William Shockley et l’invention du transistor
Wiliam Bradford Shockley (1910-1989) -avec John Bardeen (1908-1991) et Walter Brattain (1902-1987)- est le père du transistor, l’invention qui est probablement la plus grande révolution silencieuse du XXe siècle, qui fête ses 70 ans en 2017. Le fonctionnement de la grande majorité des appareils que nous utilisons au quotidien (notamment les téléviseurs, les téléphones portables et les ordinateurs) repose sur les propriétés des transistors avec lesquels ils sont construits. On dit souvent que le transistor représente pour le vingtième siècle ce que la machine à vapeur a représenté pour le dix-neuvième siècle.
Shockley est né à Londres en 1910 et était originaire des États-Unis. Il n’a pas eu une enfance très heureuse, en grande partie motivée par la mauvaise relation entre ses parents, qui étaient des personnes instables, incapables d’établir des relations sociales avec leur environnement. Ils ont transmis ce sentiment à leur fils, ce qui a façonné son caractère lunatique et insociable. Après le retour de ses parents aux États-Unis, il entre en 1928 au California Institute of Technology (Caltech), où il étudie la physique et obtient son diplôme en 1932. Il effectue ensuite des études doctorales au Massachusetts Institute of Technology (MIT) et obtient le titre de docteur en 1936. La même année, il commence à travailler aux Laboratoires Bell Telephone à New York, appartenant à A.T.&T., le géant américain des télécommunications.
En 1945, le directeur du laboratoire, Mervin J. Kelly, confie à Shockley la responsabilité d’un groupe de recherche sur les semi-conducteurs, avec l’idée de développer un dispositif amplificateur basé sur ces matériaux. A.T.&T était très intéressé par la fabrication d’un amplificateur avec des semi-conducteurs, car ils avaient un sérieux problème avec les communications à longue distance. Dans une conversation téléphonique, la voix devient un signal électrique, un signal qui se déplace ensuite dans des fils conducteurs en cuivre. Si le signal parcourt quelques kilomètres, il atteint l’appareil récepteur de manière claire ; mais dans les communications américaines d’une côte à l’autre, la conversation doit parcourir entre 6 000 et 8 000 km ; le signal électrique perd de son intensité et, à une certaine distance, il doit être augmenté à nouveau, une opération appelée amplification et le dispositif qui la réalise est appelé amplificateur. Il suffit de disposer d’un nombre suffisant d’amplificateurs tout au long de la ligne pour qu’elle soit aussi longue que souhaité. Dans ces années-là, l’amplification était assurée par des valves à vide, des dispositifs fragiles, qui consomment beaucoup d’énergie et dégagent beaucoup de chaleur. Kelly en a conclu qu’ils devaient avoir un dispositif d’amplification plus fiable pour effectuer efficacement des communications à une si grande distance et a supposé que la réponse devait être recherchée dans les semi-conducteurs, dont ils commençaient à découvrir les propriétés à cette époque.
La course au transistor
Pendant l’année 1946 et le début de l’année 1947, les résultats obtenus par l’équipe dirigée par Shockley ne sont pas du tout encourageants, mais à partir du printemps 1947, deux des membres les plus brillants du groupe, John Bardeen et Walter Brattain, travaillent à trouver des solutions au problème sans Shockley, car même s’il était le chef du groupe, il passait la plupart de son temps chez lui à développer ses propres idées. Bardeen et Brattain travaillent fébrilement pendant l’été et l’automne de cette année-là, sans la participation de Shockley. Le 16 décembre 1947, ils parviennent enfin à faire fonctionner un amplificateur à l’aide d’un transistor fabriqué avec du germanium et le 23, veille de Noël, ils montrent leurs résultats aux directeurs du laboratoire. Début janvier 1948, ils déposent un brevet (US 2,524,035) pour fabriquer le premier transistor à contact ponctuel de l’histoire, qui ne mentionne pas Shockley comme inventeur.
Lorsque Shockley apprend le succès obtenu par Bardeen et Brattain en son absence, il devient furieux, car cela l’agace de ne pas avoir participé à la découverte. En analysant le dispositif imaginé par ces derniers, Shockley pressent qu’il serait difficile de le fabriquer en grande quantité avec une fiabilité suffisante, car il est physiquement faible. Shockley s’enferme à nouveau dans sa maison, il imagine un transistor différent de celui à contact ponctuel, qu’il nomme transistor à jonction et dépose un autre brevet (US 2 569 347) le 23 janvier de l’année suivante (1948), neuf jours après la date à laquelle Bardeen et Brattain ont déposé le leur.
Cette situation embarrassante a placé les directeurs des Bell Labs devant un dilemme. D’une part, Bardeen et Brattain avaient construit le premier transistor par leurs propres moyens, sans la contribution de Shockley. D’autre part, Shockley était le chef d’équipe et il semblait inapproprié de ne pas mentionner son nom, d’autant plus qu’il avait été capable d’imaginer un dispositif encore meilleur que le premier quelques jours plus tard. Les directeurs du laboratoire décident donc que toute photographie des inventeurs du transistor devra inclure Shockley, qui sera également le porte-parole officiel ; Bardeen et Brattain, qui avaient déjà développé une forte aversion pour Shockley, acceptent à contrecœur cette imposition, tandis que Shockley est d’accord avec cette décision. Le conflit scientifique et surtout personnel entre Shockley d’une part et Bardeen et Brattain d’autre part aboutit finalement à la dissolution du groupe.
En 1955, Shockley quitte les Bell Labs et fonde Shockley Semiconductors, la première usine de semi-conducteurs de la Silicon Valley, mais c’est un échec en raison de l’impossibilité pour ses employés d’entrer en relation avec lui. En 1956, il reçoit la nouvelle de l’attribution du prix Nobel de physique, en compagnie de ses anciens subordonnés des Bell Labs, Bardeen et Brattain.
Après la faillite de son entreprise, Shockley se consacre au monde universitaire et, en 1963, l’université de Stanford le nomme professeur d’ingénierie, poste qu’il occupera jusqu’à sa retraite en 1975. Il meurt en 1989 à l’âge de 79 ans, ses enfants et ses rares amis l’apprennent par la presse.
Ignacio Mártil.
Professeur d’électronique à l’Université Complutense de Madrid et membre de la Société royale espagnole de physique
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