Transistor Story Bagian 2: Dari Crucible of War

Cawan perang membuka jalan bagi kemunculan transistor. Dari 1939 hingga 1945, pengetahuan teknis di bidang semikonduktor tumbuh luar biasa. Dan ada satu alasan sederhana: radar. Teknologi perang yang paling penting, di antara penerapannya adalah: deteksi serangan udara, mencari kapal selam, mengirim penerbangan malam ke target, panduan sistem pertahanan udara, dan senjata laut. Insinyur bahkan belajar untuk memasukkan radar kecil ke dalam peluru artileri sehingga mereka meledak ketika terbang di dekat target - sekering radio . Namun, sumber dari teknologi militer baru yang kuat ini adalah area yang lebih damai: studi tentang atmosfer atas untuk tujuan ilmiah.

Radar

Pada tahun 1901, Marconi Wireless Telegraph berhasil mentransmisikan komunikasi nirkabel melintasi Atlantik dari Cornwall ke Newfoundland. Fakta ini membingungkan ilmu pengetahuan modern. Jika radio mentransmisikan dalam garis lurus (sebagaimana mestinya), transmisi seperti itu seharusnya tidak mungkin. Tidak ada garis pandang langsung antara Inggris dan Kanada yang tidak melintasi bumi, jadi pesan Marconi seharusnya terbang ke luar angkasa. Insinyur Amerika Arthur Kenneli dan fisikawan Inggris Oliver Heaviside baik secara bersamaan maupun independen menyarankan bahwa penjelasan untuk fenomena ini harus terkait dengan lapisan gas terionisasi yang terletak di atmosfer atas yang dapat memantulkan gelombang radio kembali ke Bumi (Marconi sendiri percaya bahwa gelombang radio mengikuti lengkungan permukaan bumi, namun, fisikawan tidak mendukungnya).

Pada 1920-an, para ilmuwan telah mengembangkan peralatan baru yang memungkinkan mereka untuk membuktikan keberadaan ionosfer, dan kemudian mempelajari strukturnya. Mereka menggunakan tabung elektron untuk menghasilkan gelombang radio gelombang pendek, antena terarah untuk mengirimnya ke atmosfer dan merekam gema, dan perangkat sinar katoda untuk menunjukkan hasilnya. Semakin lama gema kembali tertunda, semakin jauh ionosfer seharusnya. Teknologi ini disebut atmospheric sounding, dan menyediakan infrastruktur teknis dasar untuk membuat radar (istilah "radar", dari RAdio Detection And Ranging, hanya muncul di Angkatan Laut AS pada 1940-an).

Fakta bahwa orang-orang dengan pengetahuan, sumber daya, dan motivasi yang diperlukan memahami potensi penggunaan peralatan semacam itu di darat hanya masalah waktu (dengan demikian, sejarah radar adalah kebalikan dari sejarah teleskop yang pada awalnya dimaksudkan untuk penggunaan di darat). Dan kemungkinan iluminasi seperti itu meningkat ketika radio menyebar semakin banyak di seluruh planet ini, dan semakin banyak orang melihat gangguan datang dari kapal, pesawat, dan benda besar lainnya di dekatnya. Pengetahuan dari bidang teknologi penginderaan atmosfer atas menyebar selama Tahun Kutub Internasional kedua (1932-1933), ketika para ilmuwan dari stasiun Arktik yang berbeda menyusun peta ionosfer. Segera setelah ini, tim-tim di Inggris, AS, Jerman, Italia, Uni Soviet dan negara-negara lain mengembangkan sistem radar mereka yang paling sederhana.


Robert Watson-Watt dengan Radar 1935-nya

Kemudian pecah perang, dan pentingnya radar bagi negara - dan sumber daya untuk mengembangkannya - meningkat secara dramatis. Di AS, sumber daya ini berkumpul di sekitar organisasi baru, yang didirikan pada tahun 1940 di MIT, yang dikenal sebagai Rad Lab (disebut khusus untuk menyesatkan mata-mata asing, dan menciptakan kesan bahwa laboratorium sedang menyelidiki radioaktivitas - kemudian beberapa orang yang percaya pada atom bom). Proyek Rad Lab, yang tidak setenar proyek Manhattan, tetap saja masuk dalam jajaran fisikawan yang luar biasa dan berbakat dari seluruh AS. Lima dari staf laboratorium pertama (termasuk Luis Alvarez dan Isidore Isaac Rabi ) kemudian menerima Hadiah Nobel. Pada akhir perang, sekitar 500 dokter sains, ilmuwan, dan insinyur bekerja di laboratorium, dan total 4.000 orang bekerja. Setengah juta dolar - yang sebanding dengan anggaran penuh ENIAC - dihabiskan hanya untuk Seri Laboratorium Radiasi, dua puluh tujuh volume, yang menggambarkan semua pengetahuan yang diperoleh di laboratorium selama perang (sementara pemerintah AS yang dihabiskan untuk teknologi radar tidak terbatas pada anggaran Rad Lab) ; selama perang, pemerintah membeli $ 3 miliar dalam radar).


Gedung MIT ke-20, tempat Rad Lab berada

Salah satu area penelitian utama Rad Lab adalah radar frekuensi tinggi. Radar awal menggunakan gelombang dengan panjang yang diukur dalam meter. Tetapi sinar frekuensi yang lebih tinggi, panjang gelombangnya diukur dalam sentimeter - gelombang mikro - memungkinkan untuk menggunakan antena yang lebih kompak dan lebih sedikit tersebar pada jarak yang jauh, yang menjanjikan keuntungan besar dalam jangkauan dan akurasi. Radar gelombang mikro bisa masuk ke hidung pesawat terbang dan mendeteksi benda seukuran periskop kapal selam.

Yang pertama menyelesaikan masalah ini adalah tim fisikawan Inggris dari University of Birmingham. Pada tahun 1940, mereka mengembangkan " magnetron resonansi, " yang bekerja seperti "peluit" elektromagnetik, mengubah pulsa listrik acak menjadi sinar microwave yang kuat dan tersetel. Pemancar gelombang mikro ini seribu kali lebih kuat dari pesaing terdekatnya; dia membuka jalan bagi pemancar radar frekuensi tinggi yang praktis. Namun, dia membutuhkan pendamping, penerima yang mampu merekam frekuensi tinggi. Dan pada titik ini kita kembali ke sejarah semikonduktor.


Magnetron bagian

Kedatangan Kedua Kumis Kucing

Ternyata tabung elektron sama sekali tidak disesuaikan untuk menerima sinyal radar microwave. Kesenjangan antara katoda panas dan anoda dingin menciptakan kapasitansi, karena itu sirkuit menolak untuk bekerja pada frekuensi tinggi. Teknologi terbaik untuk radar frekuensi tinggi yang tersedia adalah kumis kucing kuno, sepotong kecil kawat yang menempel pada chip semikonduktor. Ini secara independen ditemukan oleh beberapa orang, tetapi apa yang terjadi di New Jersey paling dekat dengan sejarah kita.

Pada tahun 1938, laboratorium Bell menandatangani kontrak dengan Angkatan Laut untuk mengembangkan radar kendali kebakaran dalam jarak 40 cm - itu jauh lebih pendek, dan karenanya lebih sering frekuensinya, daripada yang ada pada radar di era sebelum magnetron resonansi. Pekerjaan penelitian utama diterima oleh divisi laboratorium di Holmdel, selatan Pulau Staten. Para peneliti tidak perlu waktu lama untuk mencari tahu apa yang akan mereka butuhkan untuk penerima frekuensi tinggi, dan segera insinyur George Southworth menjelajahi toko radio di Manhattan untuk mencari detektor kumis kucing tua. Seperti yang diharapkan, ini bekerja jauh lebih baik daripada detektor lampu, tetapi tidak stabil. Maka Southworth melacak seorang elektrokimia bernama Russell All, dan memintanya untuk mencoba meningkatkan keseragaman respons detektor kristal dengan satu titik kontak.

Ol adalah orang yang agak aneh, yang menganggap perkembangan teknologi sebagai takdirnya, dan berbicara tentang inspirasi berkala dengan visi masa depan. Sebagai contoh, ia menyatakan bahwa sejak tahun 1939 ia tahu tentang penemuan penguat silikon di masa depan, tetapi nasib ditakdirkan untuk menciptakannya untuk orang lain. Setelah mempelajari lusinan opsi, ia memilih silikon sebagai bahan terbaik untuk penerima Southworth. Masalahnya adalah kemampuan untuk mengontrol isi bahan untuk mengontrol sifat listriknya. Kemudian, babi industri yang terbuat dari silikon didistribusikan secara luas, mereka digunakan di pabrik baja, tetapi tidak ada yang peduli dengan produksi seperti itu, misalnya, kandungan 1% fosfor dalam silikon. Dengan meminta bantuan beberapa ahli metalurgi, Ol berangkat untuk mendapatkan cakram yang lebih bersih daripada sebelumnya.

Dalam prosesnya, mereka menemukan bahwa beberapa kristal mereka memperbaiki arus dalam satu arah dan yang lain di yang lain. Mereka menyebutnya "tipe-n" dan "tipe-p." Analisis lebih lanjut menunjukkan bahwa berbagai jenis pengotor bertanggung jawab atas jenis-jenis ini. Silikon berada di kolom keempat dari tabel periodik, yaitu memiliki empat elektron pada kulit terluarnya. Dalam sebuah silikon murni yang kosong, masing-masing elektron ini akan bersatu dengan tetangga. Pengotor dari kolom ketiga, misalnya, boron, yang memiliki satu lebih sedikit elektron, menciptakan "lubang", ruang tambahan untuk arus mengalir dalam kristal. Hasilnya adalah semikonduktor tipe-p (dengan kelebihan muatan positif). Unsur-unsur dari kolom kelima, misalnya, fosfor, menyediakan elektron bebas tambahan untuk membawa arus, dan semikonduktor tipe-n diperoleh.


Struktur kristal silikon

Semua studi ini sangat menarik, tetapi pada tahun 1940 Southworth dan Ol belum mendekati untuk membuat prototipe radar frekuensi tinggi yang berfungsi. Pemerintah Inggris pada saat yang sama menuntut hasil praktis segera karena ancaman yang akan datang dari Luftwaffe, di mana mereka telah menciptakan detektor gelombang mikro siap-produksi yang bekerja bersama dengan pemancar magnetron.

Namun segera, keseimbangan kemajuan teknologi akan condong ke arah sisi barat Atlantik. Churchill memutuskan untuk mengungkapkan semua rahasia teknis Inggris kepada Amerika sebelum ia benar-benar memasuki perang (karena, seperti yang ia duga, ini akan tetap terjadi). Dia percaya bahwa risiko kebocoran informasi itu sepadan, karena sejak itu semua kemampuan industri Amerika Serikat akan dilemparkan ke dalam penyelesaian masalah seperti senjata atom dan radar. Misi ilmiah dan teknis Inggris (lebih dikenal sebagai misi Tizard ) tiba di Washington pada bulan September 1940 dan membawa sebuah koper hadiah dalam bentuk keajaiban teknis.

Mengungkap kekuatan luar biasa dari magnetron resonansi dan efektivitas detektor kristal Inggris dalam menerima sinyalnya telah menghidupkan kembali penelitian orang Amerika di bidang semikonduktor sebagai dasar radar frekuensi tinggi. Ada banyak pekerjaan yang harus dilakukan, terutama di bidang ilmu material. Untuk memenuhi permintaan tersebut, kristal semikonduktor “diminta untuk diproduksi dalam jutaan, jauh lebih banyak dari yang sebelumnya dimungkinkan. Itu perlu untuk meningkatkan pelurusan, mengurangi sensitivitas terhadap goncangan dan kemungkinan kelelahan, dan meminimalkan perbedaan antara berbagai kelompok kristal. "


Penyearah Titik Silikon

Rad Lab telah membuka departemen penelitian baru untuk mempelajari sifat-sifat kristal semikonduktor dan bagaimana mereka dapat diubah untuk memaksimalkan properti berharga sebagai penerima. Bahan yang paling menjanjikan adalah silikon dan germanium, jadi Rad Lab memutuskan untuk memainkannya dengan aman dan meluncurkan program paralel untuk mempelajari keduanya: silikon di Universitas Pennsylvania, dan germanium di Purdue. Raksasa industri seperti Bell, Westinghouse, Du Pont dan Sylvania telah memulai program penelitian semikonduktor mereka sendiri, dan telah mulai mengembangkan fasilitas manufaktur baru untuk detektor kristal.

Bersama-sama, kemurnian kristal silikon dan germanium dinaikkan dari 99% di awal menjadi 99,999% - yaitu, menjadi satu partikel pengotor per 100.000 atom. Dalam prosesnya, kader ilmuwan dan insinyur menjadi sangat akrab dengan sifat abstrak germanium dan silikon dan teknologi terapan untuk mengendalikan mereka: peleburan, pertumbuhan kristal, menambahkan kotoran yang diperlukan (seperti boron, yang meningkatkan konduktivitas).

Dan kemudian perang berakhir. Permintaan untuk radar telah hilang, tetapi pengetahuan dan keterampilan yang diperoleh selama perang belum hilang, dan impian penguat solid-state belum dilupakan. Sekarang perlombaan adalah untuk menciptakan penguat seperti itu. Dan setidaknya tiga tim berada dalam posisi yang baik untuk menerima hadiah ini.

Lafayette Barat

Yang pertama adalah kelompok dari Universitas Purdue yang dipimpin oleh seorang fisikawan keturunan Austria bernama Karl Lark-Horowitz. Dengan menggunakan bakat dan pengaruh, ia sendirian memindahkan departemen fisika universitas dari terlupakan dan memengaruhi keputusan Rad Lab untuk mempercayakan laboratoriumnya dengan penelitian germanium.


Karl Lark Horowitz pada tahun 1947, di tengah, dengan sebuah pipa

Pada awal 1940-an, silikon dianggap sebagai bahan terbaik untuk penyearah radar, tetapi bahan langsung di bawahnya dalam tabel periodik juga tampak layak untuk diteliti lebih lanjut. Jerman memiliki keunggulan praktis karena titik lelehnya yang lebih rendah, yang membuatnya lebih mudah untuk bekerja dengannya: sekitar 940 derajat, dibandingkan dengan 1.400 derajat untuk silikon (hampir seperti baja). Karena titik leleh yang tinggi, sangat sulit untuk membuat babi yang tidak akan bocor menjadi silikon cair, mencemari itu.

Karena itu, Lark-Horowitz dan rekan-rekannya menghabiskan seluruh perang mempelajari sifat kimia, listrik, dan fisik Jerman. Kendala yang paling penting adalah "tegangan balik": rectifier germanium pada tegangan sangat rendah berhenti untuk memperbaiki arus dan membiarkannya mengalir ke arah yang berlawanan. Pulsa arus balik membakar komponen radar yang tersisa. Salah satu mahasiswa pascasarjana Lark Horowitz, Seymour Benzer, mempelajari masalah ini selama lebih dari setahun, dan akhirnya mengembangkan zat tambahan berbasis timah yang menghentikan pulsa terbalik dengan voltase hingga ratusan volt. Tak lama kemudian, Western Electric, unit produksi laboratorium Bell, mulai memproduksi rectifier berdasarkan sirkuit Benzer untuk keperluan militer.

Studi tentang Jerman di Purdue berlanjut setelah perang. Pada bulan Juni 1947, Benzer, yang sudah menjadi profesor, melaporkan anomali yang tidak biasa: dalam beberapa percobaan, getaran frekuensi tinggi muncul dalam kristal germanium. Dan koleganya Ralph Bray terus mempelajari "resistensi volumetrik" dari proyek, yang dimulai selama perang. Resistensi volumetrik menggambarkan bagaimana listrik mengalir dalam kristal germanium pada titik kontak penyearah. Bray menemukan bahwa pulsa tegangan tinggi secara signifikan mengurangi resistensi germanium tipe-n terhadap arus ini. Tidak menyadari hal ini, ia menyaksikan apa yang disebut Pembawa muatan "minoritas". Dalam semikonduktor tipe-n, muatan negatif berlebih berfungsi sebagai pembawa muatan utama, tetapi “lubang” positif juga dapat membawa arus, dan dalam kasus ini, pulsa tegangan tinggi menciptakan lubang pada struktur germanium, yang menyebabkan pembawa muatan minoritas muncul.

Bray dan Benzer mendekati penguat Germanium, tidak menyadarinya. Benzer menangkap Walter Brattain, seorang ilmuwan dari laboratorium Bell, pada sebuah konferensi pada Januari 1948 untuk membahas resistensi volumetrik bersamanya. Dia menyarankan agar Brattain mengatur kontak titik lain di sebelah yang pertama, yang dapat mengalirkan arus, dan kemudian mereka mungkin dapat memahami apa yang terjadi di bawah permukaan. Brattain diam-diam menyetujui proposal ini, dan pergi. Seperti yang akan kita lihat, dia tahu betul apa yang bisa diungkapkan oleh eksperimen serupa.

Satu sous bois

Kelompok Purdue memiliki teknologi dan dasar teoretis untuk membuat lompatan menuju transistor. Tapi mereka bisa menemukannya hanya secara kebetulan. Mereka tertarik pada sifat fisik material, dan tidak mencari jenis perangkat baru. Situasi yang sama sekali berbeda memerintah di Onet-sous-Bois (Prancis), di mana dua mantan peneliti radar Jerman, Heinrich Welker dan Herbert Mathare, memimpin sebuah tim yang tujuannya adalah untuk menciptakan perangkat semikonduktor industri.

Velker pertama kali belajar dan kemudian mengajar fisika di Universitas Munich, dikelola oleh ahli teori terkenal Arnold Sommerfeld. Sejak 1940, ia meninggalkan jalur teoretis murni dan mulai bekerja pada radar untuk Luftwaffe. Matar (asal Belgia) tumbuh di Aachen, tempat ia belajar fisika. Dia bergabung dengan departemen penelitian raksasa radio Jerman Telefunken pada tahun 1939. Selama perang, ia memindahkan pekerjaannya dari Berlin timur ke biara di Silesia untuk menghindari serangan udara koalisi anti-Hitler, dan kemudian kembali ke barat untuk menghindari Tentara Merah yang maju, dan akhirnya jatuh ke tangan tentara Amerika.

Seperti saingan mereka dari koalisi Anti-Hitler, orang Jerman pada awal 1940-an tahu bahwa detektor kristal adalah penerima yang ideal untuk radar, dan bahwa silikon dan germanium adalah bahan yang paling menjanjikan untuk kreasi mereka. Matera dan Velker selama perang mencoba meningkatkan keefektifan penggunaan bahan-bahan ini dalam penyearah. Setelah perang, keduanya menjalani interogasi berkala tentang pekerjaan militer mereka, dan akhirnya menerima undangan dari perwira intelijen Prancis ke Paris pada tahun 1946.

Compagnie des Freins & Signaux ("perusahaan rem dan sinyal"), divisi Prancis dari Westinghouse, menerima kontrak dari kontrol telepon Prancis untuk pembuatan rectifier solid-state dan sedang mencari ilmuwan Jerman untuk membantu diri mereka sendiri. Persatuan musuh baru seperti itu mungkin tampak aneh, tetapi pengaturan ini telah terbukti cukup menguntungkan bagi kedua belah pihak. Prancis, yang dikalahkan pada tahun 1940, tidak memiliki kesempatan untuk mendapatkan pengetahuan di bidang semikonduktor, dan mereka sangat membutuhkan keterampilan Jerman. Jerman tidak dapat melakukan pembangunan di daerah teknologi tinggi di negara yang diduduki dan dihancurkan oleh perang, sehingga mereka memanfaatkan kemungkinan untuk melanjutkan pekerjaan.

Velker dan Mathare mendirikan kantor pusat di sebuah rumah berlantai dua di pinggiran kota Paris, One-sous-Bois, dan dengan bantuan tim teknisi mengatur produksi rectifier germanium yang sukses pada akhir 1947. Kemudian mereka beralih ke hadiah yang lebih serius: Velker kembali ke superkonduktor yang ia minati, dan Matar amplifier.


Herbert Mathare pada tahun 1950

Selama perang, Matera bereksperimen dengan penyearah dengan dua titik kontak - "duodiode" - dalam upaya untuk mengurangi kebisingan di sirkuit. Dia melanjutkan eksperimennya dan segera menemukan bahwa "kumis kucing" kedua, yang terletak 1/100 juta meter dari yang pertama, kadang-kadang bisa memodulasi arus yang melewati kumis pertama. Dia menciptakan amplifier solid-state, meskipun agak tidak berguna. Untuk mencapai operasi yang lebih andal, ia menoleh ke Velker, yang telah memperoleh pengalaman luas bekerja dengan kristal germanium selama perang. Tim Velker menumbuhkan sampel kristal germanium yang lebih besar dan lebih bersih, dan dengan peningkatan kualitas material, pada Juni 1948, amplifier titik-kontak Matare menjadi andal.


Gambar X-ray dari "transistron" berdasarkan skema Matare, yang memiliki dua titik kontak dengan germanium

Matara bahkan memiliki model teoretis tentang apa yang terjadi: ia percaya bahwa kontak kedua membuat lubang di jerman, mempercepat perjalanan arus melalui kontak pertama, memasok pembawa muatan minoritas. Velker tidak setuju dengannya, dan percaya bahwa apa yang terjadi tergantung pada efek lapangan tertentu. Namun, sebelum mereka dapat membuat alat atau teori, mereka mengetahui bahwa sekelompok orang Amerika telah mengembangkan konsep yang persis sama - penguat Germanium dengan kontak dua titik - enam bulan sebelumnya.

Murray Hill

Pada akhir perang, Mervyn Kelly mereformasi tim penelitian semikonduktor Bell, yang dipimpin oleh Bill Shockley. Proyek diperluas, menerima lebih banyak dana, dan pindah dari gedung laboratorium asli di Manhattan ke kampus yang berkembang di Murray Hill (New Jersey).


Kampus di Murray Hill, kira-kira. 1960

Untuk mengenal semikonduktor tingkat lanjut lagi (setelah ia terlibat dalam riset operasi dalam perang), pada musim semi 1945, Shockley mengunjungi laboratorium Russell Ola di Holmdel. Ol menghabiskan tahun-tahun perang bekerja dengan silikon, dan tidak kehilangan waktu dengan sia-sia. Dia menunjukkan kepada Shockley penguat kasar dari konstruksinya sendiri, yang dia sebut "desister." Dia mengambil penyearah kontak titik silikon dan mengalirkan arus dari baterai melaluinya. Rupanya, panas baterai mengurangi hambatan melalui titik kontak, dan mengubah penyearah menjadi penguat yang mampu mengirimkan sinyal radio yang masuk ke sirkuit yang cukup kuat untuk memberi daya pada speaker.

Efeknya kasar dan tidak dapat diandalkan, tidak cocok untuk komersialisasi. Namun, itu sudah cukup untuk mengkonfirmasi pendapat Shockley tentang kemungkinan membuat penguat semikonduktor, dan bahwa ini harus dijadikan prioritas dalam penelitian di bidang elektronik solid-state. Juga, pertemuan ini dengan tim Ola meyakinkan Shockley bahwa silikon dan germanium harus dipelajari terlebih dahulu. Mereka menunjukkan sifat listrik yang menarik, dan di samping itu, rekan Ola, ahli metalurgi Jack Scuff dan Henry Terer, mencapai kesuksesan luar biasa dalam menumbuhkan, menyempurnakan dan menambahkan kotoran pada kristal-kristal ini selama perang, melampaui semua teknologi yang tersedia untuk bahan semikonduktor lainnya. Kelompok Shockley tidak lagi membuang waktu untuk amplifier tembaga oksida sebelum perang.

Dengan bantuan Kelly, Shockley mulai mengumpulkan tim baru. Pemain kunci termasuk Walter Bretstein, yang membantu Shockley dengan upaya pertamanya menciptakan penguat semikonduktor (pada 1940), dan John Bardin, seorang fisikawan muda dan pekerja laboratorium Bell baru. Bardin mungkin memiliki pengetahuan paling luas tentang fisika keadaan padat dari semua anggota tim - disertasinya menggambarkan tingkat energi elektron dalam struktur natrium logam. Dia juga protagonis lain dari John Hazbrook Van Fleck, seperti Atanasov dan Brettain.

Dan seperti Atanasov, disertasi Bardin dan Shockley membutuhkan perhitungan yang rumit. Mereka harus menggunakan teori mekanika kuantum semikonduktor, yang didefinisikan oleh Alan Wilson, untuk menghitung struktur energi material menggunakan kalkulator desktop Monroe. Membantu membuat transistor, mereka, pada kenyataannya, berkontribusi pada pembebasan mahasiswa pascasarjana masa depan dari pekerjaan tersebut.

Pendekatan pertama Shockley terhadap amplifier solid-state bergantung pada apa yang kemudian disebut " efek medan "". Dia menggantungkan pelat logam di atas semikonduktor tipe-n (dengan muatan negatif berlebih). Penerapan muatan positif ke pelat menarik kelebihan elektron ke permukaan kristal, menciptakan sungai muatan negatif yang melaluinya arus listrik dapat dengan mudah mengalir. Sinyal yang diperkuat (diwakili oleh tingkat muatan pada pelat) dengan cara ini dapat memodulasi sirkuit utama (melewati permukaan semikonduktor). Operabilitas sirkuit ini didorong kepadanya oleh pengetahuan teoretisnya dalam fisika. ozhestvo tes dan percobaan, skema belum bekerja.

Pada bulan Maret 1946, Bardin telah menciptakan teori yang berkembang dengan baik yang menjelaskan alasan untuk ini: permukaan semikonduktor pada tingkat kuantum berperilaku berbeda dari interiornya. Muatan negatif yang ditarik ke permukaan jatuh ke dalam perangkap "kondisi permukaan" dan menghalangi penetrasi medan listrik dari pelat ke material. Sisa tim menemukan analisis ini meyakinkan, dan meluncurkan program penelitian baru dalam tiga cara:

1. Buktikan keberadaan kondisi permukaan.
2. Periksa properti mereka.
3. Datang dengan cara mengalahkan mereka dan membuat transistor efek medan kerja .

Setelah satu setengah tahun penelitian dan eksperimen, pada 17 November 1947, Bretstein membuat terobosan. Dia menemukan bahwa jika Anda menempatkan cairan yang diisi dengan ion, seperti air, di antara wafer dan semikonduktor, medan listrik dari wafer akan mendorong ion ke arah semikonduktor, di mana mereka akan menetralkan muatan yang terperangkap di permukaan. Sekarang dia bisa mengendalikan perilaku listrik sepotong silikon, mengubah muatan di piring. Keberhasilan ini memberi Bardin ide untuk pendekatan baru dalam menciptakan penguat: mengelilingi titik kontak penyearah dengan air elektrolit, dan kemudian menggunakan kabel kedua dalam air untuk mengontrol keadaan permukaan, dan dengan cara ini mengontrol tingkat konduktivitas kontak utama. Jadi Bardin dan Brettain memasuki garis finish.

Ide Bardin bekerja, tetapi penguatannya lemah dan bekerja pada frekuensi yang sangat rendah, tidak dapat diakses oleh telinga manusia - oleh karena itu tidak berguna dalam peran penguat telepon atau radio. Bardin mengusulkan beralih ke germanium tahan tegangan-balik yang diperoleh di Purdue, percaya bahwa lebih sedikit muatan yang terkumpul di permukaannya. Tiba-tiba mereka menerima dorongan kuat, tetapi berlawanan arah dengan yang diharapkan. Mereka menemukan efek pembawa minoritas - bukannya elektron yang diharapkan, arus yang melewati germanium memperkuat lubang yang berasal dari elektrolit. Arus pada kawat dalam elektrolit menciptakan lapisan tipe-p (wilayah muatan positif berlebih) pada permukaan germanium tipe-n.

Eksperimen selanjutnya menunjukkan bahwa elektrolit sama sekali tidak diperlukan: hanya dengan menempatkan dua titik kontak dekat dengan permukaan germanium, dimungkinkan untuk memodulasi arus dari satu ke yang lain. Untuk membawa mereka sedekat mungkin, Bretstein membungkus sepotong plastik segitiga di sekitar selembar kertas emas, dan kemudian dengan hati-hati memotong kertas itu di bagian ujung. Kemudian, dengan menggunakan pegas, ia menekan segitiga ke Jerman, sebagai akibatnya kedua tepi potongan menyentuh permukaannya pada jarak 0,05 mm. Ini memberi prototipe transistor dari laboratorium Bell penampilannya yang khas:


Prototipe transistor Bretstein dan Bardin

Seperti perangkat Matare dan Velker, pada prinsipnya adalah "kumis kucing" klasik, hanya dengan dua titik kontak dan bukan satu. Pada 16 Desember, ia mengeluarkan penguatan daya dan voltase yang signifikan, dan frekuensi 1000 Hz dalam kisaran kemampuan mendengar. Seminggu kemudian, setelah perbaikan kecil, Bardin dan Bretstein menerima peningkatan tegangan 100 kali dan kekuatan 40 kali, dan menunjukkan kepada direksi Bell bahwa perangkat mereka dapat mereproduksi suara yang terdengar. John Pearce, anggota lain dari tim pengembangan perangkat solid-state, menciptakan istilah "transistor" berdasarkan nama untuk rectifier tembaga oksida, varistor.

Enam bulan berikutnya, laboratorium menyimpan rahasia ciptaan baru. Manajemen ingin memastikan bahwa mereka akan memiliki kepala awal dalam mewujudkan kemampuan komersial dari transistor sebelum orang lain mendapatkannya. Konferensi pers dijadwalkan pada 30 Juni 1948, tepat pada waktunya untuk menghancurkan semua impian Velker dan Matara tentang keabadian. Sementara itu, tim peneliti semikonduktor diam-diam hancur berantakan. Mendengar tentang prestasi Bardin dan Bretstein, bos mereka, Bill Shockley, mulai bekerja untuk mengambil alih semua ketenaran. Dan meskipun ia hanya memainkan peran pengamatan, dalam presentasi publik, Shockley menerima iklan yang setara, jika tidak besar, seperti yang dapat dilihat dari foto yang diterbitkan ini, di mana ia berada di tengah-tengah hal, dan tepat di meja laboratorium:


Iklan foto 1948 - Bardin, Shockley dan Bretstein

Namun, Shockley tidak memiliki ketenaran yang sama. Dan bahkan sebelum siapa pun di luar laboratorium Bell mengetahui tentang transistor, ia mulai membuat ulang untuk menyesuaikannya. Dan ini hanya yang pertama dari banyak penemuan berulang seperti itu.

Apa lagi yang harus dibaca

• Robert Buderi, Penemuan yang Mengubah Dunia (1996)
• Michael Riordan, "Bagaimana Eropa Kehilangan Transistor," IEEE Spectrum (1 November 2005)
• Michael Riordan dan Lillian Hoddeson, Crystal Fire (1997)
• Armand Van Dormael, "The 'French' Transistor," www.cdvandt.org/VanDormael.pdf (1994)