Vor 75 Jahren, an einem Dienstagmorgen, dem 16. Dezember 1947, legten zwei Physiker der Bell Telephone Laboratories Strom in Goldelektroden auf einer 1,27 cm dicken Germaniumplatte und konnten ein verstärktes elektrisches Signal aussenden. Das klingt ziemlich technisch – und das war es auch. Das Ergebnis war der erste Transistor, der unsere moderne Welt von Grund auf verändert hat.
Wie bei den meisten Technologien sind auch an der Geschichte des Transistors viele Akteure beteiligt, aber die drei wichtigsten waren John Bardeen, William Shockley und Walter Brattain.
John Bardeen, William Shockley und Walter Brattain in den Bell Labs, 1948 (Quelle: Wikimedia Commons/AT&T Archives)
Während des Zweiten Weltkriegs begannen die Bell Labs von AT&T mit der Arbeit an der Festkörperphysik, um eine zuverlässigere Kommunikation zu schaffen. William Shockley wurde ausgewählt, um diese Bemühungen zu leiten, und im April 1945 hatte er die Idee entwickelt, externe elektrische Felder zu verwenden, um das Verhalten von Elektronen und Löchern in schmalen Halbleiterschichten zu beeinflussen. Er begann mit einer Vielzahl von Optionen und Materialien für diese “Feldeffekt”-Transistoren zu experimentieren, konnte aber kein funktionierendes Gerät entwickeln.
Ein paar Monate später übernahm er eine Gruppe von Forschern, um im Labor für Festkörperphysik von Bell Labs mit Halbleitermaterialien zu arbeiten.
Einer dieser Forscher war der theoretische Physiker John Bardeen, und er und andere, darunter der Experimentalphysiker Walter Brattain, begannen, mit verschiedenen Materialien zu arbeiten, um nach größeren Effekten zu suchen. In den Jahren 1946 und 1947 machten sie große Fortschritte, und im November 1947 arbeiteten Bardeen und Brattain mit goldenen elektrischen Kontakten auf Germaniumplatten.
Theoretisch war das richtig, aber es funktionierte nicht richtig, bis Brattain herausfand, wie man einen Polystyrolkeil verwendet, um einen kleinen Spalt (etwa 2 mil) zwischen zwei Kontakten zu erzeugen. Am 16. Dezember schloss er es an seine Batterie an, und als Bardeen zusah, sah er sofort eine Leistungssteigerung von 30 %. Mit ein wenig Tuning stellte er fest, dass er die Leistungsverstärkung auf 450 % steigern konnte, ein Beweis dafür, dass ihr Gerät, das jetzt als Punktkontakttransistor bezeichnet wird, funktionierte.
Nachbau des ersten Transistors (Credit: Getty Images/Jultud)
Sie zeigten ihre Demonstration vielen Menschen in den Bell Labs, und es gab viel Aufregung. Aber es war ein schwieriges Gerät, nicht gut verstanden und noch weit davon entfernt, die Vakuumröhren ersetzen zu können, die früher in elektronischen Schaltungen verwendet wurden.
Im folgenden Monat entwickelte Shockley eine andere Methode zur Herstellung eines Transistors, indem er den Bipolartransistor schuf, der in den kommenden Jahrzehnten zur Grundidee hinter den meisten erfolgreichen Halbleiterbauelementen werden sollte.
Bell Labs machte die öffentliche Ankündigung des Transistors am 30. Juni 1948. Dennoch dauerte es Jahre, bis Transistoren weit verbreitet waren, aber als sie es taten, veränderten sie unsere Welt von Grund auf und führten zu Computerspeichern, integrierten Schaltkreisen, Mikroprozessoren und vielem mehr andere Produkte. Die vielleicht größte Veränderung war die Entwicklung des Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistors oder MOSFET, der die Industrie jahrelang antreibt.
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Für ihre Bemühungen bei der Entwicklung des Transistors erhielten Bardeen, Brattain und Shockley 1956 den Nobelpreis für Physik. Bardeen wechselte später an die University of Illinois, wo ihm seine Arbeiten zur Supraleitung einen zweiten Nobelpreis einbrachten. Shockley zog 1956 nach Palo Alto und gründete Shockley Semiconductor; Später verließen die Schlüsselmitarbeiter dieses Unternehmen, um Fairchild Semiconductor (wo Robert Noyce und Jean Hoerni die Schlüsselideen hinter der integrierten Schaltung schufen) und später Intel zu gründen.
Einer der bemerkenswertesten Aspekte von Transistoren ist, wie Wissenschaftler und Ingenieure sie kontinuierlich kleiner und kleiner machen konnten, sodass Sie Geräte, die sie enthalten, dichter machen können, ein Prozess, der normalerweise als „Moore’s Law“ bezeichnet wird. Dieser erste Transistor war etwa einen halben Zoll lang; Heute hat eine Standard-CPU für ein Telefon oder einen PC über eine Milliarde Transistoren.
Ich habe bereits gesagt, dass ich glaube, dass der Transistor die wichtigste Erfindung des 20. Jahrhunderts war, da er dazu führte, dass alle elektronischen Geräte, die wir heute haben, allgegenwärtig sind, ganz zu schweigen von den Anwendungen, die auf diesen laufen. Und alles begann vor 75 Jahren.