Война чипов. Борьба за самую важную технологию в мире

Полупроводники - область специализации Шокли - представляют собой уникальный класс материалов. Большинство материалов либо свободно пропускают электрический ток (например, медные провода), либо блокируют его (например, стекло). Полупроводники отличаются от них. Сами по себе полупроводниковые материалы, такие как кремний и германий, подобны стеклу, практически не проводящему электрический ток. Но при добавлении определенных материалов и приложении электрического поля ток может начать течь. Например, добавление фосфора или сурьмы к полупроводниковым материалам, таким как кремний или германий, позволяет протекать отрицательному току.

"Легирование" полупроводниковых материалов другими элементами открыло возможность создания новых типов устройств, способных создавать электрические токи и управлять ими. Однако освоение движения электронов по полупроводниковым материалам, таким как кремний или германий, оставалось далекой мечтой до тех пор, пока их электрические свойства оставались загадочными и необъяснимыми. Вплоть до конца 1940-х годов, несмотря на все усилия физиков, накопленные в Bell Labs, никто не мог объяснить, почему пластины полупроводниковых материалов ведут себя столь загадочным образом.

В 1945 г. Шокли впервые теоретизировал то, что он назвал "твердотельным клапаном", нарисовав в своем блокноте кусок кремния, присоединенный к девяностовольтовой батарее. Он предположил, что если поместить кусок полупроводникового материала, такого как кремний, в присутствии электрического поля, то это может привлечь "свободные электроны", хранящиеся внутри, к скоплению у края полупроводника. Если электрическое поле притягивало достаточное количество электронов, то край полупроводника превращался в проводящий материал, например в металл, в котором всегда имеется большое количество свободных электронов. В этом случае через материал, который до этого вообще не проводил электричество, мог начать протекать электрический ток. Вскоре Шокли построил такое устройство, рассчитывая, что прикладывая и снимая электрическое поле к куску кремния, он сможет заставить его работать как клапан, открывая и закрывая поток электронов через кремний. Однако когда он провел этот эксперимент, то не смог обнаружить никакого результата. "Ничего не поддается измерению", - пояснил он. "Весьма загадочно". На самом деле простые приборы 1940-х годов были слишком неточны, чтобы измерить крошечный ток, который протекал.

Два года спустя двое коллег Шокли из Bell Labs разработали аналогичный эксперимент на другом типе устройств. Если Шокли был гордым и несносным, то его коллеги Уолтер Браттейн, блестящий физик-экспериментатор с животноводческой фермы в сельской местности Вашингтона, и Джон Бардин, ученый из Принстона, ставший впоследствии единственным человеком, получившим две Нобелевские премии по физике, были скромны и мягко воспитаны. Вдохновленные теориями Шокли, Браттейн и Бардин создали устройство, в котором две золотые нити, присоединенные проводами к источнику питания и к куску металла, прикреплялись к блоку германия, причем каждая нить касалась германия на расстоянии менее миллиметра от другой. Днем 16 декабря 1947 года в штаб-квартире Bell Labs Бардин и Браттейн включили питание и смогли контролировать ток, проходящий через германий. Теории Шокли о полупроводниковых материалах оказались верными.

Компания AT&T, которой принадлежала Bell Labs, занималась производством телефонов, а не компьютеров, и рассматривала это устройство, названное впоследствии "транзистором", в первую очередь как полезное для усиления сигналов, передающих телефонные звонки по ее обширной сети. Вскоре стало ясно, что транзисторы могут усиливать ток, поэтому они будут полезны в таких устройствах, как слуховые аппараты и радиоприемники, заменяя менее надежные вакуумные трубки, которые также использовались для усиления сигнала. Вскоре Bell Labs начала оформлять патентные заявки на это новое устройство.