Transistor Story Part 2: Du creuset de la guerre

Le creuset de la guerre a ouvert la voie à l'apparition d'un transistor. De 1939 à 1945, les connaissances techniques dans le domaine des semi-conducteurs se sont incroyablement développées. Et il y avait une raison simple: le radar. La technologie la plus importante de la guerre, dont les applications sont: la détection des raids aériens, la recherche de sous-marins, l'envoi de vols de nuit vers des cibles, le guidage des systèmes de défense aérienne et des canons de mer. Les ingénieurs ont même appris à enfoncer de minuscules radars dans des obus d'artillerie afin qu'ils explosent lorsqu'ils volent près de la cible - des fusibles radio . Cependant, la source de cette puissante nouvelle technologie militaire était un domaine plus paisible: l'étude de la haute atmosphère à des fins scientifiques.

Radar

En 1901, Marconi Wireless Telegraph a réussi à transmettre des communications sans fil à travers l'Atlantique, de Cornwall à Terre-Neuve. Ce fait a confondu la science moderne. Si la radio émet en ligne droite (comme il se doit), une telle transmission devrait être impossible. Il n'y a pas de ligne de vue directe entre l'Angleterre et le Canada qui ne traverse pas la Terre, donc le message de Marconi était censé voler dans l'espace. L'ingénieur américain Arthur Kenneli et le physicien britannique Oliver Heaviside ont suggéré à la fois simultanément et indépendamment que l'explication de ce phénomène devrait être liée à une couche de gaz ionisé située dans la haute atmosphère qui peut renvoyer des ondes radio vers la Terre (Marconi lui-même pensait que les ondes radio suivaient la courbure de la surface de la Terre, cependant, les physiciens ne l'ont pas soutenu).

Dans les années 1920, les scientifiques avaient développé de nouveaux équipements qui leur ont permis de prouver d'abord l'existence de l'ionosphère, puis d'étudier sa structure. Ils ont utilisé des tubes électroniques pour générer des impulsions radio à ondes courtes, des antennes directionnelles pour les envoyer dans l'atmosphère et enregistrer des échos, et des appareils à rayons cathodiques pour démontrer les résultats. Plus le délai de retour d'écho est long, plus l'ionosphère doit être éloignée. Cette technologie a été appelée sondage atmosphérique, et elle a fourni l'infrastructure technique de base pour créer le radar (le terme "radar", de RAdio Detection And Ranging, n'est apparu dans l'US Navy que dans les années 40).

Le fait que les personnes possédant les connaissances, les ressources et la motivation nécessaires comprenaient le potentiel d'utilisation au sol de ces équipements n'était qu'une question de temps (ainsi, l'histoire du radar est opposée à l'histoire du télescope, qui était à l'origine destiné à une utilisation au sol). Et la probabilité d'une telle illumination a augmenté à mesure que la radio se répandait de plus en plus sur la planète, et de plus en plus de gens ont remarqué des interférences provenant de navires, d'avions et d'autres gros objets à proximité. Les connaissances du domaine de la technologie de sondage pour la haute atmosphère se sont propagées au cours de la deuxième Année polaire internationale (1932-1933), lorsque des scientifiques de différentes stations arctiques ont compilé une carte de l'ionosphère. Peu de temps après, des équipes en Grande-Bretagne, aux États-Unis, en Allemagne, en Italie, en URSS et dans d'autres pays ont développé leurs systèmes radar les plus simples.


Robert Watson-Watt avec son radar de 1935

Puis une guerre a éclaté, et l'importance des radars pour les pays - et les ressources pour les développer - a considérablement augmenté. Aux États-Unis, ces ressources se sont rassemblées autour d'une nouvelle organisation, fondée en 1940 au MIT, connue sous le nom de Rad Lab (elle a été nommée ainsi spécifiquement pour induire en erreur des espions étrangers et donner l'impression que le laboratoire étudie la radioactivité - alors peu de gens croyaient en l'atome). bombes). Le projet Rad Lab, moins célèbre que le projet Manhattan, a néanmoins fait entrer dans ses rangs les mêmes physiciens exceptionnels et talentueux de tous les États-Unis. Cinq des premiers employés de laboratoire (dont Luis Alvarez et Isidore Isaac Rabi ) ont par la suite reçu des prix Nobel. À la fin de la guerre, environ 500 docteurs en sciences, scientifiques et ingénieurs travaillaient dans le laboratoire et 4 000 personnes au total travaillaient. Un demi-million de dollars - ce qui est comparable au budget complet de l'ENIAC - a été dépensé uniquement pour la série Radiation Laboratory, vingt-sept volumes, qui décrivait toutes les connaissances acquises dans le laboratoire pendant la guerre (alors que le gouvernement américain dépensait pour la technologie radar ne se limitait pas au budget Rad Lab ; pendant la guerre, le gouvernement a acheté 3 milliards de dollars en radar).


20e bâtiment du MIT, où se trouvait Rad Lab

L'un des principaux domaines de recherche de Rad Lab a été le radar haute fréquence. Les premiers radars utilisaient des ondes dont les longueurs étaient mesurées en mètres. Mais les rayons d'une fréquence plus élevée, dont les longueurs d'onde étaient mesurées en centimètres - micro-ondes - ont permis d'utiliser des antennes plus compactes et moins diffusées sur de grandes distances, ce qui promettait de grands avantages en termes de portée et de précision. Les radars à micro-ondes pourraient entrer dans le nez d'un avion et détecter des objets de la taille d'un périscope d'un sous-marin.

Le premier à résoudre ce problème a été une équipe de physiciens britanniques de l'Université de Birmingham. En 1940, ils ont développé un « magnétron résonnant », qui fonctionnait comme un «sifflet» électromagnétique, transformant une impulsion électrique aléatoire en un faisceau de micro-ondes puissant et finement réglé. Cet émetteur à micro-ondes était mille fois plus puissant que son concurrent le plus proche; il a ouvert la voie à des émetteurs radar haute fréquence pratiques. Cependant, il avait besoin d'un compagnon, d'un récepteur capable d'enregistrer les hautes fréquences. Et à ce stade, nous revenons à l'histoire des semi-conducteurs.


Magnétron sectionnel

La seconde venue de la moustache de chat

Il s'est avéré que les tubes électroniques n'étaient pas du tout adaptés pour recevoir des signaux radar hyperfréquences. L'écart entre la cathode chaude et l'anode froide crée une capacité, à cause de laquelle le circuit refuse de fonctionner à des fréquences élevées. La meilleure technologie disponible pour les radars haute fréquence était le whisky à l'ancienne, un petit morceau de fil pressé contre une puce semi-conductrice. Cela a été découvert indépendamment par plusieurs personnes, mais ce qui s'est passé dans le New Jersey est le plus proche de notre histoire.

En 1938, les laboratoires de Bell ont signé un contrat avec la Marine pour développer un radar de contrôle de tir dans la gamme de 40 cm - il était beaucoup plus court, et donc plus de fréquence, que les radars existant alors à l'époque avant les magnétrons résonnants. Les principaux travaux de recherche ont été reçus par la division de laboratoire de Holmdel, au sud de Staten Island. Les chercheurs n'ont pas mis longtemps à déterminer ce dont ils auraient besoin pour un récepteur haute fréquence, et bientôt l'ingénieur George Southworth a parcouru les magasins de radio de Manhattan à la recherche de vieux détecteurs de moustaches pour chats. Comme prévu, il fonctionnait beaucoup mieux qu'un détecteur de lampe, mais il était instable. Southworth a donc retrouvé un électrochimiste du nom de Russell All et lui a demandé d'essayer d'améliorer l'uniformité de la réponse d'un détecteur cristallin avec un seul point de contact.

Ol était une personne assez particulière, qui considérait le développement de la technologie comme son destin et parlait d'inspirations périodiques avec des visions de l'avenir. Par exemple, il a déclaré que dès 1939, il était au courant de la future invention d'un amplificateur au silicium, mais que le destin était destiné à l'inventer pour une autre personne. Après avoir étudié des dizaines d'options, il a choisi le silicium comme la meilleure substance pour les récepteurs Southworth. Le problème était la capacité de contrôler le contenu du matériau afin de contrôler ses propriétés électriques. Ensuite, les porcs industriels en silicium étaient largement distribués, ils étaient utilisés dans les aciéries, mais personne ne se souciait d'une telle production, par exemple, la teneur en phosphore de 1% dans le silicium. En faisant appel à quelques métallurgistes, Ol a décidé d'obtenir des disques beaucoup plus propres que ce qui était possible auparavant.

Au cours du processus, ils ont découvert que certains de leurs cristaux redressaient le courant dans un sens et d'autres dans l'autre. Ils les ont appelés «type n» et «type p». Une analyse plus approfondie a montré que différents types d'impuretés étaient responsables de ces types. Le silicium est dans la quatrième colonne du tableau périodique, c'est-à-dire qu'il a quatre électrons sur la coque extérieure. Dans un blanc de silicium pur, chacun de ces électrons s'unirait avec un voisin. Les impuretés de la troisième colonne, par exemple le bore, qui a un électron de moins, ont créé un «trou», un espace supplémentaire pour que le courant circule dans le cristal. Le résultat était un semi-conducteur de type p (avec un excès de charges positives). Les éléments de la cinquième colonne, par exemple le phosphore, ont fourni des électrons libres supplémentaires pour transporter le courant, et un semi-conducteur de type n a été obtenu.


Structure cristalline du silicium

Toutes ces études étaient très intéressantes, mais en 1940, Southworth et Ol n'étaient pas près de créer un prototype fonctionnel d'un radar haute fréquence. Le gouvernement britannique a en même temps exigé des résultats pratiques immédiats en raison de la menace imminente de la Luftwaffe, où il avait déjà créé des détecteurs à micro-ondes prêts à la production fonctionnant en conjonction avec des émetteurs magnétron.

Bientôt, cependant, l'équilibre des progrès technologiques se penchera vers le côté ouest de l'Atlantique. Churchill a décidé de révéler tous les secrets techniques de la Grande-Bretagne aux Américains avant qu'il n'entre réellement en guerre (car, comme il le supposait, cela devait arriver de toute façon). Il pensait que cela valait le risque d'une fuite d'informations, car alors toutes les capacités industrielles des États-Unis seraient mises à contribution pour résoudre des problèmes tels que les armes atomiques et les radars. La mission scientifique et technique britannique (mieux connue sous le nom de mission Tizard ) est arrivée à Washington en septembre 1940 et a apporté dans un bagage un cadeau sous forme de miracles techniques.

Révéler l'incroyable puissance d'un magnétron résonnant et l'efficacité des détecteurs de cristal britanniques à recevoir son signal a revitalisé la recherche des Américains dans le domaine des semi-conducteurs comme base des radars haute fréquence. Il y avait beaucoup de travail à faire, notamment dans le domaine de la science des matériaux. Pour répondre à la demande, les cristaux semi-conducteurs «devaient être produits par millions, beaucoup plus que ce qui était possible auparavant. Il était nécessaire d'améliorer le lissage, de réduire la sensibilité aux chocs et la probabilité d'épuisement professionnel et de minimiser la différence entre les différents lots de cristaux. "


Redresseur de point de silicium

Rad Lab a ouvert de nouveaux départements de recherche pour étudier les propriétés des cristaux semi-conducteurs et comment ils peuvent être modifiés pour maximiser les propriétés précieuses en tant que récepteur. Les matériaux les plus prometteurs étant le silicium et le germanium, Rad Lab a donc décidé de jouer en toute sécurité et a lancé des programmes parallèles pour étudier les deux: le silicium à l'Université de Pennsylvanie et le germanium à Purdue. Des géants industriels tels que Bell, Westinghouse, Du Pont et Sylvania ont lancé leurs propres programmes de recherche sur les semi-conducteurs et ont commencé à développer de nouvelles installations de fabrication de détecteurs à cristal.

Ensemble, la pureté des cristaux de silicium et de germanium est passée de 99% au début à 99,999%, c'est-à-dire à une particule d'impureté pour 100 000 atomes. Au cours de ce processus, le cadre de scientifiques et d'ingénieurs s'est familiarisé étroitement avec les propriétés abstraites du germanium et du silicium et a appliqué des technologies pour les contrôler: fusion, croissance cristalline, ajout des impuretés nécessaires (comme le bore, qui a augmenté la conductivité).

Et puis la guerre a pris fin. La demande de radars a disparu, mais les connaissances et les compétences acquises pendant la guerre n'ont pas disparu et le rêve d'un amplificateur à semi-conducteurs n'a pas été oublié. Maintenant, la course était de créer un tel amplificateur. Et au moins trois équipes étaient en bonne position pour recevoir ce prix.

West Lafayette

Le premier était un groupe de l'Université Purdue dirigé par un physicien d'origine autrichienne nommé Karl Lark-Horowitz. Grâce à son talent et à son influence, il a à lui seul retiré le département de physique de l'université de l'oubli et a influencé la décision de Rad Lab de confier à son laboratoire la recherche sur le germanium.


Karl Lark Horowitz en 1947, au centre, avec une pipe

Au début des années 40, le silicium était considéré comme le meilleur matériau pour les redresseurs de radar, mais le matériau situé juste en dessous dans le tableau périodique semblait également mériter une étude plus approfondie. L'Allemagne avait un avantage pratique en raison de son point de fusion plus bas, ce qui lui permettait de travailler plus facilement avec lui: environ 940 degrés, contre 1400 degrés pour le silicium (presque comme l'acier). En raison du point de fusion élevé, il était extrêmement difficile de fabriquer un porc qui ne fuirait pas dans le silicium fondu, le contaminant.

Par conséquent, Lark-Horowitz et ses collègues ont passé toute la guerre à étudier les propriétés chimiques, électriques et physiques de l'Allemagne. L'obstacle le plus important était la «tension inverse»: les redresseurs au germanium à très basse tension ont cessé de rectifier le courant et lui ont permis de circuler en sens inverse. Une impulsion de courant inverse a brûlé les composants restants du radar. L'un des étudiants diplômés de Lark Horowitz, Seymour Benzer, a étudié ce problème pendant plus d'un an et a finalement développé un additif à base d'étain qui a arrêté les impulsions inverses à des tensions pouvant atteindre des centaines de volts. Peu de temps après, Western Electric, l'unité de fabrication du laboratoire de Bell, a commencé à produire des redresseurs basés sur le circuit Benzer à des fins militaires.

L'étude de l'Allemagne à Purdue s'est poursuivie après la guerre. En juin 1947, Benzer, déjà professeur, a signalé une anomalie inhabituelle: dans certaines expériences, des vibrations à haute fréquence sont apparues dans les cristaux de germanium. Et son collègue Ralph Bray a continué d'étudier la «résistance volumétrique» du projet, qui a commencé pendant la guerre. La résistance volumétrique a décrit comment l'électricité circule dans un cristal de germanium au point de contact d'un redresseur. Bray a découvert que les impulsions à haute tension réduisaient considérablement la résistance du germanium de type n à ces courants. Ignorant cela, il a été témoin de la soi-disant Porteurs de charges «minoritaires». Dans les semi-conducteurs de type n, une charge négative excessive sert de principal porteur de charge, mais des "trous" positifs peuvent également transporter du courant, et dans ce cas, des impulsions à haute tension ont créé des trous dans la structure en germanium, en raison desquels des porteurs de charge minoritaires sont apparus.

Bray et Benzer se sont approchés de manière séduisante de l'amplificateur Germanium, sans s'en rendre compte. Benzer a attrapé Walter Brattain, un scientifique des laboratoires de Bell, lors d'une conférence en janvier 1948 pour discuter avec lui de la résistance volumétrique. Il a suggéré que Brattain arrange un autre contact ponctuel à côté du premier, qui pourrait conduire le courant, et ensuite ils pourraient être en mesure de comprendre ce qui se passe sous la surface. Brattain approuva tranquillement cette proposition et partit. Comme nous le verrons, il savait trop bien ce qu'une expérience similaire pouvait révéler.

One sous bois

Le groupe Purdue avait à la fois la technologie et la base théorique pour faire le saut vers le transistor. Mais ils ne pouvaient tomber dessus que par hasard. Ils s'intéressaient aux propriétés physiques du matériau et non à la recherche d'un nouveau type d'appareil. Une situation complètement différente a régné à Onet-sous-Bois (France), où deux anciens chercheurs en radar allemands, Heinrich Welker et Herbert Mathare, ont dirigé une équipe dont le but était de créer des dispositifs semi-conducteurs industriels.

Velker a d'abord étudié puis enseigné la physique à l'Université de Munich, dirigée par le célèbre théoricien Arnold Sommerfeld. Depuis 1940, il a quitté une voie purement théorique et a commencé à travailler sur un radar pour la Luftwaffe. Matar (d'origine belge) a grandi à Aix-la-Chapelle, où il a étudié la physique. Il rejoint le département de recherche du géant allemand de la radio Telefunken en 1939. Pendant la guerre, il a transféré son travail de Berlin-Est à l'abbaye de Silésie pour éviter les raids aériens de la coalition anti-Hitler, puis de retour à l'ouest pour éviter l'avancée de l'Armée rouge, et est finalement tombé entre les mains de l'armée américaine.

Comme leurs rivaux de la coalition anti-hitlérienne, les Allemands au début des années 40 savaient que les détecteurs à cristal étaient des récepteurs idéaux pour les radars, et que le silicium et le germanium étaient les matériaux les plus prometteurs pour leur création. Matera et Velker pendant la guerre ont essayé d'améliorer l'utilisation efficace de ces matériaux dans les redresseurs. Après la guerre, les deux ont subi des interrogatoires périodiques concernant leur travail militaire, et ont finalement reçu une invitation de l'officier du renseignement français à Paris en 1946.

La Compagnie des Freins & Signaux (la «société de freins et de signaux»), la division française de Westinghouse, a reçu un contrat de la commande téléphonique française pour la création de redresseurs à semi-conducteurs et recherchait des scientifiques allemands pour s'aider eux-mêmes. Une telle union d'ennemis récents peut sembler étrange, mais cet arrangement s'est révélé très favorable aux deux parties. Les Français, battus en 1940, n'ont pas eu l'occasion d'acquérir des connaissances dans le domaine des semi-conducteurs, et ils avaient désespérément besoin des compétences des Allemands. Les Allemands ne pouvaient pas développer de zones de haute technologie dans le pays occupé et détruit par la guerre, ils ont donc saisi la possibilité de poursuivre les travaux.

Velker et Mathare ont installé un siège social dans une maison à deux étages dans la banlieue de Paris, One-sous-Bois, et avec l'aide d'une équipe de techniciens ont organisé la production réussie de redresseurs au germanium à la fin de 1947. Ensuite, ils se sont tournés vers des prix plus sérieux: Velker est retourné aux supraconducteurs qui l'intéressaient, et Matar amplificateurs.


Herbert Mathare en 1950

Pendant la guerre, Matera a expérimenté des redresseurs à deux contacts ponctuels - les «duodiodes» - dans le but de réduire le bruit dans le circuit. Il reprend ses expériences et découvre rapidement que le deuxième «moustache de chat», situé à 1/100 million de mètre du premier, peut parfois moduler le courant traversant le premier moustache. Il a créé un amplificateur à semi-conducteurs, bien que plutôt inutile. Pour obtenir une opération plus fiable, il s'est tourné vers Velker, qui avait acquis une vaste expérience de travail avec des cristaux de germanium pendant la guerre. L'équipe Velker a développé des échantillons plus grands et plus propres de cristaux de germanium et, avec l'amélioration de la qualité des matériaux, en juin 1948, les amplificateurs à contact ponctuel Matera étaient devenus fiables.


Image radiographique du "transistron" basée sur le schéma de Matare, qui a deux points de contact avec le germanium

Matera avait même un modèle théorique de ce qui se passait: il pensait que le deuxième contact avait fait des trous en Allemagne, accélérant le passage du courant à travers le premier contact, fournissant des porteurs de charge minoritaires. Velker n'était pas d'accord avec lui et pensait que ce qui se passait dépendait d'un certain effet de champ. Cependant, avant de pouvoir élaborer un appareil ou une théorie, ils ont appris qu'un groupe d'Américains avait développé exactement le même concept - un amplificateur en germanium avec deux contacts ponctuels - six mois plus tôt.

Murray Hill

À la fin de la guerre, Mervyn Kelly a réformé l'équipe de recherche sur les semi-conducteurs de Bell, dirigée par Bill Shockley. Le projet s'est étendu, a reçu plus de financement et a déménagé du bâtiment de laboratoire d'origine de Manhattan à un campus en expansion à Murray Hill (New Jersey).


Campus à Murray Hill, env. 1960

Pour connaître de nouveau les semi-conducteurs avancés (après avoir été impliqué dans la recherche opérationnelle pendant la guerre), au printemps 1945, Shockley a visité le laboratoire Russell Ola à Holmdel. Ol a passé les années de guerre à travailler sur le silicium et n'a pas perdu de temps en vain. Il a montré à Shockley un amplificateur grossier de sa propre construction, qu'il a appelé un «desister». Il a pris un redresseur à contact au silicium et a fait passer le courant de la batterie à travers. Apparemment, la chaleur de la batterie a réduit la résistance à travers le point de contact et transformé le redresseur en un amplificateur, capable de transmettre des signaux radio entrants au circuit, suffisamment puissant pour alimenter le haut-parleur

L'effet était impoli et peu fiable, impropre à la commercialisation. Cependant, cela suffisait à confirmer l'opinion de Shockley sur la possibilité de créer un amplificateur à semi-conducteur, et que cela devrait être une priorité dans la recherche dans le domaine de l'électronique à semi-conducteurs. De plus, cette rencontre avec l'équipe Ola a convaincu Shockley que le silicium et le germanium devaient être étudiés en premier. Ils ont montré des propriétés électriques attrayantes et, en outre, les collègues d'Ola, les métallurgistes Jack Scuff et Henry Terer, ont connu un énorme succès dans la croissance, le raffinage et l'ajout d'impuretés à ces cristaux pendant la guerre, surpassant toutes les technologies disponibles pour d'autres matériaux semi-conducteurs. Le groupe Shockley n'allait plus perdre de temps sur les amplificateurs d'oxyde de cuivre d'avant-guerre.

Avec l'aide de Kelly, Shockley a commencé à constituer une nouvelle équipe. Les principaux acteurs étaient Walter Bretstein, qui a aidé Shockley lors de sa première tentative de création d'un amplificateur à semi-conducteur (en 1940), et John Bardin, un jeune physicien et nouveau travailleur du laboratoire Bell. Bardin possédait probablement la connaissance la plus approfondie de la physique du solide de tous les membres de l'équipe - sa dissertation décrivait les niveaux d'énergie des électrons dans la structure du sodium métallique. Il était également un autre protagoniste de John Hazbrook Van Fleck, comme Atanasov et Brettain.

Et comme Atanasov, les thèses de Bardin et Shockley ont nécessité des calculs complexes. Ils ont dû utiliser la théorie de la mécanique quantique des semi-conducteurs, définie par Alan Wilson, pour calculer la structure énergétique des matériaux à l'aide d'une calculatrice de bureau Monroe. Contribuant à la création d'un transistor, ils ont en effet contribué à délivrer de futurs travaux aux futurs étudiants diplômés.

La première approche de Shockley pour un amplificateur à semi-conducteurs reposait sur ce que l'on a appelé plus tard «l' effet de champ »". Il a suspendu une plaque métallique au-dessus d'un semi-conducteur de type n (avec un excès de charges négatives). L'application d'une charge positive à la plaque a entraîné un excès d'électrons sur la surface du cristal, créant une rivière de charges négatives à travers laquelle le courant électrique pourrait facilement circuler. Un signal amplifié (représenté par le niveau de charge sur plaque) pourrait ainsi moduler le circuit principal (passant sur la surface du semi-conducteur). L'opérabilité de ce circuit lui a été motivée par ses connaissances théoriques en physique. Mais, malgré m ozhestvo tests et expériences, le système n'a pas fonctionné.

En mars 1946, Bardin avait créé une théorie bien développée qui en expliquait la raison: la surface d'un semi-conducteur à un niveau quantique se comportait différemment de ses intérieurs. Les charges négatives attirées vers la surface tombent dans le piège des «états de surface» et bloquent la pénétration du champ électrique de la plaque dans le matériau. Le reste de l'équipe a trouvé cette analyse convaincante et a lancé un nouveau programme de recherche de trois manières:

1. Prouver l'existence d'états de surface.
2. Examinez leurs propriétés.
3. Trouvez comment les vaincre et créer un transistor à effet de champ qui fonctionne .

Après un an et demi de recherche et d'expérimentation, le 17 novembre 1947, Brettein fait une percée. Il a constaté que si vous placez un liquide rempli d'ions, tels que de l'eau, entre la plaquette et le semi-conducteur, le champ électrique de la plaquette poussera les ions vers le semi-conducteur, où ils neutraliseront les charges capturées dans les états de surface. Maintenant, il pouvait contrôler le comportement électrique d'un morceau de silicium, en changeant la charge sur la plaque. Ce succès a donné à Bardin une idée pour une nouvelle approche de la création d'un amplificateur: entourer le point de contact du redresseur avec de l'eau électrolytique, puis utiliser le deuxième fil dans l'eau pour contrôler les états de surface, et ainsi contrôler le niveau de conductivité du contact principal. Bardin et Brettain sont donc entrés dans la ligne d'arrivée.

L'idée de Bardin a fonctionné, mais le gain était faible et fonctionnait à de très basses fréquences, inaccessibles à l'oreille humaine - donc il était inutile dans le rôle d'un téléphone ou d'un amplificateur radio. Bardin a proposé de passer au germanium résistant aux tensions inverses obtenu à Purdue, estimant que moins de charges s'accumuleraient à sa surface. Soudain, ils ont reçu un coup de pouce puissant, mais dans la direction opposée à celle attendue. Ils ont découvert l'effet des porteurs minoritaires - au lieu des électrons attendus, le courant traversant le germanium a renforcé les trous provenant de l'électrolyte. Le courant sur le fil dans l'électrolyte a créé une couche de type p (la région des charges positives en excès) à la surface du germanium de type n.

Des expériences ultérieures ont montré que l'électrolyte n'était pas du tout nécessaire: simplement en plaçant deux points de contact près de la surface du germanium, il était possible de moduler le courant de l'un à l'autre. Pour les rapprocher le plus possible, Bretstein a enroulé un morceau de plastique triangulaire autour d'un morceau de feuille d'or, puis a soigneusement coupé le papier à la fin. Puis, à l'aide d'un ressort, il a pressé le triangle vers l'Allemagne, à la suite de quoi les deux bords de la coupe ont touché sa surface à une distance de 0,05 mm. Cela a donné au prototype du transistor des laboratoires de Bell son aspect distinctif:


le prototype du transistor Bretstein et Bardin

Comme l'appareil Matare et Velker, il s'agissait, en principe, d'une «moustache féline» classique, avec seulement deux points de contact au lieu d'un. Le 16 décembre, il a émis un gain de puissance et de tension important, et une fréquence de 1000 Hz dans la gamme d'audibilité. Une semaine plus tard, après de petites améliorations, Bardin et Bretstein ont reçu une augmentation de tension de 100 fois et une puissance de 40 fois, et ont montré aux directeurs de Bell que leur appareil pouvait reproduire la parole audible. John Pearce, un autre membre de l'équipe de développement de dispositifs à semi-conducteurs, a inventé le terme «transistor» d'après le nom d'un redresseur à oxyde de cuivre, une varistance.

Les six mois suivants, le laboratoire a gardé secret la nouvelle création. La direction voulait s'assurer qu'elle aurait une longueur d'avance dans la réalisation des capacités commerciales du transistor avant que quelqu'un d'autre ne l'obtienne. Une conférence de presse était prévue pour le 30 juin 1948, juste à temps pour briser tous les rêves d'immortalité de Velker et Matara. Pendant ce temps, l'équipe de recherche sur les semi-conducteurs s'est discrètement effondrée. Entendant parler des réalisations de Bardin et Bretstein, leur patron, Bill Shockley, a commencé à travailler pour reprendre toute la célébrité. Et bien qu'il n'ait joué qu'un rôle d'observation, dans une présentation publique, Shockley a reçu une publicité égale, sinon grande - comme on peut le voir sur cette photographie publiée, où il est dans le vif du sujet, et juste à la table du laboratoire:


photo publicitaire de 1948 - Bardin, Shockley et Bretstein

Cependant, Shockley n'était pas de renommée égale. Et avant même que quelqu'un en dehors des laboratoires de Bell ne découvre le transistor, il entreprit de le réinventer pour le s'approprier. Et ce n'était que la première d'une longue série d'inventions répétées.

Quoi d'autre à lire

• Robert Buderi, l'invention qui a changé le monde (1996)
• Michael Riordan, «Comment l'Europe a manqué le transistor», IEEE Spectrum (1 novembre 2005)
• Michael Riordan et Lillian Hoddeson, Crystal Fire (1997)
• Armand Van Dormael, «Le transistor« français »», www.cdvandt.org/VanDormael.pdf (1994)