Artikuj të tjerë në seri:
- Historia e stafetës
- Historia e kompjuterëve elektronikë
- Historia e tranzistorit
- Historia e internetit
Kutia e luftës vendosi skenën për ardhjen e tranzistorit. Nga viti 1939 deri në vitin 1945, njohuritë teknike në fushën e gjysmëpërçuesve u zgjeruan jashtëzakonisht. Dhe kishte një arsye të thjeshtë për këtë: radar. Teknologjia më e rëndësishme e luftës, shembuj të së cilës përfshijnë: zbulimin e sulmeve ajrore, kërkimin e nëndetëseve, drejtimin e sulmeve ajrore të natës drejt objektivave, shënjestrimin e sistemeve të mbrojtjes ajrore dhe armëve detare. Inxhinierët madje kanë mësuar se si të futin radarët e vegjël në predha artilerie në mënyrë që ato të shpërthejnë ndërsa fluturojnë pranë objektivit - . Megjithatë, burimi i kësaj teknologjie të re të fuqishme ushtarake ishte në një fushë më paqësore: studimi i atmosferës së sipërme për qëllime shkencore.
radar
Në vitin 1901, Marconi Wireless Telegraph Company transmetoi me sukses një mesazh me valë përtej Atlantikut, nga Cornwall në Newfoundland. Ky fakt e ka çuar shkencën moderne në konfuzion. Nëse transmetimet radio udhëtojnë në një vijë të drejtë (siç duhet), një transmetim i tillë duhet të jetë i pamundur. Nuk ka asnjë vijë të drejtpërdrejtë të shikimit midis Anglisë dhe Kanadasë që nuk kalon Tokën, kështu që mesazhi i Marconit duhej të fluturonte në hapësirë. Inxhinieri amerikan Arthur Kennealy dhe fizikani britanik Oliver Heaviside propozuan njëkohësisht dhe në mënyrë të pavarur që shpjegimi për këtë fenomen duhet të lidhet me një shtresë gazi jonizues të vendosur në atmosferën e sipërme, të aftë për të reflektuar valët e radios përsëri në Tokë (Vetë Marconi besonte se valët e radios ndiqni lakimin e sipërfaqes së Tokës, megjithatë, fizikanët nuk e mbështetën atë).
Deri në vitet 1920, shkencëtarët kishin zhvilluar pajisje të reja që bënë të mundur që fillimisht të vërtetohej ekzistenca e jonosferës dhe më pas të studiohej struktura e saj. Ata përdorën tuba vakum për të gjeneruar impulse radio me valë të shkurtër, antena drejtimi për t'i dërguar ato në atmosferë dhe për të regjistruar jehonat, dhe për të demonstruar rezultatet. Sa më e gjatë të jetë vonesa e kthimit të jehonës, aq më larg duhet të jetë jonosfera. Kjo teknologji u quajt tingëllimi atmosferik dhe siguronte infrastrukturën teknike bazë për zhvillimin e radarit (termi "radar", nga RAdio Detection And Ranging, nuk u shfaq deri në vitet 1940 në Marinën e SHBA).
Ishte vetëm çështje kohe para se njerëzit me njohuritë, burimet dhe motivimin e duhur të kuptonin potencialin për aplikime tokësore të pajisjeve të tilla (pra historia e radarit është e kundërta e historisë së teleskopit, i cili fillimisht ishte menduar për përdorim tokësor) . Dhe gjasat për një pasqyrë të tillë u rritën kur radioja u përhap gjithnjë e më shumë në të gjithë planetin, dhe më shumë njerëz vunë re ndërhyrje që vinin nga anijet, avionët dhe objektet e tjera të mëdha aty pranë. Njohuritë për teknologjitë e tingullit të atmosferës së sipërme u përhapën gjatë të dytës (1932-1933), kur shkencëtarët përpiluan një hartë të jonosferës nga stacione të ndryshme të Arktikut. Menjëherë pas kësaj, ekipet në Britani, SHBA, Gjermani, Itali, BRSS dhe vende të tjera zhvilluan sistemet e tyre më të thjeshta të radarëve.
me radarin e tij të vitit 1935
Pastaj ndodhi lufta dhe rëndësia e radarëve për vendet - dhe burimet për t'i zhvilluar ato - u rrit në mënyrë dramatike. Në Shtetet e Bashkuara, këto burime u mblodhën rreth një organizate të re të themeluar në vitin 1940 në MIT, e njohur si (u emërua në mënyrë specifike për të mashtruar spiunët e huaj dhe për të krijuar përshtypjen se radioaktiviteti po studiohej në laborator - në atë kohë pak njerëz besonin në bomba atomike). Projekti Rad Lab, i cili nuk u bë aq i famshëm sa Projekti Manhattan, megjithatë rekrutoi në radhët e tij fizikanë po aq të shquar dhe të talentuar nga e gjithë Shtetet e Bashkuara. Pesë nga punonjësit e parë të laboratorit (përfshirë и ) më pas mori çmimet Nobel. Deri në fund të luftës, në laborator punonin rreth 500 doktorë shkencash, shkencëtarë dhe inxhinierë dhe gjithsej 4000 njerëz. Gjysmë milion dollarë - i krahasueshëm me të gjithë buxhetin ENIAC - u shpenzuan vetëm për Serinë e Laboratorëve të Rrezatimit, një rekord njëzet e shtatë vëllimesh i të gjithë njohurive të marra nga laboratori gjatë luftës (megjithëse shpenzimet e qeverisë së SHBA për teknologjinë e radarëve nuk ishin të kufizuara në buxhetin e Rad Lab; gjatë luftës qeveria bleu radarë me vlerë tre miliardë dollarë).
Ndërtesa 20 MIT, ku ndodhej Laboratori Rad
Një nga fushat kryesore të kërkimit të Rad Lab ishte radari me frekuencë të lartë. Radarët e hershëm përdorën gjatësi vale të matura në metra. Por rrezet me frekuencë më të lartë me gjatësi vale të matura në centimetra - mikrovalë - lejonin antena më kompakte dhe ishin më pak të shpërndara në distanca të gjata, duke premtuar përparësi më të mëdha në rreze dhe saktësi. Radarët me mikrovalë mund të futen në hundën e një avioni dhe të zbulojnë objekte me madhësinë e periskopit të një nëndetëse.
I pari që zgjidhi këtë problem ishte një ekip fizikantësh britanikë nga Universiteti i Birminghamit. Në vitin 1940 ata zhvilluan "“, i cili funksionoi si një “bilbil” elektromagnetik, duke e kthyer një puls të rastësishëm të energjisë elektrike në një rreze të fuqishme dhe të akorduar saktësisht mikrovalë. Ky transmetues i mikrovalës ishte një mijë herë më i fuqishëm se konkurrenti i tij më i afërt; ai hapi rrugën për transmetuesit praktik të radarëve me frekuencë të lartë. Megjithatë, ai kishte nevojë për një shoqërues, një marrës të aftë për të zbuluar frekuenca të larta. Dhe në këtë pikë i kthehemi historisë së gjysmëpërçuesve.
Prerje tërthore të magnetronit
Ardhja e dytë e mustaqeve të maces
Doli që tubat e vakumit nuk ishin aspak të përshtatshëm për marrjen e sinjaleve të radarit me mikrovalë. Hendeku midis katodës së nxehtë dhe anodës së ftohtë krijon një kapacitet, duke bërë që qarku të refuzojë të funksionojë në frekuenca të larta. Teknologjia më e mirë e disponueshme për radarët me frekuencë të lartë ishte ajo e modës së vjetër ""- një copë e vogël teli e shtypur mbi një kristal gjysmëpërçues. Disa njerëz e kanë zbuluar këtë në mënyrë të pavarur, por gjëja më e afërt me historinë tonë është ajo që ndodhi në New Jersey.
Në vitin 1938, Bell Labs kontraktoi me Marinën për të zhvilluar një radar të kontrollit të zjarrit në rrezen 40 cm - shumë më i shkurtër, dhe për këtë arsye në frekuencë më të lartë, sesa radarët ekzistues në epokën e magnetronit para-rezonant. Puna kryesore kërkimore shkoi në një ndarje laboratorësh në Holmdel, në jug të Staten Island. Nuk u desh shumë kohë që studiuesit të kuptonin se çfarë do t'u nevojitej për një marrës me frekuencë të lartë dhe së shpejti inxhinieri George Southworth po kërkonte dyqanet e radios në Manhattan për detektorë të vjetër të mustaqeve të maceve. Siç pritej, ai funksionoi shumë më mirë se detektori i llambës, por ishte i paqëndrueshëm. Kështu që Southworth kërkoi një elektrokimist të quajtur Russell Ohl dhe i kërkoi atij të përpiqej të përmirësonte uniformitetin e përgjigjes së një detektori kristali me një pikë.
Ol ishte një person mjaft i veçantë, i cili e konsideronte zhvillimin e teknologjisë si fatin e tij dhe fliste për njohuri periodike me vizione të së ardhmes. Për shembull, ai deklaroi se në vitin 1939 ai dinte për shpikjen e ardhshme të një përforcuesi silikoni, por se fati ishte i destinuar që një person tjetër ta shpikte atë. Pasi studioi dhjetëra opsione, ai u vendos në silikon si substanca më e mirë për marrësit e Southworth. Problemi ishte aftësia për të kontrolluar përmbajtjen e materialit për të kontrolluar vetitë e tij elektrike. Në atë kohë, shufrat industriale të silikonit ishin të përhapura, ato përdoreshin në fabrikat e çelikut, por në një prodhim të tillë askush nuk shqetësohej nga, të themi, përmbajtja e fosforit 1% në silikon. Duke kërkuar ndihmën e disa metalurgëve, Ol u përpoq të merrte boshllëqe shumë më të pastra se sa ishte e mundur më parë.
Ndërsa punonin, ata zbuluan se disa nga kristalet e tyre korrigjonin rrymën në një drejtim, ndërsa të tjerët korrigjonin rrymën në tjetrin. Ata i quajtën "n-lloj" dhe "p-lloj". Analizat e mëtejshme treguan se lloje të ndryshme papastërtish ishin përgjegjëse për këto lloje. Siliconi është në kolonën e katërt të tabelës periodike, që do të thotë se ka katër elektrone në shtresën e jashtme. Në një boshllëk prej silikoni të pastër, secili prej këtyre elektroneve do të kombinohej me një fqinj. Papastërtitë nga kolona e tretë, le të themi bor, i cili ka një elektron më pak, krijuan një "vrimë", hapësirë shtesë për lëvizjen e rrymës në kristal. Rezultati ishte një gjysmëpërçues i tipit p (me një tepricë të ngarkesave pozitive). Elementet nga kolona e pestë, si fosfori, siguruan elektrone shtesë të lira për të bartur rrymën dhe u përftua një gjysmëpërçues i tipit n.
Struktura kristalore e silikonit
I gjithë ky kërkim ishte shumë interesant, por në vitin 1940 Southworth dhe Ohl nuk ishin më afër krijimit të një prototipi pune të një radari me frekuencë të lartë. Në të njëjtën kohë, qeveria britanike kërkoi rezultate të menjëhershme praktike për shkak të kërcënimit të rrezikshëm nga Luftwaffe, i cili kishte krijuar tashmë detektorë mikrovalë të gatshëm për prodhim që punonin së bashku me transmetuesit magnetron.
Megjithatë, bilanci i përparimeve teknologjike së shpejti do të kthehet drejt anës perëndimore të Atlantikut. Churchill vendosi t'u zbulonte amerikanëve të gjitha sekretet teknike të Britanisë përpara se të hynte në luftë (pasi supozoi se kjo do të ndodhte gjithsesi). Ai besonte se ia vlente rreziku i rrjedhjes së informacionit, pasi atëherë të gjitha aftësitë industriale të Shteteve të Bashkuara do të hidheshin në zgjidhjen e problemeve si armët atomike dhe radarët. Misioni Britanik i Shkencës dhe Teknologjisë (i njohur më mirë si ) mbërriti në Uashington në shtator 1940 dhe solli në bagazhin e saj një dhuratë në formën e mrekullive teknologjike.
Zbulimi i fuqisë së pabesueshme të magnetronit rezonant dhe efektiviteti i detektorëve britanikë të kristalit në marrjen e sinjalit të tij rivitalizoi kërkimin amerikan në gjysmëpërçuesit si bazë e radarit me frekuencë të lartë. Kishte shumë punë për të bërë, veçanërisht në shkencën e materialeve. Për të përmbushur kërkesën, kristalet gjysmëpërçuese “duhej të prodhoheshin në miliona, shumë më tepër se sa ishte e mundur më parë. Ishte e nevojshme të përmirësohej korrigjimi, të zvogëlohej ndjeshmëria ndaj goditjes dhe djegia, dhe të minimizohej ndryshimi midis grupeve të ndryshme të kristaleve.
Ndreqësi i kontaktit të pikës së silikonit
Laboratori Rad ka hapur departamente të reja kërkimore për të studiuar vetitë e kristaleve gjysmëpërçues dhe se si ato mund të modifikohen për të maksimizuar vetitë e vlefshme të marrësit. Materialet më premtuese ishin silikoni dhe germaniumi, kështu që Rad Lab vendosi ta bënte të sigurt dhe nisi programe paralele për të studiuar të dyja: silikonin në Universitetin e Pensilvanisë dhe germaniumin në Purdue. Gjigantët e industrisë si Bell, Westinghouse, Du Pont dhe Sylvania filluan programet e tyre të kërkimit gjysmëpërçues dhe filluan të zhvillojnë objekte të reja prodhuese për detektorë kristalesh.
Nëpërmjet përpjekjeve të përbashkëta, pastërtia e kristaleve të silikonit dhe germaniumit u rrit nga 99% në fillim në 99,999% - domethënë, në një grimcë papastërti për 100 atome. Në këtë proces, një kuadër shkencëtarësh dhe inxhinierësh u njohën nga afër me vetitë abstrakte të germaniumit dhe silikonit dhe aplikuan teknologji për kontrollin e tyre: shkrirja, rritja e kristaleve, shtimi i papastërtive të nevojshme (si bor, i cili rriti përçueshmërinë).
Dhe pastaj lufta mbaroi. Kërkesa për radar u zhduk, por njohuritë dhe aftësitë e fituara gjatë luftës mbetën dhe ëndrra për një amplifikator të gjendjes së ngurtë nuk u harrua. Tani gara ishte për të krijuar një përforcues të tillë. Dhe të paktën tre ekipe ishin në një pozicion të mirë për të fituar këtë çmim.
West Lafayette
I pari ishte një grup nga Universiteti Purdue i udhëhequr nga një fizikan me origjinë austriake i quajtur Carl Lark-Horowitz. Ai i vetëm nxori nga errësira departamentin e fizikës së universitetit përmes talentit dhe ndikimit të tij dhe ndikoi në vendimin e Rad Lab për t'i besuar laboratorit të tij kërkimin e germaniumit.
Carl Lark-Horowitz në 1947, në qendër, duke mbajtur një tub
Nga fillimi i viteve 1940, silikoni konsiderohej si materiali më i mirë për ndreqësit e radarëve, por materiali vetëm poshtë tij në tabelën periodike dukej gjithashtu i denjë për studime të mëtejshme. Germanium kishte një avantazh praktik për shkak të pikës së tij më të ulët të shkrirjes, gjë që e bënte më të lehtë punën me: rreth 940 gradë, krahasuar me 1400 gradë për silikon (pothuajse njësoj si çeliku). Për shkak të pikës së lartë të shkrirjes, ishte jashtëzakonisht e vështirë të bëhej një boshllëk që nuk do të rrjedhte në silikonin e shkrirë, duke e ndotur atë.
Prandaj, Lark-Horowitz dhe kolegët e tij kaluan tërë luftën duke studiuar vetitë kimike, elektrike dhe fizike të germaniumit. Pengesa më e rëndësishme ishte "tensioni i kundërt": ndreqësit e germaniumit, në tension shumë të ulët, ndaluan korrigjimin e rrymës dhe e lejuan atë të rrjedhë në drejtim të kundërt. Pulsi i rrymës së kundërt dogji pjesët e mbetura të radarit. Një nga studentët e diplomuar të Lark-Horowitz, Seymour Benzer, studioi këtë problem për më shumë se një vit dhe më në fund zhvilloi një aditiv me bazë kallaji që ndalonte pulset e kundërta në tensione deri në qindra volt. Menjëherë pas kësaj, Western Electric, divizioni i prodhimit të Bell Labs, filloi lëshimin e ndreqësve Benzer për përdorim ushtarak.
Studimi i germaniumit në Purdue vazhdoi pas luftës. Në qershor 1947, Benzer, tashmë një profesor, raportoi një anomali të pazakontë: në disa eksperimente, lëkundjet me frekuencë të lartë u shfaqën në kristalet e germaniumit. Dhe kolegu i tij Ralph Bray vazhdoi të studionte "rezistencën vëllimore" në një projekt të filluar gjatë luftës. Rezistenca e vëllimit përshkroi se si rrjedh energjia elektrike në kristalin e germaniumit në pikën e kontaktit të ndreqësit. Bray zbuloi se impulset e tensionit të lartë reduktuan ndjeshëm rezistencën e germaniumit të tipit n ndaj këtyre rrymave. Pa e ditur, ai ishte dëshmitar i të ashtuquajturit. transportuesit e ngarkesave "të pakicës". Në gjysmëpërçuesit e tipit n, ngarkesa negative e tepërt shërben si bartës i shumicës së ngarkesës, por "vrimat" pozitive gjithashtu mund të bartin rrymë, dhe në këtë rast, pulset e tensionit të lartë krijuan vrima në strukturën e germaniumit, duke bërë që të shfaqen bartës të pakicës së ngarkesës. .
Bray dhe Benzer iu afruan në mënyrë joshëse amplifikatorit të germaniumit pa e kuptuar. Benzer e kapi Walter Brattain, një shkencëtar i Bell Labs, në një konferencë në janar 1948 për të diskutuar me të zvarritjen vëllimore. Ai sugjeroi që Brattain të vendoste një tjetër pikë kontakti pranë të parës që mund të përçonte rrymën dhe më pas ata mund të ishin në gjendje të kuptonin se çfarë po ndodhte nën sipërfaqe. Brattain pranoi në heshtje këtë propozim dhe u largua. Siç do ta shohim, ai e dinte shumë mirë se çfarë mund të zbulonte një eksperiment i tillë.
Oney-sous-Bois
Grupi Purdue kishte teknologjinë dhe bazën teorike për të bërë hapin drejt transistorit. Por ata mund ta kishin hasur vetëm rastësisht. Ata ishin të interesuar për vetitë fizike të materialit, dhe jo për kërkimin e një lloji të ri pajisjeje. Një situatë shumë e ndryshme mbizotëronte në Aunes-sous-Bois (Francë), ku dy ish studiues të radarëve nga Gjermania, Heinrich Welker dhe Herbert Mathare, drejtuan një ekip, qëllimi i të cilit ishte të krijonte pajisje industriale gjysmëpërçuese.
Welker fillimisht studioi dhe më pas dha fizikë në Universitetin e Mynihut, të drejtuar nga teoricieni i famshëm Arnold Sommerfeld. Që nga viti 1940, ai la një rrugë thjesht teorike dhe filloi të punojë në një radar për Luftwaffe. Mathare (me origjinë belge) u rrit në Aachen, ku studioi fizikë. Ai iu bashkua departamentit të kërkimit të gjigantit gjerman të radios Telefunken në 1939. Gjatë luftës, ai e zhvendosi punën e tij nga Berlini në lindje në abacinë në Silesia për të shmangur sulmet ajrore aleate, dhe më pas u kthye në perëndim për të shmangur Ushtrinë e Kuqe që përparonte, duke rënë përfundimisht në duart e ushtrisë amerikane.
Ashtu si rivalët e tyre në Koalicionin Anti-Hitler, gjermanët e dinin që në fillim të viteve 1940 se detektorët e kristalit ishin marrës idealë për radarët dhe se silikoni dhe germaniumi ishin materialet më premtuese për krijimin e tyre. Mathare dhe Welker u përpoqën gjatë luftës të përmirësonin përdorimin efikas të këtyre materialeve në ndreqës. Pas luftës, të dy iu nënshtruan marrjes në pyetje periodike në lidhje me punën e tyre ushtarake dhe përfundimisht morën një ftesë nga një oficer i inteligjencës franceze në Paris në 1946.
Compagnie des Freins & Signaux ("kompania e frenave dhe sinjaleve"), një divizion francez i Westinghouse, mori një kontratë nga autoriteti telefonik francez për të krijuar ndreqës të gjendjes së ngurtë dhe kërkoi shkencëtarë gjermanë për t'i ndihmuar. Një aleancë e tillë e armiqve të fundit mund të duket e çuditshme, por kjo marrëveshje doli të jetë mjaft e favorshme për të dyja palët. Francezët, të mundur në vitin 1940, nuk kishin aftësi për të fituar njohuri në fushën e gjysmëpërçuesve dhe ata kishin nevojë të dëshpëruar për aftësitë e gjermanëve. Gjermanët nuk mund të zhvillonin në asnjë fushë të teknologjisë së lartë në një vend të pushtuar dhe të shkatërruar nga lufta, kështu që ata hodhën mundësinë për të vazhduar punën.
Welker dhe Mathare ngritën selinë në një shtëpi dykatëshe në periferinë e Parisit, Aunes-sous-Bois, dhe me ndihmën e një ekipi teknikësh, lançuan me sukses ndreqësit e germaniumit deri në fund të vitit 1947. Më pas u kthyen në më serioze Çmimet: Welker iu kthye interesit të tij për superpërçuesit, dhe Mathare për amplifikatorët.
Herbert Mathare në vitin 1950
Gjatë luftës, Mathare eksperimentoi me ndreqës kontakti me dy pika - "duodeodes" - në një përpjekje për të reduktuar zhurmën e qarkut. Ai rifilloi eksperimentet e tij dhe shpejt zbuloi se mustaqet e një maceje të dytë, e vendosur 1/100 e milionta e metrit nga e para, ndonjëherë mund të modulojë rrymën që rrjedh nëpër mustaqet e parë. Ai krijoi një përforcues të gjendjes së ngurtë, megjithëse mjaft të padobishëm. Për të arritur performancë më të besueshme, ai iu drejtua Welker, i cili kishte fituar përvojë të gjerë duke punuar me kristalet e germaniumit gjatë luftës. Ekipi i Welker rriti mostra më të mëdha dhe më të pastra të kristaleve të germaniumit dhe ndërsa cilësia e materialit u përmirësua, amplifikatorët e kontaktit të pikës Mathare u bënë të besueshëm deri në qershor 1948.
Imazhi me rreze X i një "transistroni" bazuar në qarkun Mathare, i cili ka dy pika kontakti me germaniumin
Mathare madje kishte një model teorik të asaj që po ndodhte: ai besonte se kontakti i dytë bënte vrima në germanium, duke përshpejtuar kalimin e rrymës përmes kontaktit të parë, duke furnizuar transportuesit e ngarkesës së pakicës. Welker nuk ishte dakord me të dhe besonte se ajo që po ndodhte varej nga një lloj efekti në terren. Megjithatë, përpara se të mund të përpunonin pajisjen ose teorinë, ata mësuan se një grup amerikanësh kishin zhvilluar saktësisht të njëjtin koncept - një përforcues germaniumi me dy kontakte pikash - gjashtë muaj më parë.
Murray Hill
Në fund të luftës, Mervyn Kelly reformoi grupin e kërkimit gjysmëpërçues të Bell Labs të kryesuar nga Bill Shockley. Projekti u rrit, mori më shumë fonde dhe u zhvendos nga ndërtesa e tij origjinale e laboratorit në Manhattan në një kampus në zgjerim në Murray Hill, New Jersey.
Kampusi Murray Hill, rreth. 1960
Për t'u njohur sërish me gjysmëpërçuesit e avancuar (pas kohës së tij në kërkime operacionale gjatë luftës), Shockley vizitoi laboratorin Holmdel të Russell Ohl në pranverën e vitit 1945. Ohl i kaloi vitet e luftës duke punuar në silikon dhe nuk humbi kohë. Ai i tregoi Shockley-t një përforcues të papërpunuar të konstruksionit të tij, të cilin ai e quajti një "dëshirues". Ai mori një ndreqës kontakti me pikë silikoni dhe përmes tij dërgoi rrymë nga bateria. Me sa duket, nxehtësia nga bateria zvogëloi rezistencën përgjatë pikës së kontaktit dhe e ktheu ndreqësin në një përforcues të aftë për të transmetuar sinjalet e radios hyrëse në një qark mjaft të fuqishëm për të fuqizuar një altoparlant.
Efekti ishte i papërpunuar dhe jo i besueshëm, i papërshtatshëm për komercializim. Sidoqoftë, mjaftoi të konfirmohej mendimi i Shockley se ishte e mundur të krijohej një përforcues gjysmëpërçues dhe se kjo duhet të ishte prioritet për kërkimet në fushën e elektronikës në gjendje të ngurtë. Ishte gjithashtu ky takim me ekipin e Olës që e bindi Shockley-n se fillimisht duheshin studiuar silikoni dhe germaniumi. Ata shfaqën veti tërheqëse elektrike dhe kolegët metalurgë të Ohl-it, Jack Skaff dhe Henry Theurer, kishin arritur sukses të mahnitshëm në rritjen, pastrimin dhe dopingun e këtyre kristaleve gjatë luftës, duke tejkaluar të gjitha teknologjitë e disponueshme për materiale të tjera gjysmëpërçuese. Grupi i Shockley-t nuk do të humbiste më kohë në amplifikatorët e oksidit të bakrit të paraluftës.
Me ndihmën e Kelly, Shockley filloi të mblidhte një ekip të ri. Lojtarët kryesorë përfshinin Walter Brattain, i cili ndihmoi Shockley-n me përpjekjen e tij të parë për një amplifikues në gjendje të ngurtë (në 1940), dhe John Bardeen, një fizikant i ri dhe punonjës i ri i Bell Labs. Bardeen ndoshta kishte njohuritë më të gjera të fizikës së gjendjes së ngurtë nga çdo anëtar i ekipit - disertacioni i tij përshkruante nivelet e energjisë së elektroneve në strukturën e metalit të natriumit. Ai ishte gjithashtu një tjetër mbrojtës i John Hasbrouck Van Vleck, si Atanasov dhe Brattain.
Dhe si Atanasov, disertacionet e Bardeen dhe Shockley kërkonin llogaritje jashtëzakonisht komplekse. Ata duhej të përdornin teorinë mekanike kuantike të gjysmëpërçuesve, të përcaktuar nga Alan Wilson, për të llogaritur strukturën e energjisë së materialeve duke përdorur kalkulatorin e desktopit të Monroe. Duke ndihmuar në krijimin e tranzistorit, ata, në fakt, kontribuan në shpëtimin e studentëve të ardhshëm të diplomuar nga një punë e tillë.
Qasja e parë e Shockley për një përforcues në gjendje të ngurtë u mbështet në atë që u quajt më vonë "". Ai pezulloi një pllakë metalike mbi një gjysmëpërçues të tipit n (me një tepricë të ngarkesave negative). Aplikimi i një ngarkese pozitive në pllakë tërhoqi elektronet e tepërta në sipërfaqen e kristalit, duke krijuar një lumë ngarkesash negative përmes të cilit rryma elektrike mund të rrjedhë lehtësisht. Sinjali i përforcuar (i përfaqësuar nga niveli i ngarkesës në vafer) në këtë mënyrë mund të modulojë qarkun kryesor (duke kaluar përgjatë sipërfaqes së gjysmëpërçuesit). Efikasiteti i kësaj skeme iu sugjerua atij nga njohuritë e tij teorike të fizikës. Por, përkundër shumë eksperimenteve dhe eksperimenteve, skema nuk funksionoi kurrë.
Deri në mars 1946, Bardeen kishte krijuar një teori të zhvilluar mirë që shpjegonte arsyen për këtë: sipërfaqja e një gjysmëpërçuesi në nivelin kuantik sillet ndryshe nga brendësia e saj. Ngarkesat negative të tërhequra në sipërfaqe bllokohen në "gjendjet sipërfaqësore" dhe bllokojnë fushën elektrike që të depërtojë në pllakë në material. Pjesa tjetër e ekipit e pa këtë analizë bindëse dhe nisi një program të ri kërkimi në tre rrugë:
- Vërtetoni ekzistencën e gjendjeve të sipërfaqes.
- Studioni vetitë e tyre.
- Kuptoni se si t'i mposhtni ata dhe ta bëni atë të funksionojë .
Pas një viti e gjysmë kërkimi dhe eksperimentimi, më 17 nëntor 1947, Brattain bëri një përparim. Ai zbuloi se nëse vendos një lëng të mbushur me jon, siç është uji, midis një vaferi dhe një gjysmëpërçuesi, një fushë elektrike nga vaferi do t'i shtynte jonet drejt gjysmëpërçuesit, ku ata do të neutralizonin ngarkesat e bllokuara në gjendjet sipërfaqësore. Tani ai mund të kontrollonte sjelljen elektrike të një pjese silikoni duke ndryshuar ngarkesën në vafer. Ky sukses i dha Bardeen një ide për një qasje të re për krijimin e një amplifikuesi: rrethoni pikën e kontaktit të ndreqësit me ujë elektrolitik dhe më pas përdorni një tel të dytë në ujë për të kontrolluar kushtet e sipërfaqes, dhe kështu të kontrolloni nivelin e përçueshmërisë së rrjetit kryesor. kontakt. Kështu që Bardeen dhe Brattain arritën në vijën e finishit.
Ideja e Bardeen funksionoi, por amplifikimi ishte i dobët dhe funksiononte në frekuenca shumë të ulëta të paarritshme për veshin e njeriut - kështu që ishte i padobishëm si përforcues telefoni ose radio. Bardeen sugjeroi kalimin në germanium rezistent ndaj tensionit të kundërt të prodhuar në Purdue, duke besuar se më pak ngarkesa do të mblidheshin në sipërfaqen e tij. Papritur ata morën një rritje të fuqishme, por në drejtim të kundërt nga sa pritej. Ata zbuluan efektin e bartësit të pakicës - në vend të elektroneve të pritura, rryma që kalonte nëpër germanium u përforcua nga vrimat që vinin nga elektroliti. Rryma në tela në elektrolit krijoi një shtresë të tipit p (një rajon me ngarkesa pozitive të tepërta) në sipërfaqen e germaniumit të tipit n.
Eksperimentet e mëvonshme treguan se nuk nevojitej fare elektrolit: thjesht duke vendosur dy pika kontakti afër sipërfaqes së germaniumit, ishte e mundur të modulohej rryma nga njëra prej tyre në rrymën në tjetrën. Për t'i afruar sa më afër, Brattain mbështilli një copë fletë ari rreth një cope plastike trekëndore dhe më pas e preu me kujdes fletën në fund. Pastaj, duke përdorur një pranverë, ai shtypi trekëndëshin kundër germaniumit, si rezultat i të cilit dy skajet e prerjes prekën sipërfaqen e tij në një distancë prej 0,05 mm. Kjo i dha prototipit të tranzitorit të Bell Labs pamjen e tij të veçantë:
Prototipi i tranzistorit Brattain dhe Bardeen
Ashtu si pajisja e Mathare dhe Welker, ajo ishte, në parim, një "mustaqe mace" klasike, vetëm me dy pika kontakti në vend të një. Më 16 dhjetor, ai prodhoi një rritje të konsiderueshme të fuqisë dhe tensionit, dhe një frekuencë prej 1000 Hz në diapazonin e dëgjimit. Një javë më vonë, pas përmirësimeve të vogla, Bardeen dhe Brattain kishin rritur tensionin me 100 herë dhe fuqinë me 40 herë, dhe u demonstruan drejtorëve të Bell-it se pajisja e tyre mund të prodhonte të folur të dëgjueshëm. John Pierce, një tjetër anëtar i ekipit të zhvillimit të gjendjes së ngurtë, shpiku termin "tranzistor" sipas emrit të ndreqësit të oksidit të bakrit të Bell, varistor.
Për gjashtë muajt e ardhshëm, laboratori e mbajti sekret krijimin e ri. Menaxhmenti donte të sigurohej që ata të kishin një fillim në komercializimin e tranzistorit përpara se dikush tjetër ta merrte në duart e tij. Një konferencë shtypi ishte planifikuar për më 30 qershor 1948, pikërisht në kohën e duhur për të shkatërruar ëndrrat e Welker dhe Mathare për pavdekësinë. Ndërkohë, grupi i kërkimit të gjysmëpërçuesve u shemb në heshtje. Pasi dëgjoi për arritjet e Bardeen dhe Brattain, shefi i tyre, Bill Shockley, filloi të punonte për të marrë të gjitha meritat për vete. Dhe megjithëse ai luajti vetëm një rol vëzhgues, Shockley mori po aq, nëse jo më shumë, publicitet në prezantimin publik - siç shihet në këtë foto të publikuar të tij në mes të aksionit, pikërisht pranë një stoli laboratori:
Foto publicitare e vitit 1948 - Bardeen, Shockley dhe Brattain
Sidoqoftë, fama e barabartë nuk mjaftoi për Shockley-n. Dhe përpara se dikush jashtë Bell Labs të dinte për tranzistorin, ai ishte i zënë duke e ri-shpikur atë për veten e tij. Dhe kjo ishte vetëm e para nga shumë rishpikje të tilla.
Çfarë tjetër për të lexuar
- Robert Buderi, Shpikja që ndryshoi botën (1996)
- Michael Riordan, "Si e humbi Evropën tranzistorin", IEEE Spectrum (1 nëntor 2005)
- Michael Riordan dhe Lillian Hoddeson, Crystal Fire (1997)
- Armand Van Dormael, "Tranzistori 'francez'" (1994)
Burimi: www.habr.com