ウィリアム・ショックレーとトランジスタの発明

Wiliam Bradford Shockley (1910-1989) -John Bardeen (1908-1991) やWalter Brattain (1902-1987) とともに、2017年に70歳になる20世紀最大の静かなる革命といえる発明、トランジスタの父であった。 私たちが日常的に使っている機器(テレビ、携帯電話、パソコンなど)の大半の動作は、それらが組み込まれているトランジスタの特性に基づいている。 トランジスタは、蒸気機関が19世紀にとって意味したものを、20世紀にとって象徴しているとよく言われる」

ショックレーは1910年にロンドンで生まれ、アメリカ出身であった。 彼はあまり幸せな子供時代を過ごせなかったが、その動機の大部分は、不安定で社会的な環境との関わりを持てない両親の関係の悪さであった。 そのことが息子に伝わり、彼の気分屋で非社交的な性格が形成された。 両親がアメリカに帰国した後、1928年にカリフォルニア工科大学(Caltech)に入学し、物理学を学び、1932年に卒業した。 その後、マサチューセッツ工科大学(MIT)で博士課程に進み、1936年に博士の称号を得た。 1945年、研究所長のマーヴィン・J・ケリーは、ショックレーを半導体研究グループの責任者に任命し、半導体材料を使った増幅器を開発することを命じた。 A.T.&Tは、長距離通信に深刻な問題を抱えていたので、半導体による増幅器作りに強い関心を持っていた。 電話での会話は、音声が電気信号となり、その信号が後に銅の導線を伝わっていく。 しかし、アメリカの海岸沿いの通信では、6,000〜8,000kmの距離を話さなければならない。電気信号が弱くなり、ある距離で再び強める操作を増幅と呼び、それを行う装置をアンプと呼んでいる。 これを増幅といい、それを行う装置を増幅器という。全線に十分な数の増幅器があれば、いくらでも長くすることができる。 当時の増幅器は真空バルブという壊れやすい装置で、消費電力が大きく、熱もたくさん出る。 ケリーは、このような長距離通信を効率的に行うためには、より信頼性の高い増幅器が必要だと考え、当時、その特性がわかり始めていた半導体にその対応策を求めることを想定した。

トランジスタの競争

1946年から1947年の初めにかけて、ショックレー率いるチームの成果はまったく期待できないものだったが、1947年の春から、グループのリーダーでありながら、ほとんどの時間を自宅で自分の考えを練っていたショックレー抜きで、最も優れたメンバー、ジョン・バーディーンとウォルター・ブラッテンが問題の解決に取り組むようになった。 バーディーンとブラッテンは、この年の夏から秋にかけて、ショックレー不在のまま猛烈な勢いで研究を進めた。 1947年12月16日、彼らはついにゲルマニウムを使ったトランジスタで増幅器を動作させることに成功し、クリスマスイブの前日の23日、その成果を研究所の所長に披露した。 1948年1月初旬、彼らは史上初の点接触トランジスタの製造特許(US 2,524,035)を申請したが、これにはショックレーは発明者として含まれていなかった。

ショックレーは自分がいない間にバーディーンとブラッテンが成し遂げた成功を知り、自分が発見に関与していないことが腹立たしくなり激怒した。 彼らの考案した装置を分析したところ、物理的に弱く、十分な信頼性をもって大量に製造することは困難であることをショックレーは察知した。 ショックレーは再び自宅に閉じこもり、点接触型とは異なるトランジスタを考え出し、接合型トランジスタと名付け、バーディンとブラッテンの特許提出日から9日後の翌年(1948年)1月23日に再度特許(US 2,569,347) を提出した

ベル研究所がトランジスタの発明を発表した際の公式写真の1つ。 バーディーン(左)、ショックレー(中央)、ブラッテン(右)。 3人の調和がとれているように見えるが、実はそうではなかった/イメージ図 MLAスタイル。 「ウィリアム・B・ショックレー – フォトギャラリー”. Nobelprize.org. Nobel Media AB 2014.

この恥ずかしい状況は、ベル研究所の取締役をジレンマに陥れた。 一方では、バーディーンとブラッテンがショックレーの貢献なしに、自分たちだけで最初のトランジスタを作り上げたのである。 しかし、ショックレーは、その数日後、さらに優れたデバイスを完成させていた。 そこで、研究所長たちは、トランジスタの発明者たちの写真には、公式なスポークスマンでもあるショックレーを入れることにした。ショックレーに強い反感を持っていたバーディーンとブラッテンが、しぶしぶこの押しつけを受け入れ、ショックレーはこの決定に賛成した。 1955年、ショックレーはベル研究所を離れ、シリコンバレーに最初の半導体工場であるショックレー・セミコンダクターズを設立するが、従業員がショックレーになじめず、失敗に終わる。 1956年、ベル研究所時代の部下だったバーディーン、ブラッテンとともにノーベル物理学賞受賞の知らせを受ける。

会社の社員たちとともにノーベル賞受賞を祝うショックレー(右端、座っている)/Image:

会社が倒産した後、ショックレーは学問の世界に専念し、1963年にスタンフォード大学の工学部教授に任命され、1975年に退職するまで同大学に籍を置いた。 1989年に79歳で亡くなりましたが、彼の子供たちや数少ない友人たちは、このことを報道で知りました。

Ignacio Mártil.

Universidad Complutense, Madridの電子工学教授、スペイン王国物理学会員

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