Artikuj të tjerë të ciklit:
- Historia e releve
- Historia e kompjuterëve elektronikë
- Historia e tranzistorit
- Historia e Internetit
Furreja e luftës përgatiti terrenin për shfaqjen e tranzistorit. Nga 1939 deri në 1945, njohuritë teknike në fushën e polushtës janë zgjeruar jashtëzakonisht. Dhe arsyeja për këtë ishte një e thjeshtë: radari. Teknologjia më e rëndësishme e luftës, midis shembujve të aplikimeve të saj: zbulimi i sulmeve ajrore, kërkimi i nëndetëseve, drejtimi i sulmeve ajrore natën ndaj objekteve, dhe drejtime të mjeteve të mbrojtjes ajrore dhe armëve detare. Inxhinierët madje mësuan të futin radare të vogla në predha artilerie, në mënyrë që ato të shpërthenin kur kalonin pranë objektivave - . Megjithatë, burimi i kësaj teknologjie ushtarake të fuqishme ishte një fushë më paqësore: studimi i shtresave të sipërme të atmosferës për qëllime shkencore.
Radari
Në vitin 1901, kompania «Telegrafi pa tel Marconi» dërgoi me sukses një mesazh pa tel përmes Atlantikut, nga Kornualla në Newfoundland. Ky fakt e trazoi shkencën moderne. Nëse transmetimet radiografike lëvizin në vijë të drejtpërdrejtë (siç duhet të ndodhte), një transmetim i tillë nuk duhet të ishte i mundur. Nuk ka linjë të drejtpërdrejtë pamjeje midis Anglisë dhe Kanadasë që të mos kalojë përmes tokës, prandaj mesazhi i Marconit duhej të kishte fluturuar në hapësirë. Inxhinieri amerikan Arthur Kennelly dhe fizikanti britanik Oliver Heaviside, në të njëjtën kohë dhe pavarësisht nga njëri-tjetri, supozuan që shpjegimi i këtij fenomeni kishte të bënte me një shtresë gazi të ionizuar, e cila ndodhet në shtresat e sipërme të atmosferës dhe është në gjendje të reflektojë valët radio më.Të kthehej përsëri në tokë (Marconi mendonte se valët radio ndoqnin lakimin e sipërfaqes së tokës, por fizikantët nuk e mbështetën atë).
Në vitet 1920, shkencëtarët zhvilluan pajisje të reja që fillimisht provuan ekzistencën e ionosferës dhe më pas studiuan strukturën e saj. Ata përdorën llampa elektronike për të gjeneruar impulse radio me gjatësi të shkurtër, antena të drejtuara për t'i dërguar ato lart në atmosferë dhe për të regjistruar jehonë, dhe për të demonstruar rezultatet. Sa më e madhe të jetë vonesa e kthimit të jehonës, aq më larg duhet të jetë ionosfera. Kjo teknologji u quajt sondazhi atmosferik, dhe ajo ofroi infrastrukturën teknike bazë për krijimin e radarit (termi vetë "radar", që do të thotë RAdio Detection And Ranging, shfaqej vetëm në vitet 1940 në flotën ushtarake të SHBA).
Ishte vetëm çështje kohe që njerëzit me njohuritë, burimet dhe motivimin e duhur të kuptonin potencialin e aplikimit tokësor të këtij pajisjeje (në këtë mënyrë, historia e radarëve është e kundërt me atë të teleskopëve, të cilat fillimisht ishin të destinuara për përdorim në tokë). Dhe mundësia e kësaj ndriçimi u rrit ndërsa radio shpërndahej gjithnjë e më shumë në planet, dhe gjithnjë e më shumë njerëz vërejnë interferencat që vijnë nga anijet, avionët dhe objekte të tjera të mëdha në afërsi. (1932-1933), kur shkencëtarët nga stacionet e ndryshme arktike hartuan një hartë të ionosferës. Shpejt pas kësaj, ekipet në Britani, SHBA, Gjermani, Itali, BE, dhe vende të tjera zhvilluan sistemet e tyre më të thjeshta radarike.
me radarët e tij të vitit 1935.
Pastaj ndodhi lufta, dhe rëndësia e radarëve për vendet - dhe burimet për zhvillimin e tyre - u rrit ndjeshëm. Në SHBA, këto burime u organizuan rreth një organizate të re, e krijuar në 1940 në MIT, e njohur si (e cila u quajt kështu në mënyrë të veçantë për të mashtruar spiunët e huaj dhe për të krijuar përshtypjen se në laboratorin po studiohej radioaktiviteti - atëherë ende pak njerëz besonin në bombat atomike). Projekti Rad Lab, i cili nuk u bë aq i famshëm sa Projekti Manhattan, megjithatë mbajti gjithashtu fizikantë të famshëm dhe të talentuar nga e gjithë SHBA. Pesë nga punonjësit e parë të laboratorit (përfshirë dhe ) më vonë morën Çmimin Nobel. Në fund të luftës, rreth 500 doktorë të shkencave, shkencëtarë dhe inxhinierë punonin në laborator, dhe gjithsej punonin 4000 njerëz. Një gjysmë milioni dollarë - që është krahasuar me buxhetin e plotë për krijimin e ENIAC - u shpenzuan vetëm për botimin e serisë Radiation Laboratory Series, njëzet e shtatë vëllime, ku u përshkrua tërë njohuria e fituar në laborator gjatë luftës (ndërkohë, shpenzimet e qeverisë së SHBA për teknologjinë radarike nuk u kufizuan në buxhetin e Rad Lab; gjatë luftës qeveria bleu radarë me një vlerë tre miliardë dollarë).
Korpusi 20 i MIT, ku ndodhej Rad Lab.
Një nga fushat kryesore të hulumtimit të Rad Lab ishte radar i frekuencave të larta. Radarët e hershëm përdornin vale me gjatësi metri. Por rrezet me frekuenca më të larta, gjatësi vale të cilave mateshin në centimetra – mikrovalë – lejonin përdorimin e antenave më kompakte dhe kishin më pak shpërndarje në distanca të gjata, çka premtonte përfitime të mëdha në arritshmëri dhe saktësi. Radarët me mikrovalë mund të nxirreshin në hundën e avionit dhe të zbulonin objekte me madhësinë e periskopit të një nënmari.
Së pari, ekipi i fizikantëve britanikë nga Universiteti i Birminghamit e zgjidhi këtë problem. Në vitin 1940 ata zhvilluan "", i cili funksiononte si një "çikrik" elektromagnetik, duke e kthyer impulset e çrregullta të elektricitetit në një rrezë të fuqishme dhe të saktë të mikrovalëve. Ky transmetues mikrovalësh ishte një mijë herë më i fuqishëm në krahasim me konkurrencën më të afërt; ai hapi rrugën për krijimin e transmetuesve praktikë të radarëve me frekuenca të larta. Megjithatë, ai kishte nevojë për një shoqërues, një marrës që mund të regjistronte frekuencat e larta. Dhe në këtë pikë, ne kthehemi në historinë e polushtes.
Magnetron në seksion
Rikthimi i bishtit të maceve
Doli se lampat elektronike nuk ishin të përshtatshme për të pranuar sinjalet e mikrovalëve të radarëve. Diferenca midis katodit të nxehtë dhe anodës së ftohtë krijonte kapacitet, duke e bërë që ky qark të mos funksiononte në frekuenca të larta. Teknologjia më e mirë për radarët me frekuenca të larta ishte "", një copë e vogël kablli e ngjeshur në kristalin e polushtes. Kjo u zbulua pavarësisht nga disa persona, megjithatë, më afër historisë sonë është ajo që ndodhi në New Jersey.
Në vitin 1938, laboratorët e Bell nënshkruan një kontratë me flotën ushtarake për zhvillimin e një radari për menaxhimin e zjarrit në gamën 40 cm – kjo ishte shumë më e shkurtër dhe, rrjedhimisht, më e lartë në frekuencë se radarët ekzistues në epokën para magetronëve rezonantë. Pjesa më e madhe e kërkimeve iu dha një njësie laboratorësh në Holmdel në jug të Staten Island. Kërkuesve nuk u duhej shumë kohë për të kuptuar se çfarë u nevojitej për një marrës me frekuencë të lartë, dhe shpejt inxhinieri George Southworth ishte duke kërkuar në dyqanet e pajisjeve elektronike në Manhattan për detektorët e vjetër "mushkë”. Siç pritej, ai punonte shumë më mirë se detektori me lampë, por e bënte këtë në mënyrë të paqëndrueshme. Prandaj, Southworth gjeti një elektrokimist me emrin Russell All dhe i kërkoi atij të përpiqej të përmirësonte njëtrajtshmërinë e përgjigjes së detektorit kristal me një pikë kontakti.
All ishte një person mjaft unik, i cili e konsideronte zhvillimin e teknologjisë si fatin e tij, dhe tregonte për ndriçime periodike me vizione të së ardhmes. Për shembull, ai deklaronte se që në vitin 1939 dinte për shpikjen e ardhshme të amplifikatorit të silikonit, por që fati ishte shkruar ta shpikte atë një tjetër njeri. Pas studimit të dhjetra mundësive, ai u ndal te silikoni si materiali më i mirë për marrësit e Southworth. Problemi ishte në mundësinë e kontrollit të përmbajtjes së materialit, për të menaxhuar vetitë e tij elektrike. Në atë kohë, ingotët industrialë të silikonit ishin të përhapur gjerësisht, përdorej në fabrikat e çelikut, por në një prodhim të tillë nuk shqetësohej askush, le të themi, mbi përmbajtjen 1% të fosforit në silikon. Duke siguruar ndihmën e disaMetalurgëve, All caktoi si qëllim të krijonte ingotë shumë më të pastër se sa ishte arrirë më parë.
Gjatë punës, ata zbuluan se disa prej kristaleve të tyre drejtonin rrymën në një drejtim, ndërsa të tjerët në drejtimin tjetër. Ata i quajtën “tip n” dhe “tip p”. Analiza e mëtejshme tregoi se për këto tipe ishin përgjegjëse lloje të ndryshme të papastërtive. Silikoni ndodhet në kolonën e katërt të tabelës periodike të Mendeleev, që do të thotë se ka katër elektrone në kushtin e jashtëm. Në një bllok prej silikoni të pastër, secili nga këto elektrone do të bashkohej me fqinjët. Papastërtitë nga kolona e tretë, le të themi bor, i cili ka një elektron më pak, krijonin një “hapësirë”, hapësirë shtesë për lëvizjen e rrymës në kristal. Në fund rezultonte një polusëpol semikonduktori tip p (me shumë ngarkesa pozitive). Elementet nga kolona e pestë, si fosfori, ofronin elektrone të lira shtesë për transportimin e rrymës, dhe krijohej një polusëpol semikonduktori tip n.
Struktura kristalore e silikoni
Të gjitha këto hulumtime ishin shumë interesante, megjithatë deri në vitin 1940, Southworth dhe Ola nuk arritën të krijonin një prototip funksional të radarit me frekuencë të lartë. Qeveria britanike kërkonte rezultate praktike të menjëhershme për shkak të kërcënimit që po iu afruante nga Luftwaffe, e cila kishte krijuar tashmë detektues mikrovijalë të gatshëm për prodhim, të cilët funksiononin në çift me transmetuesit magnetron.
Megjithatë, së shpejti ekuilibri i arritjeve teknike do të kalonte në anën perëndimore të Atlantikut. Churchill vendosi të zbulojë të gjitha sekrethet teknike të Britanisë amerikaneve edhe para se të hynte vërtet në luftë (sepse, siç mendonte ai, kjo do të ndodhte prapë). Ai e mendonte se kishte vlerë të rrezikonte rrjedhjen e informacionit, pasi të gjitha mundësitë industriale të SHBA-së do të ishin drejtuar për zgjidhjen e problemeve si arma bërthamore dhe radarët. Misioni shkencor dhe teknik britanik (më i njohur si ) mbërriti në Washington në shtator të vitit 1940 dhe solli në bagazhe një dhuratë në formën e mrekullive teknologjike.
Zbulimi i fuqisë së pabesueshme të magnetronit rezonues dhe efektiviteti i detektorëve kristalor britanikë në marrjen e sinjalit të tij aktivizoi hulumtimet amerikane në fushën e materialeve gjysmëpërçuesë si bazë për radarët me frekuencë të lartë. Duhej të bëhej shumë punë, veçanërisht në fushën e shkencave të materialeve. Për të përmbushur kërkesat, ishte e nevojshme që kristalët gjysmëpërçues të prodhoheshin me miliona, shumë më tepër se ç'kishte qenë e mundur më parë. Duhej të përmirësohej drejtpërdrejtësimi, të reduktohej ndjeshmëria ndaj goditjeve dhe probabiliteti i digjes, si dhe të minimizohej diferenca midis partive të ndryshme të kristaleve.
Drejtpërdrejtësi silikoni me kontakt pikë
Në Rad Lab u hapën departamente të reja kërkimore për të studiuar vetitë e kristaleve gjysmëpërçues dhe se si mund të modifikoheshin ato për të maksimizuar vetitë e vlera në rol si marrës. Materialet më premtuese ishin silic dhe german, prandaj në Rad Lab kishin vendosur të siguroheshin dhe filluan programe paralele për studimin e të dyjave: silic në Universitetin e Pensilvanisë dhe german në Purdue. Gigantët industrialë si Bell, Westinghouse, Du Pont dhe Sylvania filluan programet e tyre për hulumtimin e gjysmëpërçuesve dhe nisën zhvillimin e kapaciteteve të reja prodhuese për detektorët kristalorë.
Me përpjekjet e përbashkëta, pastërtia e kristaleve të silicons dhe germanit arriti të ngrihej nga 99% në fillim deri në 99,999% — domethënë, deri në një grimcë ndotës për 100,000 atome. Gjatë këtij procesi, stafi i shkencëtarëve dhe inxhinierëve u njoh ngushtë me vetitë abstrakte të germanit dhe silicons dhe teknologjitë praktike për kontrollimin e tyre: shkrirja, rritja e kristaleve, shtimi i ndotësve të nevojshëm (si bora, e cila rritte drejtshkrimin).
Dhe pastaj lufta përfundoi. Kërkesa për radarë u zhduk, por njohuritë dhe aftësitë e fituara gjatë luftës nuk u humbën, ndërsa ëndrra për një amplifikator të ngurtë nuk u harua. Tani gara ishte për krijimin e një amplifikatori të tillë. Dhe, të paktën, tre ekipe ishin në pozita të favorshme për të fituar këtë çmim.
Uest-Lafajetë
E para e parë ishte një grup nga Universiteti Purdue nën drejtimin e fizikantit me origjinë austriake Karl Lark-Horowitz. Ai, me talentin dhe ndikimin e tij, e nxori në njëfarë mënyre departamentin e fizikës nga harresa dhe ndikoi në vendimin e Rad Lab për t'i deleguar laboratorit të tij studiohet mbi germaniumin.
Karl Lark-Horowitz në vitin 1947, në qendër, me një pipë.
Në fillim të viteve 1940, silikoni konsiderohej materiali më i mirë për drejtpërdredhësit radarë, megjithatë materiali që ndodhej pikërisht nën të në tabelën periodike dukej gjithashtu i denjë për studime më të mëtejshme. Germaniumi kishte një avantazh praktik falë pikës më të ulët të shkrirjes: rreth 940 gradë, në krahasim me 1400 gradë për silikonin (praktikisht si çeliku). Për shkak të temperaturës së lartë të shkrirjes, ishte jashtëzakonisht e vështirë të bëje një grimcë që të mos rrjedhë në silikonin e shkrirë, duke e ndotur atë.
Prandaj, Lark-Horowitz dhe kolegët e tij e kaluan gjithë luftën në studimin e vetive kimike, elektrike dhe fizike të germaniumit. Pengesa më e madhe ishte "ndeshja e prapme": drejtpërdredhësit e germaniumit, në tension shumë të ulët, ndalonin së drejtuari rrymën dhe lejonin që ajo të rrjedhë në drejtimin e kundërt. Impulsi i rrymës prapëseprapë i digjte komponentët e tjerë të radarit. Një nga studentët e doktoratës së Lark-Horowitz, Seymour Benzer, studioi këtë problem për më shumë se një vit dhe përfundimisht zhvilloi një shtesë të bazuar në plumb që ndalonte impulsin prapavijë në tensionet deri në njëqind volt. Shpejt pas kësaj, Western Electric, dega e prodhimit e laboratorit Bell, filloi të lëshojë drejtpërdredhësit që funksiononin sipas skemës së Benzer për nevoja ushtarake.
Studimi i germani në Purdue vazhdoi edhe pas luftës. Në qershor 1947, Benzer, duke qenë profesor tashmë, raportoi për një anomali të pazakontë: në disa eksperimente në kristalet e germani, shfaqeshin oscillacione me frekuencë të lartë. Kollgji i tij, Ralph Bray, vazhdoi studimin e "rezistencës volumetrike" sipas një projekti të filluar gjatë luftës. Rezistenca volumetrike përshkroi se si elektriku rrjedh në kristalin e germani në pikën e kontaktit të drejtuesit. Bray zbuloi se impulsat e tensionit të lartë e zvogëlonin ndjeshëm rezistencën e germani n-tipe ndaj këtyre rrjedhave. Pa e ditur atë, ai u bë dëshmitar i atyre që quheshin "në mbështetje" të bartësve të ngarkesës. Në gjysmëpërçuesit n-tipe, ngarkesa negative e tepruar shërbehet si bartëse kryesore e ngarkesës, por "vrimat" pozitive gjithashtu mund të transferojnë rrymë, dhe në këtë rast, impulsat e tensionit të lartë krijonin vrima në strukturën e germani, duke bërë që të shfaqeshin bartësit e ngarkesës në mbështetje.
Bray dhe Benzer ishin shumë afër zbulimit të amplifikatorit të germani, pa e kuptuar këtë. Benzer kapti Walter Brattain, një shkencëtar nga laboratorët Bell, në një konferencë në janar 1948, për të diskutuar rreth rezistencës volumetrike. Ai i sugjeroi Brattain të vendosë një kontakt tjetër pikor pranë të parit, i cili mund të ndërtonte rrymë, dhe ndoshta mund të kuptonin se çfarë ndodhte poshtë sipërfaqes. Brattain pranoi qetësisht këtë propozim dhe u largua. Siç do të shohim, ai e dinte shumë mirë se çfarë mund të zbulonte një eksperiment i tillë.
One-su-Bois
Grupi nga Purdue kishte si teknologjitë ashtu edhe bazat teorike për të bërë një hap drejt tranzistorit. Por ata mund ta hasnin atë vetëm rastësisht. Ata ishin të interesuar për vetitë fizike të materialit, jo për kërkimin e një pajisjeje të re. Një situatë krejtësisht ndryshe mbizotëronte në One-su-Bois (Franca), ku dy ish-recherche radarësh nga Gjermania, Heinrich Welker dhe Herbert Matara, drejtonin një ekip që synonte krijimin e pajisjeve industriale gjysmëpërçuesëse.
Velker filloi si studjues dhe më pas si profesor fizikë në Universitetin e Mynihut, i drejtuar nga teoretiku i njohur Arnold Sommerfeld. Që nga viti 1940, ai e la rrugën e pastër teorike dhe filloi të punonte mbi radarët për Luftwaffen. Mataré (me origjinë belge) u rrit në Aachen, ku studioi fizikë. Ai iu bashkua departamentit të kërkimeve të gigantit gjerman të radios Telefunken në vitin 1939. Gjatë luftës, ai e shpërnguli punën e tij nga Berlini në lindje në një abat në Silesia për të shmangur sulmet ajrore të koalicionit anti-Hitlerian, dhe pastaj përsëri në perëndim për të shmangur ushtrinë e kuqe, duke përfunduar kështu në duar të ushtrisë amerikane.
Ashtu si rivalët e tyre nga koalicioni anti-Hitlerian, gjermanët në fillim të viteve 1940 e dinin se detektorët kristalorë ishin pranues idealë për radarët dhe se siliciumi dhe germani ishin materialet më premtuese për krijimin e tyre. Mataré dhe Velker gjatë luftës përpiqeshin të përmirësonin përdorimin efikas të këtyre materialeve në drejtuesit. Pas luftës, të dy u përballën me ndjekje periodike të lidhura me punën e tyre ushtarake, dhe përfundimisht morën një ftesë nga një spiun francez në Paris në vitin 1946.
Compagnie des Freins & Signaux (‘kompania e frenave dhe sinjalit’), një nën-ndërmarrje franceze e Westinghouse, mori një kontratë nga menaxhmenti telefonik francez për të krijuar drejtues të ngurtë dhe kërkoi ndihmën e shkencëtarëve gjermanë. Një aleancë e tillë mes armikëve të fundit mund të duket e çuditshme, mirëpo kjo marrëveshje u tregua mjaft e favorshme për të dyja palët. Fransuzët, të mundur në vitin 1940, nuk kishin mundësi të fitonin njohuri në fushën e gjysmëpërçuesve dhe u duheshin me ngulm aftësitë e gjermanëve. Gjermanët nuk mund të zhvillonin projekte në fushat e larta teknologjike në një vend të okupuar dhe të shkatërruar nga lufta, ndaj kapën mundësinë për të vazhduar punën.
Velker dhe Mataré i dhanë formë një qendre në një shtëpi me dy kate në periferi të Parisit, Oney-sous-Bois, dhe me ndihmën e një ekipi teknikësh, arritën të organizojnë një prodhim të suksesshëm të drejtuesve të germaniut deri në fund të vitit 1947. Më pas, ata u kthyen në çmime më serioze: Velker u rikthye te interesat e tij mbi superpërçuesit, ndërsa Mataré te amplifikatorët.
Herbert Mataré në vitin 1950
Gjatë luftës, Matare eksperimentoi me drejtpërdëssit me dy pika kontakti - "duodiode" - në përpjekje për të reduktuar zhurmën në kontur. Ai rinovoi eksperimentet dhe për herë të parë zbuloi se pika e dytë "mjekra e maceve", e vendosur në 1/100 milion të një metri nga e para, ndonjëherë mund të modifikonte rrymën që kalonte përmes mjekrës së parë. Ai krijoi një amplifikator me gjysmëpërçues, ndonëse mjaft të padobishëm. Për të arritur një funksionim më të besueshëm, ai iu drejtua Welker-it, i cili kishte grumbulluar një përvojë të madhe me kristalet e germaniumit gjatë luftës. Ekipi i Welker-it rriti mostra më të mëdha dhe më të pastra të kristaleve të germaniumit, dhe së bashku me përmirësimin e cilësisë së materialit, deri në qershor 1948 amplifikatorët me kontakt pikor të Matares u bënë të besueshëm.
Pamja e rëntgenit e "transistorit" të bazuar në skemën e Matares, e cila ka dy pika kontakti me germanium
Matare madje kishte një model teorik të asaj që ndodhte: ai besonte se kontakti i dytë krijonte vrima në germanium, duke nxitur kalimin e rrymës përmes kontaktit të parë, duke ofruar bartës të ngarkesave jo dominantë. Welker nuk ishte dakord me të dhe besonte se ajo që ndodhte varet nga një efekt ndonjëherë elektrik. Megjithatë, para se ata të mund të punonin në pajisjen ose teorinë, ata mësuan se një grup amerikanësh kishte zhvilluar pikërisht të njëjtën koncept - amplifikatori me germanium me dy pika kontakti - gjashtë muaj më herët.
Murray Hill
Në fund të luftës, Mervin Kelly reformoi grupin hulumtues të laboratorëve Bell, i angazhuar me përgjithësimin e gjysmëpërçuesve me Bill Shockley në krye. Projekti u zgjerua, mori më shumë financim dhe u tërhoq nga ndërtesa origjinale e laboratorëve në Manhattan në kampusin në zgjerim në Murray Hill (New Jersey).
Kampusi në Murray Hill, rreth 1960
Për të ri-njohur me gjysmëpërçuesit e avancuar (pas kërkimeve operacionale që zhvilloi gjatë luftës), në pranverën e vitit 1945, Shockley vizitoi laboratorin e Russell Ohl në Holmdel. Ohl kishte kaluar vitet e luftës duke punuar me silikonin dhe nuk kishte humbur kohë. Ai i tregoi Shockley një amplifikues të thjeshtë të ndërtuar vetë, të quajtur "dezi-shtër". Ai mori një drejtues silikoni të kontaktit të pikës dhe e kaloi një rrymë nga një bateri. Duke u bazuar në të, nxehtësia e baterisë kishte ulur rezistencën përmes pikës së kontaktit, duke e transformuar drejtuesin në një amplifikues i aftë për të transmetuar sinjalet radio në një qark të mjaftueshëm për të ushqyer një altoparlant.
Efekti ishte i thjeshtë dhe i pasigurt, i papërshtatshëm për tregëtim. Megjithatë, ai mjaftoi për të konfirmuar mendimin e Shockley për mundësinë e krijimit të një amplifikuesi gjysmëpërçues, dhe se kjo duhej të ishte një prioritet në kërkimin në fushën e elektronikës qëndrueshmë. Po ashtu, kjo takim me ekipin e Ohl e bindin Shockley se silikoni dhe germani duhej studiuar si prioritet. Ata demonstronin veti elektrike tërheqëse, për më tepër, kolegët e Ohl, metalurgët Jack Scaff dhe Henry Tereer, kishin arritur përparime të jashtëzakonshme në rritjen, pastrimin dhe shtimin e përbërësve në këto kristale gjatë luftës, duke e tejkaluar çdo teknologji që kishte ekzistuar për materialet e tjera gjysmëpërçues. Grupi i Shockley nuk kishte më për të humbur kohë me amplifikuesit e para-luftës nga oksidi i bakrit.
Me ndihmën e Kelly, Shockley filloi të mbledhë një ekip të ri. Ndër lojtarët kyç ishte Walter Brattain, i cili ndihmoi Shockley me përpjekjen e tij të parë për të krijuar një amplifikues gjysmëpërçues (në vitin 1940) dhe John Bardeen, një fizikant i ri dhe punonjës i ri në laboratorët Bell. Bardeen, ndoshta, kishte njohuritë më të gjera mbi fizikën e trupave të ngurtë nga të gjithë anëtarët e ekipit – disertacioni i tij përshkruante nivelet e energjisë së elektroneve në strukturën e natriumit metalik. Ai gjithashtu ishte një tjetër protezë e John Hays Brattain, ashtu si Atanasoff dhe Brattain.
Si si Atnasov, disertacionet e Bardinit dhe Shockley kërkonin llogaritje shumë komplekse. Ata duhej të përdornin teorinë kuantike të gjysmëpërçuesve, të përcaktuar nga Alan Wilson, për të llogaritur strukturën energetike të materialeve me ndihmën e një kalkulatori Monro. Duke ndihmuar në krijimin e transistorit, ata në thelb kontribuan në çlirimin e doktorantëve të ardhshëm nga një punë e tillë.
Qëllimi i parë i Shockley me amplifikatorin e ngurtë bazohej në atë që më vonë u quajt "". Ai varte një pllakë metalike mbi gjysmëpërçuesin n-të (me tepri ngarkesash negative). Aplikimi i ngarkesës pozitive në pllaka tërhiqte tepricën e elektroneve në sipërfaqen e kristalit, duke krijuar një lumë ngarkesash negative, përmes të cilit mund të rrjedhë lehtësisht një rrymë elektrike. Sinjali i amplifikuar (i përfaqësuar nga niveli i ngarkesës në pllaka) në këtë mënyrë mund të modifikonte konturin kryesor (i cili kalon mbi sipërfaqen e gjysmëpërçuesit). Funksionimi i kësaj skeme i ishte sugjeruar nga njohuritë e tij teorike në fizikë. Por, përkundër shumë eksperimenteve dhe provave, skema nuk arriti të funksiononte.
deri në mars 1946, Bardini kishte krijuar një teori të mirë-punuar, që shpjegonte arsyen e kësaj: sipërfaqja e gjysmëpërçuesit në nivelin kuantik sillet ndryshe nga interiori i tij. Ngarkesat negative, që tërhiqeshin në sipërfaqe, kapeshin në "gjendjet sipërfaqësore" dhe bllokonin depërtimin e fushës elektrike nga pllaka në material. Anëtarët e tjerë të ekipit e gjetën këtë analizë bindëse dhe nisën një program të ri kërkimor në tre drejtime:
- Të provojnë ekzistencën e gjendjeve sipërfaqësore.
- Të studiojnë pronat e tyre.
- Të mendojnë se si të kapërcejnë ato dhe të krijojnë një .
Pas një ndarje prej një viti e gjysmë kërkimesh dhe eksperimentesh, më 17 nëntor 1947, Bretejn bëri një hap përpara. Ai zbuloi se nëse vendosni një lëng të mbushur me joana, për shembull, ujë, midis një pllake dhe një polupërçuesi, fusha elektrike nga pllakati do të shtyjë jonet drejt polupërçuesit, ku ato do të neutralizojnë ngarkesat e kapura në gjendjet sipërfaqësore. Tani ai mund të kontrollonte sjelljen elektrike të një cope siliciumi duke ndryshuar ngarkesën në pllakë. Ky sukses i dha Bardinit idenë për një qasje të re në krijimin e amplifikatorit: të rrethonte pikën e kontaktit të drejtuesit me ujë elektrolitik, dhe pastaj të përdorte një tel të dytë në ujë për të kontrolluar gjendjet sipërfaqësore, dhe në këtë mënyrë të rregullonte nivelin e drejtueshmërisë së kontaktit bazë. Kështu Bardini dhe Bretejn arritën në vijën e finishit.
Ideja e Bardinit funksionoi, megjithatë amplifikimi ishte i dobët dhe punonte në frekuenca shumë të ulta, që ishin të papërshtatshme për veshin e njeriut – prandaj ishte e pavlerë si amplifikator telefonik apo radiosh. Bardini propozoi kalimin në germanium, që është rezistent ndaj tensioneve të kundërta dhe u prodhua në Purdue, duke menduar se në sipërfaqen e tij do të grumbulloheshin më pak ngarkesa. Papritmas ata morën një amplifikim të fuqishëm, por në drejtimin e kundërt nga ai që prisnin. Ata zbuluan efektin e bartësve të papërfunduar – në vend të elektronëve të pritur, intensiteti që kalonte përmes germaniumit amplifikonte vrimat që vinin nga elektroliti. Intensiteti në telin në elektrolit krijoi një shtresë p-tipi (një zonë me ngarkesa pozitive të tepruara) në sipërfaqen e germaniumit n-tipi.
Eksperimentet e mëpasshme treguan se elektroliti në fakt nuk ishte i nevojshëm: thjesht duke vendosur dy pika kontakti pranë njëra-tjetrës në sipërfaqen e germaniumit, mund të modifikonin intensitetin nga njëra në tjetrën. Për t'i vendosur sa më pranë, Bretejn mbështolli një copë me folio ari rreth një cope plastike në formë trekëndëshi, dhe pastaj me kujdes e prenë folion në skaj. Më pas, me ndihmën e një springu, ai e shtypte trekëndëshin në germanium, duke bërë që dy skajet e prerjes të preknin sipërfaqen e tij në një distancë prej 0.05 mm. Kjo i dha prototipit të transistorit nga laboratorët Bell pamjen e tij karakteristike:
Prototipi i transistorit të Bretejn dhe Bardinit
Si Matara dhe Velkera, ky ishte, në thelb, një "mustak mace", thjesht me dy pika kontakti në vend të një. Më 16 dhjetor, ai arriti një përforcim të konsiderueshëm të energjisë dhe tensionit, si dhe një frekuencë prej 1000 Hz brenda gamës së dëgjueshme. Një javë më pas, pas disa përmirësimeve të vogla, Bardin dhe Brettain morën një përforcim të tensionit 100 herë dhe të energjisë 40 herë, dhe demonstruan drejtorëve të Bell-it se pajisja e tyre mund të riprodhonte fjalë të dëgjueshme. John Pierce, një tjetër anëtar i ekipit zhvillues të pajisjeve të ngurta, krijoi termin "tranzistor" si një referencë nga emri i drejtuesit të Bell-it mbi oksidin e bakrit, varistorin.
Gjatë gjashtë muajve të ardhshëm, laboratori e mbajti krijesën e re në sekret. Menaxhmenti donte të sigurohej që do të kishin një avantazh në realizimin e mundësive tregtare të tranzistorit para se ta merrte ndokush tjetër. Konferenca për shtyp u caktua për 30 qershor 1948, pikërisht në kohë për të shkatërruar të gjitha ëndrrat e Velkera dhe Matara për amshim. Ndërkohë, grupi i kërkimeve mbi gjysmëpërçuesit u shpërbë në heshtje. Duke dëgjuar për arritjet e Bardin dhe Brettain, shefi i tyre, Bill Shockley, filloi të punonte për t'u atribuuar gjithë famën. Edhe pse ai luante vetëm një rol vëzhgues, në prezantimin publik, Shockley mori po aq, nëse jo më shumë, publicitet - gjë që duket nga kjo fotografi e publikuar, ku ai është në qendër të ngjarjeve, direkt pranë tavolinës së laboratoriumit:
Fotografia reklamore e vitit 1948 – Bardin, Shockley dhe Brettain
Megjithatë, Shockley nuk ishte i kënaqur me fame të barabartë. Edhe para se ndokush jashtë laboratorëve të Bell-it të dinte për tranzistorin, ai filloi përsëri shpikjen e tij, për ta marrë për vete. Dhe kjo ishte vetëm e para nga shumë shpikje të ngjashme.
Çfarë të lexoni tjetër
- Robert Buderi, The Invention That Changed the World (1996)
- Michael Riordan, “How Europe Missed the Transistor,” IEEE Spectrum (1 Nëntor, 2005)
- Michael Riordan dhe Lillian Hoddeson, Zjarri i Kristalit (1997)
- Armand Van Dormael, “The ‘French’ Transistor,” (1994)
Burimi: habr.com
