Các bài viết khác trong sê-ri:
- Lịch sử của rơle
- Lịch sử máy tính điện tử
- Lịch sử của bóng bán dẫn
- lịch sử Internet
Con đường đến với thiết bị chuyển mạch trạng thái rắn còn dài và khó khăn. Nó bắt đầu với việc phát hiện ra rằng một số vật liệu nhất định hành xử kỳ lạ khi có điện - không như những lý thuyết hiện có dự đoán. Tiếp theo là câu chuyện về việc công nghệ ngày càng trở thành một môn khoa học và thể chế như thế nào trong thế kỷ 20. Những người nghiệp dư, người mới vào nghề và các nhà phát minh chuyên nghiệp hầu như không được đào tạo về khoa học đã có những đóng góp nghiêm túc cho sự phát triển của điện báo, điện thoại và đài phát thanh. Tuy nhiên, như chúng ta sẽ thấy, hầu hết mọi tiến bộ trong lịch sử điện tử bán dẫn đều đến từ các nhà khoa học học tại các trường đại học (và thường có bằng tiến sĩ vật lý) và làm việc tại các trường đại học hoặc phòng thí nghiệm nghiên cứu của công ty.
Bất kỳ ai có cơ hội tham gia xưởng và có kỹ năng sử dụng vật liệu cơ bản đều có thể lắp ráp rơle từ dây, kim loại và gỗ. Việc tạo ra các ống chân không đòi hỏi nhiều công cụ chuyên dụng hơn để có thể tạo ra một bóng đèn thủy tinh và bơm không khí ra khỏi nó. Các thiết bị thể rắn biến mất trong một hố thỏ mà từ đó công tắc kỹ thuật số không bao giờ quay trở lại, lao sâu hơn bao giờ hết vào những thế giới mà chỉ toán học trừu tượng mới có thể hiểu được và chỉ có thể tiếp cận được với sự trợ giúp của thiết bị cực kỳ đắt tiền.
Galena
Trong 1874 năm , một nhà vật lý 24 tuổi đến từ St. Thomas ở Leipzig, đã xuất bản công trình khoa học đầu tiên trong số nhiều công trình khoa học quan trọng trong sự nghiệp lâu dài của ông. Bài báo “Sự truyền dòng điện qua sunfua kim loại” đã được chấp nhận trên tạp chí Annalen của Pogendorff, một tạp chí uy tín dành riêng cho khoa học vật lý. Bất chấp tiêu đề nhàm chán, bài báo của Brown đã mô tả một số kết quả thử nghiệm đáng ngạc nhiên và khó hiểu.
Ferdinand Brown
Brown bị hấp dẫn bởi sunfua—tinh thể khoáng bao gồm các hợp chất lưu huỳnh với kim loại—thông qua công việc của mình . Ngay từ năm 1833, Michael Faraday đã lưu ý rằng độ dẫn điện của bạc sunfua tăng theo nhiệt độ, điều này hoàn toàn trái ngược với tính chất của dây dẫn kim loại. Hittorf đã biên soạn một báo cáo định lượng kỹ lưỡng về các phép đo hiệu ứng này vào những năm 1850, đối với cả sunfua bạc và đồng. Giờ đây, Brown, sử dụng một thiết lập thí nghiệm thông minh ép một sợi dây kim loại vào một tinh thể sunfua bằng một lò xo để đảm bảo tiếp xúc tốt, đã phát hiện ra một điều thậm chí còn kỳ lạ hơn. Độ dẫn điện của tinh thể phụ thuộc vào hướng - ví dụ, dòng điện có thể chạy tốt theo một hướng, nhưng khi đảo cực của pin, dòng điện có thể đột ngột giảm mạnh. Tinh thể hoạt động giống chất dẫn điện theo một hướng (như kim loại thông thường) và giống chất cách điện hơn ở một hướng khác (như thủy tinh hoặc cao su). Đặc tính này còn được gọi là chỉnh lưu vì nó có khả năng làm thẳng dòng điện xoay chiều "uốn" thành dòng điện một chiều "phẳng".
Cùng lúc đó, các nhà nghiên cứu phát hiện ra những đặc tính kỳ lạ khác của vật liệu như selen, có thể được nấu chảy từ một số quặng sunfua kim loại nhất định. Khi tiếp xúc với ánh sáng, selen tăng độ dẫn điện và thậm chí bắt đầu tạo ra điện, đồng thời nó cũng có thể được sử dụng để chỉnh lưu. Có mối liên hệ nào với tinh thể sunfua không? Không có mô hình lý thuyết để giải thích những gì đang xảy ra, lĩnh vực này rơi vào tình trạng hỗn loạn.
Tuy nhiên, việc thiếu lý thuyết không ngăn được nỗ lực áp dụng kết quả vào thực tế. Vào cuối những năm 1890, Brown trở thành giáo sư tại Đại học Strasbourg - mới sáp nhập từ Pháp trong thời kỳ Chiến tranh thế giới thứ hai. và đổi tên thành Đại học Kaiser Wilhelm. Ở đó, anh bị cuốn vào thế giới mới đầy thú vị của điện báo vô tuyến. Ông đồng ý với đề xuất của một nhóm doanh nhân về việc cùng nhau tạo ra một hệ thống liên lạc không dây dựa trên việc truyền sóng vô tuyến qua nước. Tuy nhiên, anh ta và đồng bọn đã sớm từ bỏ ý tưởng ban đầu để chuyển sang sử dụng tín hiệu trên không, phương pháp được Marconi và những người khác sử dụng.
Trong số các khía cạnh của đài phát thanh mà nhóm của Brown tìm cách cải tiến là máy thu tiêu chuẩn lúc bấy giờ, . Nó dựa trên thực tế là sóng vô tuyến khiến các mảnh kim loại kết tụ lại với nhau, cho phép dòng điện từ pin truyền đến thiết bị phát tín hiệu. Nó hoạt động nhưng hệ thống chỉ phản hồi với các tín hiệu tương đối mạnh và cần phải tác động liên tục vào thiết bị để phá vỡ một cục mùn cưa. Brown nhớ lại những thí nghiệm cũ của mình với tinh thể sunfua, và vào năm 1899, ông đã tái tạo lại thiết lập thí nghiệm cũ của mình với mục đích mới - dùng làm máy dò tín hiệu không dây. Ông đã sử dụng hiệu ứng chỉnh lưu để chuyển đổi dòng điện dao động nhỏ được tạo ra bằng cách truyền sóng vô tuyến thành dòng điện một chiều có thể cung cấp năng lượng cho một chiếc loa nhỏ tạo ra tiếng tách có thể nghe được cho mỗi dấu chấm hoặc dấu gạch ngang. Thiết bị này sau này được gọi là ""do sự xuất hiện của dây, dễ dàng chạm vào đỉnh của tinh thể. Ở Ấn Độ thuộc Anh (nơi Bangladesh tọa lạc ngày nay), nhà khoa học và nhà phát minh Jagadish Bose đã chế tạo một thiết bị tương tự, có thể sớm nhất là vào năm 1894. Những người khác nhanh chóng bắt đầu chế tạo các máy dò tương tự dựa trên silicon và carborundum (silicon cacbua).
Tuy nhiên, nó , chì sunfua, chất đã được nấu chảy để tạo ra chì từ thời cổ đại, đã trở thành vật liệu được lựa chọn cho máy dò tinh thể. Chúng dễ làm và rẻ tiền, và kết quả là chúng trở nên cực kỳ phổ biến trong thế hệ những người nghiệp dư trên đài phát thanh đầu tiên. Hơn nữa, không giống như bộ kết hợp nhị phân (có mùn cưa kết tụ lại với nhau hoặc không), bộ chỉnh lưu tinh thể có thể tạo ra tín hiệu liên tục. Do đó, anh ấy có thể tạo ra giọng nói và âm nhạc có thể nghe được đến tai chứ không chỉ mã Morse với các dấu chấm và dấu gạch ngang.
Máy dò râu mèo dựa trên galena. Đoạn dây nhỏ bên trái là sợi râu, còn đoạn chất liệu màu bạc phía dưới là tinh thể galena.
Tuy nhiên, như những người nghiệp dư vô tuyến thất vọng đã sớm phát hiện ra, có thể mất vài phút hoặc thậm chí hàng giờ để tìm ra điểm kỳ diệu trên bề mặt tinh thể sẽ cho hiệu chỉnh tốt. Và các tín hiệu không khuếch đại sẽ yếu và có âm thanh kim loại. Đến những năm 1920, máy thu ống chân không với bộ khuếch đại triode hầu như đã khiến máy dò tinh thể trở nên lỗi thời ở hầu hết mọi nơi. Đặc điểm hấp dẫn duy nhất của chúng là giá rẻ.
Sự xuất hiện ngắn ngủi này trên lĩnh vực vô tuyến dường như là giới hạn của ứng dụng thực tế của các tính chất điện kỳ lạ của vật liệu được Brown và những người khác phát hiện.
Đồng oxit
Sau đó vào những năm 1920, một nhà vật lý khác tên là Lars Grondahl đã phát hiện ra điều kỳ lạ trong cách bố trí thí nghiệm của mình. Grondahl, người đầu tiên trong chuỗi những người đàn ông thông minh và không ngừng nghỉ trong lịch sử miền Tây nước Mỹ, là con trai của một kỹ sư xây dựng. Cha của ông, người di cư từ Na Uy vào năm 1880, đã làm việc trong nhiều thập kỷ trên các tuyến đường sắt ở California, Oregon và Washington. Lúc đầu, Grondahl dường như quyết tâm rời bỏ thế giới kỹ thuật của cha mình để đến Johns Hopkins lấy bằng tiến sĩ vật lý để theo đuổi con đường học thuật. Nhưng sau đó, ông tham gia vào lĩnh vực kinh doanh đường sắt và đảm nhận vị trí giám đốc nghiên cứu tại Union Switch and Signal, một bộ phận của gã khổng lồ công nghiệp. , cung cấp thiết bị cho ngành đường sắt.
Nhiều nguồn khác nhau chỉ ra những lý do mâu thuẫn nhau về động cơ nghiên cứu của Grondahl, nhưng dù có thể như vậy, ông đã bắt đầu thử nghiệm với các đĩa đồng được nung nóng một mặt để tạo ra một lớp oxy hóa. Khi làm việc với họ, anh nhận thấy sự bất đối xứng của dòng điện - điện trở theo một hướng lớn hơn ba lần so với hướng kia. Một đĩa đồng và oxit đồng đã chỉnh lưu dòng điện, giống như một tinh thể sunfua.
Mạch chỉnh lưu oxit đồng
Grondahl dành sáu năm tiếp theo để phát triển một bộ chỉnh lưu thương mại sẵn sàng sử dụng dựa trên hiện tượng này, tranh thủ sự giúp đỡ của một nhà nghiên cứu người Mỹ khác, Paul Geiger, trước khi nộp đơn xin cấp bằng sáng chế và công bố phát hiện của mình cho Hiệp hội Vật lý Hoa Kỳ vào năm 1926. Thiết bị này ngay lập tức trở thành một hit thương mại. Do không có các sợi dễ vỡ nên nó đáng tin cậy hơn nhiều so với bộ chỉnh lưu ống chân không dựa trên nguyên lý van Fleming và sản xuất rẻ hơn. Không giống như các tinh thể chỉnh lưu Brown, nó hoạt động trong lần thử đầu tiên và do diện tích tiếp xúc giữa kim loại và oxit lớn hơn nên nó hoạt động với phạm vi dòng điện và điện áp lớn hơn. Nó có thể sạc pin, phát hiện tín hiệu trong các hệ thống điện khác nhau và hoạt động như một bộ chuyển mạch an toàn trong các máy phát điện mạnh mẽ. Khi được sử dụng làm tế bào quang điện, các đĩa này có thể hoạt động như máy đo ánh sáng và đặc biệt hữu ích trong nhiếp ảnh. Các nhà nghiên cứu khác cùng thời đã phát triển các bộ chỉnh lưu selen và tìm ra các ứng dụng tương tự.
Một gói bộ chỉnh lưu dựa trên oxit đồng. Việc lắp ráp nhiều đĩa làm tăng điện trở ngược, giúp chúng có thể sử dụng chúng ở điện áp cao.
Vài năm sau, hai nhà vật lý của Bell Labs, Joseph Becker và , quyết định nghiên cứu nguyên lý hoạt động của bộ chỉnh lưu bằng đồng - họ quan tâm đến việc tìm hiểu cách thức hoạt động và cách sử dụng nó tại Hệ thống Bell.
Brattain ở tuổi già - khoảng. 1950
Brattain đến từ cùng khu vực với Grondal, ở Tây Bắc Thái Bình Dương, nơi anh lớn lên trong một trang trại cách biên giới Canada vài km. Ở trường trung học, ông bắt đầu quan tâm đến vật lý, thể hiện năng khiếu trong lĩnh vực này và cuối cùng nhận được bằng tiến sĩ tại Đại học Minnesota vào cuối những năm 1920, đồng thời nhận công việc tại Phòng thí nghiệm Bell vào năm 1929. Trong số những thứ khác, ông đã học tại trường đại học. vật lý lý thuyết mới nhất, đang trở nên phổ biến ở châu Âu và được gọi là cơ học lượng tử (người phụ trách nó là , người cũng đã cố vấn cho John Atanasoff).
Cách mạng lượng tử
Một nền tảng lý thuyết mới đã dần dần phát triển trong ba thập kỷ qua và đến một lúc nào đó nó sẽ có thể giải thích tất cả những hiện tượng kỳ lạ đã được quan sát thấy trong nhiều năm ở các vật liệu như galena, selen và oxit đồng. Toàn bộ một nhóm gồm hầu hết là các nhà vật lý trẻ, chủ yếu đến từ Đức và các nước lân cận, đã gây ra một cuộc cách mạng lượng tử trong vật lý học. Nhìn đâu họ cũng không thấy thế giới phẳng lặng và liên tục mà họ đã được dạy mà là những khối rời rạc, kỳ lạ.
Mọi chuyện bắt đầu vào những năm 1890. Max Planck, một giáo sư nổi tiếng tại Đại học Berlin, đã quyết định nghiên cứu một vấn đề nổi tiếng chưa được giải quyết: làm thế nào “"(một chất lý tưởng hấp thụ toàn bộ năng lượng và không phản xạ nó) phát ra bức xạ trong phổ điện từ? Nhiều mô hình khác nhau đã được thử, nhưng không có mô hình nào phù hợp với kết quả thử nghiệm - chúng thất bại ở đầu này hoặc đầu kia của quang phổ. Planck phát hiện ra rằng nếu chúng ta giả sử rằng năng lượng được cơ thể phát ra thành những “gói” nhỏ với số lượng rời rạc, thì chúng ta có thể viết ra một định luật đơn giản về mối quan hệ giữa tần số và năng lượng, hoàn toàn phù hợp với các kết quả thực nghiệm.
Ngay sau đó, Einstein phát hiện ra rằng điều tương tự cũng xảy ra với sự hấp thụ ánh sáng (dấu vết đầu tiên của photon), và J. J. Thomson đã chỉ ra rằng điện cũng được truyền tải không phải bởi chất lỏng hay sóng liên tục, mà bởi các hạt rời rạc - electron. Sau đó Niels Bohr đã tạo ra một mô hình để giải thích cách các nguyên tử bị kích thích phát ra bức xạ bằng cách gán các electron vào các quỹ đạo riêng lẻ trong nguyên tử, mỗi quỹ đạo có năng lượng riêng. Tuy nhiên, cái tên này gây hiểu lầm vì chúng hoàn toàn không hành xử giống quỹ đạo của các hành tinh - trong mô hình của Bohr, các electron ngay lập tức nhảy từ quỹ đạo này hoặc mức năng lượng sang quỹ đạo khác mà không đi qua trạng thái trung gian. Cuối cùng, vào những năm 1920, Erwin Schrödinger, Werner Heisenberg, Max Born và những người khác đã tạo ra một nền tảng toán học tổng quát được gọi là cơ học lượng tử, kết hợp tất cả các mô hình lượng tử đặc biệt đã được tạo ra trong hai mươi năm trước.
Vào thời điểm này, các nhà vật lý đã tin chắc rằng các vật liệu như selen và galena, có đặc tính quang điện và chỉnh lưu, thuộc về một loại vật liệu riêng biệt mà họ gọi là chất bán dẫn. Việc phân loại mất quá nhiều thời gian vì nhiều lý do. Thứ nhất, bản thân các danh mục “chất dẫn điện” và “chất cách điện” khá rộng. T.N. “Chất dẫn điện” rất khác nhau về độ dẫn điện, và điều tương tự (ở mức độ thấp hơn) cũng đúng với chất cách điện, và không rõ làm thế nào bất kỳ vật dẫn cụ thể nào có thể được phân loại vào bất kỳ loại nào trong số này. Hơn nữa, cho đến giữa thế kỷ 20, người ta không thể thu được hoặc tạo ra các chất rất tinh khiết và bất kỳ sự bất thường nào về tính dẫn điện của vật liệu tự nhiên luôn có thể được cho là do ô nhiễm.
Các nhà vật lý ngày nay đã có cả những công cụ toán học của cơ học lượng tử và một loại vật liệu mới mà chúng có thể được áp dụng. nhà lý thuyết người Anh là người đầu tiên tập hợp tất cả lại và xây dựng mô hình chung về chất bán dẫn cũng như cách chúng hoạt động vào năm 1931.
Lúc đầu, Wilson lập luận rằng vật liệu dẫn điện khác với chất điện môi ở trạng thái dải năng lượng của chúng. Cơ học lượng tử phát biểu rằng các electron có thể tồn tại ở một số mức năng lượng giới hạn được tìm thấy trong lớp vỏ hoặc quỹ đạo của từng nguyên tử. Nếu bạn ép các nguyên tử này lại với nhau trong cấu trúc của vật liệu, sẽ chính xác hơn khi tưởng tượng các vùng năng lượng liên tục đi qua nó. Có những khoảng trống trong dây dẫn ở vùng năng lượng cao và điện trường có thể tự do di chuyển các electron ở đó. Trong các chất cách điện, các vùng được lấp đầy và phải leo lên khá lâu để đến được vùng dẫn điện cao hơn, qua đó dòng điện di chuyển dễ dàng hơn.
Điều này khiến ông đi đến kết luận rằng các tạp chất – các nguyên tử lạ trong cấu trúc của vật liệu – chắc chắn góp phần tạo nên các đặc tính bán dẫn của nó. Chúng có thể cung cấp thêm các electron để dễ dàng thoát vào vùng dẫn hoặc các lỗ trống – sự thiếu hụt electron so với phần còn lại của vật liệu – tạo ra các không gian năng lượng trống nơi các electron tự do có thể di chuyển. Tùy chọn đầu tiên sau này được gọi là chất bán dẫn loại n (hoặc điện tử) do dư thừa điện tích âm, và tùy chọn thứ hai - loại p hoặc chất bán dẫn lỗ do dư thừa điện tích dương.
Cuối cùng, Wilson đề xuất rằng sự chỉnh lưu dòng điện bằng chất bán dẫn có thể được giải thích bằng thuật ngữ lượng tử. , sự nhảy đột ngột của các electron qua một hàng rào điện mỏng trong vật liệu. Lý thuyết này có vẻ hợp lý, nhưng nó dự đoán rằng trong bộ chỉnh lưu, dòng điện sẽ chạy từ oxit sang đồng, mặc dù trên thực tế thì ngược lại.
Vì vậy, bất chấp tất cả những đột phá của Wilson, chất bán dẫn vẫn khó giải thích. Khi mọi chuyện dần trở nên rõ ràng, những thay đổi vi mô trong cấu trúc tinh thể và nồng độ tạp chất ảnh hưởng không tương xứng đến hành vi điện vĩ mô của chúng. Bỏ qua sự thiếu hiểu biết – vì không ai có thể giải thích được những quan sát thực nghiệm do Brown thực hiện 60 năm trước – Bratteyn và Becker đã phát triển một quy trình sản xuất hiệu quả các bộ chỉnh lưu oxit đồng cho chủ nhân của họ. Hệ thống Bell nhanh chóng bắt đầu thay thế các bộ chỉnh lưu ống chân không trong toàn bộ hệ thống bằng một thiết bị mới mà các kỹ sư của họ gọi là , vì điện trở của nó thay đổi tùy theo hướng.
huy chương vàng
Mervyn Kelly, một nhà vật lý và cựu trưởng bộ phận ống chân không của Bell Labs, rất quan tâm đến sự phát triển này. Trong vài thập kỷ, ống chân không đã mang lại cho Bell dịch vụ vô giá và có thể thực hiện các chức năng mà thế hệ linh kiện cơ và điện cơ trước đây không thể thực hiện được. Nhưng chúng chạy rất nóng, thường xuyên quá nóng, tiêu tốn nhiều năng lượng và khó bảo trì. Kelly có ý định xây dựng lại hệ thống của Bell bằng các linh kiện điện tử trạng thái rắn bền và đáng tin cậy hơn, chẳng hạn như điện trở, không yêu cầu hộp kín, chứa đầy khí hoặc rỗng hoặc dây tóc nóng. Năm 1936, ông trở thành trưởng bộ phận nghiên cứu của Bell Labs và bắt đầu chuyển hướng tổ chức sang một con đường mới.
Sau khi có được bộ chỉnh lưu trạng thái rắn, bước hiển nhiên tiếp theo là tạo ra bộ khuếch đại trạng thái rắn. Đương nhiên, giống như một bộ khuếch đại ống, một thiết bị như vậy cũng có thể hoạt động như một công tắc kỹ thuật số. Điều này được công ty Bell đặc biệt quan tâm, vì các tổng đài điện thoại vẫn sử dụng một số lượng lớn các tổng đài kỹ thuật số cơ điện. Công ty đang tìm kiếm một giải pháp thay thế đáng tin cậy hơn, nhỏ hơn, tiết kiệm năng lượng hơn và mát hơn cho ống chân không trong hệ thống điện thoại, radio, radar và các thiết bị tương tự khác, nơi chúng được sử dụng để khuếch đại tín hiệu yếu đến mức mà tai người có thể nghe thấy.
Năm 1936, Phòng thí nghiệm Bell cuối cùng đã dỡ bỏ lệnh cấm tuyển dụng trong thời gian . Kelly ngay lập tức bắt đầu tuyển dụng các chuyên gia cơ học lượng tử để giúp khởi động chương trình nghiên cứu trạng thái rắn của mình, bao gồm , một người gốc Bờ Tây khác, đến từ Palo Alto, California. Chủ đề của luận án MIT gần đây của anh ấy hoàn toàn phù hợp với nhu cầu của Kelly: "Dải điện tử trong Natri Clorua".
Brattain và Becker tiếp tục nghiên cứu về bộ chỉnh lưu oxit đồng trong thời gian này, tìm kiếm một bộ khuếch đại trạng thái rắn cải tiến. Cách rõ ràng nhất để tạo ra nó là làm theo sự tương tự với một ống chân không. Giống như Lee de Forest lấy một ống amp và giữa cực âm và cực dương, Brattain và Becker đã tưởng tượng làm thế nào một tấm lưới có thể được chèn vào điểm nối của đồng và oxit đồng, nơi được cho là sẽ xảy ra quá trình chỉnh lưu. Tuy nhiên, do độ dày của lớp nhỏ nên họ thấy không thể làm được điều này và đã không thành công trong việc này.
Trong khi đó, những diễn biến khác cho thấy Bell Labs không phải là công ty duy nhất quan tâm đến thiết bị điện tử thể rắn. Năm 1938, Rudolf Hilsch và Robert Pohl công bố kết quả thí nghiệm được thực hiện tại Đại học Göttingen trên một bộ khuếch đại trạng thái rắn hoạt động được tạo ra bằng cách đưa một lưới vào tinh thể kali bromua. Thiết bị thí nghiệm này không có giá trị thực tiễn, chủ yếu là do nó hoạt động ở tần số không quá 1 Hz. Chưa hết, thành tích này không thể làm hài lòng tất cả những ai quan tâm đến điện tử thể rắn. Cùng năm đó, Kelly giao Shockley cho một nhóm nghiên cứu thiết bị thể rắn độc lập mới và giao cho anh cùng các đồng nghiệp Foster Nix và Dean Woolridge toàn quyền khám phá khả năng của họ.
Ít nhất hai nhà phát minh khác đã tạo ra được bộ khuếch đại trạng thái rắn trước Thế chiến thứ hai. Năm 1922, nhà vật lý và nhà phát minh Liên Xô công bố kết quả thí nghiệm thành công với chất bán dẫn Zincite, nhưng công trình của ông không được cộng đồng phương Tây chú ý; Năm 1926, nhà phát minh người Mỹ Julius Lillenfield đã nộp đơn xin cấp bằng sáng chế cho bộ khuếch đại trạng thái rắn, nhưng không có bằng chứng nào cho thấy phát minh của ông có hiệu quả.
Cái nhìn sâu sắc đầu tiên của Shockley về quan điểm mới của ông xuất hiện khi đọc tác phẩm năm 1938 của nhà vật lý người Anh Neville Moth, Lý thuyết về bộ chỉnh lưu tinh thể, cuối cùng đã giải thích nguyên lý hoạt động của bộ chỉnh lưu oxit đồng Grondahl. Mott đã sử dụng toán học của cơ học lượng tử để mô tả sự hình thành điện trường tại điểm nối của kim loại dẫn điện và oxit bán dẫn, cũng như cách các electron "nhảy" qua hàng rào điện này, thay vì chui hầm như Wilson đề xuất. Dòng điện chạy từ kim loại sang chất bán dẫn dễ dàng hơn ngược lại vì kim loại có nhiều electron tự do hơn.
Điều này đưa Shockley đến cùng một ý tưởng mà Brattain và Becker đã xem xét và bác bỏ nhiều năm trước đó – chế tạo một bộ khuếch đại trạng thái rắn bằng cách chèn một lưới oxit đồng vào giữa đồng và oxit đồng. Ông hy vọng rằng dòng điện chạy qua lưới điện sẽ làm tăng rào cản hạn chế dòng điện chạy từ đồng sang oxit, tạo ra một phiên bản khuếch đại ngược của tín hiệu trên lưới điện. Nỗ lực thô sơ đầu tiên của ông đã thất bại hoàn toàn, vì vậy ông đã tìm đến một người có kỹ năng phòng thí nghiệm tinh tế hơn và quen thuộc với các bộ chỉnh lưu: Walter Brattain. Và, mặc dù không nghi ngờ gì về kết quả, Brattain vẫn đồng ý thỏa mãn sự tò mò của Shockley và tạo ra một phiên bản phức tạp hơn của bộ khuếch đại “lưới”. Cô cũng từ chối làm việc.
Sau đó chiến tranh can thiệp, khiến chương trình nghiên cứu mới của Kelly rơi vào tình trạng hỗn loạn. Kelly trở thành người đứng đầu nhóm nghiên cứu radar tại Bell Labs, được hỗ trợ bởi trung tâm nghiên cứu radar chính của Hoa Kỳ tại MIT. Brattain làm việc cho anh ta một thời gian ngắn, sau đó chuyển sang nghiên cứu phát hiện từ tính tàu ngầm cho hải quân. Woolridge nghiên cứu về hệ thống điều khiển hỏa lực, Nix nghiên cứu về khuếch tán khí cho Dự án Manhattan, còn Shockley nghiên cứu tác chiến, đầu tiên nghiên cứu về tác chiến chống tàu ngầm ở Đại Tây Dương và sau đó là ném bom chiến lược ở Thái Bình Dương.
Nhưng bất chấp sự can thiệp này, chiến tranh vẫn không ngăn cản được sự phát triển của thiết bị điện tử thể rắn. Ngược lại, nó điều phối một lượng lớn tài nguyên vào lĩnh vực này và dẫn đến việc tập trung nghiên cứu vào hai vật liệu: germanium và silicon.
Còn gì để đọc
Ernest Bruan và Stuart MacDonald, Cuộc cách mạng thu nhỏ (1978)
Friedrich Kurylo và Charles Susskind, Ferdinand Braun (1981)
G. L. Pearson và W. H. Brattain, “Lịch sử nghiên cứu chất bán dẫn,” Kỷ yếu của IRE (tháng 1955 năm XNUMX).
Michael Riordan và Lillian Hoddeson, Lửa pha lê (1997)
Nguồn: www.habr.com