William Shockley und die Erfindung des Transistors
Wiliam Bradford Shockley (1910-1989) war – zusammen mit John Bardeen (1908-1991) und Walter Brattain (1902-1987) – der Vater des Transistors, der Erfindung, die wahrscheinlich die größte stille Revolution des zwanzigsten Jahrhunderts darstellt und die 2017 70 Jahre alt wird. Das Funktionieren der meisten Geräte, die wir täglich benutzen (einschließlich Fernsehgeräte, Mobiltelefone und Computer), beruht auf den Eigenschaften der Transistoren, mit denen sie gebaut sind. Es wird oft gesagt, dass der Transistor für das zwanzigste Jahrhundert das darstellt, was die Dampfmaschine für das neunzehnte Jahrhundert bedeutete.
Shockley wurde 1910 in London geboren und stammte ursprünglich aus den Vereinigten Staaten. Er hatte keine sehr glückliche Kindheit, was zu einem großen Teil auf die schlechte Beziehung seiner Eltern zurückzuführen war, die instabile Menschen waren, die nicht in der Lage waren, soziale Beziehungen zu ihrer Umgebung aufzubauen. Dies übertrugen sie auf ihren Sohn, und dies prägte sein launisches und ungeselliges Wesen. Nachdem seine Eltern in die Vereinigten Staaten zurückgekehrt waren, trat er 1928 in das California Institute of Technology (Caltech) ein, wo er Physik studierte und 1932 seinen Abschluss machte. Anschließend promovierte er am Massachusetts Institute of Technology (MIT) und erhielt 1936 den Titel eines Doktors. Im selben Jahr begann er in den Bell Telephone Laboratories in New York zu arbeiten, die zum US-amerikanischen Telekommunikationsriesen A.T.&T. gehörten.
1945 übertrug der Direktor des Labors, Mervin J. Kelly, Shockley die Leitung einer Halbleiterforschungsgruppe mit dem Ziel, einen Verstärker auf der Grundlage dieser Materialien zu entwickeln. A.T.&T war sehr daran interessiert, einen Verstärker mit Halbleitern zu entwickeln, da es ein ernsthaftes Problem bei der Kommunikation über große Entfernungen gab. Bei einem Telefongespräch wird die Stimme in ein elektrisches Signal umgewandelt, ein Signal, das später durch Kupferdrähte übertragen wird. Wenn das Signal nur wenige Kilometer zurückgelegt wird, erreicht es das Empfangsgerät klar und deutlich; aber bei der Kommunikation von Küste zu Küste in den USA muss das Gespräch zwischen 6.000 und 8.000 km zurücklegen; das elektrische Signal verliert an Intensität und muss ab einer bestimmten Entfernung wieder verstärkt werden, ein Vorgang, der als Verstärkung bezeichnet wird, und das Gerät, das dies tut, wird als Verstärker bezeichnet. Es genügt, eine ausreichende Anzahl von Verstärkern entlang der gesamten Strecke zu haben, um sie so lang wie gewünscht zu machen. In jenen Jahren wurden zur Verstärkung Vakuumventile verwendet, empfindliche Geräte, die viel Strom verbrauchen und viel Wärme abgeben. Kelly kam zu dem Schluss, dass man ein zuverlässigeres Verstärkungsgerät brauchte, um die Kommunikation über eine so große Entfernung effizient durchführen zu können, und nahm an, dass die Antwort in Halbleitern zu suchen sei, deren Eigenschaften man zu dieser Zeit gerade herauszufinden begann.
Das Rennen um den Transistor
Im Laufe des Jahres 1946 und Anfang 1947 waren die von dem von Shockley geleiteten Team erzielten Ergebnisse alles andere als ermutigend, aber ab dem Frühjahr 1947 arbeiteten zwei der brillantesten Mitglieder der Gruppe, John Bardeen und Walter Brattain, ohne Shockley an der Lösung des Problems, denn obwohl er der Leiter der Gruppe war, verbrachte er die meiste Zeit zu Hause und entwickelte seine eigenen Ideen. Bardeen und Brattain arbeiteten im Sommer und Herbst desselben Jahres fieberhaft und ohne Shockleys Beteiligung. Am 16. Dezember 1947 gelang es ihnen schließlich, einen Verstärker mit einem Transistor aus Germanium zu betreiben, und am 23. Dezember, einen Tag vor Heiligabend, präsentierten sie ihre Ergebnisse der Laborleitung. Anfang Januar 1948 meldeten sie ein Patent (US 2,524,035) für die Herstellung des ersten Punktkontakttransistors der Geschichte an, bei dem Shockley nicht als Erfinder genannt wurde.
Als Shockley von dem Erfolg erfuhr, den Bardeen und Brattain in seiner Abwesenheit erzielt hatten, wurde er wütend, da es ihn ärgerte, dass er nicht an der Entdeckung beteiligt war. Bei der Analyse des von den beiden entwickelten Geräts stellte Shockley fest, dass es schwierig sein würde, es in großen Mengen und mit ausreichender Zuverlässigkeit herzustellen, da es physikalisch schwach war. Shockley schloss sich wieder in seinem Haus ein, entwickelte einen anderen Transistor als den Punktkontakt-Transistor, nannte ihn Junction Transistor und reichte am 23. Januar des folgenden Jahres (1948) ein weiteres Patent (US 2,569,347) ein, neun Tage nach dem von Bardeen und Brattain.
Diese peinliche Situation brachte die Leiter der Bell Labs in ein Dilemma. Einerseits hatten Bardeen und Brattain den ersten Transistor im Alleingang gebaut, ohne Shockleys Beitrag. Andererseits war Shockley der Leiter des Teams, und es erschien unangemessen, seinen Namen nicht zu erwähnen, zumal er einige Tage später ein noch besseres Gerät als das ursprüngliche entwickeln konnte. Daher beschlossen die Laborleiter, dass auf jedem Foto, das von den Erfindern des Transistors gemacht wurde, auch Shockley zu sehen sein sollte, der auch als offizieller Sprecher fungieren sollte; Bardeen und Brattain, die bereits eine starke Abneigung gegen Shockley entwickelt hatten, akzeptierten diese Auferlegung nur widerwillig, während Shockley mit der Entscheidung einverstanden war. Der wissenschaftliche und vor allem persönliche Konflikt zwischen Shockley auf der einen und Bardeen und Brattain auf der anderen Seite führte schließlich zur Auflösung der Gruppe.
1955 verließ Shockley die Bell Labs und gründete Shockley Semiconductors, die erste Halbleiterfabrik im Silicon Valley, die jedoch scheiterte, weil seine Mitarbeiter keine Beziehung zu ihm aufbauen konnten. Im Jahr 1956 erhielt er die Nachricht, dass ihm der Nobelpreis für Physik verliehen wurde, zusammen mit seinen ehemaligen Untergebenen in den Bell Labs, Bardeen und Brattain.
Nach dem Zusammenbruch seines Unternehmens widmete sich Shockley der akademischen Welt und wurde 1963 von der Stanford University zum Professor für Ingenieurwesen ernannt, wo er bis zu seiner Pensionierung im Jahr 1975 blieb. Er starb 1989 im Alter von 79 Jahren. Seine Kinder und seine wenigen Freunde erfuhren davon aus der Presse.
Ignacio Mártil.
Professor für Elektronik an der Universidad Complutense, Madrid und Mitglied der Spanischen Königlichen Physikalischen Gesellschaft