William Shockley and the Invention of the Transistor
Wiliam Bradford Shockley (1910-1989) – obok Johna Bardeena (1908-1991) i Waltera Brattaina (1902-1987)- był ojcem tranzystora, wynalazku będącego prawdopodobnie największą cichą rewolucją XX wieku, który w 2017 roku kończy 70 lat. Działanie zdecydowanej większości urządzeń, z których korzystamy na co dzień (m.in. telewizorów, telefonów komórkowych, komputerów) opiera się na właściwościach tranzystorów, z których są one zbudowane. Często mówi się, że tranzystor reprezentuje dla XX wieku to, co silnik parowy znaczył dla XIX wieku.
Shockley urodził się w Londynie w 1910 roku i pochodził ze Stanów Zjednoczonych. Nie miał zbyt szczęśliwego dzieciństwa, w dużej mierze motywowanego złymi relacjami między jego rodzicami, którzy byli ludźmi niestabilnymi, niezdolnymi do społecznego kontaktu z otoczeniem. Przekazali to synowi i to ukształtowało jego nastrojowy i nietowarzyski temperament. Po powrocie rodziców do Stanów Zjednoczonych, w 1928 roku wstąpił do California Institute of Technology (Caltech), gdzie studiował fizykę, kończąc studia w 1932 roku. Następnie odbył studia doktoranckie w Massachusetts Institute of Technology (MIT) i w 1936 r. uzyskał tytuł doktora. W tym samym roku rozpoczął pracę w Bell Telephone Laboratories w Nowym Jorku, należącym do A.T.&T., amerykańskiego giganta telekomunikacyjnego.
W 1945 roku dyrektor laboratorium, Mervin J. Kelly, powierzył Shockleyowi kierowanie grupą badawczą zajmującą się półprzewodnikami, z zamiarem opracowania urządzenia wzmacniającego opartego na tych materiałach. Firma A.T.&T była bardzo zainteresowana stworzeniem wzmacniacza z półprzewodników, ponieważ miała poważny problem z komunikacją na duże odległości. W rozmowie telefonicznej głos staje się sygnałem elektrycznym, sygnałem, który później wędruje przez miedziane przewody przewodzące. Jeśli sygnał przemieszcza się na odległość kilku kilometrów, dociera do urządzenia odbiorczego w sposób czysty, ale w komunikacji między wybrzeżami USA rozmowa musi przebyć od 6000 do 8000 km; sygnał elektryczny traci na intensywności i na pewnej odległości musi zostać ponownie wzmocniony, operacja ta nazywa się wzmocnieniem, a urządzenie, które to robi, nosi nazwę wzmacniacza. Wystarczy mieć wystarczającą liczbę wzmacniaczy wzdłuż całej linii, aby była ona tak długa, jak tego chcemy. W tamtych latach wzmacniaczem były zawory próżniowe, delikatne urządzenia, które zużywają dużo energii i wydzielają dużo ciepła. Kelly doszedł do wniosku, że muszą mieć bardziej niezawodne urządzenie wzmacniające, aby skutecznie realizować łączność na tak dużą odległość i założył, że odpowiedzi należy szukać w półprzewodnikach, których właściwości zaczynano wówczas poznawać.
Wyścig o tranzystor
W 1946 i na początku 1947 roku wyniki uzyskane przez zespół kierowany przez Shockleya nie były wcale zachęcające, ale od wiosny 1947 roku dwaj najgenialniejsi członkowie grupy, John Bardeen i Walter Brattain, pracowali nad znalezieniem rozwiązania problemu bez Shockleya, bo choć był on liderem grupy, większość czasu spędzał w domu, opracowując własne pomysły. Bardeen i Brattain pracowali gorączkowo latem i jesienią tego samego roku, bez udziału Shockleya. 16 grudnia 1947 r. udało im się w końcu uruchomić wzmacniacz wykorzystujący tranzystor wykonany z germanu, a 23 grudnia, dzień przed Wigilią, pokazali swoje wyniki dyrektorom laboratorium. Na początku stycznia 1948 roku zgłosili patent (US 2,524,035) na wyprodukowanie pierwszego w historii tranzystora o styku punktowym, który nie uwzględniał Shockleya jako wynalazcy.
Kiedy Shockley dowiedział się o sukcesie osiągniętym przez Bardeena i Brattaina pod jego nieobecność, wpadł we wściekłość, gdyż drażniło go, że nie brał udziału w odkryciu. Analizując wymyślone przez nich urządzenie, Shockley wyczuł, że trudno byłoby je wyprodukować w dużych ilościach z wystarczającą niezawodnością, ponieważ było słabe fizycznie. Shockley ponownie zamknął się w swoim domu, wymyślił tranzystor inny niż punktowo-kontaktowy, nazwał go tranzystorem złączowym i zgłosił kolejny patent (US 2,569,347) 23 stycznia następnego roku (1948), dziewięć dni po dacie, w której Bardeen i Brattain zgłosili swój.
Ta żenująca sytuacja postawiła dyrektorów Bell Labs przed dylematem. Z jednej strony Bardeen i Brattain zbudowali pierwszy tranzystor samodzielnie, bez wkładu Shockleya. Z drugiej strony, Shockley był szefem zespołu i pominięcie jego nazwiska wydawało się niestosowne, zwłaszcza że kilka dni później zdołał wymyślić jeszcze lepsze urządzenie od oryginalnego. Dlatego kierownictwo laboratorium postanowiło, że na każdym zdjęciu wykonanym wynalazcom tranzystora powinien znaleźć się Shockley, który będzie też pełnił rolę oficjalnego rzecznika; Bardeen i Brattain, którzy zdążyli już nabrać silnej niechęci do Shockleya, niechętnie zaakceptowali to narzucenie, natomiast Shockley zgodził się z tą decyzją. Naukowy, a zwłaszcza osobisty konflikt między Shockleyem z jednej strony, a Bardeenem i Brattainem z drugiej ostatecznie doprowadził do rozwiązania grupy.
W 1955 roku Shockley opuścił Bell Labs i założył Shockley Semiconductors, pierwszą fabrykę półprzewodników w Dolinie Krzemowej, ale była to porażka z powodu tego, jak niemożliwe było dla jego pracowników odnoszenie się do niego. W 1956 roku otrzymał wiadomość o przyznaniu mu Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki, wraz ze swoimi byłymi podwładnymi w Bell Labs, Bardeenem i Brattainem.
Po upadku swojej firmy, Shockley poświęcił się światu akademickiemu i w 1963 roku Uniwersytet Stanforda mianował go profesorem inżynierii i pozostał w tej instytucji aż do przejścia na emeryturę w 1975 roku. Zmarł w 1989 roku w wieku 79 lat. Jego dzieci i nieliczni przyjaciele dowiedzieli się o tym z prasy.
Ignacio Mártil.
Profesor elektroniki na Universidad Complutense w Madrycie i członek Hiszpańskiego Królewskiego Towarzystwa Fizycznego
.