транзистор-нашевсе / Транзисторная история. Изобретение транзисторов и развитие полупроводниковой электроники

димость данного вещества (а это был, как мы

татно. Явление есть, объяснения нет. По этой

теперь называем, полупроводник) растет

причине современники Брауна не заинтере-

с повышением температуры, в противопо-

совались его открытием, и только пять деся-

ложность проводимости металлов, которая

тилетий спустя выпрямляющие свойства по-

в данном случае уменьшается. Почему так

лупроводников были использованы в детек-

происходит? С чем это связано? На эти во-

торных приемниках.

просы Фарадей ответить не смог.

Год 1906. Американский инженер Гринлиф

Следующей вехой в развитии твердотель-

Виттер Пикард (рис. 5) получает патент

Джон Бардин Уолтер Браттейн Уильям Шокли

ной электроники стал 1874 год. Немецкий

на кристаллический детектор (рис. 6). В сво-

Рис. 1. Лауреаты Нобелевской премии по физике

физик Фердинанд Браун (рис. 3), будущий

ей заявке на получение патента он пишет:

нобелевский лауреат (в 1909 году он получит

за 1956 год

премию «За выдающийся вклад в создание

беспроволочной телеграфии») публикует ста-

овно 50 лет назад американцам Джону

тью в журнале Analen der Physik und Chemie,

Бардину, Уолтеру Браттейну и Уилья-

в которой на примере «естественных и искус-

Рму Шокли (рис. 1) была присуждена

ственных серных металлов» описывает важ-

Нобелевская премия по физике «За исследо-

нейшее свойство полупроводников — про-

вания в области полупроводников и откры-

водить электрический ток только в одном на-

тие транзистора». Тем не менее, анализ исто-

правлении. Выпрямляющее свойство

рии науки однозначно свидетельствует, что

контакта полупроводника с металлом проти-

открытие транзистора — это не только заслу-

воречило закону Ома. Браун (рис. 4) пытает-

женный успех Бардина, Браттейна и Шокли.

ся объяснить наблюдаемое явление и прово-

Первые опыты

дит дальнейшие исследования, но безрезуль-

Рис. 5. Гринлиф Пикард

Рождение твердотельной электроники

можно отнести к 1833 году. Именно тогда

Майкл Фарадей (рис. 2), экспериментируя

с сульфидом серебра, обнаружил, что прово-

Рис. 6. Принципиальная схема кристаллического

Рис. 2. Майкл Фарадей и его лаборатория

Рис. 4. Фердинанд Браун в своей лаборатории

детектора Пикарда

Для повышения громкости и дальности при-

ема применяются высокие антенны. В городах

применять такие антенны было затруднитель-

но из-за промышленных помех. На открытой

местности, где практически нет помех, хоро-

ший прием радиосигналов не всегда удавался

из-за низкого качества детекторов. Введение

в антенный контур приемника отрицательно-

го сопротивления детектора с цинкитом, по-

ставленного в режим, близкий к самовозбуж-

дению, значительно усиливало принимаемые

сигналы. Радиолюбителям удавалось услышать

самые отдаленные станции. Заметно повыша-

лась избирательность приема. И это без ис-

Рис 12. Уильям Генри Икклз

Рис. 13. Лео Исаки

пользования электронных ламп!

Лампы были не дешевы, причем к ним

требовался специальный источник питания,

время забывают. Икклз тоже ошибочно объ-

бы сказали, что прибор Лосева — это двух-

а детектор Лосева мог работать от обычных

яснял механизм «отрицательного» сопротив-

полюсник с N-образной вольтамперной ха-

батареек для карманного фонарика.

ления исходя из того, что сопротивление по-

рактеристикой, или туннельный диод, за ко-

В итоге оказалось, что простые приемни-

лупроводника падает с увеличением темпе-

торый в 1973 году японский физик Лео Иса-

ки конструкции Шапошникова с генериру-

ратуры вследствие тепловых эффектов,

ки (рис. 13) получил Нобелевскую премию.

ющими кристаллами предоставляют воз-

возникающих на границе «металл–полупро-

Руководство нижегородской лаборатории

можность осуществлять гетеродинный при-

водник».

понимало, что серийно воспроизвести эф-

ем, являвшийся в то время последним словом

В 1922 году на страницах научного жур-

фект не удастся. Немного поработав, детек-

радиоприемной техники. В последующих ста-

нала «Телеграфия и телефония без прово-

торы практически теряли свойства усиления

тьях Лосев описывает методику быстрого по-

дов» появляется первая статья Лосева, по-

и генерации. Об отказе от ламп не могло быть

иска активных точек на поверхности цинки-

священная усиливающему и генерирующе-

и речи. Тем не менее практическая значи-

та и заменяет угольное острие металличес-

му детектору. В ней он очень подробно

мость открытия Лосева была огромной.

ким. Он дает рекомендации, как следует

описывает результаты своих экспериментов,

В 1920-е годы во всем мире, в том числе

обрабатывать кристаллы и приводит несколь-

причем особое внимание уделяет обязатель-

и в Советском Союзе, радиолюбительство

ко практических схем для самостоятельной

ному присутствию падающего участка вольт-

принимает характер эпидемии. Советские

сборки радиоприемников (рис. 15).

амперной характеристики контакта.

радиолюбители пользуются простейшими

Устройство Лосева позволяет не только

В те годы Лосев активно занимается само-

детекторными приемниками, собранными

принимать сигналы на больших расстояни-

образованием. Его непосредственный руко-

по схеме Шапошникова (рис. 14).

ях, но и передавать их. Радиолюбители в мас-

водитель профессор В. К. Лебединский помо-

совом порядке, на основе детекторов-генера-

гает ему в изучении радиофизики. Лебедин-

торов, изготавливают радиопередатчики, под-

ский понимает, что его молодой сотрудник

держивающие связь в радиусе нескольких

сделал настоящее открытие и тоже пытает-

километров. Вскоре издается брошюра Лосе-

ся дать объяснение наблюдаемому эффек-

ва (рис. 16). Она расходится миллионными

ту, но тщетно. Фундаментальная наука того

тиражами. Восторженные радиолюбители пи-

времени еще не знает квантовой механики.

сали в различные научно-популярные жур-

Лосев, в свою очередь, выдвигает гипотезу,

налы, что «при помощи цинкитного детек-

что при большом токе в зоне контакта возни-

тора в Томске, например, можно услышать

кает некий электрический разряд наподобие

Москву, Нижний и даже заграничные стан-

вольтовой дуги, но только без разогрева. Этот

ции».

разряд закорачивает высокое сопротивление

На все свои технические решения Лосев по-

контакта, обеспечивая генерацию.

лучает патенты, начиная с «Детекторного

Лишь через тридцать лет сумели понять,

Рис. 14. Детекторный приемник Шапошникова

приемника-гетеродина», заявленного в дека-

что собственно было открыто. Сегодня мы

бре 1923 года.

Рис. 15. Принципиальная схема кристадина О. В. Лосева

Рис. 16. Брошюра Лосева, издание 1924 года

Статьи Лосева печатаются в таких журна-

вии), обустраивает свой быт и продолжает

Масштаб этого открытия нам еще только

лах, как «ЖЭТФ», «Доклады АН СССР», Radio

заниматься кристаллами.

предстоит понять. Пройдет не так много вре-

Revue, Philosophical Magazine, Physikalische

В 1928 году, по решению правительства, те-

мени, и в каждом доме вместо привычной

Zeitschrift.

матика нижегородской радиолаборатории вме-

лампы накаливания будут гореть «электрон-

Лосев становится знаменитостью, а ведь

сте с сотрудниками передается в Центральную

ные генераторы света», как назвал светодио-

ему еще не исполнилось и двадцати лет!

радиолабораторию в Ленинграде, которая,

ды Лосев.

Например, в редакторском предисловии

в свою очередь, тоже постоянно реорганизу-

Еще в 1923 году, экспериментируя с крис-

к статье Лосева «Осциллирующие кристал-

ется. На новом месте Лосев продолжает зани-

тадинами, Лосев обратил внимание на свече-

лы» в американском журнале The Wireless

маться полупроводниками, но вскоре Цент-

ние кристаллов при пропускании через них

World and Radio Review за октябрь 1924 года

ральную радиолабораторию преобразовыва-

электрического тока. Особенно ярко свети-

говорится: «Автор этой статьи, господин Олег

ют в Институт радиовещательного приема

лись карборундовые детекторы. В 1920-е го-

Лосев из России, за сравнительно короткий

и акустик. В новом институте своя програм-

ды на Западе явление электролюминесцен-

промежуток времени приобрел мировую из-

ма исследований, тематика работ сужается.

ции одно время даже называли «свет Лосева»

вестность в связи с его открытием осцилли-

Лаборанту Лосеву удается устроиться по сов-

(Losev light, Lossew Licht). Лосев занялся изу-

рующих свойств у некоторых кристаллов».

местительству в Ленинградский физико-тех-

чением и объяснением полученной электро-

Другой американский журнал — Radio

нический институт (ЛФТИ), где у него появля-

люминесценции. Он первым оценил огром-

News — примерно в то же время публикует

ется возможность продолжить исследования

ные перспективы таких источников света,

статью под заголовком «Сенсационное изо-

новых физических эффектов в полупроводни-

особо подчеркивая их высокую яркость и бы-

бретение», в которой отмечается: «Нет необ-

ках. В конце 1920-х годов у Лосева появилась

стродействие. Лосев стал обладателем перво-

ходимости доказывать, что это — революци-

идея создать твердотельный аналог трехэлект-

го патента на изобретение светового реле —

онное радиоизобретение. В скором времени

родной вакуумной радиолампы.

прибора с электролюминесцентным источ-

мы будем говорить о схеме с тремя или шес-

В 1929–1933 гг., по предложению А. Ф. Иоф-

ником света.

тью кристаллами, как мы говорим сейчас

фе, Лосев проводит исследования полупро-

В 70-х годах ХХ века, когда светодиоды ста-

о схеме с тремя или шестью усилительными

водникового устройства, полностью повто-

ли широко применяться, в журнале Electronic

лампами. Потребуется несколько лет, чтобы

ряющего конструкцию точечного транзисто-

World за 1907 год была обнаружена статья ан-

генерирующий кристалл усовершенствовал-

ра. Как известно, принцип действия этого

гличанина Генри Роунда, в которой автор, бу-

ся настолько, чтобы стать лучше вакуумной

прибора заключается в управлении током, те-

дучи сотрудником лаборатории Маркони, со-

лампы, но мы предсказываем, что такое вре-

кущим между двумя электродами, с помо-

общал, что видел свечение в контакте карбо-

мя наступит».

щью дополнительного электрода. Лосев дей-

рундового детектора при подаче на него

Автор этой статьи Хьюго Гернсбек назы-

ствительно наблюдал данный эффект, но,

внешнего электрического поля. Никаких со-

вает твердотельный приемник Лосева — кри-

к сожалению, общий коэффициент такого

ображений, объясняющих физику этого яв-

стадином (кристалл + гетеродин). Причем не

управления не позволял получить усиление

ления, не приводилось. Данная заметка не

только называет, но и предусмотрительно ре-

сигнала. Для этой цели Лосев использовал

оказала никакого влияния на последующие

гистрирует название, как торговую марку

только кристалл карборунда (SiC), а не кри-

исследования в области электролюминесцен-

(рис. 17). Спрос на кристадины огромен.

сталл цинкита (ZnO), имевшего значитель-

ции, тем не менее, автор статьи сегодня офи-

но лучшие характеристики в кристалличес-

циально считается первооткрывателем све-

ком усилителе (Что странно! Ему ли не знать

тодиода.

о свойствах этого кристалла.) До недавнего

Лосев независимо открыл явление элект-

времени считалось, что после вынужденно-

ролюминесценции и провел ряд исследова-

го ухода из ЛФТИ Лосев не возвращался

ний на примере кристалла карборунда. Он

к идее полупроводниковых усилителей.

выделил два физически различных явления,

Однако существует довольно любопытный

которые наблюдаются при разной полярно-

документ, написанный самим Лосевым.

сти напряжения на контактах. Его несомнен-

Он датирован 12 июля 1939 года и в настоя-

ной заслугой является обнаружение эффек-

щее время хранится в Политехническом му-

та предпробойной электролюминесценции,

зее. В этом документе, озаглавленном «Жиз-

названной им «свечение номер один», и ин-

неописание Олега Владимировича Лосева»,

жекционной электролюминесценции —

Рис. 17. Кристаллический детектор Лосева.

кроме интересных фактов его жизни содер-

«свечение номер два». В наши дни эффект

жится и перечень научных результатов. Осо-

предпробойной люминесценции широко

Изготовлен в Radio News Laboratories. США, 1924 год

бый интерес вызывают следующие строки:

применяется при создании электролюминес-

«Установлено, что с полупроводниками мо-

центных дисплеев, а инжекционная электро-

Интересно, что когда в нижегородскую ла-

жет быть построена трехэлектродная систе-

люминесценция является основой светодио-

бораторию приезжают немецкие радиотехни-

ма, аналогичная триоду, как и триод, дающая

дов и полупроводниковых лазеров. Лосеву

ки, чтобы лично познакомиться с Лосевым,

характеристики, показывающие отрицатель-

удалось существенно продвинуться в пони-

они не верят своим глазам. Они поражаются

ное сопротивление. Эти работы в настоящее

мании физики этих явлений задолго до со-

таланту и юному возрасту изобретателя.

время подготавливаются мною к печати…».

здания зонной теории полупроводников.

В письмах из-за границы Лосева величали не

К сожалению, пока не установлена судьба

Впоследствии, в 1936 году, свечение номер

иначе как профессором. Никто и представить

этих работ, которые могли бы полностью из-

один было заново обнаружено французским

не мог, что профессор еще только постигает

менить представление об истории открытия

физиком Жоржем Дестрио. В научной лите-

азы науки. Впрочем, очень скоро Лосев ста-

транзистора — самого революционного изо-

ратуре оно известно под названием «эффект

нет блестящим физиком-экспериментатором

бретения XX века.

Дестрио», хотя сам Дестрио приоритет в от-

и еще раз заставит мир заговорить о себе.

Рассказывая о выдающемся вкладе Олега

крытии этого явления отдавал Олегу Лосеву.

В лаборатории с должности рассыльного

Владимировича Лосева в развитие современ-

Наверное, было бы несправедливо оспари-

его переводят в лаборанты, предоставляют

ной электроники, просто невозможно не упо-

вать приоритет Роунда в открытии светоди-

жилье. В Нижнем Новгороде Лосев женится

мянуть о его открытии светоизлучающего

ода. И все же нельзя забывать, что изобрета-

(правда, неудачно, как оказалось впоследст-

диода.

телями радио по праву считаются Маркони

и Попов, хотя всем известно, что радиовол-

люминесценции. По результатам проведен-

В том же 1942 году в США компании

ны первым наблюдал Герц. И таких приме-

ных экспериментов Лосев сделал предполо-

Sylvania и Western Electric начали промыш-

ров в истории науки множество.

жение, что причиной униполярной проводи-

ленное производство кремниевых (а чуть поз-

В своей статье Subhistory of Light Emitting

мости является различие условий движения

же и германиевых) точечных диодов, кото-

Diode известный американский ученый в об-

электрона по обе стороны активного слоя

рые использовались в качестве детекторов-

ласти электролюминесценции Игон Лобнер

(или, как бы мы сказали сегодня, — разные

смесителей в радиолокаторах. Смерть Лосева

пишет о Лосеве: «Своими пионерскими ис-

типы проводимости). Впоследствии, экспе-

совпала по времени с рождением кремние-

следованиями в области светодиодов и фо-

риментируя с тремя и более зондами-элект-

вых технологий.

тодетекторов он внес вклад в будущий про-

родами, расположенными в данных облас-

Военный трамплин

гресс оптической связи. Его исследования бы-

тях, он действительно подтвердил свое пред-

ли так точны и его публикации так ясны, что

положение. Эти исследования являются еще

без труда можно представить сейчас, что тог-

одним значительным достижением Лосева

В 1925 году корпорация American Telephone

да происходило в его лаборатории. Его инту-

как ученого-физика.

and Telegraph (AT&T) открывает научный

итивный выбор и искусство эксперимента

В 1935 году, в результате очередной реор-

и опытно-конструкторский центр Bell

просто изумляют».

ганизации радиовещательного института

Telephone Laboratories. В 1936 году директор

Сегодня мы понимаем, что без квантовой

и непростых отношений с руководством,

Bell Telephone Laboratories Мервин Келли ре-

теории строения полупроводников предста-

Лосев остается без работы. Лаборанту Лосе-

шает сформировать группу ученых, которая

вить развитие твердотельной электроники

ву дозволялось делать открытия, но не греть-

провела бы серию исследований, направлен-

невозможно. Поэтому талант Лосева пора-

ся в лучах славы. И это при том, что его имя

ных на замену ламповых усилителей полу-

жает воображение. Он с самого начала видел

было хорошо известно сильным мира сего.

проводниковыми. Группу возглавил Джозеф

единую физическую природу кристадина

В письме, датируемом 16 мая 1930 года, ака-

Бекер, привлекший к работе физика-теоре-

и явления инжекционной люминесценции

демик А. Ф. Иоффе пишет своему коллеге

тика Уильяма Шокли и блестящего экспери-

и в этом значительно опередил свое время.

Паулю Эренфесту: «В научном отношении

ментатора Уолтера Браттейна.

После него исследования детекторов и элек-

у меня ряд успехов. Так, Лосев получил в кар-

Окончив докторантуру в Массачусетском

тролюминесценции проводились отдельно

борунде и других кристаллах свечение под

технологическом институте, знаменитом

друг от друга, как самостоятельные направ-

действием электронов в 2–6 вольт. Граница

МТИ, и поступив на работу в Bell Telephone

ления. Анализ результатов показывает, что на

свечения в спектре ограничена…».

Laboratories, Шокли, будучи исключительно

протяжении почти двадцати лет после появ-

В ЛФТИ у Лосева долгое время было свое

амбициозным и честолюбивым человеком,

ления работ Лосева не было сделано ничего

рабочее место, но в институт его не берут,

энергично берется за дело. В 1938 году, в ра-

нового с точки зрения понимания физики

слишком независимый он человек. Все рабо-

бочей тетради 26-летнего Шокли появляется

этого явления. Только в 1951 году американ-

ты выполнял самостоятельно — ни в одной

первый набросок полупроводникового три-

ский физик Курт Леховец (рис. 18) установил,

из них нет соавторов.

ода. Идея проста и не отличается оригиналь-

что детектирование и электролюминесцен-

При помощи друзей Лосев устраивается ас-

ностью: сделать устройство, максимально по-

ция имеют единую природу, связанную с по-

систентом на кафедру физики Первого меди-

хожее на электронную лампу, с тем лишь от-

ведением носителей тока в p-n-переходах.

цинского института. На новом месте ему на-

личием, что электроны в нем будут протекать

много сложнее заниматься научной работой,

по тонкому нитевидному полупроводнику,

поскольку нет необходимого оборудования.

а не пролетать в вакууме между катодом

Тем не менее, задавшись целью выбрать ма-

и анодом. Для управления током полупровод-

териал для изготовления фотоэлементов

ника предполагалось ввести дополнительный

и фотосопротивлений, Лосев продолжает ис-

электрод (аналог сетки) — прикладывая к не-

следования фотоэлектрических свойств кри-

му напряжение разной полярности. Таким об-

сталлов. Он изучает более 90 веществ и осо-

разом, можно будет либо уменьшать, либо

бо выделяет кремний с его заметной фоточув-

увеличивать количество электронов в нити

ствительностью.

и, соответственно, изменять ее сопротивле-

В то время не было достаточно чистых ма-

ние и протекающий ток. Все как в радио-

Рис. 18. Курт Леховец

териалов, чтобы добиться точного воспроиз-

лампе, только без вакуума, без громоздкого

ведения полученных результатов, но Лосев

стеклянного баллона и без подогрева катода.

(в который раз!) чисто интуитивно понима-

Вытеснение электронов из нити или их при-

Следует отметить, что в своей работе Лехо-

ет, что этому материалу принадлежит буду-

ток должен был происходить под влиянием

вец приводит в первую очередь ссылки на ра-

щее. В начале 1941 года он приступает к рабо-

электрического поля, создаваемого между

боты Лосева, посвященные электролюминес-

те над новой темой — «Метод электролитных

управляющим электродом и нитью, то есть

ценции.

фотосопротивлений, фоточувствительность

благодаря полевому эффекту. Для этого нить

В 1930–31 гг. Лосев выполнил на высоком

некоторых сплавов кремния». Когда началась

должна быть именно полупроводниковой.

экспериментальном уровне серию опытов

Великая Отечественная война, Лосев не уез-

В металле слишком много электронов и ни-

с косыми шлифами, растягивающими иссле-

жает в эвакуацию, желая завершить статью,

какими полями их не вытеснишь, а в диэлек-

дуемую область, и системой электродов,

в которой излагал результаты своих иссле-

трике свободных электронов практически нет.

включаемых в компенсационную измери-

дований по кремнию. По всей видимости,

Шокли приступает к теоретическим расчетам,

тельную схему, для измерения потенциалов

ему удалось закончить работу, так как статья

однако все попытки построить твердотель-

в разных точках поперечного сечения слоис-

была отослана в редакцию «ЖЭТФ». К тому

ный усилитель ни к чему не приводят.

той структуры. Перемещая металлический

времени редакция уже была эвакуирована

В то же время в Европе немецкие физики

«кошачий ус» поперек шлифа, он показал

из Ленинграда. К сожалению, после войны не

Роберт Поль и Рудольф Хилш создали на ос-

с точностью до микрона, что приповерхно-

удалось найти следы этой статьи, и теперь

нове бромида калия работающий контакт-

стная часть кристалла имеет сложное стро-

можно лишь догадываться о ее содержании.

ный трехэлектродный кристаллический уси-

ение. Он выявил активный слой толщиной

22 января 1942 года Олег Владимирович

литель. Тем не менее, никакой практической

приблизительно в десять микрон, в кото-

Лосев умер от голода в блокадном Ленинграде.

ценности немецкий прибор не представлял.

ром наблюдалось явление инжекционной

Ему было 38 лет.

У него была очень низкая рабочая частота.

Есть сведения, что в первой половине 1930-х

димого материала, на основе которого мож-

годов трехэлектродные полупроводниковые

но было бы изготовить работающий транзи-

усилители «собрали» и два радиолюбителя —

стор. Именно поэтому усилия большинства

канадец Ларри Кайзер и новозеландский

ученых того времени были направлены на

школьник Роберт Адамс. Адамс, в дальней-

изобретение более сложного биполярного

шем ставший радиоинженером, замечал, что

транзистора. Таким образом, пытались обой-

ему никогда не приходило в голову оформить

ти трудности, возникшие при реализации по-

патент на изобретение, так как всю инфор-

левого транзистора.

мацию для своего усилителя он почерпнул

Работы по твердотельному усилителю

из радиолюбительских журналов и других

в Bell Telephone Laboratories прерываются с на-

открытых источников.

чалом Второй мировой войны. Уильям Шок-

К 1926–1930 гг. относятся работы Юлиуса

ли и многие его коллеги откомандированы

Лилиенфельда (рис. 19), профессора Лейп-

в распоряжение министерства обороны, где

цигского университета, который запатенто-

работают до конца 1945 года.

вал конструкцию полупроводникового уси-

Твердотельная электроника не представ-

лителя, в наше время известного под назва-

ляла интереса для военных — достижения им

нием полевой транзистор (рис. 20).

представлялись сомнительными. За одним

исключением. Детекторы. Они-то как раз

и оказались в центре исторических событий.

В небе над Ла-Маншем развернулась гран-

диозная битва за Британию, достигшая апо-

гея в сентябре 1940 года. После оккупации

Западной Европы Англия осталась один на

Рис. 21. г. Мюррей Хилл, штат Нью-Джерси, США,

один с армадой немецких бомбардировщи-

Bell Laboratories. Место рождение транзистора.

ков, разрушающих береговую оборону и под-

готавливающих высадку морского десанта

для захвата страны — операцию «Морской лев».

вания и коммутации сигналов в абонентских

Трудно сказать, что спасло Англию — чудо,

цепях два основных элемента: электронную

решительность премьера Уинстона Черчил-

лампу и электромеханическое реле. Эти эле-

Рис. 19. Юлиус Лилиенфельд

ля или радиолокационные станции. Появив-

менты были громоздки, срабатывали медлен-

шиеся в конце 30-х годов радары позволяли

но, потребляли много энергии и не отличались

быстро и точно обнаруживать вражеские са-

высокой надежностью. Усовершенствовать их

молеты и своевременно организовывать про-

значило вернуться к идее использования полу-

тиводействие. Потеряв в небе над Британи-

проводников. В Bell Telephone Laboratories вновь

ей более тысячи самолетов, гитлеровская Гер-

создается исследовательская группа (рис. 21),

мания сильно охладела к идее захвата Англии

научным руководителем которой становится

в 1940-м и приступила к подготовке блиц-

вернувшийся «с войны» Уильям Шокли. В ко-

крига на Востоке.

манду входят Уолтер Браттейн, Джон Бардин,

Англии были нужны радары, радарам —

Джон Пирсон, Берт Мур и Роберт Гибни.

кристаллические детекторы, детекторам —

В самом начале команда принимает важ-

чистые германий и кремний. Первым, и в зна-

нейшее решение: направить усилия на изу-

чительных количествах, на заводах и в лабо-

чение свойств только двух материалов —

раториях появился германий. С кремнием,

кремния и германия, как наиболее перспек-

из-за высокой температуры его обработки,

тивных для реализации поставленной зада-

сначала возникли некоторые трудности,

чи. Естественно, группа начала разрабаты-

но вскоре проблему решили. После этого

вать предвоенную идею Шокли — усилите-

предпочтение было отдано кремнию. Крем-

ля с эффектом поля. Но электроны внутри

ний был дешев по сравнению с германием.

полупроводника упрямо игнорировали лю-

Итак, трамплин для прыжка к транзистору

бые изменения потенциала на управляющем

был практически готов.

электроде. От высоких напряжений и токов

Вторая мировая стала первой войной, в ко-

кристаллы взрывались, но не желали изме-

торой наука, по своей значимости для победы

нять свое сопротивление.

над врагом, выступила на равных с конкрет-

Над этим задумался теоретик Джон Бар-

ными оружейными технологиями, а в чем-то

дин. Шокли, не получив быстрого результа-

Рис. 20. Патент Ю. Лилиенфельда на полевой

и опередила их. Вспомним атомный и ракет-

та, охладел к теме и не принимал активного

ный проекты. В этот список можно включить

участия в работе. Бардин предположил, что

транзистор

и транзисторный проект, предпосылки для ко-

значительная часть электронов на самом де-

торого были в значительной степени заложе-

ле не «разгуливает» свободно по кристаллу,

Лилиенфельд предполагал, что при подаче

ны развитием военной радиолокации.

а застревает в каких-то ловушках у самой по-

напряжения на слабо проводящий материал

Открытие

верхности полупроводника. Заряд этих «за-

будет меняться его проводимость и в связи

стрявших» электронов экранирует прикла-

с этим возникнет усиление электрических ко-

дываемое извне поле, которое не проникает

лебаний. Несмотря на получение патента, со-

В послевоенные годы в Bell Telephone

в объем кристалла. Вот так в 1947 году в фи-

здать работающий прибор Лилиенфельд не

Laboratories начинают форсировать работы

зику твердого тела вошла теория поверхно-

сумел. Причина была самая прозаическая —

в области глобальной связи. Аппаратура 1940-х

стных состояний. Теперь, когда, казалось,

в 30-х годах ХХ века еще не нашлось необхо-

годов использовала для усиления, преобразо-

причина неудач найдена, группа начала более

ный центр, проводятся семинары для спе-

держалось еще в патенте Лилиенфельда,

в августе подготовили патентную заявку на

циалистов. Результаты не заставляют себя

и не исключено, что Матаре знал об этом.

изобретение, но французское бюро патен-

ждать (рис. 24).

Но как бы там ни было, он заинтересовал-

тов очень долго изучало документы. Толь-

Транзистор быстро находит применение

ся наблюдаемым явлением и продолжал ис-

ко в марте 1952 года они получают патент

в самых различных устройствах — от воен-

следования.

на изобретение транзитрона — такое назва-

ного и компьютерного оборудования до по-

Велкер пришел к идее транзистора с дру-

ние выбрали немецкие физики своему по-

требительской электроники. Интересно, что

гой стороны, занимаясь квантовой физи-

лупроводниковому усилителю. К тому вре-

первый портативный радиоприемник долгое

кой и зонной теорией твердого тела. В са-

мени парижский филиал Westinghouse уже

время так и называли — транзистор.

мом начале 1945 года он создает схему твер-

начал серийное производство транзитронов.

Европейский аналог

дотельного усилителя, очень похожего на

Основным заказчиком выступало Почтовое

устройство Шокли. В марте Велкер успева-

министерство. Во Франции строилось мно-

ет его собрать и испытать, но ему повезло

го новых телефонных линий. Тем не менее,

Работы по созданию трехэлектродного по-

не больше, чем американцам. Устройство

век транзитронов был недолог. Несмотря на

лупроводникового усилителя велись и по

не работает.

то, что они работали лучше и дольше свое-

другую сторону океана, но о них известно на-

В Париже Матаре и Велкеру поручают

го американского «собрата» (за счет более

много меньше.

организовать промышленное производст-

тщательной сборки), завоевать мировой ры-

Совсем недавно бельгийский историк

во полупроводниковых выпрямителей для

нок транзитроны не смогли. Впоследствии

Арманд Ван Дормел и профессор Стэнфорд-

французской телефонной сети. В конце

французские власти вообще отказались суб-

ского университета Майкл Риордан обнару-

1947 года выпрямители запускаются в се-

сидировать исследования в области полу-

жили, что в конце 1940-х годов в Европе был

рию, и у Матаре с Велкером появляется вре-

проводниковой электроники, переключив-

изобретен и даже запущен в серию «родной

мя для возобновления исследований. Они

шись на более масштабные ядерные проек-

брат транзистора» Бардина-Браттейна.

приступают к дальнейшим экспериментам

ты. Лаборатория Матаре и Велкера приходит

с дуодиодом. Вдвоем они изготавливают

в упадок. Ученые принимают решение вер-

пластинки из гораздо более чистого герма-

нуться на родину. К тому времени в Герма-

ния и получают стабильный эффект уси-

нии начинается возрождение науки и высо-

ления. Уже в начале июня 1948 года Мата-

котехнологичной промышленности. Велкер

ре и Велкер создают стабильно работаю-

устраивается на работу в лабораторию кон-

щий точечный транзистор. Европейский

церна Siemens, которую впоследствии возгла-

транзистор появляется на полгода позже,

вит, а Матаре переезжает в Дюссельдорф

чем устройство Бардина и Браттейна, но аб-

и становится президентом небольшой ком-

солютно независимо от него. О работе аме-

пании Intermetall, выпускающей полупровод-

риканцев Матаре и Велкер не могли ниче-

никовые приборы.

го знать. Первое упоминание в прессе

Послесловие

о «новом радиотехническом устройстве»,

вышедшем из Bell Laboratories, появилось

Рис. 25. Изобретатели транзитрона Герберт Матаре

только 1 июля.

Если проследить судьбы американцев,

Дальнейшая судьба европейского изобре-

то Джон Бардин ушел из Bell Telephone

и Генрих Велкер

тения сложилась печально. Матаре и Велкер

Labora-tories в 1951 году, занялся теорией

Европейских изобретателей точечного

транзистора звали Герберт Франц Матаре

и Генрих Иоганн Велкер (рис. 25). Матаре

был физиком-экспериментатором, работал

в немецкой фирме Telefunken и занимался

микроволновой электроникой и радиолока-

цией. Велкер больше был теоретиком, дол-

гое время преподавал в Мюнхенском уни-

верситете, а в военные годы трудился на

люфтваффе.

Встретились они в Париже. После разгро-

ма фашистской Германии оба физика были

приглашены в европейский филиал амери-

канской корпорации Westinghouse.

Еще в 1944 году Матаре, занимаясь полу-

проводниковыми выпрямителями для ра-

даров, сконструировал прибор, который на-

звал дуодиодом. Это была пара работающих

параллельно точечных выпрямителей, ис-

пользующих одну и ту же пластинку герма-

ния. При правильном подборе параметров

устройство подавляло шумы в приемном

блоке радара. Тогда Матаре обнаружил, что

колебания напряжения на одном электроде

могут обернуться изменением силы тока,

проходящего через второй электрод. Заме-

Рис. 26. Эволюция транзистора

тим, что описание подобного эффекта со-