je ujel Walterja Brattaina, znanstvenika Bell Labs, na konferenci januarja 1948, da bi z njim razpravljali o volumetričnem uporu. Predlagal je, da Brattain poleg prvega postavi drugo točkovno kontaktno točko, ki bi lahko prevajala tok, in potem bi morda lahko razumeli, kaj se dogaja pod površjem. Brattain se je tiho strinjal s tem predlogom in odšel. Kot bomo videli, je predobro vedel, kaj lahko tak poskus razkrije.
Oney-sous-Bois
Skupina Purdue je imela tako tehnologijo kot teoretično osnovo za preskok k tranzistorju. A nanj so lahko naleteli le po naključju. Zanimale so jih fizikalne lastnosti materiala in ne iskanje nove vrste naprave. Povsem drugačne razmere so vladale v Aunes-sous-Boisu (Francija), kjer sta nekdanja raziskovalca radarjev iz Nemčije, Heinrich Welker in Herbert Mathare, vodila ekipo, katere cilj je bil ustvariti industrijske polprevodniške naprave.
Welker je najprej študiral in nato poučeval fiziko na univerzi v Münchnu, ki jo je vodil slavni teoretik Arnold Sommerfeld. Od leta 1940 je zapustil čisto teoretično pot in začel delati na radarju za Luftwaffe. Mathare (belgijskega porekla) je odraščal v Aachnu, kjer je študiral fiziko. Leta 1939 se je pridružil raziskovalnemu oddelku nemškega radijskega velikana Telefunken. Med vojno je svoje delo iz Berlina preselil na vzhod v opatijo v Šleziji, da bi se izognil zavezniškim zračnim napadom, nato pa nazaj na zahod, da bi se izognil napredujoči Rdeči armadi, na koncu pa je padel v roke ameriški vojski.
Tako kot njihovi tekmeci v protihitlerjevski koaliciji so tudi Nemci v zgodnjih 1940-ih vedeli, da so kristalni detektorji idealni sprejemniki za radar in da sta silicij in germanij najbolj obetavna materiala za njihovo izdelavo. Mathare in Welker sta med vojno poskušala izboljšati učinkovito uporabo teh materialov v usmernikih. Po vojni sta bila oba podvržena periodičnim zasliševanjem glede njunega vojaškega dela, na koncu pa sta leta 1946 dobila povabilo francoskega obveščevalca v Pariz.
Compagnie des Freins & Signaux ("podjetje zavor in signalov"), francoski oddelek Westinghousea, je od francoske telefonske oblasti prejelo pogodbo za izdelavo polprevodniških usmernikov in poiskalo nemške znanstvenike, da jim pomagajo. Takšno zavezništvo nedavnih sovražnikov se morda zdi čudno, vendar se je ta dogovor izkazal za precej ugodnega za obe strani. Francozi, poraženi leta 1940, niso mogli pridobiti znanja na področju polprevodnikov in so nujno potrebovali znanje Nemcev. Nemci v okupirani in od vojne razdejani državi niso mogli izvajati razvoja na nobenem visokotehnološkem področju, zato so izkoristili priložnost za nadaljevanje dela.
Welker in Mathare sta ustanovila sedež v dvonadstropni hiši v pariškem predmestju Aunes-sous-Bois in s pomočjo ekipe tehnikov do konca leta 1947 uspešno lansirala germanijeve usmernike. Nato sta se usmerila k resnejšim nagrade: Welker se je vrnil k svojemu zanimanju za superprevodnike, Mathare pa k ojačevalnikom.
Herbert Mathare leta 1950
Med vojno je Mathare eksperimentiral z dvotočkovnimi kontaktnimi usmerniki - "duodeodami" - v poskusu zmanjšanja hrupa tokokroga. Nadaljeval je s poskusi in kmalu odkril, da lahko drugi mačji brk, ki se nahaja 1/100 milijoninko metra od prvega, včasih modulira tok, ki teče skozi prvi brk. Ustvaril je polprevodniški ojačevalnik, čeprav precej neuporaben. Da bi dosegel zanesljivejše delovanje, se je obrnil na Welkerja, ki si je med vojno pridobil bogate izkušnje z delom z germanijevimi kristali. Welkerjeva ekipa je pridobila večje, čistejše vzorce germanijevih kristalov, in ko se je kakovost materiala izboljšala, so do junija 1948 Matharejevi točkovni kontaktni ojačevalniki postali zanesljivi.
Rentgenska slika "transistrona" na osnovi Matharejevega vezja, ki ima dve stični točki z germanijem
Mathare je imel celo teoretični model dogajanja: verjel je, da je drugi kontakt naredil luknje v germaniju, pospešil prehod toka skozi prvi kontakt in oskrboval manjšinske nosilce naboja. Welker se z njim ni strinjal in je verjel, da je to, kar se dogaja, odvisno od neke vrste učinka polja. Toda preden so lahko izdelali napravo ali teorijo, so izvedeli, da je skupina Američanov šest mesecev prej razvila popolnoma enak koncept - germanijev ojačevalnik z dvema točkovnima kontaktoma.
Murray Hill
Ob koncu vojne je Mervyn Kelly reformiral raziskovalno skupino za polprevodnike Bell Labs, ki jo je vodil Bill Shockley. Projekt je rasel, prejel več sredstev in se iz prvotne laboratorijske stavbe na Manhattnu preselil v kampus v Murray Hillu v New Jerseyju, ki se je širil.
Kampus Murray Hill, ca. 1960
Da bi se ponovno seznanil z naprednimi polprevodniki (po tem, ko je med vojno sodeloval pri operacijskih raziskavah), je Shockley spomladi 1945 obiskal laboratorij Russella Ohla v Holmdelu. Ohl je vojna leta delal na siliciju in ni izgubljal časa. Shockleyju je pokazal surovi ojačevalnik lastne konstrukcije, ki ga je imenoval "desister". Vzel je silicijev točkovni kontaktni usmernik in skozi njega poslal tok iz baterije. Očitno je toplota iz baterije zmanjšala upor na kontaktni točki in usmernik spremenila v ojačevalnik, ki je sposoben oddajati dohodne radijske signale v vezje, ki je dovolj močno za napajanje zvočnika.
Učinek je bil surov in nezanesljiv, neprimeren za komercializacijo. Vendar je bilo to dovolj za potrditev Shockleyjevega mnenja, da je mogoče ustvariti polprevodniški ojačevalnik in da bi to moralo postati prednostna naloga raziskav na področju polprevodniške elektronike. Prav to srečanje z Olino ekipo je Shockleyja prepričalo, da je treba najprej preučiti silicij in germanij. Pokazali so privlačne električne lastnosti in Ohlova kolega metalurga Jack Skaff in Henry Theurer sta med vojno dosegla neverjeten uspeh pri gojenju, čiščenju in dopiranju teh kristalov ter tako presegla vse tehnologije, ki so na voljo za druge polprevodniške materiale. Shockleyjeva skupina ni nameravala več izgubljati časa s predvojnimi ojačevalci iz bakrovega oksida.
S Kellyjevo pomočjo je Shockley začel sestavljati novo ekipo. Ključna igralca sta bila Walter Brattain, ki je Shockleyju pomagal pri njegovem prvem poskusu izdelave polprevodniškega ojačevalnika (leta 1940), in John Bardeen, mladi fizik in novi uslužbenec Bell Labs. Bardeen je imel verjetno najobsežnejše znanje o fiziki trdne snovi med vsemi člani ekipe – njegova disertacija je opisovala energijske ravni elektronov v strukturi kovinskega natrija. Bil je tudi še en varovanec Johna Hasbroucka Van Vlecka, tako kot Atanasov in Brattain.
Tako kot Atanasov sta tudi Bardeenova in Shockleyjeva disertacija zahtevala izjemno zapletene izračune. Uporabiti so morali kvantno mehansko teorijo polprevodnikov, ki jo je definiral Alan Wilson, za izračun energijske strukture materialov z uporabo Monroejevega namiznega kalkulatorja. S pomočjo pri izdelavi tranzistorja so namreč prispevali k temu, da bodoče podiplomske študente rešili takšnega dela.
Shockleyjev prvi pristop k polprevodniškemu ojačevalniku je temeljil na tem, kar so kasneje poimenovali "". Na polprevodnik tipa n (s presežkom negativnih nabojev) je obesil kovinsko ploščo. Uporaba pozitivnega naboja na ploščo je potegnila odvečne elektrone na površino kristala in ustvarila reko negativnih nabojev, skozi katere je lahko zlahka stekel električni tok. Ojačani signal (ki ga predstavlja nivo napolnjenosti na rezini) bi lahko na ta način moduliral glavno vezje (ki poteka vzdolž površine polprevodnika). Učinkovitost te sheme mu je nakazalo njegovo teoretično znanje fizike. Toda kljub številnim poskusom in poskusom shema nikoli ni delovala.
Do marca 1946 je Bardeen ustvaril dobro razvito teorijo, ki je pojasnila razlog za to: površina polprevodnika na kvantni ravni se obnaša drugače kot njegova notranjost. Negativni naboji, vlečeni na površino, se ujamejo v "površinska stanja" in preprečijo, da bi električno polje prodrlo skozi ploščo v material. Ostalim članom ekipe se je ta analiza zdela prepričljiva in so začeli nov raziskovalni program po treh poteh:
- Dokažite obstoj površinskih stanj.
- Preučite njihove lastnosti.
- Ugotovite, kako jih premagati in poskrbite, da bo uspelo .
Po letu in pol raziskovanja in eksperimentiranja je 17. novembra 1947 Brattain naredil preboj. Odkril je, da če med rezino in polprevodnik postavi tekočino, napolnjeno z ioni, kot je voda, bi električno polje iz rezine potisnilo ione proti polprevodniku, kjer bi nevtralizirali naboje, ujete v površinskih stanjih. Zdaj je lahko nadzoroval električno obnašanje kosa silicija s spreminjanjem naboja na rezini. Ta uspeh je dal Bardeenu zamisel za nov pristop k ustvarjanju ojačevalnika: kontaktno točko usmernika obdajte z elektrolitsko vodo in nato uporabite drugo žico v vodi za nadzor površinskih pogojev in tako nadzorujte raven prevodnosti glavnega stik. Tako sta Bardeen in Brattain dosegla cilj.
Bardeenova zamisel je delovala, vendar je bilo ojačanje šibko in je delovalo na zelo nizkih frekvencah, nedosegljivih človeškemu ušesu – zato je bil neuporaben kot telefonski ali radijski ojačevalnik. Bardeen je predlagal prehod na germanij, odporen proti povratni napetosti, proizveden v Purdueju, saj je verjel, da se bo na njegovi površini zbralo manj nabojev. Nenadoma so prejeli močno povečanje, vendar v nasprotni smeri od pričakovanega. Odkrili so učinek manjšinskega nosilca – namesto pričakovanih elektronov so tok, ki teče skozi germanij, ojačale luknje, ki prihajajo iz elektrolita. Tok na žici v elektrolitu je ustvaril plast p-tipa (območje presežnih pozitivnih nabojev) na površini germanija n-tipa.
Kasnejši poskusi so pokazali, da elektrolit sploh ni bil potreben: preprosto s postavitvijo dveh kontaktnih točk blizu površine germanija je bilo mogoče modulirati tok iz ene od njiju v tok na drugi. Da bi jih čim bolj približal, je Brattain kos zlate folije ovil okoli trikotnega kosa plastike in nato folijo na koncu previdno odrezal. Nato je z vzmetjo pritisnil trikotnik na germanij, zaradi česar sta se oba robova reza dotikala njegove površine na razdalji 0,05 mm. To je tranzistorskemu prototipu Bell Labs dalo značilen videz:
Prototip tranzistorja Brattain in Bardeen
Tako kot Matharejeva in Welkerjeva naprava je bila načeloma klasična »mačja brka«, le z dvema stičnima točkama namesto z eno. 16. decembra je povzročil znatno povečanje moči in napetosti ter frekvenco 1000 Hz v slišnem območju. Teden dni kasneje sta Bardeen in Brattain po manjših izboljšavah povečala napetost za 100-krat in moč za 40-krat ter direktorjem Bella dokazala, da lahko njuna naprava proizvede slišen govor. John Pierce, še en član ekipe za razvoj polprevodniškega sistema, je skoval izraz "tranzistor" po imenu Bellovega usmernika z bakrovim oksidom, varistorja.
Naslednjih šest mesecev je laboratorij novo kreacijo skrival. Vodstvo se je želelo prepričati, da imajo začetek komercializacije tranzistorja, preden se ga v roke prime kdo drug. Tiskovna konferenca je bila predvidena za 30. junij 1948, ravno pravi čas, da se Welkerju in Mathareju razblinijo sanje o nesmrtnosti. Medtem je raziskovalna skupina za polprevodnike tiho propadla. Ko je izvedel za dosežke Bardeena in Brattaina, si je njun šef Bill Shockley začel prizadevati, da bi vse zasluge prevzel zase. In čeprav je imel le vlogo opazovalca, je bil Shockley v javni predstavitvi deležen enake, če ne še večje publicitete – kot je razvidno iz te objavljene fotografije, na kateri je v središču dogajanja, tik ob laboratorijski klopi:
Reklamna fotografija iz leta 1948 - Bardeen, Shockley in Brattain
Vendar enaka slava za Shockleyja ni bila dovolj. In preden je kdorkoli zunaj Bell Labs izvedel za tranzistor, je bil zaposlen s ponovnim izumljanjem za svoje. In to je bila le prva od mnogih takih ponovnih izumov.
Kaj še brati
- Robert Buderi, Izum, ki je spremenil svet (1996)
- Michael Riordan, »Kako je Evropa zamudila tranzistor«, IEEE Spectrum (1. november 2005)
- Michael Riordan in Lillian Hoddeson, Crystal Fire (1997)
- Armand Van Dormael, "Francoski" tranzistor, (1994)
Vir: www.habr.com