سیریز کے دیگر مضامین:
- ریلے کی تاریخ
- الیکٹرانک کمپیوٹرز کی تاریخ
- ٹرانجسٹر کی تاریخ
- انٹرنیٹ کی تاریخ
جنگ کے مصلوب نے ٹرانجسٹر کی آمد کا مرحلہ طے کیا۔ 1939 سے 1945 تک، سیمی کنڈکٹرز کے میدان میں تکنیکی علم میں بہت زیادہ توسیع ہوئی۔ اور اس کی ایک سادہ سی وجہ تھی: ریڈار۔ جنگ کی سب سے اہم ٹیکنالوجی، جن کی مثالوں میں شامل ہیں: فضائی حملوں کا پتہ لگانا، آبدوزوں کی تلاش، رات کے فضائی حملوں کو اہداف تک پہنچانا، فضائی دفاعی نظام اور بحری توپوں کو نشانہ بنانا۔ انجینئروں نے یہ بھی سیکھ لیا ہے کہ چھوٹے ریڈاروں کو توپ خانے کے گولوں میں کیسے جوتا مارنا ہے تاکہ وہ ہدف کے قریب پرواز کرتے وقت پھٹ جائیں۔ . تاہم، اس طاقتور نئی فوجی ٹیکنالوجی کا ماخذ زیادہ پرامن میدان میں تھا: سائنسی مقاصد کے لیے اوپری فضا کا مطالعہ۔
ریڈار
1901 میں مارکونی وائرلیس ٹیلی گراف کمپنی نے کامیابی کے ساتھ بحر اوقیانوس کے پار کارن وال سے نیو فاؤنڈ لینڈ تک ایک وائرلیس پیغام پہنچایا۔ اس حقیقت نے جدید سائنس کو الجھن میں ڈال دیا ہے۔ اگر ریڈیو ٹرانسمیشنز سیدھی لائن میں سفر کرتی ہیں (جیسا کہ انہیں چاہیے)، اس طرح کی ترسیل ناممکن ہونی چاہیے۔ انگلینڈ اور کینیڈا کے درمیان ایسی کوئی سیدھی لائن آف ویژن نہیں ہے جو زمین کو عبور نہ کرتی ہو، اس لیے مارکونی کے پیغام کو خلا میں اڑنا پڑا۔ امریکی انجینئر آرتھر کینیلی اور برطانوی ماہر طبیعیات اولیور ہیوی سائیڈ نے بیک وقت اور آزادانہ طور پر یہ تجویز پیش کی کہ اس رجحان کی وضاحت بالائی فضا میں واقع آئنائزڈ گیس کی ایک تہہ سے منسلک ہونی چاہیے جو کہ ریڈیو لہروں کو زمین پر واپس منعکس کرنے کی صلاحیت رکھتی ہو (مارکونی خود مانتے تھے کہ ریڈیو لہریں زمین کی سطح کے گھماؤ کی پیروی کریں، تاہم، ماہرین طبیعیات نے اس کی حمایت نہیں کی)۔
1920 کی دہائی تک، سائنس دانوں نے نئے آلات تیار کیے تھے جن کی وجہ سے پہلے آئن اسپیئر کے وجود کو ثابت کرنا اور پھر اس کی ساخت کا مطالعہ کرنا ممکن ہوا۔ انہوں نے شارٹ ویو ریڈیو پلس پیدا کرنے کے لیے ویکیوم ٹیوبوں کا استعمال کیا، انہیں فضا میں بھیجنے اور بازگشت کو ریکارڈ کرنے کے لیے دشاتمک اینٹینا، اور نتائج کو ظاہر کرنے کے لئے. بازگشت کی واپسی میں تاخیر جتنی لمبی ہوگی، آئن اسپیئر اتنا ہی دور ہونا چاہیے۔ اس ٹیکنالوجی کو ایٹموسفیرک ساؤنڈنگ کہا جاتا تھا، اور اس نے ریڈار کی ترقی کے لیے بنیادی تکنیکی انفراسٹرکچر فراہم کیا تھا (ریڈیو ڈیٹیکشن اینڈ رینجنگ کی اصطلاح "ریڈار، امریکی بحریہ میں 1940 کی دہائی تک ظاہر نہیں ہوئی تھی)۔
صحیح علم، وسائل اور محرک کے حامل لوگوں کو اس طرح کے آلات کے زمینی استعمال کی صلاحیت کا احساس ہونے سے پہلے یہ صرف وقت کی بات تھی (اس طرح ریڈار کی تاریخ دوربین کی تاریخ کے برعکس ہے، جو پہلے زمینی استعمال کے لیے بنائی گئی تھی) . اور اس طرح کی بصیرت کا امکان بڑھ گیا جب ریڈیو پورے سیارے میں زیادہ سے زیادہ پھیل گیا، اور زیادہ سے زیادہ لوگوں نے قریبی بحری جہازوں، ہوائی جہازوں اور دیگر بڑی چیزوں سے مداخلت کا مشاہدہ کیا۔ اوپری ماحول کی آواز دینے والی ٹیکنالوجیز کا علم دوسری کے دوران پھیل گیا۔ (1932-1933)، جب سائنسدانوں نے مختلف آرکٹک اسٹیشنوں سے آئن اسپیئر کا نقشہ مرتب کیا۔ اس کے فوراً بعد، برطانیہ، امریکہ، جرمنی، اٹلی، یو ایس ایس آر اور دیگر ممالک کی ٹیموں نے اپنا آسان ترین ریڈار سسٹم تیار کیا۔
اپنے 1935 ریڈار کے ساتھ
پھر جنگ ہوئی، اور ملکوں کے لیے ریڈارز کی اہمیت — اور انہیں تیار کرنے کے وسائل — ڈرامائی طور پر بڑھ گئے۔ ریاستہائے متحدہ میں، یہ وسائل MIT میں 1940 میں قائم ہونے والی ایک نئی تنظیم کے ارد گرد جمع ہوئے، جسے کہا جاتا ہے۔ (اس کا نام خاص طور پر غیر ملکی جاسوسوں کو گمراہ کرنے اور یہ تاثر پیدا کرنے کے لیے رکھا گیا تھا کہ لیبارٹری میں ریڈیو ایکٹیویٹی کا مطالعہ کیا جا رہا تھا - اس وقت بہت کم لوگ ایٹم بم پر یقین رکھتے تھے)۔ Rad Lab پروجیکٹ، جو مین ہٹن پروجیکٹ کی طرح مشہور نہیں ہوا، اس کے باوجود پورے امریکہ سے یکساں طور پر شاندار اور باصلاحیت طبیعیات دانوں کو اپنی صفوں میں بھرتی کیا۔ لیبارٹری کے پہلے ملازمین میں سے پانچ (بشمول и ) بعد ازاں نوبل انعام حاصل کیا۔ جنگ کے اختتام تک، سائنس کے تقریباً 500 ڈاکٹروں، سائنسدانوں اور انجینئروں نے لیبارٹری میں کام کیا، اور کل 4000 افراد نے کام کیا۔ نصف ملین ڈالر - پورے ENIAC بجٹ کے مقابلے - صرف ریڈی ایشن لیبارٹری سیریز پر خرچ کیے گئے، جنگ کے دوران لیبارٹری سے حاصل کیے گئے تمام علم کا ستائیس جلدوں کا ریکارڈ (حالانکہ ریڈار ٹیکنالوجی پر امریکی حکومت کے اخراجات محدود نہیں تھے۔ ریڈ لیب کے بجٹ میں؛ جنگ کے دوران حکومت نے تین بلین ڈالر مالیت کے ریڈار خریدے)۔
ایم آئی ٹی بلڈنگ 20، جہاں ریڈ لیب واقع تھی۔
ریڈ لیب کی تحقیق کے اہم شعبوں میں سے ایک ہائی فریکوئنسی ریڈار تھا۔ ابتدائی ریڈارز میٹروں میں ماپا جانے والی طول موج کا استعمال کرتے تھے۔ لیکن سینٹی میٹر میں ماپا جانے والی طول موج کے ساتھ اعلی تعدد والے بیم—مائیکرو ویوز—زیادہ کمپیکٹ انٹینا کے لیے اجازت دی گئی اور طویل فاصلے پر کم بکھرے ہوئے تھے، جس سے حد اور درستگی میں زیادہ فوائد کا وعدہ کیا گیا تھا۔ مائکروویو ریڈار ہوائی جہاز کی ناک میں فٹ ہو سکتے ہیں اور آبدوز کے پیرسکوپ کے سائز کی اشیاء کا پتہ لگا سکتے ہیں۔
اس مسئلے کو حل کرنے والے سب سے پہلے برمنگھم یونیورسٹی کے برطانوی طبیعیات دانوں کی ایک ٹیم تھی۔ 1940 میں انہوں نے ترقی کی۔"، جس نے برقی مقناطیسی "سیٹی" کی طرح کام کیا، بجلی کی بے ترتیب نبض کو مائیکرو ویوز کی ایک طاقتور اور درست طریقے سے ٹیونڈ بیم میں بدل دیا۔ یہ مائکروویو ٹرانسمیٹر اپنے قریبی حریف سے ہزار گنا زیادہ طاقتور تھا۔ اس نے عملی اعلی تعدد ریڈار ٹرانسمیٹر کے لیے راہ ہموار کی۔ تاہم، اسے ایک ساتھی کی ضرورت تھی، ایک رسیور جو اعلی تعدد کا پتہ لگانے کے قابل ہو۔ اور اس وقت ہم سیمی کنڈکٹرز کی تاریخ کی طرف لوٹتے ہیں۔
میگنیٹران کراس سیکشن
بلی کی سرگوشی کا دوسرا آنا۔
معلوم ہوا کہ ویکیوم ٹیوبیں مائکروویو ریڈار سگنلز حاصل کرنے کے لیے بالکل موزوں نہیں تھیں۔ گرم کیتھوڈ اور کولڈ اینوڈ کے درمیان خلا ایک گنجائش پیدا کرتا ہے، جس کی وجہ سے سرکٹ اعلی تعدد پر کام کرنے سے انکار کر دیتا ہے۔ ہائی فریکوئنسی ریڈار کے لیے دستیاب بہترین ٹیکنالوجی پرانے زمانے کی تھی۔"- تار کا ایک چھوٹا ٹکڑا جو سیمی کنڈکٹر کرسٹل کے خلاف دبایا جاتا ہے۔ بہت سے لوگوں نے اسے آزادانہ طور پر دریافت کیا ہے، لیکن ہماری کہانی کے قریب ترین چیز وہ ہے جو نیو جرسی میں ہوا۔
1938 میں، بیل لیبز نے 40 سینٹی میٹر رینج میں فائر کنٹرول ریڈار تیار کرنے کے لیے بحریہ کے ساتھ معاہدہ کیا — بہت چھوٹا، اور اس لیے فریکوئنسی میں پہلے سے گونجنے والے میگنیٹرون دور میں موجود ریڈاروں سے زیادہ۔ مرکزی تحقیقی کام اسٹیٹن جزیرے کے جنوب میں ہولمڈیل میں لیبارٹریوں کے ایک ڈویژن میں گیا۔ محققین کو یہ معلوم کرنے میں زیادہ وقت نہیں لگا کہ انہیں ہائی فریکوئنسی ریسیور کے لیے کیا ضرورت ہوگی، اور جلد ہی انجینئر جارج ساؤتھ ورتھ مین ہٹن میں پرانے بلی کے سرگوشیوں کا پتہ لگانے والوں کے لیے ریڈیو اسٹورز کو تلاش کر رہے تھے۔ جیسا کہ توقع کی گئی تھی، اس نے لیمپ ڈیٹیکٹر سے بہت بہتر کام کیا، لیکن یہ غیر مستحکم تھا۔ چنانچہ ساؤتھ ورتھ نے رسل اوہل نامی ایک الیکٹرو کیمسٹ کو تلاش کیا اور اس سے کہا کہ وہ واحد پوائنٹ کرسٹل ڈیٹیکٹر کے ردعمل کی یکسانیت کو بہتر بنانے کی کوشش کرے۔
او ایل ایک عجیب و غریب شخص تھا، جس نے ٹیکنالوجی کی ترقی کو اپنا مقدر سمجھا، اور مستقبل کے نظاروں کے ساتھ وقتاً فوقتاً بصیرت کے بارے میں بات کی۔ مثال کے طور پر، اس نے بتایا کہ 1939 میں اسے سلکان ایمپلیفائر کی مستقبل کی ایجاد کے بارے میں معلوم تھا، لیکن یہ قسمت کسی اور شخص کے لیے مقدر تھی کہ وہ اسے ایجاد کرے۔ درجنوں آپشنز کا مطالعہ کرنے کے بعد، اس نے ساؤتھ ورتھ ریسیورز کے لیے بہترین مادہ کے طور پر سلیکون پر سیٹل کیا۔ مسئلہ اس کی برقی خصوصیات کو کنٹرول کرنے کے لیے مواد کے مواد کو کنٹرول کرنے کی صلاحیت کا تھا۔ اس وقت، صنعتی سلکان انگوٹ بڑے پیمانے پر تھے؛ وہ سٹیل ملوں میں استعمال ہوتے تھے، لیکن اس طرح کی پیداوار میں کسی کو بھی پریشان نہیں کیا گیا تھا، کہتے ہیں، سلیکون میں 1٪ فاسفورس کے مواد سے. دھاتی ماہرین کے ایک جوڑے کی مدد کی فہرست میں شامل کرتے ہوئے، Ol نے پہلے سے کہیں زیادہ صاف خالی جگہیں حاصل کرنے کا ارادہ کیا۔
جب انہوں نے کام کیا، تو انہوں نے دریافت کیا کہ ان کے کچھ کرسٹل ایک سمت میں کرنٹ کو درست کرتے ہیں، جبکہ دیگر نے دوسری سمت میں کرنٹ کو درست کیا ہے۔ انہوں نے انہیں "n-type" اور "p-type" کہا۔ مزید تجزیے سے معلوم ہوا کہ ان اقسام کے لیے مختلف قسم کی نجاستیں ذمہ دار تھیں۔ سلکان متواتر جدول کے چوتھے کالم میں ہے، یعنی اس کے بیرونی خول میں چار الیکٹران ہیں۔ خالص سلکان کے خالی حصے میں، ان میں سے ہر ایک الیکٹران پڑوسی کے ساتھ مل جائے گا۔ تیسرے کالم کی نجاست، بوران کہتے ہیں، جس میں ایک کم الیکٹران ہوتا ہے، کرسٹل میں موجودہ حرکت کے لیے ایک "سوراخ" اضافی جگہ بناتا ہے۔ نتیجہ ایک پی قسم کا سیمی کنڈکٹر تھا (مثبت چارجز کی زیادتی کے ساتھ)۔ پانچویں کالم کے عناصر، جیسے فاسفورس، نے کرنٹ لے جانے کے لیے اضافی مفت الیکٹران فراہم کیے، اور ایک این قسم کا سیمی کنڈکٹر حاصل کیا گیا۔
سلکان کا کرسٹل ڈھانچہ
یہ تمام تحقیق بہت دلچسپ تھی، لیکن 1940 تک ساؤتھ ورتھ اور اوہل ایک ہائی فریکوئنسی ریڈار کا ورکنگ پروٹو ٹائپ بنانے کے قریب نہیں تھے۔ اسی وقت، برطانوی حکومت نے Luftwaffe کی طرف سے بڑھتے ہوئے خطرے کی وجہ سے فوری عملی نتائج کا مطالبہ کیا، جس نے پہلے ہی میگنیٹران ٹرانسمیٹر کے ساتھ مل کر کام کرنے والے مائیکرو ویو ڈٹیکٹر تیار کر لیے تھے۔
تاہم، تکنیکی ترقی کا توازن جلد ہی بحر اوقیانوس کے مغربی کنارے کی طرف بڑھ جائے گا۔ چرچل نے جنگ میں داخل ہونے سے پہلے برطانیہ کے تمام تکنیکی راز امریکیوں پر ظاہر کرنے کا فیصلہ کیا (چونکہ اس نے فرض کیا تھا کہ یہ بہرحال ہوگا)۔ اس کا خیال تھا کہ یہ معلومات کے رساو کے خطرے کے قابل ہے، اس کے بعد سے ریاستہائے متحدہ کی تمام صنعتی صلاحیتیں جوہری ہتھیاروں اور ریڈاروں جیسے مسائل کو حل کرنے میں جھونک دی جائیں گی۔ برطانوی سائنس اور ٹیکنالوجی مشن (بہتر طور پر جانا جاتا ہے۔ ستمبر 1940 میں واشنگٹن پہنچی اور اپنے سامان میں تکنیکی معجزات کی شکل میں تحفہ لے کر آئی۔
گونجنے والے میگنیٹرون کی ناقابل یقین طاقت کی دریافت اور اس کے سگنل حاصل کرنے میں برطانوی کرسٹل ڈیٹیکٹر کی تاثیر نے امریکی تحقیق کو سیمی کنڈکٹرز میں ہائی فریکوئنسی ریڈار کی بنیاد کے طور پر زندہ کر دیا۔ خاص طور پر میٹریل سائنس میں بہت کام کرنا تھا۔ طلب کو پورا کرنے کے لیے، سیمی کنڈکٹر کرسٹل کو "لاکھوں میں تیار کرنا پڑتا تھا، جو پہلے ممکن تھا۔ اصلاح کو بہتر بنانے، جھٹکے کی حساسیت کو کم کرنے اور جلنے میں کمی، اور کرسٹل کے مختلف بیچوں کے درمیان فرق کو کم کرنے کے لیے ضروری تھا۔
سلیکن پوائنٹ رابطہ ریکٹیفائر
ریڈ لیب نے سیمی کنڈکٹر کرسٹل کی خصوصیات کا مطالعہ کرنے کے لئے نئے تحقیقی شعبے کھولے ہیں اور قیمتی وصول کنندہ خصوصیات کو زیادہ سے زیادہ کرنے کے لئے ان میں کس طرح ترمیم کی جا سکتی ہے۔ سب سے زیادہ امید افزا مواد سلکان اور جرمینیم تھے، اس لیے ریڈ لیب نے اسے محفوظ طریقے سے چلانے کا فیصلہ کیا اور دونوں کا مطالعہ کرنے کے لیے متوازی پروگرام شروع کیے: یونیورسٹی آف پنسلوانیا میں سلکان اور پرڈیو میں جرمینیم۔ بیل، ویسٹنگ ہاؤس، ڈو پونٹ، اور سلوینیا جیسے صنعتی اداروں نے اپنے سیمی کنڈکٹر ریسرچ پروگرام شروع کیے اور کرسٹل ڈیٹیکٹر کے لیے نئی مینوفیکچرنگ سہولیات تیار کرنا شروع کیں۔
مشترکہ کوششوں کے ذریعے، سلیکون اور جرمینیم کرسٹل کی پاکیزگی کو شروع میں 99% سے بڑھا کر 99,999% کر دیا گیا - یعنی فی 100 ایٹموں میں ایک ناپاک ذرہ تک۔ اس عمل میں، سائنس دانوں اور انجینئروں کا ایک کیڈر جرمینیئم اور سلیکون کی تجریدی خصوصیات سے قریب سے واقف ہوا اور ان کو کنٹرول کرنے کے لیے ٹیکنالوجیز کا استعمال کیا: پگھلنا، بڑھتے ہوئے کرسٹل، ضروری نجاست (جیسے بوران، جس سے چالکتا میں اضافہ ہوا) شامل کرنا۔
اور پھر جنگ ختم ہو گئی۔ ریڈار کی طلب ختم ہوگئی، لیکن جنگ کے دوران حاصل کردہ علم اور مہارت باقی رہی، اور سالڈ اسٹیٹ ایمپلیفائر کا خواب بھولا نہیں گیا۔ اب دوڑ لگی تھی کہ ایسا ایمپلیفائر بنایا جائے۔ اور کم از کم تین ٹیمیں یہ انعام جیتنے کے لیے اچھی پوزیشن میں تھیں۔
ویسٹ لافائیٹ
پہلا پرڈیو یونیورسٹی کا ایک گروپ تھا جس کی قیادت آسٹریا میں پیدا ہونے والے ماہر طبیعیات کارل لارک ہورووٹز کر رہے تھے۔ اس نے اکیلے ہی یونیورسٹی کے فزکس ڈیپارٹمنٹ کو اپنی قابلیت اور اثر و رسوخ کے ذریعے مبہمیت سے باہر نکالا اور ریڈ لیب کے اپنے لیبارٹری کو جرمینیم ریسرچ کے حوالے کرنے کے فیصلے کو متاثر کیا۔
کارل لارک ہورووٹز 1947 میں، درمیان میں، پائپ پکڑے ہوئے
1940 کی دہائی کے اوائل تک، سلیکون کو ریڈار ریکٹیفائر کے لیے بہترین مواد سمجھا جاتا تھا، لیکن متواتر جدول پر اس کے بالکل نیچے موجود مواد بھی مزید مطالعہ کے لائق نظر آتا تھا۔ جرمینیئم کو اس کے نچلے پگھلنے کے نقطہ کی وجہ سے ایک عملی فائدہ تھا، جس نے اس کے ساتھ کام کرنا آسان بنا دیا: تقریباً 940 ڈگری، سلیکون کے لیے 1400 ڈگری کے مقابلے (تقریباً سٹیل کے برابر)۔ زیادہ پگھلنے والے نقطہ کی وجہ سے، ایک خالی جگہ بنانا انتہائی مشکل تھا جو پگھلے ہوئے سلیکون میں نہیں نکلتا، اسے آلودہ کرتا ہے۔
لہذا، Lark-Horowitz اور اس کے ساتھیوں نے پوری جنگ جرمینیم کی کیمیائی، برقی اور جسمانی خصوصیات کا مطالعہ کرنے میں صرف کی۔ سب سے اہم رکاوٹ "ریورس وولٹیج" تھی: جرمینیم ریکٹیفائر، بہت کم وولٹیج پر، کرنٹ کو درست کرنا بند کر دیتے ہیں اور اسے مخالف سمت میں بہنے دیتے ہیں۔ ریورس کرنٹ پلس نے ریڈار کے باقی اجزاء کو جلا دیا۔ Lark-Horowitz کے گریجویٹ طالب علموں میں سے ایک، سیمور بینزر نے ایک سال سے زیادہ عرصے تک اس مسئلے کا مطالعہ کیا، اور آخر کار ٹن پر مبنی ایک اضافی چیز تیار کی جس نے سیکڑوں وولٹ تک کے وولٹیج پر ریورس پلس کو روک دیا۔ اس کے فوراً بعد، ویسٹرن الیکٹرک، بیل لیبز کے مینوفیکچرنگ ڈویژن نے فوجی استعمال کے لیے بینزر ریکٹیفائر جاری کرنا شروع کر دیا۔
پرڈیو میں جرمینیم کا مطالعہ جنگ کے بعد بھی جاری رہا۔ جون 1947 میں، بینزر، جو پہلے سے ہی ایک پروفیسر ہیں، نے ایک غیر معمولی بے ضابطگی کی اطلاع دی: کچھ تجربات میں، جرمینیم کرسٹل میں ہائی فریکوئنسی دولن ظاہر ہوئے۔ اور اس کے ساتھی رالف برے نے جنگ کے دوران شروع ہونے والے منصوبے پر "ولیمیٹرک مزاحمت" کا مطالعہ جاری رکھا۔ حجم کی مزاحمت نے بیان کیا کہ کس طرح ریکٹیفائر کے رابطہ مقام پر جرمینیم کرسٹل میں بجلی بہتی ہے۔ برے نے پایا کہ ہائی وولٹیج کی دالیں ان دھاروں کے خلاف این قسم کے جرمینیم کی مزاحمت کو نمایاں طور پر کم کرتی ہیں۔ یہ جانے بغیر، اس نے نام نہاد گواہی دی. "اقلیتی" چارج کیریئرز۔ این قسم کے سیمی کنڈکٹرز میں، اضافی منفی چارج اکثریتی چارج کیریئر کے طور پر کام کرتا ہے، لیکن مثبت "سوراخ" بھی کرنٹ لے سکتے ہیں، اور اس صورت میں، ہائی وولٹیج کی دالیں جرمینیم کی ساخت میں سوراخ پیدا کرتی ہیں، جس کی وجہ سے اقلیتی چارج کیریئر ظاہر ہوتے ہیں۔ .
برے اور بینزر اس کا احساس کیے بغیر جرمینیم یمپلیفائر کے قریب آ گئے۔ بینزر نے بیل لیبز کے ایک سائنسدان والٹر بریٹین کو جنوری 1948 میں ایک کانفرنس میں پکڑا تاکہ اس کے ساتھ والیومیٹرک ڈریگ پر بات کی جائے۔ اس نے مشورہ دیا کہ بریٹین پہلے والے کے ساتھ ایک اور نقطہ رابطہ رکھیں جو کرنٹ چلا سکتا ہے، اور پھر وہ یہ سمجھنے کے قابل ہو سکتے ہیں کہ سطح کے نیچے کیا ہو رہا ہے۔ بریٹین نے خاموشی سے اس تجویز سے اتفاق کیا اور چلا گیا۔ جیسا کہ ہم دیکھیں گے، وہ اچھی طرح جانتا تھا کہ اس طرح کے تجربے سے کیا پتہ چل سکتا ہے۔
اونی سوس بوئس
پرڈیو گروپ کے پاس ٹرانزسٹر کی طرف چھلانگ لگانے کے لیے ٹیکنالوجی اور نظریاتی بنیاد دونوں موجود تھے۔ لیکن وہ صرف حادثاتی طور پر اس سے ٹھوکر کھا سکتے تھے۔ وہ مواد کی طبعی خصوصیات میں دلچسپی رکھتے تھے، نہ کہ نئی قسم کے آلے کی تلاش میں۔ اونس سوس بوئس (فرانس) میں ایک بہت ہی مختلف صورت حال تھی، جہاں جرمنی کے دو سابق ریڈار محققین، ہینرک ویلکر اور ہربرٹ ماتارے نے ایک ٹیم کی قیادت کی جس کا مقصد صنعتی سیمی کنڈکٹر آلات بنانا تھا۔
ویلکر نے پہلے تعلیم حاصل کی اور پھر میونخ یونیورسٹی میں فزکس پڑھایا، جسے مشہور تھیوریسٹ آرنلڈ سومرفیلڈ چلاتے تھے۔ 1940 سے، اس نے خالصتاً نظریاتی راستہ چھوڑ دیا اور Luftwaffe کے لیے ایک ریڈار پر کام کرنا شروع کیا۔ ماتھارے (بیلجیئن نژاد) آچن میں پلے بڑھے، جہاں اس نے فزکس کی تعلیم حاصل کی۔ انہوں نے 1939 میں جرمن ریڈیو دیو ٹیلی فونکن کے ریسرچ ڈیپارٹمنٹ میں شمولیت اختیار کی۔ جنگ کے دوران، اس نے اتحادیوں کے فضائی حملوں سے بچنے کے لیے اپنا کام برلن کے مشرق سے ابی کی طرف منتقل کر دیا، اور پھر آگے بڑھنے والی سرخ فوج سے بچنے کے لیے واپس مغرب کی طرف چلا گیا، جو بالآخر امریکی فوج کے ہاتھ لگ گیا۔
اینٹی ہٹلر اتحاد میں اپنے حریفوں کی طرح، جرمنوں کو 1940 کی دہائی کے اوائل تک معلوم تھا کہ کرسٹل ڈیٹیکٹر ریڈار کے لیے مثالی ریسیورز تھے، اور یہ کہ سلیکون اور جرمینیم ان کی تخلیق کے لیے سب سے زیادہ امید افزا مواد تھے۔ ماتھارے اور ویلکر نے جنگ کے دوران ان مواد کو ریکٹیفائر میں موثر استعمال کرنے کی کوشش کی۔ جنگ کے بعد، دونوں سے ان کے فوجی کام کے حوالے سے وقتاً فوقتاً پوچھ گچھ کی جاتی رہی، اور بالآخر 1946 میں ایک فرانسیسی انٹیلی جنس افسر کی طرف سے پیرس آنے کا دعوت نامہ موصول ہوا۔
Compagnie des Freins & Signaux ("بریکوں اور سگنلز کی کمپنی")، ویسٹنگ ہاؤس کے ایک فرانسیسی ڈویژن نے، فرانسیسی ٹیلی فون اتھارٹی سے سالڈ اسٹیٹ ریکٹیفائر بنانے کا معاہدہ حاصل کیا اور جرمن سائنسدانوں سے ان کی مدد کی۔ حالیہ دشمنوں کا ایسا اتحاد شاید عجیب لگے لیکن یہ انتظام دونوں فریقوں کے لیے کافی سازگار نکلا۔ 1940 میں شکست کھانے والے فرانسیسیوں کے پاس سیمی کنڈکٹرز کے شعبے میں علم حاصل کرنے کی صلاحیت نہیں تھی اور انہیں جرمنوں کی مہارت کی اشد ضرورت تھی۔ جرمن کسی مقبوضہ اور جنگ زدہ ملک میں کسی بھی ہائی ٹیک فیلڈ میں ترقی نہیں کر سکتے تھے، اس لیے انہوں نے کام جاری رکھنے کے موقع پر چھلانگ لگا دی۔
ویلکر اور ماتھارے نے پیرس کے مضافاتی علاقے اونس سوس بوئس میں ایک دو منزلہ مکان میں ہیڈ کوارٹر قائم کیا اور تکنیکی ماہرین کی ایک ٹیم کی مدد سے 1947 کے آخر تک کامیابی کے ساتھ جرمینیم ریکٹیفائر کا آغاز کیا۔ پھر وہ مزید سنجیدہ ہو گئے۔ انعامات: ویلکر نے سپر کنڈکٹرز اور ماتھارے نے ایمپلیفائرز میں اپنی دلچسپی واپس کی۔
ہربرٹ ماتھارے 1950 میں
جنگ کے دوران، ماتارے نے سرکٹ کے شور کو کم کرنے کی کوشش میں دو نکاتی رابطہ ریکٹیفائر - "ڈوڈیوڈس" کے ساتھ تجربہ کیا۔ اس نے اپنے تجربات دوبارہ شروع کیے اور جلد ہی دریافت کیا کہ ایک دوسری بلی کی سرگوشی، جو پہلے سے ایک میٹر کے 1/100 ملینویں حصے پر واقع ہے، بعض اوقات پہلی سرگوشی میں بہنے والے کرنٹ کو ماڈیول کر سکتی ہے۔ اس نے ایک ٹھوس اسٹیٹ ایمپلیفائر بنایا، اگرچہ یہ ایک بیکار ہے۔ زیادہ قابل اعتماد کارکردگی حاصل کرنے کے لیے، اس نے ویلکر کی طرف رجوع کیا، جس نے جنگ کے دوران جرمینیم کرسٹل کے ساتھ کام کرنے کا وسیع تجربہ حاصل کیا تھا۔ ویلکر کی ٹیم بڑی ہوتی گئی، جرمینیئم کرسٹل کے خالص نمونے، اور جیسے جیسے مواد کا معیار بہتر ہوتا گیا، مٹھارے پوائنٹ کانٹیکٹ ایمپلیفائر جون 1948 تک قابل اعتماد بن گئے۔
ماتھارے سرکٹ پر مبنی "ٹرانسسٹرون" کی ایکس رے تصویر، جس میں جرمینیم کے ساتھ رابطے کے دو پوائنٹس ہیں
ماتارے کے پاس جو کچھ ہو رہا تھا اس کا ایک نظریاتی نمونہ بھی تھا: اس کا خیال تھا کہ دوسرے رابطے نے جرمینیئم میں سوراخ کیے، پہلے رابطے کے ذریعے کرنٹ کے گزرنے کو تیز کیا، اقلیتی چارج کیریئر کی فراہمی۔ ویلکر اس سے متفق نہیں تھا، اور اس کا ماننا تھا کہ جو کچھ ہو رہا ہے وہ کسی نہ کسی فیلڈ اثر پر منحصر ہے۔ تاہم، اس سے پہلے کہ وہ ڈیوائس یا تھیوری پر کام کر سکیں، انھوں نے سیکھا کہ امریکیوں کے ایک گروپ نے بالکل وہی تصور تیار کیا ہے - ایک جرمینیم یمپلیفائر جس میں دو نکاتی رابطوں ہیں - چھ مہینے پہلے۔
مرے ہل
جنگ کے اختتام پر، مروین کیلی نے بیل لیبز کے سیمی کنڈکٹر ریسرچ گروپ کی اصلاح کی جس کی سربراہی بل شاکلی کر رہے تھے۔ پروجیکٹ میں اضافہ ہوا، مزید فنڈنگ حاصل ہوئی، اور مین ہٹن میں اپنی اصل لیب کی عمارت سے مرے ہل، نیو جرسی میں پھیلتے ہوئے کیمپس میں منتقل ہو گئی۔
مرے ہل کیمپس، ca. 1960
اپنے آپ کو جدید سیمی کنڈکٹرز سے واقف کرانے کے لیے (جنگ کے دوران آپریشنز ریسرچ میں اپنے وقت کے بعد)، شاکلے نے 1945 کے موسم بہار میں رسل اوہل کی ہولمڈل لیبارٹری کا دورہ کیا۔ اوہل نے جنگ کے سال سلیکون پر کام کرتے ہوئے گزارے اور کوئی وقت ضائع نہیں کیا۔ اس نے شاکلے کو اپنی تعمیر کا ایک خام امپلیفائر دکھایا، جسے اس نے "ڈیسٹر" کہا۔ اس نے سلیکون پوائنٹ کانٹیکٹ رییکٹیفائر لیا اور اس کے ذریعے بیٹری سے کرنٹ بھیجا۔ بظاہر، بیٹری کی گرمی نے رابطے کے تمام مقامات پر مزاحمت کو کم کر دیا، اور ریکٹیفائر کو ایک ایسے یمپلیفائر میں تبدیل کر دیا جو آنے والے ریڈیو سگنلز کو ایک سپیکر کو طاقت دینے کے لیے کافی طاقتور سرکٹ میں منتقل کر سکتا ہے۔
اثر خام اور ناقابل اعتبار تھا، تجارتی کاری کے لیے غیر موزوں تھا۔ تاہم، شاکلے کی رائے کی تصدیق کے لیے یہ کافی تھا کہ سیمی کنڈکٹر ایمپلیفائر بنانا ممکن ہے، اور اسے سالڈ اسٹیٹ الیکٹرانکس کے شعبے میں تحقیق کے لیے ترجیح دی جانی چاہیے۔ اولا کی ٹیم کے ساتھ یہ ملاقات بھی تھی جس نے شاکلے کو اس بات پر قائل کیا کہ پہلے سلیکون اور جرمینیم کا مطالعہ کیا جانا چاہیے۔ انہوں نے پرکشش برقی خصوصیات کی نمائش کی، اور اوہل کے ساتھی میٹالرجسٹ جیک سکاف اور ہنری تھیورر نے جنگ کے دوران ان کرسٹل کو اگانے، صاف کرنے اور ڈوپ کرنے میں حیرت انگیز کامیابی حاصل کی، دوسرے سیمی کنڈکٹر مواد کے لیے دستیاب تمام ٹیکنالوجیز کو پیچھے چھوڑ دیا۔ شاکلی کا گروپ جنگ سے پہلے کاپر آکسائیڈ ایمپلیفائر پر مزید وقت ضائع نہیں کرے گا۔
کیلی کی مدد سے، شاکلی نے ایک نئی ٹیم کو جمع کرنا شروع کیا۔ کلیدی کھلاڑیوں میں والٹر بریٹین شامل تھے، جنہوں نے سالڈ اسٹیٹ ایمپلیفائر (1940 میں) کی پہلی کوشش میں شاکلی کی مدد کی، اور جان بارڈین، جو ایک نوجوان طبیعیات دان اور بیل لیبز کا نیا ملازم تھا۔ بارڈین کو شاید ٹیم کے کسی بھی رکن کی ٹھوس حالت طبیعیات کا سب سے زیادہ علم تھا- اس کے مقالے میں سوڈیم دھات کی ساخت میں الیکٹران کی توانائی کی سطح کو بیان کیا گیا تھا۔ وہ جان ہسبروک وان ویلک کا ایک اور سرپرست بھی تھا، جیسا کہ اتاناسوف اور بریٹین۔
اور Atanasov کی طرح، Bardeen اور Shockley کے مقالوں کو انتہائی پیچیدہ حساب کی ضرورت تھی۔ انہیں منرو کے ڈیسک ٹاپ کیلکولیٹر کا استعمال کرتے ہوئے مواد کی توانائی کی ساخت کا حساب لگانے کے لیے ایلن ولسن کی طرف سے بیان کردہ سیمی کنڈکٹرز کے کوانٹم مکینیکل تھیوری کا استعمال کرنا تھا۔ ٹرانزسٹر بنانے میں مدد کرکے، انہوں نے درحقیقت مستقبل کے گریجویٹ طلباء کو اس طرح کے کام سے بچانے میں اپنا حصہ ڈالا۔
سالڈ اسٹیٹ ایمپلیفائر کے لیے شاکلے کا پہلا نقطہ نظر اس پر انحصار کرتا تھا جسے بعد میں "" اس نے ایک این قسم کے سیمی کنڈکٹر پر دھات کی پلیٹ کو معطل کر دیا (زیادہ منفی چارجز کے ساتھ)۔ پلیٹ پر مثبت چارج لگانے سے اضافی الیکٹران کو کرسٹل کی سطح پر کھینچ لیا گیا، جس سے منفی چارجز کا ایک دریا بنتا ہے جس کے ذریعے برقی رو بہ آسانی سے بہہ سکتا ہے۔ اس طرح سے ایمپلیفائیڈ سگنل (ویفر پر چارج لیول سے ظاہر ہوتا ہے) مرکزی سرکٹ (سیمی کنڈکٹر کی سطح کے ساتھ گزرتے ہوئے) کو ماڈیول کر سکتا ہے۔ اس اسکیم کی کارکردگی انہیں طبیعیات کے نظریاتی علم نے تجویز کی تھی۔ لیکن، بہت سے تجربات اور تجربات کے باوجود، اسکیم کبھی کام نہیں کر سکی.
مارچ 1946 تک، بارڈین نے ایک اچھی طرح سے ترقی یافتہ نظریہ تشکیل دیا تھا جس نے اس کی وجہ بیان کی تھی: کوانٹم کی سطح پر سیمی کنڈکٹر کی سطح اپنے اندر سے مختلف طریقے سے برتاؤ کرتی ہے۔ سطح کی طرف کھینچے جانے والے منفی چارجز "سطح کی حالتوں" میں پھنس جاتے ہیں اور برقی میدان کو پلیٹ میں مواد میں گھسنے سے روک دیتے ہیں۔ باقی ٹیم نے اس تجزیہ کو زبردست پایا، اور تین راستوں پر ایک نیا تحقیقی پروگرام شروع کیا:
- سطحی ریاستوں کا وجود ثابت کریں۔
- ان کی خصوصیات کا مطالعہ کریں۔
- ان کو شکست دینے اور اسے کام کرنے کا طریقہ معلوم کریں۔ .
ڈیڑھ سال کی تحقیق اور تجربات کے بعد 17 نومبر 1947 کو بریٹین نے ایک پیش رفت کی۔ اس نے دریافت کیا کہ اگر اس نے آئن سے بھرے مائع، جیسے پانی، کو ایک ویفر اور سیمی کنڈکٹر کے درمیان رکھا، تو ویفر سے برقی میدان آئنوں کو سیمی کنڈکٹر کی طرف دھکیل دے گا، جہاں وہ سطحی حالتوں میں پھنسے ہوئے چارجز کو بے اثر کر دے گا۔ اب وہ ویفر پر چارج کو تبدیل کرکے سلیکون کے ایک ٹکڑے کے برقی رویے کو کنٹرول کر سکتا تھا۔ اس کامیابی نے بارڈین کو ایک ایمپلیفائر بنانے کے لیے ایک نئے انداز کا خیال دیا: الیکٹرولائٹ واٹر سے ریکٹیفائر کے رابطہ پوائنٹ کو گھیر لیں، اور پھر سطح کے حالات کو کنٹرول کرنے کے لیے پانی میں دوسری تار کا استعمال کریں، اور اس طرح مین کی چالکتا کی سطح کو کنٹرول کریں۔ رابطہ چنانچہ بارڈین اور بریٹین فائنل لائن پر پہنچ گئے۔
بارڈین کے آئیڈیا نے کام کیا، لیکن ایمپلیفیکیشن کمزور تھا اور بہت کم فریکوئنسیوں پر چلایا جاتا تھا جو انسانی کانوں کے لیے ناقابل رسائی تھی - اس لیے یہ ٹیلی فون یا ریڈیو ایمپلیفائر کے طور پر بیکار تھا۔ بارڈین نے پرڈیو میں پیدا ہونے والے ریورس وولٹیج مزاحم جرمینیئم کو تبدیل کرنے کا مشورہ دیا، اس یقین کے ساتھ کہ اس کی سطح پر کم چارجز جمع ہوں گے۔ اچانک انہیں ایک طاقتور اضافہ ملا، لیکن اس کے برعکس سمت میں جس کی توقع کی جا رہی تھی۔ انہوں نے اقلیتی کیریئر اثر دریافت کیا - متوقع الیکٹرانوں کے بجائے، جرمینیم کے ذریعے بہنے والے کرنٹ کو الیکٹرولائٹ سے آنے والے سوراخوں سے بڑھا دیا گیا تھا۔ الیکٹرولائٹ میں تار پر کرنٹ نے این ٹائپ جرمینیئم کی سطح پر پی قسم کی تہہ (اضافی مثبت چارجز کا خطہ) پیدا کیا۔
بعد کے تجربات سے معلوم ہوا کہ کسی بھی الیکٹرولائٹ کی ضرورت نہیں تھی: صرف جرمینیئم کی سطح پر دو رابطہ پوائنٹس کو قریب رکھ کر، ان میں سے ایک سے دوسرے پر کرنٹ کو ماڈیول کرنا ممکن تھا۔ انہیں ہر ممکن حد تک قریب لانے کے لیے، بریٹین نے سونے کے ورق کا ایک ٹکڑا پلاسٹک کے ایک مثلثی ٹکڑے کے گرد لپیٹ دیا اور پھر آخر میں ورق کو احتیاط سے کاٹ دیا۔ اس کے بعد، اسپرنگ کا استعمال کرتے ہوئے، اس نے جرمنییم کے خلاف مثلث کو دبایا، جس کے نتیجے میں کٹ کے دو کناروں نے اس کی سطح کو 0,05 ملی میٹر کے فاصلے پر چھوا۔ اس نے بیل لیبز کے ٹرانزسٹر پروٹو ٹائپ کو اپنی مخصوص شکل دی:
بریٹین اور بارڈین ٹرانجسٹر پروٹو ٹائپ
مٹھارے اور ویلکر کے آلے کی طرح، یہ اصولی طور پر ایک کلاسک "بلی کا سرگوشی" تھا، جس میں ایک کے بجائے صرف دو رابطے تھے۔ 16 دسمبر کو، اس نے پاور اور وولٹیج میں نمایاں اضافہ کیا، اور قابل سماعت رینج میں 1000 Hz کی فریکوئنسی پیدا کی۔ ایک ہفتے بعد، معمولی بہتری کے بعد، بارڈین اور بریٹین نے وولٹیج میں 100 گنا اور پاور میں 40 گنا اضافہ کیا، اور بیل کے ڈائریکٹرز کو یہ ظاہر کیا کہ ان کا آلہ قابل سماعت تقریر پیدا کر سکتا ہے۔ سالڈ اسٹیٹ ڈویلپمنٹ ٹیم کے ایک اور رکن جان پیئرس نے بیل کے کاپر آکسائیڈ ریکٹیفائر، ویریسٹر کے نام کے بعد "ٹرانزسٹر" کی اصطلاح بنائی۔
اگلے چھ ماہ تک لیبارٹری نے نئی تخلیق کو خفیہ رکھا۔ انتظامیہ اس بات کو یقینی بنانا چاہتی تھی کہ ٹرانزسٹر کو کمرشلائز کرنے کا کام شروع کر دیا جائے اس سے پہلے کہ کوئی اور اس پر ہاتھ ڈالے۔ ویلکر اور ماتھارے کے لافانی ہونے کے خوابوں کو چکنا چور کرنے کے لیے 30 جون 1948 کو ایک پریس کانفرنس کا وقت مقرر تھا۔ دریں اثنا، سیمی کنڈکٹر ریسرچ گروپ خاموشی سے منہدم ہو گیا۔ بارڈین اور بریٹین کے کارناموں کے بارے میں سننے کے بعد، ان کے باس، بل شاکلی نے سارا کریڈٹ خود لینے کے لیے کام کرنا شروع کیا۔ اور اگرچہ اس نے صرف ایک مشاہداتی کردار ادا کیا، شاکلی کو عوامی پیشکش میں اگر زیادہ نہیں تو مساوی پبلسٹی ملی - جیسا کہ اس کی جاری کردہ تصویر میں ایک لیب بینچ کے بالکل ساتھ ایکشن کی موٹی میں دیکھا گیا ہے:
1948 کی پبلسٹی فوٹو - بارڈین، شاکلی اور بریٹین
تاہم شاکلی کے لیے مساوی شہرت کافی نہیں تھی۔ اور اس سے پہلے کہ بیل لیبز کے باہر کسی کو ٹرانزسٹر کے بارے میں معلوم ہوتا، وہ اسے اپنے لیے دوبارہ ایجاد کرنے میں مصروف تھا۔ اور اس طرح کی بہت سی نئی ایجادات میں سے یہ صرف پہلی تھی۔
اور کیا پڑھنا ہے۔
- رابرٹ بڈیری، دی ایجاد جس نے دنیا کو بدل دیا (1996)
- مائیکل ریورڈن، "How Europe Missed the Transistor،" IEEE سپیکٹرم (1 نومبر 2005)
- مائیکل ریورڈن اور للیان ہوڈسن، کرسٹل فائر (1997)
- آرمنڈ وان ڈورمیل، "'فرانسیسی' ٹرانجسٹر،" (1994)
ماخذ: www.habr.com