William Shockley en de uitvinding van de transistor
Wiliam Bradford Shockley (1910-1989) was -samen met John Bardeen (1908-1991) en Walter Brattain (1902-1987)- de vader van de transistor, de uitvinding die waarschijnlijk de grootste stille revolutie van de twintigste eeuw is, en die in 2017 70 jaar wordt. De werking van het overgrote deel van de apparatuur die we dagelijks gebruiken (waaronder televisies, mobiele telefoons en computers) is gebaseerd op de eigenschappen van de transistors waarmee ze zijn gebouwd. Er wordt vaak gezegd dat de transistor voor de twintigste eeuw vertegenwoordigt wat de stoommachine voor de negentiende eeuw betekende.
Shockley werd in 1910 in Londen geboren en was oorspronkelijk afkomstig uit de Verenigde Staten. Hij had geen erg gelukkige jeugd, voor een groot deel ingegeven door de slechte relatie tussen zijn ouders, die instabiele mensen waren die niet in staat waren zich sociaal te verhouden tot hun omgeving. Zij brachten dit over op hun zoon en dit vormde zijn humeurige en ongezellige temperament. Nadat zijn ouders naar de Verenigde Staten waren teruggekeerd, ging hij in 1928 naar het California Institute of Technology (Caltech), waar hij natuurkunde studeerde en in 1932 afstudeerde. Vervolgens deed hij doctoraalstudies aan het Massachusetts Institute of Technology (MIT) en behaalde in 1936 de titel van Doctor. In datzelfde jaar begon hij te werken bij Bell Telephone Laboratories in New York, behorend tot A.T.&T., de Amerikaanse telecommunicatiegigant.
In 1945 gaf de directeur van het laboratorium, Mervin J. Kelly, Shockley de leiding over een halfgeleider-onderzoeksgroep, met het idee een versterker-apparaat te ontwikkelen op basis van deze materialen. A.T.&T was zeer geïnteresseerd in het maken van een versterker met halfgeleiders, aangezien zij een ernstig probleem hadden met lange-afstandscommunicatie. In een telefoongesprek wordt de stem een elektrisch signaal, een signaal dat later door koperen geleidingsdraden reist. Als het signaal een paar kilometer reist, bereikt het het ontvangende apparaat op een heldere manier; maar bij communicatie van kust tot kust in de VS moet het gesprek tussen 6.000 en 8.000 km afleggen; het elektrische signaal verliest aan intensiteit en op een bepaalde afstand moet het weer worden versterkt, een bewerking die versterking wordt genoemd en het apparaat dat dit doet wordt een versterker genoemd. Het is voldoende om langs de hele lijn een voldoende aantal versterkers te hebben om de lijn zo lang te maken als gewenst. In die jaren bestond de versterking uit vacuümkleppen, fragiele apparaten, die veel stroom verbruiken en veel warmte afgeven. Kelly concludeerde dat zij een betrouwbaarder versterker-apparaat nodig hadden om de communicatie op zo’n grote afstand efficiënt uit te voeren en veronderstelde dat het antwoord gezocht moest worden in halfgeleiders, waarvan zij in die tijd de eigenschappen begonnen te ontdekken.
De wedloop om de transistor
Tijdens 1946 en begin 1947 waren de resultaten van het team onder leiding van Shockley helemaal niet bemoedigend, maar vanaf het voorjaar van 1947 werkten twee van de meest briljante leden van de groep, John Bardeen en Walter Brattain, aan het vinden van oplossingen voor het probleem zonder Shockley, want hoewel hij de groepsleider was, bracht hij het grootste deel van zijn tijd thuis door met het ontwikkelen van zijn eigen ideeën. Bardeen en Brattain werkten koortsachtig gedurende de zomer en de herfst van dat jaar, zonder Shockley’s deelname. Op 16 december 1947 waren zij eindelijk in staat een versterker te laten werken met een transistor gemaakt van germanium en op de 23ste, de dag voor Kerstavond, toonden zij hun resultaten aan de directeurs van het laboratorium. Begin januari 1948 vroegen zij een patent aan (US 2,524,035) voor de vervaardiging van de eerste punt-contact transistor in de geschiedenis, waarbij Shockley niet als uitvinder werd vermeld.
Toen Shockley hoorde van het succes dat Bardeen en Brattain in zijn afwezigheid hadden behaald, werd hij woedend, omdat het hem ergerde dat hij niet bij de ontdekking was betrokken. Bij het analyseren van het apparaat dat door hen was bedacht, voelde Shockley dat het moeilijk in grote hoeveelheden en met voldoende betrouwbaarheid te vervaardigen zou zijn, omdat het fysisch zwak was. Shockley sloot zich opnieuw op in zijn huis, bedacht een transistor die verschilde van de punt-contact transistor, gaf hem de naam junction transistor en diende een ander patent in (US 2,569,347) op 23 januari van het volgende jaar (1948), negen dagen na de datum waarop Bardeen en Brattain het hunne indienden.
Deze gênante situatie bracht de directeuren van Bell Labs in een dilemma. Enerzijds hadden Bardeen en Brattain de eerste transistor op eigen houtje gebouwd, zonder de bijdrage van Shockley. Anderzijds was Shockley de leider van het team en leek het ongepast om zijn naam weg te laten, vooral omdat hij een paar dagen later een nog beter apparaat dan het oorspronkelijke had kunnen bedenken. Daarom besloten de laboratoriumdirecteuren dat op elke foto van de uitvinders van de transistor Shockley moest staan, die ook als officiële woordvoerder zou optreden; Bardeen en Brattain, die reeds een sterke afkeer van Shockley hadden ontwikkeld, aanvaardden met tegenzin de oplegging, terwijl Shockley met de beslissing instemde. Het wetenschappelijke en vooral persoonlijke conflict tussen Shockley enerzijds en Bardeen en Brattain anderzijds leidde uiteindelijk tot de ontbinding van de groep.
In 1955 verliet Shockley Bell Labs en richtte Shockley Semiconductors op, de eerste halfgeleiderfabriek in Silicon Valley, maar het werd een mislukking vanwege hoe onmogelijk het voor zijn werknemers was om met hem om te gaan. In 1956 kreeg hij het nieuws te horen dat hij de Nobelprijs voor natuurkunde had gekregen, samen met zijn vroegere ondergeschikten in Bell Labs, Bardeen en Brattain.
Nadat zijn bedrijf ineenstortte, wijdde Shockley zich aan de academische wereld en in 1963 benoemde de Stanford University hem tot professor in de ingenieurswetenschappen, waar hij tot zijn pensioen in 1975 bleef. Hij overleed in 1989 op 79-jarige leeftijd. Zijn kinderen en zijn weinige vrienden kwamen dit via de pers te weten.
Ignacio Mártil.
Professor elektronica aan de Universidad Complutense, Madrid en lid van het Spaanse Koninklijk Natuurkundig Genootschap