ट्रांजिस्टर कहानी: अंधेरे में स्पर्श करने के लिए वैडिंग

ठोस राज्य स्विच की सड़क लंबी और कठिन थी। यह इस खोज के साथ शुरू हुआ कि कुछ सामग्री बिजली की उपस्थिति में अजीब तरह से व्यवहार करती हैं - इस तरह से नहीं कि सिद्धांत जो अस्तित्व में थे, फिर भविष्यवाणी की गई। इसके बाद 20 वीं शताब्दी में, प्रौद्योगिकी तेजी से वैज्ञानिक और संस्थागत अनुशासन बन गई। शौकीनों, नौसिखियों और पेशेवर अन्वेषकों ने, वस्तुतः बिना किसी वैज्ञानिक शिक्षा के, टेलीग्राफ, टेलीफोनी और रेडियो के विकास में गंभीर योगदान दिया। लेकिन, जैसा कि हम देखेंगे, ठोस-राज्य इलेक्ट्रॉनिक्स के इतिहास में लगभग सभी अग्रिम विश्वविद्यालयों (और आमतौर पर भौतिकी में पीएचडी करने वाले) और विश्वविद्यालयों या कॉर्पोरेट अनुसंधान प्रयोगशालाओं में काम करने वाले वैज्ञानिकों के लिए धन्यवाद है।

किसी कार्यशाला में जाने और सामग्री के साथ काम करने में बुनियादी कौशल के साथ तारों, धातु और लकड़ी से रिले इकट्ठा कर सकते हैं। इलेक्ट्रॉनिक लैंप बनाने के लिए, अधिक विशिष्ट उपकरणों की आवश्यकता होती है जो एक ग्लास फ्लास्क बना सकते हैं और उसमें से हवा को पंप कर सकते हैं। सॉलिड-स्टेट डिवाइस एक खरगोश के छेद में गायब हो गए, जिसमें से डिजिटल स्विच कभी नहीं लौटा, और दुनिया में गहराई से डूब गया जो केवल गणित के लिए समझ में आता था और केवल महंगे उपकरण के साथ सुलभ था।

सीसे का कच्ची धात

1874 में, फर्डिनेंड ब्राउन , सेंट के स्कूल के 24 वर्षीय भौतिक विज्ञानी लीपज़िग में थॉमस ने अपने लंबे करियर में कई महत्वपूर्ण वैज्ञानिक कार्यों में से पहला प्रकाशित किया। काम "धातु धाराओं के माध्यम से विद्युत धाराओं के पारित होने पर" पत्रिका में स्वीकार किया गया था, भौतिक विज्ञान के लिए समर्पित एक प्रतिष्ठित पत्रिका पोगेन्डोर्फ के एनलनन में। बोरिंग हेडलाइन के बावजूद, ब्राउन के काम ने कई आश्चर्यजनक और गूढ़ प्रयोगात्मक परिणामों का वर्णन किया।


फर्डिनेंड ब्राउन

ब्राउन सल्फाइड्स द्वारा साज़िश किया गया था - धातुओं के साथ सल्फर यौगिकों से युक्त खनिज क्रिस्टल - जोहान विल्हेम गिटफोर के काम के लिए धन्यवाद। 1833 में वापस, माइकल फैराडे ने कहा कि सिल्वर सल्फाइड की चालकता तापमान के साथ बढ़ जाती है, जो धातु कंडक्टरों के व्यवहार के पूरी तरह विपरीत है। 1850 के दशक में, चांदी और तांबे दोनों के सल्फाइड्स के लिए इस आशय के माप पर हितॉर्फ ने एक पूरी मात्रात्मक रिपोर्ट संकलित की। ब्राउन, एक परिष्कृत प्रायोगिक सेटअप का उपयोग करते हुए जिसने अच्छे संपर्क को सुनिश्चित करने के लिए स्प्रिंग के साथ एक सल्फाइड क्रिस्टल के लिए एक धातु के तार को दबाया, कुछ भी अजनबी पाया। दिशा पर निर्भर क्रिस्टल की चालकता - उदाहरण के लिए, वर्तमान एक दिशा में अच्छी तरह से प्रवाह कर सकता है, लेकिन जब बैटरी की ध्रुवीयता उलट गई थी, तो वर्तमान अचानक तेज हो सकता है। एक दिशा में क्रिस्टल कंडक्टरों (सामान्य धातुओं की तरह) की तरह काम करते थे, और दूसरे में वे इंसुलेटर (जैसे कांच या रबर) की तरह अधिक काम करते थे। इस संपत्ति को "पापी" बारी-बारी से चालू करने की क्षमता के कारण, इसे "फ्लैट" प्रत्यक्ष वर्तमान में बदल देने के कारण इसे सुधार के रूप में जाना जाता है।

लगभग उसी समय, शोधकर्ताओं ने सेलेनियम जैसी सामग्री के अन्य अजीब गुणों की खोज की, जिसे कुछ सल्फाइड धातु के छीटों से सूंघा जा सकता था। प्रकाश के प्रभाव के तहत, सेलेनियम ने चालकता में वृद्धि की और यहां तक ​​कि बिजली उत्पन्न करना शुरू कर दिया, और इसे सुधार के लिए भी इस्तेमाल किया जा सकता है। क्या सल्फाइड क्रिस्टल के साथ कोई संबंध था? सैद्धांतिक मॉडल के बिना यह समझाने में सक्षम है कि क्या हो रहा था, इस क्षेत्र में भ्रम का शासन था।

हालांकि, सिद्धांत की कमी ने परिणामों को अभ्यास में लाने के प्रयासों को नहीं रोका। 1890 के दशक के अंत में, ब्राउन स्ट्रासबर्ग विश्वविद्यालय में एक प्रोफेसर बन गए - हाल ही में फ्रेंको-प्रशिया युद्ध के दौरान फ्रांस से एनेक्स किया गया और कैसर विल्हेम विश्वविद्यालय का नाम बदल दिया गया। वहाँ उन्हें रेडियो टेलीग्राफी की एक रोमांचक नई दुनिया में चूसा गया। उन्होंने पानी के माध्यम से रेडियो तरंगों के प्रसारण के आधार पर संयुक्त रूप से एक वायरलेस संचार प्रणाली बनाने के लिए उद्यमियों के एक समूह के प्रस्ताव पर सहमति व्यक्त की। हालांकि, उन्होंने और उनके सहयोगियों ने जल्द ही हवाई सिग्नलिंग के पक्ष में मूल विचार को छोड़ दिया, जिसका इस्तेमाल मार्कोनी और अन्य करते थे।

रेडियो के उन पहलुओं के बीच जो ब्राउन के समूह ने सुधार करने की मांग की थी, उस समय मानक रिसीवर था, कॉहरर । यह इस तथ्य पर आधारित था कि रेडियो तरंगों ने धातु के बुरादे को एक गांठ में इकट्ठा करने के लिए मजबूर किया, जिससे बैटरी से सिग्नल डिवाइस को पास करने की अनुमति मिली। इसने काम किया, लेकिन प्रणाली ने केवल अपेक्षाकृत मजबूत संकेतों का जवाब दिया, और चूरा को तोड़ने के लिए डिवाइस को लगातार हिट करना आवश्यक था। ब्राउन ने सल्फाइड क्रिस्टल के साथ अपने पुराने प्रयोगों को याद किया, और 1899 में उन्होंने एक नए उद्देश्य के साथ अपने पुराने प्रयोगात्मक सेटअप को फिर से बनाया - वायरलेस सिग्नल के डिटेक्टर के रूप में सेवा करने के लिए। उन्होंने पासिंग रेडियो तरंगों द्वारा उत्पन्न छोटे दोलन प्रवाह को प्रत्यक्ष धारा में परिवर्तित करने के लिए सुधार प्रभाव का उपयोग किया, जिसे एक छोटे स्पीकर द्वारा संचालित किया जा सकता था जो प्रत्येक बिंदु या डैश के लिए श्रव्य क्लिक का उत्पादन करता था। यह उपकरण बाद में वायरिंग की उपस्थिति के कारण " कैट व्हिस्क डिटेक्टर " के रूप में जाना जाने लगा, जो आसानी से क्रिस्टल के शीर्ष को छूता था। ब्रिटिश भारत (जहां आज बांग्लादेश है) में, वैज्ञानिक और आविष्कारक जगदीश बोस ने एक समान उपकरण बनाया, संभवतः 1894 में भी। बाकी ने जल्द ही सिलिकॉन और कार्बोरंडम (सिलिकॉन कार्बाइड) के आधार पर समान डिटेक्टर बनाने शुरू कर दिए।

हालांकि, यह गैलिना है , सीसा सल्फाइड जो प्राचीन काल से सीसा का उत्पादन करने के लिए पिघल गया है, जो क्रिस्टलीय डिटेक्टरों के लिए पसंदीदा सामग्री बन गया है। वे निर्माण और सस्ते के लिए सरल हो गए, और परिणामस्वरूप हैम रेडियो की शुरुआती पीढ़ी के बीच पागलपनपूर्ण रूप से लोकप्रिय हो गया। इसके अलावा, बाइनरी कोहेर के विपरीत (चूरा के साथ जो या तो भटक ​​गया था या नहीं), क्रिस्टल रेक्टिफायर एक निरंतर संकेत पैदा कर सकता है। इसलिए, वह श्रव्य आवाज और संगीत प्रसारण दे सकता है, और केवल डॉट्स और डैश के साथ मोर्स कोड नहीं।


गैलेना स्थित बिल्ली व्हिक्सर डिटेक्टर। बाईं तरफ तार का एक छोटा सा टुकड़ा एक मूंछ है, और नीचे चांदी की सामग्री का एक टुकड़ा एक गैलिना क्रिस्टल है।

हालांकि, जैसा कि नाराज झुंडों ने जल्द ही खोजा था, क्रिस्टल की सतह पर एक जादुई बिंदु खोजने में मिनट या घंटों का समय लग सकता है जो एक अच्छा स्ट्रेटनिंग देगा। और प्रवर्धन के बिना संकेत कमजोर थे और एक धात्विक ध्वनि थी। 1920 के दशक तक, ट्रायोड एम्पलीफायरों के साथ ट्यूब-आधारित रिसीवरों ने लगभग हर जगह क्रिस्टलीय डिटेक्टरों को समाप्त कर दिया था। उनकी आकर्षक विशेषता केवल सस्तापन था।

रेडियों के क्षेत्र में यह संक्षिप्त उपस्थिति ब्राउन और अन्य द्वारा खोजी गई सामग्री के अजीब विद्युत गुणों के व्यावहारिक अनुप्रयोग की सीमा प्रतीत होती थी।

कॉपर ऑक्साइड

फिर 1920 के दशक में, लार्स ग्रोनडाहल नामक एक अन्य भौतिक विज्ञानी ने अपने प्रयोगात्मक सेटअप के साथ कुछ अजीब खोज की। अमेरिकन वेस्ट के इतिहास में स्मार्ट और बेचैन पतियों की एक स्ट्रिंग में से पहला, ग्रोनडाल, एक सिविल इंजीनियर का बेटा था। उनके पिता, जो 1880 में नॉर्वे से आए थे, ने कैलिफोर्निया, ओरेगन और वाशिंगटन में रेलवे पर कई दशकों तक काम किया। पहले तो, ग्रोनडाल ने अपने पिता की इंजीनियरिंग की दुनिया को पीछे छोड़ने का फैसला किया, और शैक्षिक पथ लेने के लिए भौतिकी में डॉक्टरेट के लिए जॉन्स हॉपकिन्स इंस्टीट्यूट चले गए। लेकिन फिर वह रेलवे के कारोबार में शामिल हो गए और उन्होंने औद्योगिक स्विच वेस्टिंगहाउस के एक डिवीजन यूनियन स्विच एंड सिग्नल में अनुसंधान के निदेशक का पद संभाला, जिसने रेलवे उद्योग के लिए उपकरणों की आपूर्ति की।

विभिन्न स्रोत परस्पर विरोधी कारणों का संकेत देते हैं जिन्होंने ग्रोनडाल को उसका अध्ययन करने के लिए प्रेरित किया, लेकिन जैसा कि यह हो सकता है, उन्होंने ऑक्सीडाइज्ड परत बनाने के लिए एक तरफ गर्म तांबे के डिस्क के साथ प्रयोग करना शुरू किया। उनके साथ काम करते हुए, उन्होंने वर्तमान की विषमता की ओर ध्यान आकर्षित किया - एक दिशा में प्रतिरोध दूसरे की तुलना में तीन गुना अधिक था। कॉपर और कॉपर ऑक्साइड की एक डिस्क ने सल्फाइड क्रिस्टल की तरह, वर्तमान को ठीक किया।


कॉपर ऑक्साइड रेक्टिफायर सर्किट

अगले छह वर्षों के लिए, ग्रोनडाल ने इस घटना के आधार पर एक वाणिज्यिक-उपयोग सुधारक विकसित किया, जो एक अन्य अमेरिकी शोधकर्ता, पॉल गीगर की मदद के लिए, और फिर एक पेटेंट आवेदन भेजा और 1926 में अमेरिकन फिजिकल सोसायटी में अपनी खोज की घोषणा की। यह डिवाइस तुरंत एक वाणिज्यिक हिट बन गया। भंगुर यार्न की अनुपस्थिति के कारण, यह फ्लेमिंग वाल्व सिद्धांत पर आधारित इलेक्ट्रॉनिक लैंप पर एक सुधारक की तुलना में बहुत अधिक विश्वसनीय था, और उत्पादन में सस्ता था। ब्राउनियन रेक्टिफायर क्रिस्टल के विपरीत, उन्होंने पहली कोशिश में काम किया, और धातु और ऑक्साइड के बड़े संपर्क क्षेत्र के लिए धन्यवाद, उन्होंने कई धाराओं और वोल्टेज के साथ काम किया। वह बैटरी चार्ज कर सकता है, विभिन्न विद्युत प्रणालियों में संकेतों का पता लगा सकता है, शक्तिशाली जनरेटर में सुरक्षा शंट के रूप में काम कर सकता है। जब एक फोटोकेल के रूप में उपयोग किया जाता है, तो डिस्क प्रकाश मीटर के रूप में काम कर सकते हैं, और विशेष रूप से फोटोग्राफी में उपयोगी थे। उसी समय के आसपास अन्य शोधकर्ताओं ने सेलेनियम रेक्टिफायर विकसित किया जो समान उपयोग पाया गया।


कॉपर ऑक्साइड पर आधारित रेक्टिफायर्स का एक पैकेट। कई डिस्क के असेंबली ने रिवर्स प्रतिरोध में वृद्धि की, जिसने उन्हें उच्च वोल्टेज के साथ उपयोग करने की अनुमति दी।

कुछ साल बाद, बेला प्रयोगशालाओं के दो भौतिकविदों, जोसेफ बेकर और वाल्टर ब्रेटन ने एक तांबे के सुधारक के संचालन के सिद्धांत का अध्ययन करने का फैसला किया - वे यह सीखने में रुचि रखते थे कि यह कैसे काम करता है और बेल सिस्टम में इसका उपयोग कैसे किया जा सकता है।


वृद्धावस्था में ब्रेटन - लगभग। 1950

ब्रेटन मूल रूप से प्रशांत नॉर्थवेस्ट से ग्रोनडाल के रूप में एक ही स्थान से था, जहां वह कनाडा की सीमा से कुछ किलोमीटर की दूरी पर स्थित एक खेत में बड़ा हुआ था। हाई स्कूल में, वह भौतिकी में रुचि रखते थे, उन्होंने इस क्षेत्र में योग्यताएं दिखाईं, और अंततः 1920 के दशक के अंत में मिनेसोटा विश्वविद्यालय में डॉक्टरेट की उपाधि प्राप्त की, और 1929 में बेल लेबोरेटरी में नौकरी प्राप्त की। अन्य बातों के अलावा, उन्होंने विश्वविद्यालय में नवीनतम सैद्धांतिक भौतिकी का अध्ययन किया। यूरोप में लोकप्रियता प्राप्त कर रहा है, और क्वांटम यांत्रिकी के रूप में जाना जाता है (इसके क्यूरेटर जॉन हज़ब्रुक वान फ्लेक थे , जिन्होंने जॉन अटानासोव को भी निर्देश दिया था)।

क्वांटम क्रांति

नया सैद्धांतिक मंच पिछले तीन दशकों में धीरे-धीरे विकसित हो रहा है, और कुछ ही समय में यह उन सभी अजीब घटनाओं की व्याख्या करने में सक्षम होगा जो कई वर्षों से गैलिना, सेलेनियम और कॉपर ऑक्साइड जैसी सामग्रियों में देखी गई हैं। मुख्य रूप से जर्मनी और पड़ोसी देशों के युवा भौतिकविदों का एक पूरा समूह भौतिकी में एक क्वांटम क्रांति का कारण बना। हर जगह, देखो, वे चिकनी और निरंतर दुनिया की खोज नहीं करते थे जो उन्हें सिखाया गया था, लेकिन अजीब असतत गांठ।

यह सब 1890 के दशक में शुरू हुआ था। बर्लिन विश्वविद्यालय के एक प्रसिद्ध प्रोफेसर मैक्स प्लैंक ने एक अच्छी तरह से ज्ञात अनसुलझी समस्या के साथ काम करने का फैसला किया: एक " बिल्कुल काला शरीर " (एक आदर्श पदार्थ जो सभी ऊर्जा को अवशोषित करता है और इसे प्रतिबिंबित नहीं करता है) विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम में विकिरण का उत्सर्जन कैसे करता है? विभिन्न मॉडलों की कोशिश की गई, जिनमें से कोई भी प्रयोगात्मक परिणामों के साथ मेल नहीं खाता - वे स्पेक्ट्रम के एक या दूसरे छोर पर सामना नहीं कर सके। प्लैंक ने पाया कि यदि हम मानते हैं कि ऊर्जा असतत परिमाण के छोटे "पैकेट" में शरीर द्वारा उत्सर्जित होती है, तो हम आवृत्ति और ऊर्जा के बीच संबंधों का एक सरल नियम लिख सकते हैं, जो आदर्श रूप से अनुभवजन्य परिणामों के साथ मेल खाता है।

इसके तुरंत बाद, आइंस्टीन ने पाया कि एक ही चीज़ प्रकाश के अवशोषण (फोटॉन के पहले संकेत) के साथ होती है, और जे जे थॉमसन ने दिखाया कि बिजली भी एक निरंतर तरल या लहर द्वारा नहीं, बल्कि असतत कणों - इलेक्ट्रॉन द्वारा ली जाती है। नील्स बोह्र ने एक मॉडल बनाया, जिसमें बताया गया था कि एक परमाणु में इलेक्ट्रॉनों में अलग-अलग कक्षाओं को असाइन करके कितने उत्साहित विकिरण विकिरण उत्सर्जित करते हैं, जिनमें से प्रत्येक की अपनी ऊर्जा होती है। हालांकि, यह नाम भ्रामक है क्योंकि वे ग्रहों की कक्षाओं के समान कोई व्यवहार नहीं करते हैं - बोह्र मॉडल में, इलेक्ट्रॉनों को एक मध्यवर्ती अवस्था से गुजरने के बिना, एक कक्षा से ऊर्जा स्तर, या दूसरे में स्थानांतरित किया जाता है। और अंत में, 1920 के दशक में, इरविन श्रोडिंगर, वर्नर हाइजेनबर्ग, मैक्स बॉर्न और अन्य ने क्वांटम यांत्रिकी के रूप में जाना जाने वाला एक सामान्यीकृत गणितीय मंच बनाया, जिसमें पिछले बीस वर्षों में बनाए गए सभी विशेष क्वांटम मॉडल शामिल थे।

इस समय तक, भौतिक विज्ञानी पहले से ही आश्वस्त थे कि सेलेनियम और गैलेना जैसी सामग्री, फोटोवोल्टिक और गुणों को सुधारने वाली सामग्री का एक अलग वर्ग है, जिसे उन्होंने अर्धचालक कहा है। कई कारणों से वर्गीकरण में इतना समय लगा। सबसे पहले, "कंडक्टर" और "इंसुलेटर" की श्रेणियां अपने आप में काफी व्यापक थीं। तथाकथित "कंडक्टर" चालकता में बेहद अलग थे, वही (कुछ हद तक) इन्सुलेटरों की विशेषता थी, और यह स्पष्ट नहीं था कि इन वर्गों में से किसी भी विशेष कंडक्टर को कैसे जिम्मेदार ठहराया जा सकता है। इसके अलावा, 20 वीं शताब्दी के मध्य तक बहुत शुद्ध पदार्थ प्राप्त करना या बनाना असंभव था, और प्राकृतिक सामग्रियों की चालकता में कोई भी विषमता हमेशा प्रदूषण के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है।

भौतिकविदों के पास अब क्वांटम यांत्रिकी के गणितीय उपकरण और सामग्रियों का एक नया वर्ग है, जिस पर उन्हें लागू किया जा सकता है। ब्रिटिश सिद्धांतकार एलन विल्सन सबसे पहले इसे एक साथ लाने वाले थे और 1931 में अर्धचालकों के एक सामान्य मॉडल और उनके काम के सिद्धांत का निर्माण किया।

सबसे पहले, विल्सन ने तर्क दिया कि प्रवाहकीय सामग्री ऊर्जा क्षेत्रों की स्थिति में डाइलेक्ट्रिक्स से भिन्न होती है। क्वांटम यांत्रिकी का दावा है कि इलेक्ट्रॉनों की एक सीमित संख्या में गोले या व्यक्तिगत परमाणुओं की कक्षाओं में निहित ऊर्जा स्तर मौजूद हो सकते हैं। यदि आप किसी सामग्री की संरचना में इन परमाणुओं को एक साथ निचोड़ते हैं, तो इससे गुजरने वाले निरंतर ऊर्जा क्षेत्रों की कल्पना करना अधिक सही होगा। उच्च ऊर्जा क्षेत्रों में कंडक्टरों में मुक्त स्थान हैं, और विद्युत क्षेत्र स्वतंत्र रूप से इलेक्ट्रॉनों को स्थानांतरित कर सकते हैं। इन्सुलेटर में, ज़ोन भरे हुए हैं, और एक उच्च, प्रवाहकीय क्षेत्र, जिस पर बिजली जाना आसान है, काफी दूर तक चढ़ने के लिए।

इससे उन्हें यह निष्कर्ष निकालना पड़ा कि सामग्री की संरचना में अशुद्धियों - विदेशी परमाणुओं - को इसके अर्धचालक गुणों में योगदान करना चाहिए। वे या तो अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनों की आपूर्ति कर सकते हैं जो आसानी से प्रवाहकत्त्व बैंड में प्रवेश करते हैं, या छेद - बाकी सामग्री की तुलना में इलेक्ट्रॉनों की अनुपस्थिति - जो खाली ऊर्जा स्पॉट बनाता है जहां मुक्त इलेक्ट्रॉनों को स्थानांतरित कर सकते हैं। पहले विकल्प को बाद में अतिरिक्त नकारात्मक चार्ज के लिए एन-टाइप सेमीकंडक्टर्स (या इलेक्ट्रॉनिक) - और दूसरा - पी-टाइप, या छेद - कहा जाता था।

अंत में, विल्सन ने सुझाव दिया कि अर्धचालक द्वारा वर्तमान के सुधार को क्वांटम टनलिंग प्रभाव के संदर्भ में समझाया जा सकता है , एक सामग्री में एक पतली विद्युत बाधा के माध्यम से इलेक्ट्रॉनों का अचानक कूदना। सिद्धांत प्रशंसनीय लग रहा था, लेकिन यह अनुमान लगाया गया था कि सुधारक में, वर्तमान को ऑक्साइड से तांबे तक प्रवाह करना चाहिए, हालांकि वास्तव में यह चारों ओर का दूसरा तरीका था।

इसलिए, विल्सन की सभी सफलताओं के बावजूद, अर्धचालकों को समझाना मुश्किल था। जैसा कि यह धीरे-धीरे स्पष्ट हो गया, क्रिस्टल संरचना में सूक्ष्म परिवर्तन और अशुद्धियों की एकाग्रता ने उनके स्थूल विद्युत व्यवहार को असंगत रूप से प्रभावित किया। समझ की कमी को अनदेखा करना - चूंकि कोई भी 60 साल पहले ब्राउन द्वारा की गई प्रयोगात्मक टिप्पणियों की व्याख्या नहीं कर सकता था - ब्रेटन और बेकर ने अपने नियोक्ता के लिए एक कुशल कॉपर ऑक्साइड रेक्टिफायर निर्माण प्रक्रिया विकसित की। बेल सिस्टम ने पूरे सिस्टम में इलेक्ट्रॉनिक लैंप रेक्टिफायर्स को एक नए डिवाइस के साथ बदलना शुरू कर दिया, जिसे उनके इंजीनियरों ने एक वैरिस्टर कहा, क्योंकि इसका प्रतिरोध दिशा के आधार पर अलग-अलग था।

स्वर्ण पदक

भौतिक विज्ञानी और बेल लैम्प ऑफ़ डिपार्टमेंट ऑफ़ इलेक्ट्रॉनिक लैम्प्स के पूर्व प्रमुख, मर्विन केली इस उपलब्धि में बहुत रुचि रखते थे। कुछ दशकों के लिए, इलेक्ट्रॉनिक लैंप ने बेल को एक अमूल्य सेवा प्रदान की है, और यांत्रिक और इलेक्ट्रोमैकेनिकल घटकों की पिछली पीढ़ी के लिए दुर्गम कार्य कर सकते हैं। लेकिन वे बहुत गर्म थे, नियमित रूप से गर्म थे, बहुत ऊर्जा का सेवन करते थे और बनाए रखना मुश्किल था। केली बेल सिस्टम के बारे में अधिक विश्वसनीय और स्थायी ठोस इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों, जैसे कि एक वेस्टर, के आधार पर पुनर्निर्माण करने वाले थे, जिन्हें गैस या खाली या गर्म तंतुओं से भरे किसी भी सील बाड़े की आवश्यकता नहीं थी। 1936 में, वह बेल लेबोरेटरीज में अनुसंधान विभाग के प्रमुख बने, और संगठन को एक नए मार्ग पर पुनर्निर्देशित करना शुरू किया।

एक ठोस-राज्य रेक्टिफायर के साथ, एक ठोस राज्य एम्पलीफायर बनाने के लिए अगला स्पष्ट कदम था।स्वाभाविक रूप से, ट्यूब एम्पलीफायर की तरह, ऐसा उपकरण डिजिटल स्विच के रूप में काम कर सकता है। बेला के लिए यह विशेष रुचि थी, क्योंकि टेलीफोन एक्सचेंजों में अभी भी बड़ी संख्या में इलेक्ट्रोमैकेनिकल डिजिटल स्विच थे। कंपनी टेलीफोन सिस्टम, रेडियो, रडार और अन्य एनालॉग उपकरणों में एक इलेक्ट्रॉनिक लैंप के अधिक विश्वसनीय, कॉम्पैक्ट, ऊर्जा-कुशल और ठंडे प्रतिस्थापन की तलाश कर रही थी, जहां उनका उपयोग मानव कान के लिए सुलभ स्तर तक कमजोर संकेतों को बढ़ाने के लिए किया गया था।

1936 में, बेल लैब्स ने ग्रेट डिप्रेशन के दौरान शुरू किए गए कर्मियों को काम पर रखने पर प्रतिबंध हटा दिया। केली ने तुरंत अपने ठोस-राज्य उपकरण अनुसंधान कार्यक्रम को शुरू करने में मदद करने के लिए क्वांटम यांत्रिकी विशेषज्ञों को काम पर रखना शुरू कर दिया, जिसमें कैलिफोर्निया के पालो अल्टो के एक अन्य वेस्ट कोस्ट निवासी विलियम शॉकले शामिल थे । उनके हाल ही में संपन्न एमआईटी शोध प्रबंध का विषय केली की जरूरतों के लिए सबसे उपयुक्त था: "सोडियम क्लोराइड में इलेक्ट्रॉनिक ज़ोन।"

इस समय ब्रेटन और बेकर ने एक कॉपर ऑक्साइड रेक्टिफायर के अपने अध्ययन को जारी रखा, जिससे एक बेहतर ठोस राज्य प्रवर्धक प्राप्त करने की कोशिश की गई। इसे बनाने का सबसे स्पष्ट तरीका इलेक्ट्रॉनिक लैंप के साथ सादृश्य द्वारा जाना था। जिस तरह ली डे फॉरेस्ट ने एक ट्यूब amp लिया और एक इलेक्ट्रिक ग्रिड रखाकैथोड और एनोड के बीच, ब्राटेन और बेकर दोनों ने प्रस्तुत किया कि किस तरह से तांबे और तांबे के ऑक्साइड उस स्थान पर एक ग्रिड डालें, जहां से संपर्क होने वाला था। हालांकि, परत की छोटी मोटाई के कारण, उन्होंने ऐसा करना असंभव माना, और सफल नहीं हुए।

इस बीच, अन्य घटनाक्रमों से पता चला कि बेल लैब्स केवल ठोस राज्य इलेक्ट्रॉनिक्स में दिलचस्पी रखने वाली कंपनी नहीं थी। 1938 में, रुडोल्फ हिल्स और रॉबर्ट पॉल ने एक पोटेशियम ब्रोमाइड क्रिस्टल में एक ग्रिड शुरू करके बनाए गए एक ठोस-राज्य एम्पलीफायर पर गोटिंगेन विश्वविद्यालय में किए गए प्रयोगों के परिणामों को प्रकाशित किया। यह प्रयोगशाला उपकरण व्यावहारिक मूल्य का प्रतिनिधित्व नहीं करता था - मुख्य रूप से, क्योंकि यह 1 हर्ट्ज से अधिक नहीं की आवृत्ति पर काम करता था। और फिर भी यह उपलब्धि ठोस-राज्य इलेक्ट्रॉनिक्स में रुचि रखने वाले सभी लोगों को खुशी नहीं दे सकती है। उसी वर्ष, केली ने ठोस राज्य उपकरणों पर अनुसंधान के एक नए स्वतंत्र समूह के रूप में शॉक्ले की पहचान की और उन्हें अपनी क्षमताओं का अध्ययन करने के लिए सहकर्मियों - फोस्टर नक्स और डीन वूलेरिज - कार्टे ब्लांच के साथ दिया।

द्वितीय विश्व युद्ध से पहले कम से कम दो अन्य आविष्कारक ठोस-राज्य एम्पलीफायर बनाने में कामयाब रहे। 1922 में, सोवियत भौतिक विज्ञानी और आविष्कारक ओलेग व्लादिमीरोविच लोसेव ने जिंकाइट सेमीकंडक्टर्स के साथ सफल प्रयोगों के परिणाम प्रकाशित किए, लेकिन उनका काम पश्चिमी समुदाय द्वारा किसी का ध्यान नहीं गया; 1926 में, अमेरिकी आविष्कारक जूलियस लिलेनफील्ड ने एक ठोस-राज्य एम्पलीफायर के लिए एक पेटेंट दायर किया, लेकिन उनके आविष्कार की संचालन क्षमता का कोई सबूत नहीं है।

1938 से ब्रिटिश भौतिक विज्ञानी नेविल मोटल, थ्योरी ऑफ़ क्रिस्टल रेक्टीफायर्स के काम को पढ़ते हुए अपनी नई स्थिति में शॉकली की पहली बड़ी प्रेरणा बनी, जिसने आखिरकार कॉपर ऑक्साइड पर ग्रोनडल रेक्टिफायर के संचालन के सिद्धांत को समझाया। Mott ने क्वांटम यांत्रिकी के गणित का उपयोग एक प्रवाहकीय धातु और एक अर्धचालक ऑक्साइड के जंक्शन पर एक विद्युत क्षेत्र के निर्माण का वर्णन करने के लिए किया, और विल्न ने सुझाव दिया कि सुरंग के बजाय इस विद्युत अवरोध पर इलेक्ट्रॉनों को "कैसे" कूदें। वर्तमान धातु से अर्धचालक की तुलना में धातु से अधिक आसानी से प्रवाहित होता है, क्योंकि धातु में बहुत अधिक मुक्त इलेक्ट्रॉन होते हैं।

इसने शॉक्ले को ठीक उसी विचार का नेतृत्व किया, जिसे ब्रेटेन और बेकर ने कई साल पहले माना था और खारिज कर दिया था - तांबे और तांबे के ऑक्साइड के बीच की खाई में कॉपर ऑक्साइड का एक ग्रिड डालकर एक ठोस-राज्य एम्पलीफायर बनाने के लिए। उन्होंने आशा व्यक्त की कि ग्रिड के माध्यम से बहने वाला प्रवाह तांबे से ऑक्साइड को चालू करने वाले अवरोध को बढ़ाएगा, जिससे ग्रिड पर सिग्नल का एक उल्टा, प्रवर्धित संस्करण बन जाएगा। उनका पहला सकल प्रयास पूरी तरह से विफल हो गया, इसलिए उन्होंने एक ऐसे व्यक्ति की ओर रुख किया, जिसके पास अधिक परिष्कृत प्रयोगशाला कौशल थे और वह रेक्टिफायर्स से अच्छी तरह परिचित था - वाल्टर ब्रेटन। और, हालांकि उन्हें परिणाम के बारे में कोई संदेह नहीं था, ब्राटेन ने शॉक्ले की जिज्ञासा को संतुष्ट करने के लिए सहमति व्यक्त की, और "ग्रिड" एम्पलीफायर का एक और अधिक जटिल संस्करण बनाया। उसने काम करने से भी मना कर दिया।

तब युद्ध में हस्तक्षेप हुआ, केली के नए शोध कार्यक्रम को अव्यवस्था में छोड़ दिया। केली ने एमआईटी के मुख्य यूएस रडार अनुसंधान केंद्र द्वारा समर्थित बेल लेबोरेटरीज रडार वर्किंग ग्रुप का नेतृत्व किया। ब्रेटन ने उसके साथ लंबे समय तक काम नहीं किया, और फिर नौसेना द्वारा कमीशन किए गए पनडुब्बियों के चुंबकीय पता लगाने के लिए अनुसंधान किया। वूलरिज ने अग्नि नियंत्रण प्रणालियों पर काम किया, मैनहट्टन परियोजना के लिए गैस प्रसार पर निक्स, और शॉक्ले परिचालन अनुसंधान में चले गए, और पहले अटलांटिक में पनडुब्बियों के खिलाफ लड़ाई में लगे रहे, और फिर प्रशांत में रणनीतिक बमबारी हुई।

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और क्या पढ़ना है

Ernest Bruan and Stuart MacDonald, Revolution in Miniature (1978)

Friedrich Kurylo and Charles Susskind, Ferdinand Braun (1981)

GL Pearson and WH Brattain, “History of Semiconductor Research,” Proceedings of the IRE (December 1955).

Michael Riordan and Lillian Hoddeson, Crystal Fire (1997)