Начало научному изучению полупроводников, материалов, электропроводность которых имеет промежуточное значение между проводимостями проводника и диэлектрика, положили немец Томас Зеебек и англичанин Майкл Фарадей в первой половине XIX века, которые открыли их нетипичное поведение при нагревании. Устройства на основе полупроводников создавались эмпирически и самыми известными из них стали приемник из кристаллического селена, с помощью которого в 1880 году американец Грэхем Белл осуществил передачу первого беспроводного телефонного сообщения, и первая работающая солнечная батарея американца Чарльза Фриттса, созданная в 1883 году также на основе селена. С этого и началось изобретение транзистора.
Развитие полупроводников
В начале XX века полупроводники начали использоваться при создании детекторов для радиоустройств, электрических выпрямителей тока и датчиков инфракрасного излучения. В 1925 году канадец Джулиус Лилиенфельд подал заявку на патент под названием «Метод и прибор для управления электрическими токами», в котором описал усилитель тока в виде металлической и полупроводниковой пластинок, разделенных слоем диэлектрика, управление которым осуществлялось через влияние электрического поля на проводящие свойства полупроводника. Однако Лилиенфельду так и не удалось изготовить действующий образец этого устройства и его идея устройства, уже значительно позже названного полевым транзистором, была забыта на несколько десятилетий.
Вскоре после завершения Второй мировой войны американская компания «AT&T Bell Laboratories» собрала в штате Нью-Джерси группу специалистов для создания твердотельного устройства, которое бы заменило хрупкие вакуумные лампы-триоды из стекла. Возглавил ее 35-летний специалист в области физики твердого тела Уильям Шокли, который предложил использовать влияние внешнего электрического поля на проводящие свойства полупроводников. Однако длительные эксперименты не принесли успеха. Объяснение неудачам дал физик-теоретик Джон Бардин, который в опубликованной зимой 1946 года научной работе выдвинул идею о существовании т. н. «поверхностных состояний» — центров локализации заряда при электризации тела, которые предотвращают проникновение электрического поля вглубь полупроводника.
Эксперименты, проведенные его коллегой Уолтером Браттейном, позволили подтвердить гипотезу Бардина, который вместе с Шокли провел теоретические расчеты плотности поверхностных состояний. Они дали толчок для дальнейших экспериментов — для усиления электрического сигнала следовало поместить входной и выходной точечные контакты как можно ближе друг к другу на поверхности полупроводникового кристалла, а третий контакт использовать для «впрыска» электронов между ними. Изобретение транзистора было не за горами.
Изобретение транзистора
Соответствующее устройство было создано Браттейном после длительных экспериментов с размерами и формами электродов, напряжениями и частотой тока — 16 декабря 1947 года он впервые зафиксировал эффект усиления, получив на выходе сигнал большим, чем на входе. Через неделю, вечером 23 декабря, Браттейн продемострировал полупроводниковый усилитель на основе кристалла германия с двумя золотыми контактами своим коллегам по группе и руководству «Bell Laboratories». Сегодня эта дата считается днем изобретения транзистора (как 28 мая 1948 года было названо это устройство по предложению члена группы физика Джона Пирса), о котором широкой публике было сообщено 30 июня 1948 года.
Шокли раньше других оценил совершенно фантастические перспективы транзисторного эффекта и, стремясь присвоить лавры первооткрывателя, пытался единолично подать заявку на патент. Это вызвало протесты Бардина и Браттейна, считавших, что идея, предложенная Шокли в начале исследований, не дала желаемого результата, и к успеху группы он не имеет никакого отношения. Примирить коллег удалось руководству компании, адвокаты которой обнаружили патент Лилиенфельда 1925 года, где было описано подобное устройство, и предложили запатентовать изобретение под названием «транзистор на точечном p-n переходе».
Подтверждением совместных усилий Уильяма Шокли, Джона Бардина и Уолтера Браттейна в их революционном достижении, стало вручение им в 1956 году Нобелевской премии по физике за «исследование полупроводников и обнаружение транзисторного эффекта». Однако в это время они уже не работали вместе — после того как Шокли тайно от коллег в 1950 году разработал принципиально другой тип твердотельного усилителя, известный ныне как биполярный транзистор, работать с ним отказался Браттейн, а возмущенный Бардин вообще покинул компанию. В дальнейшем ни первый, ни второй не работали над усовершенствованием транзистора, устройства, которое кардинально изменив электронику и компьютерную технику, стало одним из важнейших изобретений XX века.
Как появилась «Силиконовая долина»?
Зато Шокли в 1956-м переехал в Маунтин-Вью, штат Калифорния, где основал собственную компанию, которая работала над созданием полупроводниковых устройств из кремния, что в дальнейшем дало название целому региону, известному ныне как «Силиконовая долина». Однако его на этом пути ждало фиаско — сложный характер, параноидальная мнительность и невыносимые авторитарные методы управления привели к тому, что уже через год восемь ведущих физиков и инженеров покинули «Shockley Semiconductor Laboratory» и основали сначала собственную компанию «Fairchild Semiconductor», а в дальнейшем — десятки других компаний по микроэлектронике, включая ведущие корпорации мира, такие как «Intel», «AMD» и «Zilog».
