William Shockley e l’invenzione del transistor
Wiliam Bradford Shockley (1910-1989) -insieme a John Bardeen (1908-1991) e Walter Brattain (1902-1987)- fu il padre del transistor, l’invenzione che è probabilmente la più grande rivoluzione silenziosa del XX secolo, che compie 70 anni nel 2017. Il funzionamento della stragrande maggioranza delle apparecchiature che usiamo quotidianamente (tra cui televisori, telefoni cellulari e computer) si basa sulle proprietà dei transistor con cui sono costruiti. Si dice spesso che il transistor rappresenta per il ventesimo secolo quello che la macchina a vapore ha significato per il diciannovesimo secolo.
Shockley è nato a Londra nel 1910 ed era originario degli Stati Uniti. Non ebbe un’infanzia molto felice, in gran parte motivata dal cattivo rapporto tra i suoi genitori, che erano persone instabili e incapaci di relazionarsi socialmente con il loro ambiente. Lo trasmisero al figlio e questo plasmò il suo carattere lunatico e asociale. Dopo il ritorno dei suoi genitori negli Stati Uniti, entrò al California Institute of Technology (Caltech) nel 1928, dove studiò fisica, laureandosi nel 1932. In seguito compie studi di dottorato al Massachusetts Institute of Technology (MIT) e ottiene il titolo di dottore nel 1936. Nello stesso anno iniziò a lavorare ai Bell Telephone Laboratories di New York, appartenenti alla A.T.&T., il gigante statunitense delle telecomunicazioni.
Nel 1945, il direttore del laboratorio, Mervin J. Kelly, mise Shockley a capo di un gruppo di ricerca sui semiconduttori, con l’idea di sviluppare un dispositivo amplificatore basato su quei materiali. A.T.&T era molto interessato a fare un amplificatore con i semiconduttori, poiché avevano un serio problema con le comunicazioni a lunga distanza. In una conversazione telefonica, la voce diventa un segnale elettrico, un segnale che poi viaggia attraverso fili conduttori di rame. Se il segnale viaggia per pochi chilometri, arriva all’apparecchio ricevente in modo chiaro; ma nelle comunicazioni americane da costa a costa, la conversazione deve viaggiare tra i 6.000 e gli 8.000 km; il segnale elettrico perde di intensità e a una certa distanza deve essere aumentato di nuovo, un’operazione che si chiama amplificazione e l’apparecchio che la fa si chiama amplificatore. Basta avere un numero sufficiente di amplificatori lungo tutta la linea per renderla lunga quanto si vuole. In quegli anni, l’amplificazione era costituita da valvole a vuoto, dispositivi fragili, che consumano molta energia ed emettono molto calore. Kelly concluse che avevano bisogno di un dispositivo di amplificazione più affidabile per eseguire in modo efficiente le comunicazioni a una distanza così grande e ipotizzò che la risposta dovesse essere cercata nei semiconduttori, di cui si stavano iniziando a scoprire le proprietà in quel momento.
La corsa al transistor
Durante il 1946 e l’inizio del 1947, i risultati ottenuti dal team guidato da Shockley non furono affatto incoraggianti, ma dalla primavera del 1947, due dei membri più brillanti del gruppo, John Bardeen e Walter Brattain, lavorarono per trovare soluzioni al problema senza Shockley, poiché, anche se era il leader del gruppo, passava la maggior parte del tempo a casa a sviluppare le proprie idee. Bardeen e Brattain lavorarono febbrilmente durante l’estate e l’autunno di quell’anno, senza la partecipazione di Shockley. Il 16 dicembre 1947 furono finalmente in grado di far funzionare un amplificatore usando un transistor fatto con germanio e il 23, il giorno prima della vigilia di Natale, mostrarono i loro risultati ai direttori del laboratorio. All’inizio di gennaio del 1948, depositarono un brevetto (US 2,524,035) per fabbricare il primo transistor a contatto puntuale della storia, che non includeva Shockley come inventore.
Quando Shockley apprese del successo ottenuto da Bardeen e Brattain in sua assenza, si infuriò, poiché gli dava fastidio non essere stato coinvolto nella scoperta. Analizzando il dispositivo ideato da loro, Shockley intuì che sarebbe stato difficile da produrre in grandi quantità con sufficiente affidabilità, poiché era fisicamente debole. Shockley si chiuse nuovamente in casa, ideò un transistor diverso da quello a contatto puntiforme, lo chiamò transistor a giunzione e presentò un altro brevetto (US 2,569,347) il 23 gennaio dell’anno successivo (1948), nove giorni dopo la data in cui Bardeen e Brattain presentarono il loro.
Questa situazione imbarazzante mise i direttori dei Bell Labs in un dilemma. Da un lato, Bardeen e Brattain avevano costruito il primo transistor da soli, senza il contributo di Shockley. D’altra parte, Shockley era il capo della squadra e sembrava inopportuno lasciare il suo nome fuori, soprattutto perché era stato in grado di pensare ad un dispositivo ancora migliore di quello originale pochi giorni dopo. Pertanto, i direttori del laboratorio decisero che qualsiasi fotografia scattata agli inventori del transistor avrebbe dovuto includere Shockley, che avrebbe agito anche come portavoce ufficiale; Bardeen e Brattain, che avevano già sviluppato una forte avversione per Shockley, accettarono con riluttanza l’imposizione, mentre Shockley fu d’accordo con la decisione. Il conflitto scientifico e soprattutto personale tra Shockley da una parte e Bardeen e Brattain dall’altra portò infine allo scioglimento del gruppo.
Nel 1955 Shockley lasciò i Bell Labs e fondò la Shockley Semiconductors, la prima fabbrica di semiconduttori nella Silicon Valley, ma fu un fallimento per l’impossibilità dei suoi dipendenti di relazionarsi con lui. Nel 1956, ricevette la notizia dell’assegnazione del Premio Nobel per la fisica, insieme ai suoi ex subordinati nei laboratori Bell, Bardeen e Brattain.
Dopo il crollo della sua azienda, Shockley si dedicò al mondo accademico e nel 1963 l’Università di Stanford lo nominò professore di ingegneria e rimase in questa istituzione fino al suo ritiro nel 1975. Morì nel 1989 all’età di 79 anni. I suoi figli e i suoi pochi amici lo hanno saputo dalla stampa.
Ignacio Mártil.
Professore di Elettronica all’Università Complutense di Madrid e membro della Società Reale Spagnola di Fisica