Στις 3 Οκτωβρίου 1950 τρεις επιστήμονες των Bell Labs στο Νιου Τζέρσεϊ απέκτησαν το αμερικανικό δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για μια ανακάλυψη που έμελλε να αλλάξει ριζικά τον 20ό αιώνα. Οι John Bardeen, Walter Brattain και William Shockley κατοχύρωσαν την πατέντα για ένα «στοιχείο κυκλώματος τριών ηλεκτροδίων με χρήση ημιαγωγών», γνωστό σήμερα ως τρανζίστορ. Χρειάστηκαν ακόμη μερικά χρόνια για να συνειδητοποιήσει η παγκόσμια κοινότητα πόσο καθοριστική θα αποδεικνυόταν αυτή η τεχνολογία.
Από τις λυχνίες κενού στο όνειρο των ημιαγωγών
Η αρχική ώθηση για την ανάπτυξη του τρανζίστορ δεν είχε καμία σχέση με υπολογιστές. Η AT&T, που ήλεγχε το αμερικανικό τηλεφωνικό δίκτυο, αναζητούσε λύση για να βελτιώσει την ενίσχυση και τη μετάδοση σημάτων. Μέχρι τότε χρησιμοποιούσε τις λυχνίες κενού που αποτελούσαν την «καρδιά» του τηλεφωνικού συστήματος. Οι συσκευές αυτές βασίζονταν σε ηλεκτρόδια μέσα σε κενό αέρα ώστε τα ηλεκτρόνια να κινούνται απρόσκοπτα.
Ωστόσο οι λυχνίες κατανάλωναν υπερβολική ενέργεια, υπερθερμαίνονταν συχνά και παρουσίαζαν αναξιοπιστία. Από τη δεκαετία του 1930, ο πρόεδρος των Bell Labs, Mervin Kelly, έβλεπε ότι το μέλλον βρισκόταν στους ημιαγωγούς, υλικά που είχαν ιδιότητες ανάμεσα σε αγωγούς και μονωτές. Η ιδέα δεν ήταν καινούρια, καθώς ο Julius Lilienfeld είχε κατοχυρώσει το 1925 μια πρόταση που θύμιζε τρανζίστορ, χρησιμοποιώντας θειούχο χαλκό. Όμως η Φυσική πίσω από τη λειτουργία του δεν είχε ακόμη αποσαφηνιστεί.
Η καθοριστική στιγμή του 1947
Μετά τον Β’ Παγκόσμιο Πόλεμο, τα Bell Labs έβαλαν σε προτεραιότητα την αναζήτηση αντικαταστάτη των λυχνιών. Υπό την καθοδήγηση του Shockley, μια ομάδα ερευνητών δοκίμασε πλήθος πειραμάτων με σιλικόνη, χωρίς όμως ιδιαίτερη επιτυχία. Η μεγάλη πρόοδος ήρθε το 1947, όταν οι Brattain και Bardeen στράφηκαν στο γερμάνιο. Κατάφεραν να αποσαφηνίσουν κρίσιμα φυσικά φαινόμενα και να κατασκευάσουν το πρώτο «point-contact» τρανζίστορ.
Το πρωτότυπο αυτό χρησιμοποιούσε μια μικρή ελατηριωτή επαφή που πίεζε δύο ταινίες χρυσού πάνω σε κρύσταλλο γερμανίου. Η συσκευή απαιτούσε ευαισθησία στη ρύθμιση, αλλά πρόσφερε εντυπωσιακή ενίσχυση σήματος, έως και εκατονταπλάσια.
Ένα χρόνο αργότερα, το 1948, ο Shockley βελτίωσε το σχέδιο δημιουργώντας το «τρανζίστορ διακλάδωσης» (junction transistor), που αποτέλεσε τη βάση για το μεγαλύτερο μέρος των τρανζίστορ που ακολούθησαν.
Η Φυσική πίσω από το θαύμα
Το μυστικό κρύβεται στις ιδιότητες των ημιαγωγών. Όταν εφαρμόζεται τάση, τα ηλεκτρόνια κινούνται αφήνοντας πίσω τους θετικά «κενά». Ανάλογα με την κατανομή φορτίων, δημιουργούνται υλικά τύπου N (αρνητικά) ή P (θετικά). Όταν ένα μέταλλο έρχεται σε επαφή με τα διαφορετικά αυτά υλικά, η ροή του ρεύματος αλλάζει κατεύθυνση.
Το junction transistor εκμεταλλεύτηκε αυτό το φαινόμενο, προσθέτοντας τρία ηλεκτρόδια πάνω στον ημιαγωγό. Με τον σωστό χειρισμό της τάσης, το ρεύμα μπορούσε να ενισχυθεί ή να «διακόπτεται» με αξιοπιστία.
Η αξία του τρανζίστορ δεν περιορίστηκε στις τηλεπικοινωνίες. Γρήγορα ενσωματώθηκε σε ραδιόφωνα, τηλεοράσεις και, το σημαντικότερο, στους πρώτους υπολογιστές. Οι λυχνίες κενού, που αποτελούσαν έως τότε τους διακόπτες των μηχανών, άρχισαν να εγκαταλείπονται. Το τρανζίστορ πρόσφερε το ίδιο αποτέλεσμα με λιγότερη ενέργεια, χωρίς υπερθέρμανση και σε πολύ μικρότερο μέγεθος.
Από τα Bell Labs στη Silicon Valley
Παρά την επιστημονική τους επιτυχία, οι σχέσεις των τριών εφευρετών δεν ήταν ιδανικές. Ο Shockley απέκτησε φήμη δύσκολου και αυταρχικού διευθυντή, ενώ η αμφιλεγόμενη ιδεολογία του σκίασε την πορεία του. Ο Bardeen ακολούθησε ακαδημαϊκή καριέρα στο University of Illinois, ενώ ο Shockley βοήθησε να μπει το θεμέλιο της βιομηχανίας ημιαγωγών στη Silicon Valley.
Το 1956 οι τρεις μοιράστηκαν το Νόμπελ Φυσικής για την ανακάλυψή τους. Μέσα σε λίγα χρόνια η πρόοδος ήταν καταιγιστική. Ο Morris Tanenbaum δημιούργησε το πρώτο τρανζίστορ από σιλικόνη, ενώ το 1959 ο Jack Kilby της Texas Instruments κατέθεσε την πατέντα για το ολοκληρωμένο κύκλωμα, τη βάση των σύγχρονων μικροτσίπ. Μέχρι τις αρχές της δεκαετίας του 1960 οι υπολογιστές με λυχνίες κενού ανήκαν πια στο παρελθόν.
Η εποχή του Moore’s Law και η νέα πρόκληση
Το 1968, ο Gordon Moore, συνιδρυτής της Intel, παρατήρησε ότι ο αριθμός των τρανζίστορ σε ένα τσιπ διπλασιαζόταν σε τακτά χρονικά διαστήματα, κάνοντας τους υπολογιστές συνεχώς ισχυρότερους. Ο «νόμος του Moore» καθόρισε την εξέλιξη της πληροφορικής για τέσσερις δεκαετίες.
Σήμερα, όμως, αυτή η τάση έχει πια αγγίξει τα όριά της. Οι ανάγκες της τεχνητής νοημοσύνης απαιτούν επεξεργαστική ισχύ πολύ μεγαλύτερη από ό,τι μπορούν να προσφέρουν τα παραδοσιακά τρανζίστορ. Έτσι, τα βλέμματα στρέφονται στους κβαντικούς υπολογιστές, που βασίζονται στα qubits και υπόσχονται μια νέα εποχή στην πληροφορική, ανάλογη σε σημασία με εκείνη που ξεκίνησε το 1950 με το ταπεινό τρανζίστορ!
[via]
