战争的坩埚为晶体管的出现铺平了道路。 从1939年到1945年，半导体领域的技术知识得到了令人难以置信的增长。 原因很简单：雷达。 战争中最重要的技术包括：空袭检测，搜索潜艇，向目标发送夜间飞行，防空系统和海枪的制导。 工程师甚至学会了将微型雷达塞入炮弹中，以便它们在靠近目标的
无线电保险丝飞行时爆炸。 但是，这种强大的新军事技术的来源却是一个更加和平的领域：出于科学目的研究高层大气。
雷达
1901年，马可尼无线电报成功地将整个康沃尔郡的无线通信传输到了纽芬兰。 这个事实使现代科学感到困惑。 如果无线电以直线传输（应该如此），则这种传输应该是不可能的。 英格兰和加拿大之间没有不跨越地球的直接视线，因此马可尼的信息应该飞入太空。 美国工程师亚瑟·肯尼利（Arthur Kenneli）和英国物理学家奥利弗·海维赛德（Oliver Heaviside）同时并独立地建议，对此现象的解释应该与位于高层大气中的一层电离气体有关，该气体可以将无线电波反射回地球（马尔科尼本人认为无线电波会跟随地球表面的曲率，但是，物理学家不支持他。
到1920年代，科学家们开发了新设备，使他们能够首先证明电离层的存在，然后研究其结构。 他们使用电子管产生短波无线电脉冲，使用定向天线将其发送到大气中并记录回波，并使用
阴极射线设备演示结果。 回声返回延迟越长，电离层应该越远。 这项技术被称为大气探测，它为创建雷达提供了基本的技术基础设施（“雷达”一词，来自“雷达探测与测距”，仅在1940年代出现在美国海军中）。
拥有必要知识，资源和动力的人们了解地面使用此类设备的潜力只是时间问题（因此，雷达的历史与最初打算用于地面的望远镜的历史相反）。 随着无线电在地球上的传播越来越多，越来越多的人注意到附近船只，飞机和其他大型物体的干扰，这种照明的可能性也随之增加。 来自高空大气探测技术领域的知识在第二个
国际极地年 （1932-1933年）期间传播，当时来自不同北极站的科学家编制了电离层地图。 此后不久，英国，美国，德国，意大利，苏联和其他国家的团队开发了最简单的雷达系统。
罗伯特·沃森·瓦特 （ Robert Watson-Watt）和他的1935年雷达然后战争爆发了，雷达对国家的重要性以及开发雷达的资源急剧增加。 在美国，这些资源聚集于1940年在麻省理工学院成立的一个名为
Rad Lab的新组织（专门用来误导外国间谍，并给人以为实验室正在研究放射性的印象-很少有人相信原子能炸弹）。 Rad Lab项目虽然没有曼哈顿项目那么出名，但却跻身美国各地杰出的，才华横溢的物理学家之列。 随后，第一批实验室工作人员中的五名（包括
路易斯·阿尔瓦雷斯和
伊西多尔·艾萨克·拉比 ）获得了诺贝尔奖。 到战争结束时，实验室中大约有500位科学博士，科学家和工程师在工作，共有4,000人工作。 仅在“辐射实验室系列”（共27卷）上花了半百万美元（相当于ENIAC的全部预算），它描述了战争期间在实验室中获得的所有知识（而美国政府在雷达技术上的支出不仅限于Rad Lab预算；在战争期间，政府购买了30亿美元的雷达）。
Rad Lab所在的第20座MIT大楼Rad Lab的主要研究领域之一是高频雷达。 早期的雷达使用的波的长度以米为单位。 但是，更高频率的射线（微波的波长以厘米为单位进行测量）使使用更紧凑的天线成为可能，并且在大距离处散射较少，这在范围和准确性上都具有很大优势。 微波雷达可以安装在飞机的机头中，并检测潜艇潜望镜大小的物体。
解决这个问题的第一个人是来自伯明翰大学的英国物理学家团队。 在1940年，他们开发出了一种“
共振磁控管 ”，其工作原理就像电磁的“哨子”，将随机的电脉冲转变成强大且经过微调的微波束。 这种微波发射器的功率是其最接近的竞争对手的一千倍。 他为实用的高频雷达发射机铺平了道路。 但是，他需要一个伴侣，一个能够记录高频的接收器。 至此，我们回到了半导体的历史。
分段磁控管猫胡子的第二次降临
事实证明，电子管根本不适合接收微波雷达信号。 热阴极和冷阳极之间的间隙会产生电容，因此该电路拒绝在高频下工作。 可用的高频雷达的最佳技术是老式的
猫须 ，将一小段电线压在半导体芯片上。 这是由几个人独立发现的，但是新泽西州发生的事情与我们的历史最接近。
1938年，贝尔实验室与海军签订了一份合同，开发40厘米射程的火控雷达，它比共振磁控管时代之前的现有雷达短得多，因此频率更高。 斯塔滕岛南部霍尔姆德尔的实验室部门接受了主要研究工作。 研究人员花了很长时间才弄清楚对高频接收器的需求，不久，工程师乔治·索思沃思（George Southworth）搜寻了曼哈顿的无线电商店，以寻找旧的猫须探测器。 不出所料，它的性能比灯检测器好得多，但不稳定。 因此，索斯沃思找到了一位名叫罗素·艾尔（Russell All）的电化学师，并要求他设法提高单点接触晶体探测器的响应均匀性。
奥尔是一个相当奇特的人，他认为技术的发展是他的命运，并谈到了对未来的定期启发。 例如，他说，早在1939年，他就知道硅放大器的未来发明，但这种命运注定是为另一个人发明的。 在研究了数十种选择之后，他选择了硅作为Southworth接收器的最佳物质。 问题在于控制材料含量以控制其电性能的能力。 然后，由硅制成的工业用猪被广泛分配，并在钢厂中使用，但是没有人担心这种生产，例如硅中磷的含量为1％。 在几个冶金学家的帮助下，Ol开始获得比以前更清洁的光盘。
在此过程中，他们发现他们的某些晶体在一个方向上整流了电流，而在另一个方向上整流了电流。 他们称它们为“ n型”和“ p型”。 进一步的分析表明，不同类型的杂质是造成这些类型的原因。 硅在元素周期表的第四列中，即，它的外壳上有四个电子。 在纯硅坯料中，这些电子中的每一个都将与相邻电子结合。 来自第三列的杂质，例如硼，其电子少一个，产生了一个“空穴”，这是电流在晶体中流动的额外空间。 结果是p型半导体（带过量的正电荷）。 第五列的元素（例如磷）提供了额外的自由电子来承载电流，从而获得了n型半导体。
硅的晶体结构所有这些研究都是非常有趣的，但是到1940年，Southworth和Ol仍未接近创建工作的高频雷达原型。 同时，由于德国空军的迫在眉睫的威胁，英国政府要求立即取得实际结果，他们已经在该处制造了可与磁控管发射器配合使用的现成微波探测器。
但是很快，技术进步的平衡将趋于大西洋的西侧。 丘吉尔决定在他真正参加战争之前向英国人透露英国的所有技术秘密（因为正如他所假定的那样，无论如何这都是会发生的）。 他认为，冒着信息泄漏的风险是值得的，因为从那以后，美国的所有工业能力都将投入到解决原子武器和雷达等问题上。 1940年9月，英国科学技术任务团（俗称
“ Tizard任务团” ）抵达华盛顿，并带来了以技术奇迹形式赠送的礼物。
揭示了共振磁控管令人难以置信的强大功能以及英国晶体探测器接收信号的有效性，这使美国人在半导体领域作为高频雷达的基础的研究得到了振兴。 有很多工作要做，特别是在材料科学领域。 为了满足这些要求，“需要生产数以百万计的半导体晶体，比以前可能的要多得多。 有必要提高矫直度，降低对震动的敏感性和燃尽的可能性，并使不同批次的晶体之间的差异最小化。”
硅整流器Rad Lab开设了新的研究部门，以研究半导体晶体的特性以及如何更改它们以最大化接收器的宝贵特性。 最有前途的材料是硅和锗，因此Rad Lab决定放心使用它，并启动了并行研究计划，以研究二者：宾夕法尼亚大学的硅和普渡大学的锗。 贝尔，西屋，杜邦和西尔瓦尼亚等工业巨头已经开始了自己的半导体研究计划，并已开始开发用于晶体探测器的新制造设施。
总之，硅和锗晶体的纯度从开始时的99％提高到了99.999％，也就是说，每100,000个原子增加了一个杂质颗粒。 在此过程中，科学家和工程师的干部对锗和硅的抽象特性以及控制它们的应用技术非常熟悉：熔化，晶体生长，添加必要的杂质（例如增加导电性的硼）。
然后战争结束了。 对雷达的需求已经消失，但是战争中获得的知识和技能并未消失，并且没有忘记固态放大器的梦想。 现在比赛是制造这样的放大器。 至少有三支球队处于良好位置，获得了这一奖项。
西拉斐特
第一个是普渡大学的一个小组，由奥地利血统的物理学家卡尔·拉克·霍洛维茨（Karl Lark-Horowitz）领导。 利用才能和影响力，他一手将大学的物理系从遗忘中删除，并影响了Rad Lab决定委托他的实验室从事锗研究的决定。
1947年，卡尔·拉克·霍洛维兹（Karl Lark Horowitz）在中心，拿着烟斗到1940年代初，硅被认为是雷达整流器的最佳材料，但是元素周期表中正下方的材料也值得进一步研究。 德国具有较低的熔点，因此具有实际优势，它的熔点更低：约940度，而硅（几乎像钢）则为1400度。 由于熔点高，很难制成不会泄漏到熔融硅中的猪，从而污染了硅。
因此，拉克·霍洛维茨（Lark-Horowitz）和他的同事们在整个战争中花费了大量精力研究德国的化学，电气和物理特性。 最重要的障碍是“反向电压”：处于极低电压的锗整流器停止整流电流，并允许其反向流动。 反向电流脉冲烧毁了雷达的其余组件。 拉克·霍洛维茨大学（Lark Horowitz）的一名研究生Seymour Benzer对这一问题进行了一年多的研究，最终开发出一种锡基添加剂，该添加剂可在电压高达数百伏时阻止反向脉冲。 此后不久，贝尔实验室的制造部门Western Electric开始生产基于Benzer电路的整流器，用于军事目的。
战后，德国继续在普渡大学学习。 1947年6月，已经是教授的本泽尔报告了一个异常现象：在某些实验中，锗晶体中出现了高频振动。 他的同事拉尔夫·布雷（Ralph Bray）继续研究该项目的“体积阻力”，该项目始于战争期间。 体积电阻描述了电流在整流器接触点处如何在锗晶体中流动。 布瑞发现高压脉冲显着降低了n型锗对这些电流的电阻。 不知道这一点，他目睹了所谓的 “少数派”电荷携带者。 在n型半导体中，过量的负电荷充当主要的电荷载流子，但正的“空穴”也可以载流电流，在这种情况下，高压脉冲在锗结构中产生了空穴，因此出现了少数电荷载流子。
Bray和Benzer诱人地靠近锗放大器，但没有意识到。 在1948年1月的一次会议上，本泽（Benzer）抓住了贝尔实验室的科学家沃尔特·布拉顿（Walter Brattain），与他讨论体积阻力。 他建议Brattain在第一个旁边布置另一个点接触，该点接触可以传导电流，然后他们也许能够了解地下发生了什么。 Brattain悄悄地同意了这个提议，于是离开了。 正如我们将看到的，他非常了解类似的实验可以揭示什么。
一头乌木
普渡大学团队拥有向晶体管飞跃的技术和理论基础。 但是他们只能偶然地偶然发现它。 他们对材料的物理特性感兴趣，而不是对新型设备的搜索感兴趣。 法国的Onet-sous-Bois发生了完全不同的局面，两位前德国雷达研究人员Heinrich Welker和Herbert Mathare领导了一个旨在制造工业半导体器件的团队。
Velker首先在由著名理论家阿诺德·索默费尔德（Arnold Sommerfeld）管理的慕尼黑大学学习物理学，然后任教。 自1940年以来，他离开了纯粹的理论道路，开始为德国空军制造雷达。 Matar（比利时籍）在亚琛长大，在那里他学习物理学。 他于1939年加入德国无线电巨人Telefunken的研究部门。 战争期间，他将工作从柏林东部转移到西里西亚的修道院，以避免反希特勒联盟的空袭，然后又向西转移，以避免前进的红军，并最终落入美军手中。
就像反希特勒联盟的竞争对手一样，到1940年代初，德国人知道晶体探测器是雷达的理想接收器，而硅和锗是制造它们的最有希望的材料。 战争期间的Matera和Velker试图提高这些材料在整流器中的有效使用。 战争结束后，两人均受到有关其军事工作的定期审问，最终于1946年收到法国情报人员的邀请前往巴黎。
Compagnie des Freins & Signaux (« »), Westinghouse, . , . , 1940, , . , .
Velker和Mathare在巴黎郊区的一个单层Bois的两层楼房中建立了总部，并在一组技术人员的帮助下安排了1947年底成功生产锗整流器。然后他们获得了更为丰厚的奖项：Velker返回了他感兴趣的超导体，而Matar放大器。
1950年的赫伯特·马萨雷（Herbert Mathare）– «» – . , « », 1/100 , , . , . , , . , 1948 .
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战争结束时，梅尔文·凯利（Mervyn Kelly）改革了由比尔·肖克利（Bill Shockley）领导的贝尔半导体研究团队。该项目得到了扩展，获得了更多的资金，并从曼哈顿的原始实验室大楼搬到了新泽西州默里山的一个不断扩大的校园。
约默里山校区1960年为了再次了解先进的半导体（在他参与了战争的运筹学之后），1945年春，肖克利参观了位于霍姆德尔的罗素·奥拉实验室。奥尔在战争期间度过了从事硅片的工作，并没有浪费时间。他向肖克利展示了他自己的结构的粗鲁放大器，他称之为“恶魔”。他带了一个硅点接触式整流器，使电池中的电流通过它。显然，电池的热量降低了通过接触点的电阻，并将整流器变成了一个放大器，该放大器能够将传入的无线电信号传输到功率足以为扬声器供电的电路, . , , . , . , , , , , , . .
在凯利的帮助下，肖克利开始组建一个新团队。主要参与者包括Walter Bretstein，他帮助Shockley首次尝试制造半导体放大器（在1940年），以及年轻的物理学家和新的Bell实验室工作人员John Bardin。巴丁可能对所有团队成员都有最广泛的固态物理学知识-他的论文描述了金属钠结构中电子的能级。他还是约翰·哈兹布鲁克·范·弗莱克（John Hazbrook Van Fleck）的另一位主角，例如阿塔纳索夫（Atanasov）和不列颠（Brettain）。与Atanasov一样，Bardin和Shockley的论文也需要复杂的计算。他们必须使用由艾伦·威尔逊（Alan Wilson）定义的半导体量子力学理论，来使用门罗台式计算器来计算材料的能量结构。实际上，它们帮助制造了晶体管，从而为将来的这类研究生的毕业工作做出了贡献。肖克利对固态放大器的第一种方法依赖于后来称为“ 场效应 ”的东西。 ". n- ( ). , , . ( ) ( ). . , , .
到1946年3月，巴丁（Bardin）建立了一个发达的理论，解释了这一现象的原因：半导体表面在量子水平上的行为与其内部不同。吸引到表面的负电荷落入“表面状态”的陷阱，并阻止电场从板渗透到材料中。团队的其他成员认为此分析令人信服，并通过三种方式启动了新的研究计划：- 证明表面状态的存在。
- 检查它们的属性。
- 提出如何打败他们并制造一个工作场效应晶体管。
, 17 1947 . , , , , , , , . , . : , , . .
Bardin的想法奏效了，但是增益很弱，并且只能在人耳无法接近的非常低的频率下工作-因此，它在电话或无线电放大器的作用中没有用。 Bardin建议改用在Purdue获得的耐反向电压的锗，因为他相信会在其表面收集更少的电荷。突然间，他们获得了强大的推动力，但方向与预期相反。他们发现了少数载流子的作用-流过锗的电流增强了来自电解质的空穴，而不是预期的电子，而是增强了锗的电流。电解液中导线上的电流在n型锗的表面上形成p型层（过量正电荷的区域）。随后的实验表明，根本不需要电解质：只需将两个接触点靠近锗表面放置，就可以将电流从一个接触点调制到另一个接触点。为了使它们尽可能接近，布雷特施泰因将一块三角形的塑料包裹在一块金箔上，然后仔细切开箔的末端。然后，他用弹簧将三角形压向德国，结果，切口的两个边缘以0.05毫米的距离接触其表面。这使贝尔实验室的晶体管原型具有独特的外观：
Bretstein和Bardin晶体管的原型像Matare和Velker装置一样，从原理上讲，它是经典的“猫科动物胡子”，只有两个接触点而不是一个。 12月16日，他发布了可观的功率和电压增益，可听范围内的频率为1000 Hz。一周后，经过细微的改进，巴丁和布雷特斯坦的电压提高了100倍，功率提高了40倍，并向贝尔的导演展示了他们的设备可以再现可听见的语音。固态设备开发团队的另一位成员约翰·皮尔斯（John Pearce）根据变阻器氧化铜整流器的名称创造了“晶体管”一词。. , , - . - 30 1948 , , . , - . , , , , . , , – , , :
1948 – ,. , - , , . .
还有什么要读
- Robert Buderi, The Invention That Changed the World (1996)
- Michael Riordan, “How Europe Missed the Transistor,” IEEE Spectrum (Nov. 1, 2005)
- Michael Riordan and Lillian Hoddeson, Crystal Fire (1997)
- Armand Van Dormael, “The 'French' Transistor,” www.cdvandt.org/VanDormael.pdf (1994)