Serideki diğer makaleler:
- Rölenin tarihi
- Elektronik bilgisayarların tarihi
- Transistörün tarihi
- İnternet geçmişi
Savaşın potası transistörün ortaya çıkışına zemin hazırladı. 1939'dan 1945'e kadar yarı iletkenler alanındaki teknik bilgi muazzam ölçüde genişledi. Bunun da basit bir nedeni vardı: Radar. Hava saldırılarını tespit etmek, denizaltıları aramak, gece hava saldırılarını hedeflere yönlendirmek, hava savunma sistemlerini ve deniz toplarını hedef almak, savaş teknolojisinin en önemli teknolojisidir. Mühendisler, hedefin yakınında uçarken patlayacak şekilde minik radarları top mermilerine nasıl yerleştireceklerini bile öğrendiler. . Ancak bu güçlü yeni askeri teknolojinin kaynağı daha barışçıl bir alandaydı: üst atmosferin bilimsel amaçlarla incelenmesi.
radar
1901'de Marconi Kablosuz Telgraf Şirketi, Atlantik boyunca Cornwall'dan Newfoundland'a kadar kablosuz bir mesajı başarıyla iletti. Bu gerçek, modern bilimi kafa karışıklığına sürüklemiştir. Radyo yayınları düz bir çizgide ilerliyorsa (olması gerektiği gibi), bu tür bir aktarım imkansız olmalıdır. İngiltere ile Kanada arasında Dünya'yı geçmeyen doğrudan bir görüş hattı bulunmadığından Marconi'nin mesajının uzaya uçması gerekiyordu. Amerikalı mühendis Arthur Kennealy ve İngiliz fizikçi Oliver Heaviside aynı anda ve bağımsız olarak bu fenomenin açıklamasının üst atmosferde bulunan ve radyo dalgalarını Dünya'ya geri yansıtabilen iyonize gaz tabakasıyla ilişkili olması gerektiğini öne sürdüler (Marconi'nin kendisi de radyo dalgalarının Dünya yüzeyinin eğriliğini takip edin, ancak fizikçiler bunu desteklemedi).
1920'li yıllara gelindiğinde bilim insanları, önce iyonosferin varlığını kanıtlamayı, ardından yapısını incelemeyi mümkün kılan yeni ekipmanlar geliştirdiler. Kısa dalga radyo darbeleri üretmek için vakum tüpleri, bunları atmosfere göndermek ve yankıları kaydetmek için yönlü antenler kullandılar ve sonuçları göstermek için. Yankı geri dönüş gecikmesi ne kadar uzun olursa iyonosferin o kadar uzakta olması gerekir. Bu teknolojiye atmosferik sondaj adı verildi ve radarın geliştirilmesi için temel teknik altyapıyı sağladı (RAdio Detection And Ranging'den gelen "radar" terimi, ABD Donanması'nda 1940'lara kadar ortaya çıkmadı).
Doğru bilgiye, kaynaklara ve motivasyona sahip insanların bu tür ekipmanların karadaki uygulama potansiyelini fark etmesi yalnızca bir zaman meselesiydi (dolayısıyla radarın tarihi, ilk olarak karada kullanım için tasarlanan teleskopun tarihinin tam tersidir). . Ve radyonun gezegen boyunca giderek daha fazla yayılması ve daha fazla insanın yakındaki gemilerden, uçaklardan ve diğer büyük nesnelerden gelen parazitleri fark etmesiyle böyle bir kavrayışın olasılığı arttı. İkinci dönemde yayılan üst atmosfer sondaj teknolojileri bilgisi (1932-1933), bilim adamları farklı Arktik istasyonlardan iyonosferin bir haritasını derlediğinde. Kısa süre sonra İngiltere, ABD, Almanya, İtalya, SSCB ve diğer ülkelerdeki ekipler en basit radar sistemlerini geliştirdiler.
1935 radarıyla
Daha sonra savaş oldu ve ülkeler için radarların ve onları geliştirecek kaynakların önemi çarpıcı biçimde arttı. Amerika Birleşik Devletleri'nde bu kaynaklar, 1940 yılında MIT'de kurulan ve şu şekilde bilinen yeni bir organizasyon etrafında toplandı: (Yabancı casusları yanıltmak ve radyoaktivitenin laboratuvarda incelendiği izlenimini yaratmak için özel olarak adlandırılmıştı - o zamanlar çok az insan atom bombalarına inanıyordu). Manhattan Projesi kadar ünlü olmayan Rad Laboratuvarı projesi yine de Amerika Birleşik Devletleri'nin her yerinden eşit derecede seçkin ve yetenekli fizikçileri saflarına kattı. Laboratuvarın ilk çalışanlarından beşi (dahil) и ) daha sonra Nobel Ödülü aldı. Savaşın sonuna gelindiğinde laboratuvarda yaklaşık 500 bilim doktoru, bilim adamı ve mühendis çalışıyordu ve toplam 4000 kişi çalışıyordu. Yalnızca ENIAC bütçesinin tamamına eşdeğer olan yarım milyon dolar, savaş sırasında laboratuvardan elde edilen tüm bilgilerin yirmi yedi ciltlik bir kaydı olan Radyasyon Laboratuvarı Serisine harcandı (ancak ABD hükümetinin radar teknolojisine yaptığı harcamalar sınırlı değildi) Rad Laboratuvarı bütçesine; savaş sırasında hükümet üç milyar dolar değerinde radar satın aldı).
Rad Laboratuvarının bulunduğu MIT Binası 20
Rad Laboratuvarının ana araştırma alanlarından biri yüksek frekanslı radardı. İlk radarlar metre cinsinden ölçülen dalga boylarını kullanıyordu. Ancak dalga boyları santimetre cinsinden ölçülen daha yüksek frekanslı ışınlar (mikrodalgalar), daha kompakt antenlere izin verdi ve uzun mesafelerde daha az dağıldı, menzil ve doğruluk açısından daha büyük avantajlar vaat etti. Mikrodalga radarları bir uçağın burnuna sığabilir ve bir denizaltının periskopu büyüklüğündeki nesneleri tespit edebilir.
Bu sorunu ilk çözen, Birmingham Üniversitesi'nden İngiliz fizikçilerden oluşan bir ekip oldu. 1940'ta geliştirdiler "Elektromanyetik bir "ıslık" gibi çalışan, rastgele bir elektrik darbesini güçlü ve hassas şekilde ayarlanmış bir mikrodalga ışınına dönüştüren ". Bu mikrodalga vericisi en yakın rakibinden bin kat daha güçlüydü; pratik yüksek frekanslı radar vericilerinin yolunu açtı. Ancak, yüksek frekansları tespit edebilen bir alıcıya, bir arkadaşa ihtiyacı vardı. Ve bu noktada yarı iletkenlerin tarihine dönüyoruz.
Magnetron kesiti
Kedi bıyığının ikinci gelişi
Vakum tüplerinin mikrodalga radar sinyallerini almaya hiç uygun olmadığı ortaya çıktı. Sıcak katot ile soğuk anot arasındaki boşluk bir kapasitans oluşturarak devrenin yüksek frekanslarda çalışmayı reddetmesine neden olur. Yüksek frekanslı radar için mevcut en iyi teknoloji eski modaydı ""- yarı iletken bir kristale bastırılmış küçük bir tel parçası. Birkaç kişi bunu birbirinden bağımsız olarak keşfetti ama hikayemize en yakın olanı New Jersey'de yaşananlar.
1938'de Bell Laboratuvarları, 40 cm menzilli bir atış kontrol radarı geliştirmek için Donanma ile sözleşme imzaladı; bu radar, rezonans öncesi magnetron çağındaki mevcut radarlardan çok daha kısa ve dolayısıyla frekansı daha yüksek. Ana araştırma çalışması Staten Island'ın güneyindeki Holmdel'deki bir laboratuvar bölümüne gitti. Araştırmacıların yüksek frekanslı bir alıcı için neye ihtiyaç duyacaklarını bulmaları uzun sürmedi ve çok geçmeden mühendis George Southworth, eski kedi bıyıklı dedektörler bulmak için Manhattan'daki radyo mağazalarını taramaya başladı. Beklenildiği gibi lamba dedektöründen çok daha iyi çalışıyordu ama kararsızdı. Bunun üzerine Southworth, Russell Ohl adında bir elektrokimyacı buldu ve ondan tek noktalı kristal detektörün tepkisinin tekdüzeliğini iyileştirmeye çalışmasını istedi.
Ol, teknolojinin gelişmesini kaderi olarak gören ve dönemsel içgörülerle gelecek vizyonlarından bahseden oldukça tuhaf bir insandı. Örneğin, 1939'da silikon amplifikatörün gelecekteki icadı hakkında bilgi sahibi olduğunu, ancak kaderin onu icat etmenin başka bir kişiye ait olduğunu belirtti. Düzinelerce seçeneği inceledikten sonra, Southworth alıcıları için en iyi maddenin silikon olduğuna karar verdi. Sorun, malzemenin elektriksel özelliklerini kontrol etmek için içeriğini kontrol etme yeteneğiydi. O zamanlar endüstriyel silikon külçeler yaygındı, çelik fabrikalarında kullanılıyordu, ancak bu tür üretimde hiç kimse, örneğin silikondaki% 1 fosfor içeriğinden rahatsız değildi. Birkaç metalürji uzmanının yardımını alan Ol, daha önce mümkün olandan çok daha temiz işlenmemiş parçalar elde etmek için yola çıktı.
Çalışırken, kristallerinden bazılarının akımı bir yönde düzelttiğini, diğerlerinin ise diğer yönde akımı düzelttiğini keşfettiler. Bunlara "n-tipi" ve "p-tipi" adını verdiler. Daha ileri analizler, bu türlerden farklı türdeki yabancı maddelerin sorumlu olduğunu gösterdi. Silikon periyodik tablonun dördüncü sütununda yer alır, yani dış kabuğunda dört elektron bulunur. Saf silikondan oluşan bir boşlukta bu elektronların her biri bir komşusuyla birleşecektir. Üçüncü sütundaki yabancı maddeler, diyelim ki bir elektronu eksik olan bor, kristalde mevcut hareket için ek alan olan bir "delik" yarattı. Sonuç, p-tipi bir yarı iletkendi (fazla pozitif yüke sahip). Fosfor gibi beşinci sütundaki elementler akımı taşımak için ek serbest elektronlar sağladı ve n tipi bir yarı iletken elde edildi.
Silisyumun kristal yapısı
Tüm bu araştırmalar çok ilginçti, ancak 1940'a gelindiğinde Southworth ve Ohl, yüksek frekanslı bir radarın çalışan bir prototipini yaratmaya yaklaşamadılar. Aynı zamanda İngiliz hükümeti, magnetron vericileriyle birlikte çalışan, üretime hazır mikrodalga dedektörleri geliştirmiş olan Luftwaffe'den gelen yaklaşan tehdit nedeniyle acil pratik sonuçlar talep etti.
Ancak teknolojik gelişmelerin dengesi yakında Atlantik'in batı yakasına doğru kayacak. Churchill, savaşa fiilen girmeden önce Britanya'nın tüm teknik sırlarını Amerikalılara açıklamaya karar verdi (çünkü bunun zaten olacağını varsayıyordu). O zamandan beri, Amerika Birleşik Devletleri'nin tüm endüstriyel yeteneklerinin atom silahları ve radarlar gibi sorunların çözümüne harcanacağından, bilgi sızıntısı riskine değeceğine inanıyordu. İngiliz Bilim ve Teknoloji Misyonu (daha iyi bilinen adıyla ) Eylül 1940'ta Washington'a geldi ve bagajında teknolojik mucizeler şeklinde bir hediye getirdi.
Rezonans magnetronun inanılmaz gücünün keşfi ve İngiliz kristal dedektörlerinin sinyalini almadaki etkinliği, yüksek frekanslı radarın temeli olarak yarı iletkenler üzerine yapılan Amerikan araştırmalarını yeniden canlandırdı. Özellikle malzeme bilimi alanında yapılacak çok iş vardı. Talebi karşılamak için yarı iletken kristallerin "önceden mümkün olandan çok daha fazla sayıda, milyonlarca üretilmesi gerekiyordu. Düzeltmeyi geliştirmek, şok hassasiyetini ve yanmayı azaltmak ve farklı kristal grupları arasındaki varyasyonu en aza indirmek gerekiyordu."
Silikon Noktalı Kontak Doğrultucu
Rad Laboratuvarı, yarı iletken kristallerin özelliklerini ve bunların değerli alıcı özelliklerini en üst düzeye çıkaracak şekilde nasıl değiştirilebileceğini incelemek için yeni araştırma departmanları açtı. En umut verici materyaller silikon ve germanyumdu, bu yüzden Radyasyon Laboratuarı bunu riske atmaya karar verdi ve her ikisini de incelemek için paralel programlar başlattı: Pensilvanya Üniversitesi'nde silikon ve Purdue'de germanyum. Bell, Westinghouse, Du Pont ve Sylvania gibi endüstri devleri kendi yarı iletken araştırma programlarını başlattılar ve kristal dedektörler için yeni üretim tesisleri geliştirmeye başladılar.
Ortak çabalarla, silikon ve germanyum kristallerinin saflığı başlangıçta %99'dan %99,999'a, yani 100 atom başına bir yabancı madde parçacığına yükseltildi. Bu süreçte, bilim adamlarından ve mühendislerden oluşan bir kadro, germanyum ve silikonun soyut özellikleriyle yakından tanıştı ve bunları kontrol etmek için uygulanan teknolojiler: eritme, kristalleri büyütme, gerekli safsızlıkları ekleme (iletkenliği artıran bor gibi).
Ve sonra savaş sona erdi. Radara olan talep ortadan kalktı, ancak savaş sırasında kazanılan bilgi ve beceriler kaldı ve katı hal amplifikatörü hayali unutulmadı. Şimdi yarış böyle bir amplifikatör yaratmaktı. Ve en az üç takım bu ödülü kazanmak için iyi bir konumdaydı.
Batı Lafayette
İlki Purdue Üniversitesi'nden Carl Lark-Horowitz adında Avusturya doğumlu bir fizikçinin liderliğindeki bir gruptu. Yeteneği ve etkisiyle üniversitenin fizik bölümünü tek başına belirsizlikten kurtardı ve Rad Laboratuvarı'nın, germanyum araştırmasını kendi laboratuvarına emanet etme kararını etkiledi.
Carl Lark-Horowitz, 1947, ortada, elinde bir pipo var
1940'ların başlarında silikon, radar redresörleri için en iyi malzeme olarak kabul ediliyordu, ancak periyodik tablodaki onun hemen altındaki malzeme de daha fazla çalışmaya değer görünüyordu. Germanyumun daha düşük erime noktası nedeniyle pratik bir avantajı vardı, bu da çalışmayı kolaylaştırıyordu: yaklaşık 940 derece, silikon için 1400 derece (neredeyse çelikle aynı). Yüksek erime noktası nedeniyle, erimiş silikonun içine sızıp onu kirletmeyecek bir boşluk yapmak son derece zordu.
Bu nedenle Lark-Horowitz ve meslektaşları tüm savaşı germanyumun kimyasal, elektriksel ve fiziksel özelliklerini inceleyerek geçirdiler. En önemli engel “ters voltaj”dı: germanyum doğrultucular çok düşük voltajda akımı doğrultmayı durdurdu ve ters yönde akmasına izin verdi. Ters akım darbesi radarın kalan bileşenlerini yaktı. Lark-Horowitz'in yüksek lisans öğrencilerinden biri olan Seymour Benzer, bir yıldan fazla bir süre bu problem üzerinde çalıştı ve sonunda yüzlerce volta kadar olan voltajlarda ters darbeleri durduran kalay bazlı bir katkı maddesi geliştirdi. Kısa bir süre sonra Bell Laboratuvarları'nın üretim bölümü olan Western Electric, askeri kullanıma yönelik Benzer redresörler üretmeye başladı.
Purdue'deki germanyum çalışmaları savaştan sonra da devam etti. Haziran 1947'de, halihazırda profesör olan Benzer, alışılmadık bir anormallik bildirdi: Bazı deneylerde, germanyum kristallerinde yüksek frekanslı salınımlar ortaya çıktı. Ve meslektaşı Ralph Bray, savaş sırasında başlatılan bir proje üzerinde "hacimsel direnç" üzerine çalışmaya devam etti. Hacim direnci, doğrultucunun temas noktasında elektriğin germanyum kristalinde nasıl aktığını tanımladı. Bray, yüksek voltaj darbelerinin n-tipi germanyumun bu akımlara karşı direncini önemli ölçüde azalttığını buldu. Farkında olmadan sözde tanık oldu. "azınlık" yük taşıyıcıları. N-tipi yarı iletkenlerde aşırı negatif yük, çoğunluk yük taşıyıcısı görevi görür, ancak pozitif "delikler" de akımı taşıyabilir ve bu durumda, yüksek voltaj darbeleri germanyum yapısında delikler oluşturarak azınlık yük taşıyıcılarının ortaya çıkmasına neden olur. .
Bray ve Benzer, farkına varmadan, germanyum amplifikatöre heyecan verici bir şekilde yaklaştılar. Benzer, Ocak 1948'de bir Bell Laboratuvarı bilim insanı olan Walter Brattain'i hacimsel sürtünmeyi tartışmak üzere bir konferansta yakaladı. Brattain'in akımı iletebilecek ilkinin yanına başka bir nokta kontağı yerleştirmesini, böylece yüzeyin altında neler olduğunu anlayabilmelerini önerdi. Brattain bu teklifi sessizce kabul etti ve ayrıldı. Göreceğimiz gibi böyle bir deneyin neler ortaya çıkarabileceğini çok iyi biliyordu.
Oney-sous-Bois
Purdue grubu transistöre doğru atılım yapacak hem teknolojiye hem de teorik temele sahipti. Ancak buna ancak tesadüfen rastlamış olabilirler. Yeni bir cihaz türü arayışıyla değil, malzemenin fiziksel özellikleriyle ilgilendiler. Almanya'dan iki eski radar araştırmacısı Heinrich Welker ve Herbert Mathare'nin hedefi endüstriyel yarı iletken cihazlar yaratmak olan bir ekibe liderlik ettiği Aunes-sous-Bois'te (Fransa) çok farklı bir durum geçerliydi.
Welker, ünlü teorisyen Arnold Sommerfeld'in yönettiği Münih Üniversitesi'nde önce fizik okudu, ardından ders verdi. 1940'tan beri tamamen teorik bir yoldan ayrıldı ve Luftwaffe için bir radar üzerinde çalışmaya başladı. Mathare (Belçika kökenli), fizik eğitimi aldığı Aachen'de büyüdü. 1939 yılında Alman radyo devi Telefunken'in araştırma departmanına katıldı. Savaş sırasında, Müttefiklerin hava saldırılarından kaçınmak için çalışmalarını Berlin'den doğuya, Silezya'daki manastıra taşıdı ve ardından ilerleyen Kızıl Ordu'dan kaçınmak için batıya geri döndü ve sonunda Amerikan ordusunun eline geçti.
Hitler Karşıtı Koalisyondaki rakipleri gibi Almanlar da 1940'ların başında kristal dedektörlerin radar için ideal alıcılar olduğunu ve silikon ve germanyumun kendilerinin yaratılması için en umut verici malzemeler olduğunu biliyorlardı. Mathare ve Welker savaş sırasında bu malzemelerin doğrultucularda verimli kullanımını artırmaya çalıştı. Savaştan sonra her ikisi de askeri görevleriyle ilgili periyodik olarak sorguya çekildiler ve sonunda 1946'da bir Fransız istihbarat görevlisinden Paris'e davet aldılar.
Westinghouse'un bir Fransız bölümü olan Compagnie des Freins & Signaux ("fren ve sinyal şirketi"), Fransız telefon otoritesinden katı hal redresörleri oluşturmak için bir sözleşme aldı ve onlara yardım etmeleri için Alman bilim adamlarını aradı. Son dönemdeki düşmanların böyle bir ittifakı garip görünebilir, ancak bu düzenlemenin her iki taraf için de oldukça elverişli olduğu ortaya çıktı. 1940'ta yenilgiye uğrayan Fransızların yarı iletkenler alanında bilgi edinme yeteneği yoktu ve Almanların becerilerine şiddetle ihtiyaçları vardı. Almanlar, işgal altındaki ve savaşla harap olmuş bir ülkede herhangi bir yüksek teknoloji alanında geliştirme yapamadıklarından, çalışmaya devam etme fırsatını değerlendirdiler.
Welker ve Mathare, Paris'in Aunes-sous-Bois banliyösündeki iki katlı bir evde merkez kurdular ve bir teknisyen ekibinin yardımıyla 1947'nin sonlarında germanyum redresörlerini başarıyla piyasaya sürdüler. Daha sonra daha ciddi çalışmalara yöneldiler. Ödüller: Welker süper iletkenlere, Mathare ise amplifikatörlere olan ilgisine geri döndü.
1950'de Herbert Mathare
Savaş sırasında Mathare, devre gürültüsünü azaltmak amacıyla iki noktalı kontak redresörleri ("duodeodes") ile deneyler yaptı. Deneylerine devam etti ve çok geçmeden, birincisinden metrenin 1/100 milyonda biri kadar uzakta bulunan ikinci bir kedi bıyığının bazen ilk bıyıktan geçen akımı değiştirebildiğini keşfetti. Oldukça işe yaramaz da olsa bir katı hal amplifikatörü yarattı. Daha güvenilir bir performans elde etmek için savaş sırasında germanyum kristalleriyle çalışma konusunda geniş deneyim kazanmış olan Welker'a başvurdu. Welker'in ekibi daha da büyüdü, germanyum kristallerinin daha saf örnekleri oluştu ve malzemenin kalitesi geliştikçe Mathare nokta kontaklı amplifikatörler Haziran 1948'de güvenilir hale geldi.
Germanyum ile iki temas noktası olan Mathare devresine dayanan bir "transistron"un X-ışını görüntüsü
Mathare'nin olup bitenlere dair teorik bir modeli bile vardı: İkinci temasın germanyumda delikler açtığına, akımın ilk temastan geçişini hızlandırarak azınlık yük taşıyıcılarını beslediğine inanıyordu. Welker onunla aynı fikirde değildi ve olup bitenlerin bir tür alan etkisine bağlı olduğuna inanıyordu. Ancak, cihazı veya teoriyi çözemeden, bir grup Amerikalının altı ay önce tamamen aynı konsepti (iki nokta kontaklı bir germanyum amplifikatörü) geliştirdiğini öğrendiler.
Murray Tepesi
Savaşın sonunda Mervyn Kelly, Bell Labs'ın Bill Shockley başkanlığındaki yarı iletken araştırma grubunu yeniden düzenledi. Proje büyüdü, daha fazla fon aldı ve Manhattan'daki orijinal laboratuvar binasından New Jersey'deki Murray Hill'deki genişleyen bir kampüse taşındı.
Murray Hill Kampüsü, yak. 1960
Shockley, gelişmiş yarı iletkenlerle yeniden tanışmak için (savaş sırasında yöneylem araştırmasında geçirdiği zamanın ardından), 1945 baharında Russell Ohl'un Holmdel laboratuvarını ziyaret etti. Ohl savaş yıllarını silikon üzerinde çalışarak geçirdi ve hiç vakit kaybetmedi. Shockley'e kendi yapımı olan ve "vazgeçen" adını verdiği kaba bir amplifikatör gösterdi. Silikon nokta kontaklı bir doğrultucu aldı ve aküden akımı bunun üzerinden gönderdi. Görünüşe göre, bataryadan gelen ısı, temas noktası üzerindeki direnci azalttı ve doğrultucuyu, gelen radyo sinyallerini bir hoparlöre güç sağlamaya yetecek kadar güçlü bir devreye iletebilen bir amplifikatöre dönüştürdü.
Etki kaba ve güvenilmezdi, ticarileştirilmeye uygun değildi. Ancak bu, Shockley'in bir yarı iletken amplifikatör oluşturmanın mümkün olduğu ve bunun katı hal elektroniği alanındaki araştırmalar için bir öncelik haline getirilmesi gerektiği yönündeki görüşünü doğrulamak için yeterliydi. Shockley'i ilk önce silikon ve germanyum üzerinde çalışılması gerektiğine ikna eden de Ola'nın ekibiyle yaptığı bu toplantıydı. Çekici elektriksel özellikler sergilediler ve Ohl'un metalürji uzmanları Jack Skaff ve Henry Theurer, savaş sırasında bu kristalleri büyütme, saflaştırma ve katkılama konusunda diğer yarı iletken malzemeler için mevcut tüm teknolojileri geride bırakarak inanılmaz bir başarı elde etti. Shockley'in grubu savaş öncesi bakır oksit amplifikatörlerle daha fazla zaman kaybetmeyecekti.
Kelly'nin yardımıyla Shockley yeni bir ekip kurmaya başladı. Anahtar oyuncular arasında, Shockley'e ilk katı hal amplifikatörü denemesinde (1940'ta) yardım eden Walter Brattain ve genç bir fizikçi ve yeni Bell Laboratuvarları çalışanı olan John Bardeen vardı. Bardeen muhtemelen ekibin herhangi bir üyesi arasında katı hal fiziği konusunda en kapsamlı bilgiye sahipti; tezi, sodyum metalinin yapısındaki elektronların enerji seviyelerini tanımlıyordu. O da Atanasov ve Brattain gibi John Hasbrouck Van Vleck'in başka bir koruyucusuydu.
Atanasov gibi Bardeen ve Shockley'in tezleri de son derece karmaşık hesaplamalar gerektiriyordu. Monroe'nun masaüstü hesap makinesini kullanarak malzemelerin enerji yapısını hesaplamak için Alan Wilson tarafından tanımlanan yarı iletkenlerin kuantum mekanik teorisini kullanmak zorundaydılar. Transistörün yaratılmasına yardımcı olarak, aslında gelecekteki lisansüstü öğrencilerinin bu tür çalışmalardan kurtarılmasına katkıda bulundular.
Shockley'in katı hal amplifikatörüne ilk yaklaşımı, daha sonra "". N-tipi bir yarı iletken (fazla negatif yük içeren) üzerine metal bir plaka astı. Plakaya pozitif yük uygulandığında fazla elektronlar kristalin yüzeyine çekilerek elektrik akımının kolayca akabileceği negatif yüklerden oluşan bir nehir oluştu. Güçlendirilmiş sinyal (levha üzerindeki şarj seviyesi ile temsil edilir) bu şekilde ana devreyi (yarı iletkenin yüzeyi boyunca geçerek) modüle edebilir. Bu planın etkililiği ona teorik fizik bilgisi sayesinde önerildi. Ancak birçok deneye ve denemeye rağmen plan hiçbir zaman işe yaramadı.
Mart 1946'ya gelindiğinde Bardeen bunun nedenini açıklayan iyi geliştirilmiş bir teori yarattı: Kuantum düzeyinde bir yarı iletkenin yüzeyi, iç kısmından farklı davranır. Yüzeye çekilen negatif yükler "yüzey durumlarında" sıkışıp kalır ve elektrik alanının plakadan malzemeye nüfuz etmesini engeller. Ekibin geri kalanı bu analizi ilgi çekici buldu ve üç yönde yeni bir araştırma programı başlattı:
- Yüzey durumlarının varlığını kanıtlayın.
- Özelliklerini inceleyin.
- Onları nasıl yeneceğinizi ve işe yaramasını sağlayın .
Bir buçuk yıllık araştırma ve deneylerden sonra 17 Kasım 1947'de Brattain bir atılım gerçekleştirdi. Bir levha ile bir yarı iletken arasına su gibi iyon dolu bir sıvı yerleştirirse, levhadan gelen bir elektrik alanının iyonları yarı iletkene doğru iteceğini ve burada yüzey durumlarında sıkışan yükleri nötrleştireceğini keşfetti. Artık silikon levhanın yükünü değiştirerek bir silikon parçasının elektriksel davranışını kontrol edebiliyordu. Bu başarı, Bardeen'e bir amplifikatör yaratma konusunda yeni bir yaklaşım fikri verdi: redresörün temas noktasını elektrolit suyla çevreleyin ve ardından yüzey koşullarını kontrol etmek için su içinde ikinci bir kablo kullanın ve böylece ana devrenin iletkenlik seviyesini kontrol edin. temas etmek. Böylece Bardeen ve Brattain bitiş çizgisine ulaştı.
Bardeen'in fikri işe yaradı ama amplifikasyon zayıftı ve insan kulağının erişemeyeceği kadar düşük frekanslarda çalışıyordu; dolayısıyla telefon veya radyo amplifikatörü olarak işe yaramıyordu. Bardeen, yüzeyinde daha az yük birikeceğine inandığı için Purdue'de üretilen ters voltaja dayanıklı germanyuma geçmeyi önerdi. Aniden güçlü bir artış elde ettiler, ancak beklenenin tersi yönde. Azınlık taşıyıcı etkisini keşfettiler; beklenen elektronlar yerine, germanyumdan akan akım, elektrolitten gelen delikler tarafından güçlendirildi. Elektrolitteki tel üzerindeki akım, n-tipi germanyumun yüzeyinde p-tipi bir tabaka (fazla pozitif yüklerin bulunduğu bir bölge) yarattı.
Daha sonraki deneyler hiçbir elektrolite ihtiyaç duyulmadığını gösterdi: sadece iki temas noktasını germanyum yüzeyine yakın yerleştirerek, birindeki akımı diğerindeki akıma ayarlamak mümkün oldu. Bunları mümkün olduğu kadar yakına getirmek için Brattain, üçgen bir plastik parçasının etrafına bir parça altın folyo sardı ve ardından folyoyu ucundan dikkatlice kesti. Daha sonra bir yay kullanarak üçgeni germanyuma bastırdı, bunun sonucunda kesimin iki kenarı 0,05 mm mesafede yüzeye temas etti. Bu, Bell Laboratuvarlarının transistör prototipine kendine özgü görünümünü kazandırdı:
Brattain ve Bardeen transistör prototipi
Mathare ve Welker'in cihazı gibi, prensip olarak klasik bir "kedi bıyığı"ydı ve bir yerine iki temas noktası vardı. 16 Aralık'ta güç ve voltajda önemli bir artış ve duyulabilir aralıkta 1000 Hz'lik bir frekans üretti. Bir hafta sonra, küçük iyileştirmelerin ardından Bardeen ve Brattain voltajı 100 kat, gücü ise 40 kat artırdılar ve Bell'in yöneticilerine cihazlarının sesli konuşma üretebildiğini gösterdiler. Katı hal geliştirme ekibinin bir başka üyesi olan John Pierce, Bell'in bakır oksit doğrultucusu varistörün adından sonra "transistör" terimini icat etti.
Sonraki altı ay boyunca laboratuvar yeni yaratımı bir sır olarak sakladı. Yönetim, transistörü başkasının eline geçirmeden önce ticarileştirme konusunda bir adım önde olduklarından emin olmak istiyordu. Welker ve Mathare'nin ölümsüzlük hayallerini paramparça etmek için tam zamanında 30 Haziran 1948'de bir basın toplantısı planlandı. Bu arada yarı iletken araştırma grubu sessizce çöktü. Bardeen ve Brattain'in başarılarını duyduktan sonra patronları Bill Shockley, tüm övgüyü kendisine almak için çalışmaya başladı. Her ne kadar sadece gözlemsel bir rol oynamış olsa da, Shockley kamuya açık sunumda eşit derecede, hatta daha fazla tanıtım aldı - aksiyonun ortasında, laboratuvar tezgahının hemen yanında çekilmiş bu fotoğrafta görüldüğü gibi:
1948 tanıtım fotoğrafı - Bardeen, Shockley ve Brattain
Ancak Shockley için eşit şöhret yeterli değildi. Ve Bell Laboratuvarları dışındaki herhangi birinin transistörü öğrenmesinden önce, kendisi onu yeniden icat etmekle meşguldü. Ve bu, bu tür birçok yeniden icattan yalnızca ilkiydi.
Başka ne okumak
- Robert Buderi, Dünyayı Değiştiren Buluş (1996)
- Michael Riordan, “Avrupa Transistörü Nasıl Kaçırdı?” IEEE Spectrum (1 Kasım 2005)
- Michael Riordan ve Lillian Hoddeson, Kristal Ateş (1997)
- Armand Van Dormael, “'Fransız' Transistör” (1994)
Kaynak: habr.com