Andra artiklar i serien:
- RelÀets historia
- Elektroniska datorers historia
- Transistorns historia
- Internet historia
Krigets degel satte scenen för transistorns tillkomst. FrÄn 1939 till 1945 utökades den tekniska kunskapen inom halvledaromrÄdet enormt. Och det fanns en enkel anledning till detta: radar. Den viktigaste krigstekniken, varav exempel Àr: att upptÀcka flyganfall, leta efter ubÄtar, styra nattflyg mot mÄl, inrikta luftförsvarssystem och marinvapen. Ingenjörer har till och med lÀrt sig hur man skohorn smÄ radars till artillerigranater sÄ att de exploderar nÀr de flyger nÀra mÄlet - . Men kÀllan till denna kraftfulla nya militÀra teknik var i ett mer fredligt omrÄde: studiet av den övre atmosfÀren för vetenskapliga ÀndamÄl.
radar
à r 1901 överförde Marconi Wireless Telegraph Company framgÄngsrikt ett trÄdlöst meddelande över Atlanten, frÄn Cornwall till Newfoundland. Detta faktum har lett den moderna vetenskapen till förvirring. Om radiosÀndningar fÀrdas i en rak linje (som de borde) bör sÄdan sÀndning vara omöjlig. Det finns ingen direkt siktlinje mellan England och Kanada som inte korsar jorden, sÄ Marconis budskap fick flyga ut i rymden. Den amerikanske ingenjören Arthur Kennealy och den brittiske fysikern Oliver Heaviside föreslog samtidigt och oberoende att förklaringen till detta fenomen mÄste associeras med ett lager av joniserad gas som ligger i den övre atmosfÀren och som kan reflektera radiovÄgor tillbaka till jorden (Marconi trodde sjÀlv att radiovÄgor följa krökningen av jordens yta, men fysiker stödde det inte).
PÄ 1920-talet hade forskare utvecklat ny utrustning som gjorde det möjligt att först bevisa jonosfÀrens existens och sedan studera dess struktur. De anvÀnde vakuumrör för att generera kortvÄgiga radiopulser, riktade antenner för att skicka upp dem i atmosfÀren och spela in ekon, och för att visa resultaten. Ju lÀngre ekotreturfördröjningen Àr, desto lÀngre bort mÄste jonosfÀren vara. Denna teknik kallades atmosfÀriskt ljud, och den gav den grundlÀggande tekniska infrastrukturen för utvecklingen av radar (termen "radar", frÄn RAdio Detection And Ranging, dök inte upp förrÀn pÄ 1940-talet i den amerikanska flottan).
Det var bara en tidsfrÄga innan mÀnniskor med rÀtt kunskap, resurser och motivation insÄg potentialen för markbaserade tillÀmpningar av sÄdan utrustning (dÀrmed Àr radarns historia motsatsen till teleskopets historia, som först var avsedd för markbunden anvÀndning) . Och sannolikheten för en sÄdan insikt ökade nÀr radio spred sig mer och mer över planeten, och fler mÀnniskor mÀrkte störningar frÄn nÀrliggande fartyg, flygplan och andra stora föremÄl. Kunskapen om ljudtekniker i övre atmosfÀren spreds under den andra (1932-1933), nÀr forskare sammanstÀllde en karta över jonosfÀren frÄn olika arktiska stationer. Strax efter utvecklade team i Storbritannien, USA, Tyskland, Italien, Sovjetunionen och andra lÀnder sina enklaste radarsystem.
med sin radar frÄn 1935
Sedan intrĂ€ffade kriget och radarernas betydelse för lĂ€nder â och resurserna för att utveckla dem â ökade dramatiskt. I USA samlades dessa resurser kring en ny organisation som grundades 1940 vid MIT, kĂ€nd som (den hette sĂ„ specifikt för att vilseleda utlĂ€ndska spioner och skapa intrycket av att radioaktivitet studerades i laboratoriet - pĂ„ den tiden trodde fĂ„ mĂ€nniskor pĂ„ atombomber). Rad Lab-projektet, som inte blev lika kĂ€nt som Manhattan-projektet, rekryterade Ă€ndĂ„ lika framstĂ„ende och begĂ„vade fysiker frĂ„n hela USA till sina led. Fem av laboratoriets första anstĂ€llda (inklusive Đž ) fick dĂ€refter Nobelpriser. I slutet av kriget arbetade omkring 500 vetenskapslĂ€kare, vetenskapsmĂ€n och ingenjörer i laboratoriet, och totalt arbetade 4000 XNUMX personer. En halv miljon dollar â jĂ€mförbart med hela ENIAC-budgeten â spenderades enbart pĂ„ Radiation Laboratory Series, en XNUMX volymer av all kunskap som erhĂ„llits frĂ„n laboratoriet under kriget (Ă€ven om USA:s statliga utgifter för radarteknik inte var begrĂ€nsade till Rad Lab-budgeten; under kriget köpte regeringen radar för tre miljarder dollar).
MIT Building 20, dÀr Rad Lab lÄg
Ett av Rad Lab:s huvudomrÄden för forskning var högfrekvent radar. Tidiga radarer anvÀnde vÄglÀngder mÀtt i meter. Men högfrekventa strÄlar med vÄglÀngder mÀtt i centimeter - mikrovÄgor - möjliggjorde mer kompakta antenner och var mindre spridda över lÄnga avstÄnd, vilket lovade större fördelar i rÀckvidd och noggrannhet. MikrovÄgsradarer kunde passa i nÀsan pÄ ett flygplan och upptÀcka föremÄl lika stora som en ubÄts periskop.
Den första som löste detta problem var ett team av brittiska fysiker frÄn University of Birmingham. 1940 utvecklade de "", som fungerade som en elektromagnetisk "vissling", som förvandlade en slumpmÀssig puls av elektricitet till en kraftfull och exakt instÀlld strÄle av mikrovÄgor. Denna mikrovÄgssÀndare var tusen gÄnger kraftfullare Àn sin nÀrmaste konkurrent; det banade vÀg för praktiska högfrekventa radarsÀndare. Men han behövde en följeslagare, en mottagare som kunde upptÀcka höga frekvenser. Och vid denna punkt ÄtervÀnder vi till halvledarnas historia.
MagnetrontvÀrsnitt
Den andra ankomsten av kattens morrhÄr
Det visade sig att vakuumrör inte alls var lÀmpliga för att ta emot mikrovÄgsradarsignaler. Gapet mellan den varma katoden och den kalla anoden skapar en kapacitans, vilket gör att kretsen vÀgrar att arbeta vid höga frekvenser. Den bÀsta tillgÀngliga tekniken för högfrekvent radar var den gammaldags ""- en liten bit trÄd pressad mot en halvledarkristall. Flera personer har upptÀckt detta pÄ egen hand, men det som ligger nÀrmast vÄr historia Àr vad som hÀnde i New Jersey.
1938 ingick Bell Labs avtal med marinen för att utveckla en eldledningsradar i 40 cm-intervallet - mycket kortare och dÀrför högre i frekvens Àn befintliga radarer under pre-resonant magnetron-eran. Det huvudsakliga forskningsarbetet gick till en avdelning av laboratorier i Holmdel, söder om Staten Island. Det tog inte lÄng tid för forskarna att ta reda pÄ vad de skulle behöva för en högfrekvensmottagare, och snart letade ingenjören George Southworth i radiobutiker pÄ Manhattan efter gamla katt-whisker-detektorer. Som vÀntat fungerade den mycket bÀttre Àn lampdetektorn, men den var instabil. SÄ Southworth sökte upp en elektrokemist vid namn Russell Ohl och bad honom att försöka förbÀttra enhetligheten i svaret hos en enpunktskristalldetektor.
Ol var en ganska sÀregen person, som ansÄg utvecklingen av teknik vara sitt öde, och pratade om periodiska insikter med framtidsvisioner. Till exempel uppgav han att han redan 1939 visste om den framtida uppfinningen av kiselförstÀrkaren, men att ödet var avsett för en annan person att uppfinna den. Efter att ha studerat dussintals alternativ, bestÀmde han sig för kisel som det bÀsta Àmnet för Southworth-mottagare. Problemet var möjligheten att kontrollera innehÄllet i materialet för att kontrollera dess elektriska egenskaper. PÄ den tiden var industriella kiselgöt utbredda, de anvÀndes i stÄlverk, men vid sÄdan produktion besvÀrades ingen av till exempel innehÄllet av 1 % fosfor i kisel. Med hjÀlp av ett par metallurger gav Ol sig i kast med att skaffa mycket renare Àmnen Àn vad som tidigare varit möjligt.
NÀr de arbetade upptÀckte de att nÄgra av deras kristaller likriktade strömmen i en riktning, medan andra likriktade strömmen i den andra. De kallade dem "n-typ" och "p-typ". Ytterligare analys visade att olika typer av föroreningar var ansvariga för dessa typer. Kisel Àr i den fjÀrde kolumnen i det periodiska systemet, vilket betyder att det har fyra elektroner i sitt yttre skal. I ett Àmne av rent kisel skulle var och en av dessa elektroner kombineras med en granne. Föroreningar frÄn den tredje kolumnen, sÀg bor, som har en elektron mindre, skapade ett "hÄl", ytterligare utrymme för strömrörelse i kristallen. Resultatet blev en halvledare av p-typ (med ett överskott av positiva laddningar). Element frÄn den femte kolumnen, sÄsom fosfor, gav ytterligare fria elektroner för att bÀra ström, och en halvledare av n-typ erhölls.
Kristallstruktur av kisel
All denna forskning var mycket intressant, men 1940 var Southworth och Ohl inte nÀrmare att skapa en fungerande prototyp av en högfrekvent radar. Samtidigt krÀvde den brittiska regeringen omedelbara praktiska resultat pÄ grund av det hotande hotet frÄn Luftwaffe, som redan hade skapat fÀrdiga mikrovÄgsdetektorer som arbetade tillsammans med magnetronsÀndare.
Men balansen mellan tekniska framsteg kommer snart att tippa mot den vÀstra sidan av Atlanten. Churchill bestÀmde sig för att avslöja alla Storbritanniens tekniska hemligheter för amerikanerna innan han faktiskt gick in i kriget (eftersom han antog att detta skulle hÀnda ÀndÄ). Han ansÄg att det var vÀrt risken för informationslÀckage, sedan dess skulle all industriell kapacitet i USA kastas för att lösa problem som atomvapen och radar. British Science and Technology Mission (mer kÀnd som ) anlÀnde till Washington i september 1940 och tog med sig i sitt bagage en gÄva i form av tekniska underverk.
UpptÀckten av den otroliga kraften hos resonansmagnetronen och effektiviteten hos brittiska kristalldetektorer nÀr det gÀller att ta emot dess signal Äterupplivade amerikansk forskning om halvledare som bas för högfrekvent radar. Det fanns mycket arbete att göra, sÀrskilt inom materialvetenskap. För att möta efterfrÄgan behövde halvledarkristaller "produceras i miljoner, mycket mer Àn vad som tidigare varit möjligt. Det var nödvÀndigt att förbÀttra korrigeringen, minska stötkÀnsligheten och inbrÀnning och minimera variationen mellan olika partier av kristaller."
Silikonpunktkontaktlikriktare
Rad Lab har öppnat nya forskningsavdelningar för att studera egenskaperna hos halvledarkristaller och hur de kan modifieras för att maximera vÀrdefulla mottagaregenskaper. De mest lovande materialen var kisel och germanium, sÄ Rad Lab bestÀmde sig för att spela sÀkert och lanserade parallella program för att studera bÄda: kisel vid University of Pennsylvania och germanium vid Purdue. IndustrijÀttar som Bell, Westinghouse, Du Pont och Sylvania startade sina egna halvledarforskningsprogram och började utveckla nya tillverkningsanlÀggningar för kristalldetektorer.
Genom gemensamma anstrĂ€ngningar höjdes renheten hos kisel- och germaniumkristaller frĂ„n 99 % i början till 99,999 % â det vill sĂ€ga till en föroreningspartikel per 100 000 atomer. I processen blev en kader av vetenskapsmĂ€n och ingenjörer nĂ€ra bekanta med de abstrakta egenskaperna hos germanium och kisel och tillĂ€mpade tekniker för att kontrollera dem: smĂ€ltning, vĂ€xande kristaller, tillsats av nödvĂ€ndiga föroreningar (som bor, vilket ökade konduktiviteten).
Och sÄ tog kriget slut. EfterfrÄgan pÄ radar försvann, men de kunskaper och fÀrdigheter som vunnits under kriget fanns kvar, och drömmen om en solid state-förstÀrkare glömdes inte bort. Nu var loppet att skapa en sÄdan förstÀrkare. Och minst tre lag hade ett bra lÀge att vinna detta pris.
West Lafayette
Den första var en grupp frÄn Purdue University ledd av en österrikiskfödd fysiker vid namn Carl Lark-Horowitz. Han förde pÄ egen hand universitetets fysikavdelning ut ur dunkel genom sin talang och inflytande och pÄverkade Rad Labs beslut att anförtro hans laboratorium germaniumforskning.
Carl Lark-Horowitz 1947, mitt i en pipa
I början av 1940-talet ansÄgs kisel vara det bÀsta materialet för radarlikriktare, men materialet strax under det i det periodiska systemet sÄg ocksÄ vÀrt att studera vidare. Germanium hade en praktisk fördel pÄ grund av sin lÀgre smÀltpunkt, vilket gjorde det lÀttare att arbeta med: cirka 940 grader, jÀmfört med 1400 grader för kisel (nÀstan samma som stÄl). PÄ grund av den höga smÀltpunkten var det extremt svÄrt att göra ett Àmne som inte skulle lÀcka in i det smÀlta kislet och förorena det.
DÀrför tillbringade Lark-Horowitz och hans kollegor hela kriget med att studera germaniums kemiska, elektriska och fysikaliska egenskaper. Det viktigaste hindret var "omvÀnd spÀnning": germaniumlikriktare, vid mycket lÄg spÀnning, slutade likrikta strömmen och lÀt den flyta i motsatt riktning. Den omvÀnda strömpulsen brÀnde de ÄterstÄende komponenterna i radarn. En av Lark-Horowitz doktorander, Seymour Benzer, studerade detta problem i mer Àn ett Är och utvecklade slutligen en tennbaserad tillsats som stoppade omvÀnda pulser vid spÀnningar pÄ upp till hundratals volt. Kort dÀrefter började Western Electric, Bell Labs tillverkningsdivision, ge ut Benzer-likriktare för militÀrt bruk.
Studiet av germanium vid Purdue fortsatte efter kriget. I juni 1947 rapporterade Benzer, redan professor, en ovanlig anomali: i vissa experiment upptrÀdde högfrekventa svÀngningar i germaniumkristaller. Och hans kollega Ralph Bray fortsatte att studera "volymetriskt motstÄnd" pÄ ett projekt som pÄbörjades under kriget. VolymmotstÄnd beskrev hur elektricitet flödar i germaniumkristallen vid kontaktpunkten för likriktaren. Bray fann att högspÀnningspulser avsevÀrt minskade n-typ germaniums motstÄnd mot dessa strömmar. Utan att veta om det bevittnade han det sk. "minoritets" avgiftsbÀrare. I halvledare av n-typ fungerar den negativa överskottsladdningen som majoritetsladdningsbÀrare, men positiva "hÄl" kan ocksÄ bÀra ström, och i detta fall skapade högspÀnningspulserna hÄl i germaniumstrukturen, vilket gör att minoritetsladdningsbÀrare uppstÄr .
Bray och Benzer kom lockande nÀra germaniumförstÀrkaren utan att inse det. Benzer fÄngade Walter Brattain, en Bell Labs-forskare, vid en konferens i januari 1948 för att diskutera volymetrisk dragning med honom. Han föreslog att Brattain skulle placera ytterligare en punktkontakt bredvid den första som kunde leda ström, och dÄ kunde de kanske förstÄ vad som hÀnde under ytan. Brattain gick tyst med pÄ detta förslag och gick dÀrifrÄn. Som vi kommer att se visste han alltför vÀl vad ett sÄdant experiment kunde avslöja.
Oney-sous-Bois
Purdue-gruppen hade bÄde teknologin och den teoretiska grunden för att ta steget mot transistorn. Men de kunde bara ha snubblat pÄ det av en slump. De var intresserade av materialets fysiska egenskaper, och inte av sökandet efter en ny typ av enhet. En helt annan situation rÄdde i Aunes-sous-Bois (Frankrike), dÀr tvÄ tidigare radarforskare frÄn Tyskland, Heinrich Welker och Herbert Mathare, ledde ett team vars mÄl var att skapa industriella halvledarenheter.
Welker studerade först och undervisade sedan i fysik vid universitetet i MĂŒnchen, som drivs av den berömde teoretikern Arnold Sommerfeld. Sedan 1940 lĂ€mnade han en rent teoretisk vĂ€g och började arbeta pĂ„ en radar för Luftwaffe. Mathare (av belgiskt ursprung) vĂ€xte upp i Aachen, dĂ€r han studerade fysik. Han började pĂ„ forskningsavdelningen för den tyska radiojĂ€tten Telefunken 1939. Under kriget flyttade han sitt arbete frĂ„n Berlin österut till klostret i Schlesien för att undvika allierade flyganfall, och sedan tillbaka till vĂ€ster för att undvika den framryckande Röda armĂ©n, som sĂ„ smĂ„ningom hamnade i den amerikanska armĂ©ns hĂ€nder.
Liksom sina rivaler i Anti-Hitler-koalitionen visste tyskarna i början av 1940-talet att kristalldetektorer var idealiska mottagare för radar, och att kisel och germanium var de mest lovande materialen för deras skapelse. Mathare och Welker försökte under kriget förbÀttra den effektiva anvÀndningen av dessa material i likriktare. Efter kriget utsattes bÄda för periodiska förhör angÄende deras militÀra arbete och fick sÄ smÄningom en inbjudan frÄn en fransk underrÀttelseofficer till Paris 1946.
Compagnie des Freins & Signaux ("företag av bromsar och signaler"), en fransk division av Westinghouse, fick ett kontrakt frÄn den franska telefonmyndigheten för att skapa solid-state likriktare och sökte tyska forskare för att hjÀlpa dem. En sÄdan allians av senaste fiender kan verka konstigt, men detta arrangemang visade sig vara ganska gynnsamt för bÄda sidor. FransmÀnnen, besegrade 1940, hade ingen möjlighet att skaffa sig kunskap inom halvledaromrÄdet, och de behövde desperat tyskarnas fÀrdigheter. Tyskarna kunde inte bedriva utveckling inom nÄgra högteknologiska omrÄden i ett ockuperat och krigshÀrjat land, sÄ de hoppade pÄ möjligheten att fortsÀtta arbeta.
Welker och Mathare etablerade sitt huvudkontor i ett tvÄvÄningshus i Parisförorten Aunes-sous-Bois, och med hjÀlp av ett team av tekniker lanserade de framgÄngsrikt germaniumlikriktare i slutet av 1947. Sedan övergick de till mer seriösa priser: Welker ÄtervÀnde till sitt intresse för supraledare, och Mathare till förstÀrkare.
Herbert Mathare 1950
Under kriget experimenterade Mathare med tvÄpunktskontaktlikriktare - "duodeoder" - i ett försök att minska kretsbruset. Han Äterupptog sina experiment och upptÀckte snart att en andra katts morrhÄr, belÀgen 1/100 miljondels meter frÄn den första, ibland kunde modulera strömmen som flyter genom den första morrhÄren. Han skapade en solid state-förstÀrkare, om Àn en ganska vÀrdelös sÄdan. För att uppnÄ mer tillförlitlig prestanda vÀnde han sig till Welker, som hade fÄtt lÄng erfarenhet av att arbeta med germaniumkristaller under kriget. Welkers team vÀxte större, renare prover av germaniumkristaller, och nÀr kvaliteten pÄ materialet förbÀttrades blev Mathare-punktkontaktförstÀrkare tillförlitliga i juni 1948.
Röntgenbild av en "transistron" baserad pÄ Mathare-kretsen, som har tvÄ kontaktpunkter med germanium
Mathare hade till och med en teoretisk modell av vad som hÀnde: han trodde att den andra kontakten gjorde hÄl i germaniumet, pÄskyndade passagen av ström genom den första kontakten och försörjde minoritetsladdningsbÀrare. Welker höll inte med honom och trodde att det som hÀnde berodde pÄ nÄgon form av fÀlteffekt. Men innan de kunde rÀkna ut enheten eller teorin fick de veta att en grupp amerikaner hade utvecklat exakt samma koncept - en germaniumförstÀrkare med tvÄpunktskontakter - sex mÄnader tidigare.
Murray Hill
I slutet av kriget reformerade Mervyn Kelly Bell Labs halvledarforskningsgrupp under ledning av Bill Shockley. Projektet vÀxte, fick mer finansiering och flyttade frÄn sin ursprungliga labbbyggnad pÄ Manhattan till ett expanderande campus i Murray Hill, New Jersey.
Murray Hill Campus, ca. 1960
För att Äter bekanta sig med avancerade halvledare (efter sin tid i operationsforskning under kriget) besökte Shockley Russell Ohls Holmdel-laboratorium vÄren 1945. Ohl tillbringade krigsÄren med att arbeta pÄ kisel och slösade inte bort tid. Han visade Shockley en rÄ förstÀrkare av sin egen konstruktion, som han kallade en "desister". Han tog en kontaktlikriktare av kiselpunkt och skickade ström frÄn batteriet genom den. Uppenbarligen minskade vÀrmen frÄn batteriet motstÄndet över kontaktpunkten och gjorde likriktaren till en förstÀrkare som kan sÀnda inkommande radiosignaler till en krets som Àr tillrÀckligt kraftfull för att driva en högtalare
Effekten var rÄ och opÄlitlig, olÀmplig för kommersialisering. Det rÀckte dock för att bekrÀfta Shockleys uppfattning att det var möjligt att skapa en halvledarförstÀrkare, och att denna borde prioriteras för forskning inom halvledarelektronikomrÄdet. Det var ocksÄ detta möte med Olas team som övertygade Shockley om att kisel och germanium borde studeras först. De uppvisade attraktiva elektriska egenskaper, och Ohls kolleger i metallurger Jack Skaff och Henry Theurer hade nÄtt fantastiska framgÄngar med att odla, rena och dopa dessa kristaller under kriget, och övertrÀffat all tillgÀnglig teknologi för andra halvledarmaterial. Shockleys grupp tÀnkte inte slösa mer tid pÄ kopparoxidförstÀrkare före kriget.
Med Kellys hjÀlp började Shockley sÀtta ihop ett nytt team. Nyckelspelare var Walter Brattain, som hjÀlpte Shockley med hans första försök med en solid state-förstÀrkare (1940), och John Bardeen, en ung fysiker och ny Bell Labs-anstÀlld. Bardeen hade förmodligen den mest omfattande kunskapen om fasta tillstÄndets fysik hos nÄgon medlem i teamet - hans avhandling beskrev energinivÄerna hos elektroner i strukturen av natriummetall. Han var ocksÄ en annan skyddsling till John Hasbrouck Van Vleck, som Atanasov och Brattain.
Och precis som Atanasov krÀvde Bardeen och Shockleys avhandlingar extremt komplexa berÀkningar. De var tvungna att anvÀnda den kvantmekaniska teorin om halvledare, definierad av Alan Wilson, för att berÀkna energistrukturen hos material med hjÀlp av Monroes skrivbordsrÀknare. Genom att hjÀlpa till att skapa transistorn bidrog de faktiskt till att rÀdda framtida doktorander frÄn sÄdant arbete.
Shockleys första instÀllning till en halvledarförstÀrkare förlitade sig pÄ vad som senare kallades "". Han hÀngde en metallplatta över en halvledare av n-typ (med ett överskott av negativa laddningar). Genom att applicera en positiv laddning pÄ plattan drog överflödiga elektroner upp pÄ kristallens yta, vilket skapade en flod av negativa laddningar genom vilken elektrisk ström lÀtt kunde flöda. Den förstÀrkta signalen (representerad av laddningsnivÄn pÄ skivan) skulle pÄ detta sÀtt kunna modulera huvudkretsen (passerar lÀngs ytan av halvledaren). Effektiviteten av detta schema föreslogs för honom av hans teoretiska kunskaper om fysik. Men trots mÄnga experiment och experiment fungerade systemet aldrig.
I mars 1946 hade Bardeen skapat en vÀlutvecklad teori som förklarade orsaken till detta: ytan pÄ en halvledare pÄ kvantnivÄ beter sig annorlunda Àn dess insida. Negativa laddningar som dras till ytan fastnar i "yttillstÄnd" och blockerar det elektriska fÀltet frÄn att penetrera plattan in i materialet. Resten av teamet fann denna analys övertygande och lanserade ett nytt forskningsprogram lÀngs tre vÀgar:
- Bevisa förekomsten av yttillstÄnd.
- Studera deras egenskaper.
- Ta reda pÄ hur du kan besegra dem och fÄ det att fungera .
Efter ett och ett halvt Är av forskning och experiment, fick Brattain den 17 november 1947 ett genombrott. Han upptÀckte att om han placerade en jonfylld vÀtska, sÄsom vatten, mellan en wafer och en halvledare, skulle ett elektriskt fÀlt frÄn wafern trycka jonerna mot halvledaren, dÀr de skulle neutralisera laddningar som Àr fÄngade i yttillstÄnd. Nu kunde han kontrollera det elektriska beteendet hos en bit kisel genom att Àndra laddningen pÄ skivan. Denna framgÄng gav Bardeen en idé om ett nytt tillvÀgagÄngssÀtt för att skapa en förstÀrkare: omge likriktarens kontaktpunkt med elektrolytvatten och anvÀnd sedan en andra trÄd i vattnet för att kontrollera ytförhÄllandena och pÄ sÄ sÀtt kontrollera konduktivitetsnivÄn för huvudledningen. Kontakt. SÄ Bardeen och Brattain kom i mÄl.
Bardeens idé fungerade, men förstÀrkningen var svag och fungerade pÄ mycket lÄga frekvenser oÄtkomliga för det mÀnskliga örat - sÄ den var vÀrdelös som telefon- eller radioförstÀrkare. Bardeen föreslog att man skulle byta till det omvÀnda spÀnningsbestÀndiga germaniumet som tillverkades vid Purdue, och trodde att fÀrre laddningar skulle samlas pÄ dess yta. Plötsligt fick de en kraftig ökning, men i motsatt riktning mot vad som förvÀntades. De upptÀckte minoritetsbÀrareffekten - istÀllet för de förvÀntade elektronerna förstÀrktes strömmen som flödade genom germanium av hÄl som kom frÄn elektrolyten. Strömmen pÄ trÄden i elektrolyten skapade ett lager av p-typ (ett omrÄde med överskott av positiva laddningar) pÄ ytan av n-typ germanium.
Efterföljande experiment visade att ingen elektrolyt behövdes alls: helt enkelt genom att placera tvÄ kontaktpunkter nÀra germaniumytan var det möjligt att modulera strömmen frÄn en av dem till strömmen pÄ den andra. För att fÄ dem sÄ nÀra som möjligt lindade Brattain en bit guldfolie runt en trekantig plastbit och skar sedan försiktigt folien i slutet. Sedan, med hjÀlp av en fjÀder, tryckte han triangeln mot germaniumet, vilket resulterade i att de tvÄ kanterna av snittet vidrörde dess yta pÄ ett avstÄnd av 0,05 mm. Detta gav Bell Labs transistorprototyp dess distinkta utseende:
Brattain och Bardeen transistor prototyp
Liksom Mathare och Welkers apparat var det i princip en klassisk "kattsmorrrÄr", bara med tvÄ kontaktpunkter istÀllet för en. Den 16 december producerade den en betydande ökning av effekt och spÀnning, och en frekvens pÄ 1000 Hz i det hörbara omrÄdet. En vecka senare, efter mindre förbÀttringar, hade Bardeen och Brattain ökat spÀnningen med 100 gÄnger och effekten med 40 gÄnger, och visade för Bells direktörer att deras enhet kunde producera hörbart tal. John Pierce, en annan medlem av solid-state-utvecklingsteamet, myntade termen "transistor" efter namnet pÄ Bells kopparoxidlikriktare, varistorn.
Under de kommande sex mÄnaderna höll laboratoriet den nya skapelsen hemlig. Ledningen ville se till att de hade ett försprÄng med att kommersialisera transistorn innan nÄgon annan fick tag pÄ den. En presskonferens var planerad till den 30 juni 1948, precis i tid för att krossa Welker och Mathares drömmar om odödlighet. Under tiden kollapsade halvledarforskningsgruppen tyst. Efter att ha hört om Bardeen och Brattains prestationer började deras chef, Bill Shockley, arbeta för att ta all Àran för sig sjÀlv. Och Àven om han bara spelade en observationsroll, fick Shockley lika stor, om inte mer, publicitet i den offentliga presentationen - som man kan se pÄ det hÀr slÀppta fotot av honom mitt i hÀndelsernas centrum, precis bredvid en labbbÀnk:
Publicitetsfoto frÄn 1948 - Bardeen, Shockley och Brattain
Lika berömmelse var dock inte tillrÀckligt för Shockley. Och innan nÄgon utanför Bell Labs visste om transistorn, var han upptagen med att Äteruppfinna den för sin egen. Och detta var bara den första av mÄnga sÄdana Äteruppfinnelser.
Vad mer att lÀsa
- Robert Buderi, Uppfinningen som förÀndrade vÀrlden (1996)
- Michael Riordan, "How Europe Missed the Transistor", IEEE Spectrum (1 nov. 2005)
- Michael Riordan och Lillian Hoddeson, Crystal Fire (1997)
- Armand Van Dormael, "Den 'franska' transistorn," Lagring
KĂ€lla: will.com
