Журнал Компьютерра - Журнал «Компьютерра» №45 от 01 декабря 2005 года

В реальных полупроводниках это равенство всегда нарушается из-за дефектов кристаллической решетки и наличия примесных атомов. Примеси донорного типа отдают кристаллу избыточные электроны и этим увеличивают электронную проводимость. Примеси-акцепторы, напротив, захватывают валентные электроны кристалла-хозяина и повышают концентрацию дырок и дырочную проводимость. Прицельное легирование различных участков полупроводника донорными и акцепторными примесями создает области как с электронной, так и, соответственно, с дырочной проводимостью.

Внешние электрические поля и токи могут изменять плотность носителей обоих типов и оказывать влияние на электропроводность полупроводника. Этот эффект объясняет действие транзистора: управляющие электрические импульсы снижают сопротивление кристалла в области прохождения основного тока и потому увеличивают силу этого тока. В частности, собранный Браттейном и Бардином прибор усиливал ток из-за того, что на поверхности германиевой пластинки возникал слой с дырочной проводимостью. В этот слой через управляющий электрод опять-таки закачивались дырки, что и приводило к росту электропроводности кристалла.

Транзистор Браттейна и Бардина - чрезвычайно простое устройство. Его единственным полупроводниковым компонентом был кусочек чистого германия, добыть который не составляло труда. А вот техника легирования полупроводников в конце сороковых годов еще находилась во младенчестве, в Белловских лабораториях владели ею не слишком хорошо, и поэтому изготовление транзистора «по Шокли» заняло столь долгое время. Напрашивается вопрос: неужели до декабря 1947 г. точечный транзистор никогда не выходил из чьих-нибудь рук, хотя бы и случайно?

Оказывается, все так и было. В начале XX века были популярны детекторные приемники, в которых для выпрямления тока использовался полупроводниковый кристалл с прижатой к нему металлической иглой. Порой кое-кто из любопытства «тыкал» в зону контакта вторым электродом и, случалось, наблюдал усиление тока! Историк радиотехники Лоуренс Пиззелла (Lawrence Pizzella) отмечает, что особенно этим делом увлекались корабельные радисты. Есть сведения, что в первой половине тридцатых годов контактные трехэлектродные полупроводниковые усилители изобрели и собрали по крайней мере двое радиолюбителей - канадец Ларри Кайзер (Larry Kayser) и тринадцатилетний новозеландский школьник Роберт Адамс (Robert Adams). Достоверно известно, что несколькими годами позже непрактичный, но все-таки действующий кристаллический усилитель построили немцы Роберт Поль (Robert Pohl), чья книга «Механика, акустика и учение о теплоте» переведена на русский язык, и Рудольф Хилш (Rudolf Hilsch). Подчеркнем, что изобретенный в 1922 г. лаборантом Нижегородской радиолаборатории Олегом Лосевым знаменитый кристадин был двухэлектродным устройством, и потому на роль предшественника контактного транзистора он не годится. Чуть позднее немец Юлиус Лилиенфельд (Julius Lilienfeld) запатентовал полупроводниковый усилитель, который можно считать дедушкой современных полевых транзисторов. Однако построить работающий прибор Лилиенфельд не сумел, ибо не располагал достаточно чистыми образцами полупроводников. В довоенные годы в Германии и Англии было выдано еще несколько аналогичных патентов. Короче говоря, к транзистору, как и в Рим, вело множество дорог.

Но самое интересное в другом. Недавно бельгийский историк Арманд Ван Дормел (Armand Van Dormael) и профессор Стэнфордского университета Майкл Риордан (Michael Riordan) обнаружили, что в конце сороковых годов в Европе был изобретен и даже запущен в серию родной брат транзистора Бардина-Браттейна. Собственно говоря, секретной эта история никогда и не была, просто память о ней давно стерлась.

Европейских изобретателей точечного транзистора звали Герберт Франц Матаре (Herbert Franz Matare) и Генрих Иоганн Велкер (Heinrich Johann Welker). Первый посвятил себя экспериментальной физике, второй же был универсалом - и теоретиком, и экспериментатором. Оба были немцами, причем ровесниками - Матаре родился 22 сентября, а Велкер 9 сентября 1912 г. В 1939-46 гг. Матаре работал в фирме Telefunken, где занимался микроволновой электроникой и участвовал в разработке радиолокаторов. Велкер, ученик знаменитого физика-теоретика Арнольда Зоммерфельда (Arnold Sommerfeld), во второй половине тридцатых годов был доцентом Мюнхенского университета, а в военные годы трудился в лаборатории Люфтваффе. После войны и Матаре, и Велкер перебрались в Париж в недавно открытый филиал американской корпорации Westinghouse. В тамошней полупроводниковой лаборатории и началось их сотрудничество.