Andra artiklar i serien:
- Relayets historia
- Elektroniska datorers historia
- Transistorernas historia
- Internets historia
Krigets smĂ€ltdegel förberedde marken för transistorens framvĂ€xt. Mellan 1939 och 1945 vĂ€xte den tekniska kunskapen inom halvledarteknik otroligt mycket. Det fanns en enkel anledning till detta: radar. Den viktigaste krigsteknologin, med exempel pĂ„ dess tillĂ€mpningar: upptĂ€ckte luftangrepp, söka efter ubĂ„tar, styra nattliga flygattacker mot mĂ„l, rikta luftvĂ€rn och marina kanoner. Ingenjörer lĂ€rde sig till och med att trycka in smĂ„ radarer i artillerigranater sĂ„ att de detonerade nĂ€r de flög nĂ€ra mĂ„let â . Men kĂ€llan till denna nya kraftfulla militĂ€rteknologi kom frĂ„n ett mer fredligt omrĂ„de: studiet av de övre atmosfĂ€rslagren för vetenskapliga Ă€ndamĂ„l.
Radar
à r 1901 lyckades företaget 'Marconi Wireless Telegraph' framgÄngsrikt överföra ett trÄdlöst meddelande över Atlanten, frÄn Cornwall till Newfoundland. Detta faktum förvirrade modern vetenskap. Om radiosignaler reser i en rak linje (som de bör göra), borde en sÄdan överföring vara omöjlig. Mellan England och Kanada finns det ingen direkt siktlinje som inte korsar jorden, dÀrför mÄste Marconis meddelande ha flugit ut i rymden. Den amerikanske ingenjören Arthur Kennelly och den brittiske fysikern Oliver Heaviside föreslog oberoende av varandra att förklaringen till detta fenomen mÄste vara kopplad till lagret av joniserad gas i de övre atmosfÀrslagen, som kan reflektera radiovÄgor tillbaka till jorden (Marconi trodde sjÀlv att radiovÄgor följer jordens krökning, vilket fysikerna inte stödde).
PÄ 1920-talet utvecklade forskare ny utrustning som först gjorde det möjligt att bevisa existensen av jonosfÀren och sedan studera dess struktur. De anvÀnde elektroniska lampor för att generera kortvÄgiga radioimpulser, riktade antenner för att sÀnda dem uppÄt i atmosfÀren och registrera ekon, och för att demonstrera resultaten. Ju lÀngre fördröjning av eko, desto lÀngre bort mÄste jonosfÀren vara. Denna teknik kallades atmosfÀrisk sondering och den gav den grundlÀggande tekniska infrastrukturen för att skapa radar (termen 'radar', frÄn RAdio Detection And Ranging, dök först upp pÄ 1940-talet i den amerikanska marinen).
Det var bara en tidsfrÄga innan personer med rÀtt kunskap, resurser och motivation insÄg potentialen för markanvÀndning av sÄdan utrustning (dÀrmed stÄr radarns historia i kontrast till teleskopets, som först var avsett för markanvÀndning). Och sannolikheten för sÄdan insikt ökade i takt med att radio blev allt mer spritt över planeten, och fler mÀnniskor mÀrkte störningar frÄn nÀrliggande fartyg, flygplan och andra stora objekt. Kunskapen inom tekniken för sondering av de övre atmosfÀrslagren spreds under den andra (1932-1933), nÀr forskare frÄn olika arktiska stationer kartlade jonosfÀren. Kort efter detta utvecklade team i Storbritannien, USA, Tyskland, Italien, Sovjetunionen och andra lÀnder sina enklaste radarsystem.
med sin radar frÄn 1935
Sedan kom kriget, och betydelsen av radar för lĂ€nder - och resurserna för deras utveckling - ökade hastigt. I USA samlades dessa resurser kring en ny organisation, grundad 1940 pĂ„ MIT, kĂ€nd som (som fick sitt namn för att vilseleda utlĂ€ndska spioner och skapa intrycket att laboratoriet forskade om radioaktivitet - pĂ„ den tiden trodde fĂ„ pĂ„ atombomber). Rad Lab-projektet, som inte blev sĂ„ vĂ€lkĂ€nt som Manhattanprojektet, lyckades Ă€ndĂ„ attrahera lika framstĂ„ende och begĂ„vade fysiker frĂ„n hela USA. Fem av de första anstĂ€llda pĂ„ laboratoriet (inklusive och ) fick senare Nobelpriser. I slutet av kriget arbetade cirka 500 doktorer, forskare och ingenjörer pĂ„ laboratoriet, totalt arbetade 4000 personer dĂ€r. En halv miljon dollar â jĂ€mförbart med hela budgeten för skapandet av ENIAC â spenderades bara pĂ„ publiceringen av Radiation Laboratory Series, tjugosju volymer som beskrev all kunskap som inhĂ€mtades i laboratoriet under kriget (Ă€ven om USA:s regeringsutgifter för radarstekniker inte begrĂ€nsades till Rad Labs budget; under kriget köpte regeringen radar för tre miljarder dollar).
MIT:s 20:e byggnad, dÀr Rad Lab var belÀget
Ett av de centrala forskningsomrĂ„dena vid Rad Lab var högfrekvent radar. Tidiga radarsystem anvĂ€nde vĂ„gor med lĂ€ngder som mĂ€ttes i meter. Men strĂ„lar med högre frekvens, vars vĂ„glĂ€ngder mĂ€ttes i centimeter â mikrovĂ„gor â möjliggjorde anvĂ€ndningen av mer kompakta antenner och spreds mindre över lĂ„nga avstĂ„nd, vilket lovade stora fördelar i rĂ€ckvidd och noggrannhet. MikrovĂ„gsradar kunde fĂ„ plats i nosen pĂ„ ett flygplan och upptĂ€cka objekt i storlek med periskopet pĂ„ en ubĂ„t.
Först lyckades ett team av brittiska fysiker frÄn University of Birmingham lösa denna uppgift. à r 1940 utvecklade de "" som fungerade som en elektromagnetisk "pipare" som omvandlade ett kaotiskt elektriskt pulssignal till en kraftfull och vÀlinstÀlld mikrovÄgsstrÄle. Denna mikrovÄgssÀndare var tusen gÄnger mer kraftfull jÀmfört med nÀrmaste konkurrent; den öppnade vÀgen för att skapa praktiska högfrekventa radarsÀndare. Men den behövde en följeslagare, en mottagare som kunde registrera höga frekvenser. Och hÀr Äterkommer vi till historien om halvledare.
Magnetron i tvÀrsnitt
Kattens morrhÄr ÄtervÀnder
Det visade sig att elektronrör inte alls var anpassade för att ta emot mikrovĂ„gssignaler frĂ„n radar. AvstĂ„ndet mellan den heta katoden och den kalla anoden skapar kapacitans, vilket gör att kretsen vĂ€grar att fungera pĂ„ höga frekvenser. Den bĂ€sta teknologin för högfrekventa radar som var tillgĂ€nglig var den gammaldags "" â en liten bit trĂ„d pressad mot en halvledarkristall. Detta upptĂ€cktes oberoende av flera personer, men det som hĂ€nde i New Jersey ligger nĂ€rmast vĂ„r historia.
Ă r 1938 ingick Bell Laboratories ett avtal med marinen för att utveckla en radar för eldledningskontroll i ett 40 cm frekvensomrĂ„de â detta var mycket kortare och dĂ€rmed högre i frekvens Ă€n de radarsystem som fanns vid den tiden före resonansmagnetronerna. Huvudforskningen lades pĂ„ en avdelning vid laboratorierna i Holmdel, söder om Staten Island. Forskarna tog inte lĂ„ng tid pĂ„ sig att förstĂ„ vad de behövde för en högfrekvensmottagare, och snart genomsökte ingenjören George Southworth butikernas utbud av radioprodukter pĂ„ Manhattan i jakt pĂ„ gamla "katthĂ„r"-detektorer. Som förvĂ€ntat fungerade den mycket bĂ€ttre Ă€n lampdetektorn, men var instabil. DĂ€rför kontaktade Southworth en elektroingenjör vid namn Russell All och bad honom att försöka förbĂ€ttra homogeniteten i responsen hos det punktkontaktkrystalliska detektorn.
All var en ganska sÀrprÀglad person som ansÄg att utvecklingen av teknologin var hans öde, och som berÀttade om periodiska insikter med visioner om framtiden. Till exempel hÀvdade han att han redan 1939 kÀnde till den framtida uppfinningen av silikontill förstÀrkare, men att ödet var förutbestÀmt att lÄta en annan person uppfinna den. Efter att ha studerat ett dussin alternativ valde han silikonen som det bÀsta materialet för Southworths mottagare. Problemet var möjligheten att kontrollera materialets innehÄll för att styra dess elektriska egenskaper. Vid den tiden var industriella silicondiskar allmÀnt förekommande, som anvÀndes inom stÄlindustrin, men ingen brydde sig om till exempel 1% fosfor i silikonen. Med hjÀlp av ett par metallurger satte All som mÄl att fÄ betydligt renare diskar Àn vad som tidigare var möjligt.
Under arbetets gÄng upptÀckte de att vissa av deras kristaller leddes ström i en riktning, medan andra gjorde det i en annan. De kallade dem "n-typ" och "p-typ". Vidare analys visade att olika typer av föroreningar lÄg bakom dessa typer. Kisel finns i den fjÀrde kolumnen i det periodiska systemet, vilket betyder att den har fyra elektroner i sitt yttre skal. I en stav av ren kisel skulle var och en av dessa elektroner förenas med sin granne. Föroreningar frÄn den tredje kolumnen, som bor, som har en elektron mindre, skapade en "hÄl", ett extra utrymme för strömmens rörelse i kristallen. Resultatet blev en p-typ halvledare (med ett överskott av positiva laddningar). Element frÄn den femte kolumnen, som fosfor, gav extra fria elektroner för strömtransport och resulterade i en n-typ halvledare.
Kristallstrukturen av kisel
Alla dessa studier var mycket intressanta, men senast Är 1940 hade Southworth och Ol inte kommit nÀrmare att skapa en fungerande prototyp av en högfrekvent radar. Den brittiska regeringen krÀvde omedelbara praktiska resultat pÄ grund av det överhÀngande hotet frÄn Luftwaffe, som redan hade producerat mikrovÄgsdetektorer klara för produktion, som arbetade tillsammans med magnetron-sÀndare.
Men snart skulle balansen av tekniska prestationer luta Ät den vÀstra sidan av Atlanten. Churchill beslutade att avslöja alla tekniska hemligheter i Storbritannien för amerikanerna innan han verkligen gick in i kriget (eftersom han antog att det ÀndÄ skulle ske). Han ansÄg att det var vÀrt risken för informationslÀckage, eftersom detta skulle fÄ alla industriella resurser i USA att fokusera pÄ uppgifter som kÀrnvapen och radar. Den brittiska vetenskapliga och tekniska missionen (mer kÀnd som ) anlÀnde till Washington i september 1940 och tog med sig en present i form av tekniska underverk.
Avslöjandet av den otroliga kraften hos resonansmagnetronen och effektiviteten hos brittiska kristalldetektorer i att fÄnga dess signal revitaliserade amerikanernas forskning inom halvledare som bas för högfrekventa radarer. Mycket arbete Äterstod, sÀrskilt inom materialvetenskap. För att möta efterfrÄgan krÀvdes det att halvledarkristaller skulle produceras i miljoner, mycket mer Àn vad som tidigare varit möjligt. Det var nödvÀndigt att förbÀttra likriktning, minska kÀnsligheten för stötar och risken för brÀnning samt minimera skillnaden mellan olika partier av kristaller.
Kiselriktad likriktare
PÄ Rad Lab öppnades nya forskningsavdelningar för att studera egenskaperna hos halvledarkristaller och hur de kan modifieras för att maximera vÀrdefulla egenskaper som mottagare. De mest lovande materialen var kisel och germanium, sÄ Rad Lab beslutade att vara pÄ den sÀkra sidan och startade parallella program för att studera bÄda: kisel vid Pennsylvania State University och germanium vid Purdue. Stora industrier som Bell, Westinghouse, Du Pont och Sylvania inledde egna forskningsprogram inom halvledare och började utveckla nya produktionsanlÀggningar för kristalldetektorer.
Genom gemensamma anstrĂ€ngningar lyckades renheten av kisel- och germaniumkristaller öka frĂ„n 99% i början till 99,999% â det vill sĂ€ga en föroreningspartikel per 100 000 atomer. Under denna process blev personalen av forskare och ingenjörer vĂ€lbekanta med de abstrakta egenskaperna hos germanium och kisel samt tillĂ€mpningstekniker för att kontrollera dem: smĂ€ltning, kristallodling, tillsĂ€ttning av nödvĂ€ndiga föroreningar (som bor, vilket ökade ledningsförmĂ„gan).
Och sen tog kriget slut. EfterfrÄgan pÄ radarer försvann, men den kunskap och de fÀrdigheter som förvÀrvats under kriget försvann inte, och drömmen om en fast tillstÄndsförstÀrkare glömdes inte bort. Nu handlade tÀvlingen om att skapa en sÄdan förstÀrkare. Och minst tre team befann sig i en gynnsam position för att vinna detta pris.
West Lafayette
Den första var en grupp frÄn Purdue University under ledning av den österrikiska fysikern Karl Lark-Horowitz. Genom hans talang och inflytande lyckades han ensam lyfta fysikavdelningen pÄ universitetet ur glömskan och pÄverkade beslutet frÄn Rad Lab att ge honom laboratoriet för forskning pÄ germanium.
Karl Lark-Horowitz Ă„r 1947, i mitten, med pipa
I början av 1940-talet ansÄgs kisel vara det bÀsta materialet för radarlikriktare, men det material som lÄg precis under det i det periodiska systemet sÄg ocksÄ ut att vara vÀrt ytterligare studier. Germanium hade en praktisk fördel tack vare sin lÀgre smÀltpunkt, som var runt 940 grader, jÀmfört med 1400 grader för kisel (nÀstan som stÄl). PÄ grund av den höga smÀltpunkten var det extremt svÄrt att göra en blankett som inte skulle rinna ner i det smÀlta kislet och förorena det.
DÀrför tillbringade Lark-Horowitz och hans kollegor hela kriget med att studera de kemiska, elektriska och fysiska egenskaperna hos germanium. Det största hindret var "ÄterstÄende spÀnning": germaniumlikriktare slutade likrikta strömmen vid mycket lÄg spÀnning och tillÀt den att flyta bakÄt. Impulsen av Äterströmmen brÀnde de andra komponenterna i radarn. En av Lark-Horowitzs doktorander, Seymour Benzer, studerade detta problem i över ett Är och utvecklade till slut ett tillsats Àmne baserat pÄ tenn, vilket stoppade Äter impulser vid spÀnningar upp till hundra volt. Strax efter detta började Western Electric, produktionsenheten av Bell Labs, att leverera likriktare som fungerade enligt Benzer-systemet för militÀra behov.
Studiet av germanium vid Purdue fortsatte Àven efter kriget. I juni 1947, som professor, rapporterade Benzer om en ovanlig anomali: i vissa experiment visade kristaller av germanium högfrekventa oscillationer. Hans kollega Ralph Bray fortsatte studierna av "volymmotstÄnd" enligt ett projekt som inleddes under kriget. VolymmotstÄndet beskrev hur elektricitet flödar i germaniumkristallen vid kontaktpunkten för likriktaren. Bray upptÀckte att högspÀnningspulser signifikant minskade n-typens resistans mot dessa strömmar. Utan att veta om det blev han vittne till de sÄ kallade "icke-huvudbÀrare". I n-typens halvledare fungerar det överskotts negativa laddningen som huvudbÀraren, men positiva "hÄl" kan ocksÄ bÀra ström, och i detta fall skapade högvoltsimpulser hÄl i germaniumstrukturen, vilket ledde till att icke-huvudbÀrare av laddning uppstod.
Bray och Benzer kom förföriskt nÀra den germaniumförstÀrkare utan att inse det. Benzer fÄngade Walter Brattain, en forskare frÄn Bell Labs, pÄ en konferens i januari 1948 för att diskutera volymmotstÄndet. Han föreslog att Brattain skulle placera ytterligare en punktkontakt nÀra den första, som skulle kunna leda ström, och dÄ kanske de skulle kunna förstÄ vad som hÀnder under ytan. Brattain gav tyst sitt medgivande till detta förslag och gick sin vÀg. Som vi kommer att se, visste han alltför vÀl vad en sÄdan experiment skulle kunna avslöja.
One-su-Bois
Gruppen frÄn Purdue hade bÄde teknik och teoretisk grund för att göra ett sprÄng mot transistorn. Men de kunde endast snubbla över den av en slump. De var intresserade av materialets fysiska egenskaper, snarare Àn att leta efter en enhet av en ny typ. En helt annan situation rÄdde i One-su-Bois (Frankrike), dÀr tvÄ tidigare radar-forskare frÄn Tyskland, Heinrich Welker och Herbert Matary, ledde ett team vars syfte var att skapa industriella halvledarenheter.
Welkert studerade först och undervisade sedan i fysik vid MĂŒnchens universitet, som leddes av den berömda teoretikern Arnold Sommerfeld. FrĂ„n 1940 övergav han rent teoretiska Ă€mnen och började arbeta med radar för Luftwaffe. MatarĂ© (av belgiskt ursprung) vĂ€xte upp i Aachen, dĂ€r han studerade fysik. Han gick med i forskningsavdelningen för den tyska radiogiganten Telefunken 1939. Under kriget flyttade han sitt arbete frĂ„n Berlin österut till ett kloster i Schlesien för att undvika flyganfall frĂ„n den antinazistiska koalitionen, och sedan tillbaka vĂ€sterut för att undvika den framryckande Röda armĂ©n, och hamnade slutligen i amerikansk fĂ„ngenskap.
Precis som deras motstÄndare i den antinazistiska koalitionen insÄg tyskarna i början av 1940-talet att kristalldetektorer var perfekta mottagare för radar, och att kisel och germanium var de mest lovande materialen för deras konstruktion. Mataré och Welkert försökte under kriget förbÀttra den effektiva anvÀndningen av dessa material i likriktare. Efter kriget blev bÄda föremÄl för periodiska förhör angÄende deras militÀra arbete och fick sÄ smÄningom en inbjudan frÄn en fransk underrÀttelseofficer till Paris 1946.
Compagnie des Freins & Signaux ("bromsar och signaler företaget"), det franska dotterbolaget till Westinghouse, fick ett kontrakt frÄn den franska telefonförvaltningen om att skapa fast tillstÄnd och sökte tyska forskare som hjÀlp. Ett sÄdant samarbete mellan före detta fiender kan verka konstigt, men denna överenskommelse visade sig vara ganska fördelaktig för bÄda parter. FransmÀnnen, som hade lidit förlust 1940, hade inte möjlighet att samla kunskaper inom halvledarteknik och behövde desperat tyskarna kompetens. Tyskarna kunde inte bedriva utveckling inom nÄgra högteknologiska omrÄden i det ockuperade och krigshÀrjade landet, sÄ de grep chansen att fortsÀtta arbeta.
Welkert och Mataré inrÀttade sitt högkvarter i ett tvÄvÄningshus i förorten Paris, Nogent-sur-Marne, och i samarbete med ett team av tekniker lyckades de etablera en framgÄngsrik produktion av germaniumlikriktare i slutet av 1947. DÀrefter vÀnde de sig till mer ambitiösa mÄl: Welkert ÄtervÀnde till sina intressen inom supraledare och Mataré till förstÀrkare.
Herbert Mataré 1950
Under kriget experimenterade Matare med tvĂ„punktskontaktlikriktare â "duoidoder" â för att minska störningar i kretsen. Han Ă„terupptog sina experiment och upptĂ€ckte snart att den andra "kattskĂ€gget", som var placerad 1/100 miljon meter frĂ„n den första, ibland kunde modulera strömmen som flöt genom den första whiskern. Han skapade en fast tillstĂ„ndsförstĂ€rkare, Ă€ven om den var ganska oanvĂ€ndbar. För att uppnĂ„ mer pĂ„litlig drift vĂ€nde han sig till Welker, som hade stor erfarenhet av germaniumkristaller under kriget. Welkers team odlade större och renare exempel av germaniumkristaller, och tillsammans med förbĂ€ttrad materialkvalitet blev Matares kontaktförstĂ€rkare pĂ„litliga i juni 1948.
Röntgenbild av "transistorn" baserad pÄ Matares schema, som har tvÄ kontaktpunkter med germanium.
Matare hade till och med en teoretisk modell för vad som hĂ€nde: han trodde att den andra kontakten skapade hĂ„l i germanium, vilket ökade strömmens framfart genom den första kontakten, och tillförde icke-grundlĂ€ggande laddningsbĂ€rare. Welker höll inte med honom och ansĂ„g att vad som hĂ€nde berodde pĂ„ en slags fĂ€lteffekt. Men innan de kunde arbeta med en enhet eller teori fick de veta att en grupp amerikaner hade utvecklat exakt samma koncept â en germaniumförstĂ€rkare med tvĂ„ kontaktpunkter â sex mĂ„nader tidigare.
Murray Hill
I slutet av kriget reformerade Mervin Kelly forskargruppen vid Bell Laboratories som arbetade med halvledare, med Bill Shockley i spetsen. Projektet vÀxte, fick mer finansiering och flyttade frÄn den ursprungliga laboratoriebyggnaden pÄ Manhattan till den expanderande campusen i Murray Hill (New Jersey).
Campus i Murray Hill, ca 1960
För att Äter bekanta sig med de avancerade halvledarna (efter att ha arbetat med operationsforskning under kriget), besökte Shockley vÄren 1945 Russel Oles laboratorium i Holmdel. Ol hade tillbringat krigsÄren med att arbeta med kisel och hade inte slöat. Han visade Shockley en grov förstÀrkare som han byggt, kallad 'de-sistor'. Han tog en kiselpunktkontaktlikriktare och kopplade in ström frÄn ett batteri. Tydligen minskade vÀrmen frÄn batteriet motstÄndet vid kontaktpunkten och omvandlade likriktaren till en förstÀrkare som kunde överföra inkommande radiosignaler till en krets tillrÀckligt kraftfull för att driva en högtalare.
Effekten var grov och opÄlitlig, olÀmplig för kommersialisering. Men den rÀckte för att bekrÀfta Shockleys Äsikt om möjligheten att skapa en halvledarförstÀrkare och att detta borde bli en prioriterad forskningsinriktning inom fast tillstÄnd elektronik. Detta möte med Oles team övertygade ocksÄ Shockley om att kisel och germanium bör studeras först. De visade attraktiva elektriska egenskaper, och dessutom hade Olas kollegor, metallurgerna Jack Skaff och Henry Terer, gjort fantastiska framsteg inom odling, rening och tillsats av dopanter i dessa kristaller under kriget, vilket övertrÀffade alla teknik för andra halvledarmaterial. Shockleys grupp tÀnkte inte lÀngre slösa tid pÄ de före kriget förstÀrkarna av kopparoxid.
Med hjĂ€lp av Kelly började Shockley samla ett nytt team. Bland nyckelspelarna fanns Walter Brattain, som hade hjĂ€lpt Shockley med hans första försök att skapa en halvledarförstĂ€rkare (1940), och John Bardeen, en ung fysiker och nyanstĂ€lld vid Bell Labs. Bardeen hade nog de mest omfattande kunskaperna om fast tillstĂ„nds fysik av alla teammedlemmar â hans avhandling beskrev de elektroniska energinivĂ„erna i natriummetalens struktur. Dessutom var han ytterligare en skyddsling av John Hasbrouck Van Vleck, precis som Atanasoff och Brattain.
Precis som hos Atanasov, krÀvde Bardins och Shockleys avhandlingar komplicerade berÀkningar. De var tvungna att anvÀnda kvantmekanisk teori om halvledare, som definierades av Alan Wilson, för att berÀkna materialens energistruktur med hjÀlp av en Monroe-bordskalkylator. Genom att hjÀlpa till att skapa transistorn bidrog de i praktiken till att befria framtida doktorander frÄn liknande arbete.
Shockleys första angreppssÀtt pÄ fast tillstÄnd-förstÀrkaren baserade sig pÄ det som senare kom att kallas "". Han hÀngde en metallplatta över halvledaren av n-typ (med ett överskott av negativa laddningar). Genom att applicera en positiv laddning pÄ plattan drogs överskottet av elektroner ut pÄ kristallytan och skapade en flod av negativa laddningar, genom vilken elektrisk ström lÀtt kunde flyta. Den förstÀrkta signalen (representerad av laddningsnivÄn pÄ plattan) kunde pÄ detta sÀtt modulera den grundlÀggande kretsen (som löper över halvledaren). Funktionaliteten hos denna krets föreslogs av hans teoretiska kunskaper i fysik. Men trots mÄnga tester och experiment fungerade kretsen aldrig.
Vid mars 1946 hade Bardin utvecklat en vÀl genomarbetad teori som förklarade orsaken till detta: halvledarens yta pÄ kvantnivÄ beter sig inte som dess inre. De negativa laddningarna som drogs upp till ytan fÄngades i "ytillstÄnd" och blockerade penetrationen av det elektriska fÀltet frÄn plattan in i materialet. De övriga medlemmarna i teamet ansÄg denna analys övertygande, och startade ett nytt forskningsprogram med tre inriktningar:
- Bevisa existensen av yttillstÄnd.
- Studera deras egenskaper.
- Komma pÄ hur man kan övervinna dem och göra en fungerande .
Efter ett och ett halvt Ärs forskningar och experiment, den 17 november 1947, gjorde Brettin ett genombrott. Han upptÀckte att om man placerade en vÀtska fylld med joner, till exempel vatten, mellan en platta och en halvledare, skulle det elektriska fÀltet frÄn plattan skjuta joner mot halvledaren, dÀr de skulle neutralisera laddningar som fÄngats i ytligt tillstÄnd. Nu kunde han kontrollera det elektriska beteendet hos en bit kisel genom att Àndra laddningen pÄ plattan. Denna framgÄng gav Bardin idén för en ny metod att skapa en förstÀrkare: att omge kontaktpunkten för likriktaren med elektrolytvatten och sedan anvÀnda en andra ledning i vattnet för att styra de ytliga tillstÄnden, och pÄ sÄ sÀtt kontrollera ledningsnivÄn för huvudkontakten. SÄ kom Bardin och Brettin i mÄl.
Bardins idĂ© fungerade, men förstĂ€rkningen var svag och fungerade pĂ„ mycket lĂ„ga frekvenser, otillgĂ€ngliga för det mĂ€nskliga örat â dĂ€rför var den vĂ€rdelös som telefon- eller radioförstĂ€rkare. Bardin föreslog att man skulle byta till den motstĂ„ndskraftiga germaniumen som hade framstĂ€llts i Purdue, i tron att det skulle samlas mindre laddningar pĂ„ ytan. Plötsligt fick de en mycket kraftfull förstĂ€rkning, men i motsatt riktning mot vad som förvĂ€ntades. De upptĂ€ckte effekten av sekundĂ€ra bĂ€rare â istĂ€llet för förvĂ€ntade elektroner, förstĂ€rkte strömmen som flöt genom germaniumen hĂ„l som kom frĂ„n elektrolyten. Strömmen i ledningen i elektrolyten skapade ett p-typ lager (ett omrĂ„de med överskott av positiva laddningar) pĂ„ ytan av n-typ germanium.
Följande experiment visade att elektrolyten överhuvudtaget inte var nödvÀndig: genom att helt enkelt placera tvÄ kontaktpunkter nÀra varandra pÄ ytan av germaniumen kunde man modulera strömmen frÄn en av dem till den andra. För att föra dem sÄ nÀra som möjligt, svepte Brettin en triangulÀr plastbit i ett stycke guldfolie och klippte sedan försiktigt folien i Ànden. Sedan tryckte han triangeln mot germaniumen med hjÀlp av en fjÀder, vilket innebar att de tvÄ kanterna pÄ snittet kom i kontakt med ytan pÄ 0,05 mm avstÄnd. Detta gav prototypen av transistorn frÄn Bell Labs dess karaktÀristiska utseende:
Prototypen av transistorn av Brettin och Bardin
Precis som Matara- och Welker-enheten var detta egentligen ett klassiskt "kattöre", men med tvÄ kontaktpunkter istÀllet för en. Den 16 december gav den en betydande förstÀrkning av effekt och spÀnning, samt en frekvens av 1000 Hz inom hörselomrÄdet. En vecka senare, efter smÄ förbÀttringar, fick Bardin och Brattain en spÀnningsförstÀrkning pÄ 100 gÄnger och en effekthöjning pÄ 40 gÄnger, och visade för Bell-direktörerna att deras enhet kunde Äterge hörbar talad ljud. John Pierce, en annan medlem av utvecklingsteamet för fast tillstÄnd-enheter, myntade termen "transistor" inspirerat av namnet pÄ Bells kopparoxid-rÀtare, varistorn.
Under de följande sex mĂ„naderna höll laboratoriet sin nya skapelse hemlig. Ledningen ville försĂ€kra sig om att de skulle ha ett försprĂ„ng i att utnyttja kommersiella möjligheter för transistorn innan nĂ„gon annan fick tag pĂ„ den. En presskonferens sattes till den 30 juni 1948, precis i tid för att krossa alla Welker och Mataras drömmar om odödlighet. Under tiden föll gruppen för halvledarforskning tyst isĂ€r. NĂ€r Bill Shockley, deras chef, hörde om Bardin och Bratteins prestationer började han arbeta pĂ„ att tillskriva sig hela Ă€ran. Och Ă€ven om han bara spelade en iakttagande roll, fick Shockley i den offentliga presentationen lika mycket, om inte mer, uppmĂ€rksamhet â vilket syns i denna publicerade bild dĂ€r han befinner sig mitt i hĂ€ndelsernas centrum, precis vid labbbordet:
Reklamfoto frĂ„n 1948 â Bardin, Shockley och Brattain
Men Shockley var inte nöjd med att dela Àran. Redan innan nÄgon utanför Bell-laboratorierna kÀnde till transistorn började han arbeta med att Äteruppfinna den för att tillskriva sig den. Detta var bara det första av mÄnga sÄdana Äteruppfinningar.
Vad mer att lÀsa
- Robert Buderi, The Invention That Changed the World (1996)
- Michael Riordan, âHow Europe Missed the Transistor,â IEEE Spectrum (1 nov 2005)
- Michael Riordan och Lillian Hoddeson, Crystal Fire (1997)
- Armand Van Dormael, âThe âFrenchâ Transistor,â (1994)
KĂ€lla: habr.com
