Рождественская история. Продолжение
25.12.2018288

25 декабря 1947 года. Начинается “страстная неделя” Уильяма Шокли, который под впечатлением изобретения Уолтером Браттейном и Джоном Бардин точечного транзистора, садится за разработку теории транзистора с p-n-переходами. В новогоднюю ночь Шокли встанет из-за стола уже изобретателем плоскостного биполярного транзистора.

(Продолжение. Читать начало и продолжение рождественской истории…)

Рождественская история. Продолжение

Открытие Бардин и Браттейном точечного транзистора здорово задело Уильяма Шокли. Нужно было знать натуру физика, чтобы понять, каким ударом это для него стало. Шокли был невероятно, чрезвычайно, фантастически самолюбив. А тут такой поворто: он раньше других задумался о полупроводниковом усилителе, возглавил группу, выбрал направление исследований, но на соавторство в “звездном” патенте претендовать не мог. Срочно прервавший отпуск в Европе ради презентации разработки Бардин и Браттейна, Шокли не мог себе найти места, его распирали противоречивые чувства.

Утром 25 декабря он, не смотря на снежные заносы, заблокировавшие Нью-Йорк в рождественскую ночь, сумел добраться с 7-й улицы до Мюррей Хилл (около 25 миль), где расположены корпуса Bell Telephone Laboratories, чтобы еще раз взглянуть на прототип точечного транзистора. Вернувшись домой, Шокли за одну неделю, которую впоследствии он назовет своей “страстной неделей”, создает теорию транзистора с p-n-переходами, заменившими экзотические иголочки точечного транзистора, и буквально в новогоднюю ночь изобретает плоскостной биполярный транзистор. (Первый работающий прототип биполярного транзистора был изготовлен только в 1950 году.)

Предложение принципиальной схемы более эффективного твердотельного усилителя со слоеной структурой уравняло Шокли в правах на открытие транзисторного эффекта с Бардин и Браттейном, и включение его в состав лауреатов Нобелевской премии по физике 1956 года вполне справедливо. Впрочем, это произойдет позже.

Рождественская история. Продолжение

“Главный творческий прорыв состоялся не тогда, когда я пытался изобрести транзистор, а когда я конструировал установку для экспериментов с поверхностными явлениями в точечных транзисторах. Внезапно до меня дошло, что экспериментальная структура и есть транзистор. Именно она и была запатентована как плоскостной транзистор. Я был удручён тем, что, зная всё необходимое для этого изобретения, я целый год не мог соединить части целого — до тех пор, пока не появился раздражитель в лице точечного транзистора”, – вспоминал Шокли много лет спустя.

Интересно, что “взбодривший” Шокли точечный транзистор Бардин и Браттейна был загадкой для самих его создателей. Было ясно только то, что изобретатели создали не гипотетический полевой транзистор, а нечто иное. Что именно – об этом идут споры до сих пор. Ни в одной рукописи Бардина и Браттейна не упоминались неосновные носители и инжекция заряда — понятия, без которых невозможно было описать поведение транзистора. Прототип 1947 года не дошел до наших дней, и совершенно неясно, на каких принципах он работал. При попытках запуска серийного производства точечных транзисторов Уильям Пфанн из группы Шокли столкнулся с непреодолимыми трудностями, и добился успеха лишь благодаря случайному совпадению (опять!): фосфористая бронза коллекторных контактов первых транзисторов загрязняла поверхность германия атомами фосфора, создавая островки проводимости n-типа. Значение диффузии атомов меди, создававшей островки p-типа, было прояснено только несколько лет спустя работами Кэлвина Фуллера. Транзистор Пфанна фактически был четырёхслойной PNPN-структурой, которая в определённых обстоятельствах демонстрировала несвойственное “настоящим” транзисторам отрицательное сопротивление.

Впрочем, точечный транзистор стал лишь предтечей. “Настоящий” транзистор предстояло создать Шокли. Решение уже было записано в его блокнотах — первые наброски теории p-n-перехода в германии Шокли создал ещё в апреле 1947 года. 8 декабря 1947 года, обсудив с Бардин и Браттейном структуру перспективного “триода”, Шокли вернулся к теоретической проработке усилителя на p-n-переходах.

Рождественская история. Продолжение

В “страстную неделю” на Шокли снизошло озарение. Физик перебрал ряд конфигураций гипотетического транзистора, но ни одна из них не выдержала проверку расчётами. Среди отвергнутых идей была и трёхслойная конфигурация, придуманная Шокли в новогоднюю ночь в номере чикагского отеля “Бисмарк”, и ставшая впоследствии известная как плоскостной или биполярный транзистор. Несколько позднее Шокли понял, что использованная им модель не учитывала инжекции неосновных носителей заряда в базу. Учёт механизма инжекции сделал модель полностью работоспособной.

Не позднее 23 января 1948 года Шокли составил патентную заявку на биполярный транзистор и оформил свои идеи в законченную теорию. В этой работе Шокли, наконец, отбросил попытки создать полевой транзистор и описал ещё не существующий прибор с двумя параллельными p-n-переходами — плоскостной биполярный транзистор. В ней впервые появились такие привычные ныне, но не очевидные в 1948 году утверждения, как необходимость прямого смещения эмиттерного p-n-перехода и обратного смещения коллекторного перехода.

18 февраля в Bell Labs состоялся научный семинар, на котором Джон Шайв продемонстрировал вариант точечного транзистора, контакты которого были расположены на противоположных сторонах германиевой пластинки. Между прототипом Шайва и гипотетическим трёхслойным транзистором Шокли был всего один шаг. Опасаясь, что Бардин и Браттейн сумеют сделать его, Шокли решил раскрыть свои карты. Он вышел к доске и сделал короткий, убедительный доклад-экспромт о своей концепции биполярного транзистора. Все присутствующие, включая Бардин, были поражены красотой идеи. Лишь Браттейн с трудом скрывал возмущение тем, что Шокли фактически противопоставил себя коллективу, работая дома, втайне от коллег.

Рождественская история. Продолжение

В июле 1949 года Шокли изложил свою теорию в Bell System Technical Journal, а в ноябре 1950 года вышел 551-страничный magnum opus Шокли, первая и единственная его книга Electrons and Holes in Semiconductor (в русском переводе 1953 года “Теория электронных полупроводников: Приложения к теории транзисторов”). Книга Шокли опередила развитие технологии примерно на пять лет: описанные в ней биполярные транзисторы существовали только в виде опытных образцов. По ней обучались студенты практически всех университетов англоязычных стран, она, по мнению Жореса Ивановича Алфёрова, стала “настольной книгой по обе стороны Атлантического океана”, а по мнению Джона Молла — “библией для целого поколения исследователей и преподавателей”.

Что было дальше?

Публикация сделала Шокли безоговорочным авторитетом в физике полупроводников и привела к конфликту с Джоном Бардин, который в 1951 году ушёл из Bell Labs, чтобы сосредоточиться на исследованиях сверхпроводимости.

Рождественская история. Продолжение

В 1972 году Бардин вместе со своими учениками Леоном Нилом Купером и Джоном Робертом Шриффером получил Нобелевскую премию “за основополагающую теорию обычных сверхпроводников” (БКШ-теория), став единственным в истории физиком, получившим премию дважды. Кстати, в том же году Ник Холоньяк, самый первый аспирант Джона Бардин, изобрел светодиод.

Сам Шокли формально покинул Bell Labs в 1955 году, хотя уже в 1954 он переехал в Калифорнию, где основал Shockley Semiconductor Laboratory.

Рождественская история. Продолжение

Уильям оказался феерически никудышным руководителем, и через два года от него сбежали ведущие разработчики, знаменитая “вероломная восьмерка”. Компания Шокли распадется, не выпустив ни одного транзистора. Зато основанной “вероломной восьмеркой” компании Fairchild Semiconductor предстояло вывести на рынок первые меза-транзисторы, изобрести планарные структуры, вывести на рынок первые МОП-транзисторы.

Рождественская история. Продолжение

Fairchild Semiconductor стала трамплином для восхождения таких компаний, как AMD, Intel, Intersil, National Semiconductor, Amelco, она [косвенно] повлияла на создание и развитие Amazon.com, Compaq, Genentech, Intuit, Lotus, Macromedia, Netscape, Sun Microsystems, Symantec и десятков других компаний. Собственно, ошибки Шокли в управлении людьми привели, в конечном итоге, к возникновению самоё Кремниевой Долины.

Но это уже совсем другая история…


vd-mais-professional-distributorЗа консультациями по применению современных электронных компонентов в системах различного назначения обращайтесь в отдел электронных компонентов научно-производственной фирмы VD MAIS – ведущего дистрибьютора электронных и электромеханических компонентов в Украине.

Купить онлайн