Γουίλλιαμ Μπράντφορντ Σόκλεϋ

Πρότυπο:Κουτί Πληροφοριών Επιστημόνων Ο Γουίλλιαμ Μπράντφορντ Σόκλεϋ (13 Φεβρουαρίου 1910 - 12 Αυγούστου 1989) ήταν Αμερικανός επιστήμονας ο οποίος το 1956 μαζί με τους Τζον Μπαρντίν και Γουόλτερ Μπράταιην τιμήθηκε με το βραβείο Νόμπελ Φυσικής για την ανακάλυψη του τρανζίστορ.

Βιογραφία

Πρώτα χρόνια

Ο Σόκλεϋ γεννήθηκε στις 13 Φεβρουαρίου του 1910 στο Λονδίνο της Αγγλίας από Αμερικανούς γονείς και μεγάλωσε στο πατρικό του σπίτι στο Πάλο Άλτο της Καλιφόρνια. Ο πατέρας του Γουίλλιαμ ο πρεσβύτερος ήταν μηχανικός ορυχείων και μιλούσε οχτώ γλώσσες. Η μητέρα του Μαίρη μεγάλωσε στην Αμερικανική Δύση, αποφοίτησε από το Πανεπιστήμιο Στάνφορντ και ήταν η πρώτη γυναίκα που έγινε αναπληρώτρια επιθεωρητής ορυχείων.

Πήρε το πτυχίο του στη φυσική από το Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια το 1932. Όταν ακόμα ήταν φοιτητής παντρεύτηκε την Iowan Jean Bailey τον Αύγουστο του 1933. Ο Σόκλεϋ πήρε το διδακτορικό του 1936 από το ΜΙΤ. Η διδακτορική του διατριβή είχε τίτλο Electronic Bands in Sodium Chloride και του προτάθηκε από τον διδακτορικό του καθηγητή Τζον Σλέιτερ. Μέτα την εντάχθηκε σε μια ομάδα έρευνας με επικεφαλής τον Κλίντον Τζόζεφ Ντέιβισον στα Bell Labs στο Νιου Τζέρσεϊ. Τα επόμενα χρόνια που ακολούθησαν ήταν παραγωγικά για τον Σόκλεϋ. Δημοσίευσε αρκετά θεμελιώδη άρθρα σχετικά με τη φυσική στερεάς κατάστασης στο περιοδικό Physical Review. Το 1938 πήρε την πρώτη του ευρεσιτεχνία για τον πολλαπλασιαστή ηλεκτρονίων.

Όταν ξέσπασε ο Δεύτερος Παγκόσμιος Πόλεμος ο Σόκλεϋ ασχολήθηκε με την έρευνα στα ραντάρ. Τον Μάιο του 1942 πήρε άδεια από τα Bell Labs για να γίνει διευθυντής έρευνας στην ομάδα ανθυποβρυχιακού πολέμου του Πανεπιστημίου Κολούμπια. Η έρευνα του περιλάμβανε ανάπτυξη μεθόδων αντίστασης στα υποβρύχια που έκαναν επίθεση στις νηοπομπές, βελτιώνοντας τις διατάξεις των βομβών βάθους. Αυτή η εργασία απαιτούσε τη συνεχή μετακίνηση του Σόκλεϋ στο Πεντάγωνο και στη Ουάσιγκτον όπου γνώρισε πολλούς υψηλόβαθμους αξιωμαατικούς και κυβερνητικούς αξιωματούχους. Το 1944 οργάνωσε πρόγραμμα εκπαίδευσης για τους πιλότους του Boeing B-29 Superfortress στο πως να χρησιμοποιούν σωστά το νέο στόχαστρο βομβών με ραντάρ. Στα τέλη του 1944 έκανε τρίμηνο ταξίδι για να αξιολογήσει τα αποτελέσματα. Για αυτό το έργο του ο Υπουργός Πολέμου των Ηνωμένων Πολιτειών Πίτερ Πάτερσον τον βράβευσε στις 17 Οκτωβρίου 1946 με το Μετάλλιο Αξίας.

Το Ιούλιο του 1945, το Υπουργείο Πολέμου ζήτησε από τον Σόκλεϋ να ετοιμάσει μια αναφορά με τις πιθανές απώλειες σε μια εισβολή στην Ιαπωνική ενδοχώρα. Ο Σόκλεϋ κατέληξε:

Εάν η μελέτη δείχνει ότι η συμπεριφορά των εθνών σε όλες τις ιστορικές περιπτώσεις συγκρίσιμες με της Ιαπωνίας έχει στην πραγματικότητα ήταν πάντοτε σταθερή με τη συμπεριφορά των στρατευμάτων στη μάχη, τότε σημαίνει ότι ο αριθμός των νεκρών των Ιαπώνων μέχρι την ήτα της Ιαπωνίας θα ήταν μεγαλύτερος από αυτόν των Γερμανών. Με άλλα λόγια, πιθανότατα θα πρέπει να σκοτώσουμε το λιγότερο 5 με 10 εκατομμύρια Ιάπωνες. Αυτό μπορεί να μας κοστίσει μεταξύ 1.7 και 4 εκατομμύρια απώλειες συμπεριλαμβανόμενου 400.000 με 800.000 νεκρούς.

Αυτή η πρόβλεψη επηρέασε την απόφαση για την ρίψη ατομικής βόμβας στη Χιροσίμα και το Ναγκασάκι για να αναγκάσει την Ιαπωνία να παραδοθεί χωρίς εισβολή.

Τρανζίστορ στερεάς κατάστασης

Μόλις τελείωσε ο πόλεμος τα Bell Labs ίδρυσαν Τμήμα Στερεάς Φυσικής με επικεφαλής τον Σόκλεϋ και τον χημικό Στάνλεϊ Μόργκαν, το τμήμα επίσης περιλάμβανε τους Τζον Μπαρντίν, Γουόλτερ Μπράταιην τον φυσικό Τζέραλντ Πίρσον τον χημικό Ρόμπερτ Γκάμπνεϊ τον ειδικό στα ηλεκτρονικά Χίλμπερτ Μούρ και αρκετούς τεχνικούς. Ο στόχος τους ήταν να βρουν κάποια στερεάς κατάστασης ενισχυτή για να αντικαταστήσει τις εύθραστες γυάλινες λυχνίες κενού. Οι πρώτες τους προσπάθειες βασίστηκαν στις ιδέες του Σόκλεϋ για την χρησιμοποίηση εξωτερικού ηλεκτρικού πεδίου σε έναν ημιαγωγό για να επηρεάσει την αγωγιμότητα του. Αυτά τα πειράματα απέτυχαν όλα σε διάφορες παραλλαγές με διάφορα υλικά. Η ομάδα ήταν σε στασιμότητα μέχρι που ο Μπαρντίν πρότεινε μια θεωρία που περιλάμβανε τις καταστάσεις επιφάνειας και εμπόδιζε το πεδίο να διεισδύσει τον ημιαγωγό. Η ομάδα άλλαξε την εστίασή του για να μελετήσει αυτές τις καταστάσεις επιφάνειας και περίπου κάθε μέρα βρισκόντουσαν για να συζητήσουν για την πρόοδο της δουλειάς. Η ταύτιση της ομάδας ήταν εξαιρετική, και οι ιδέες ανταλλασσόταν ελεύθερα.

Μέχρι τον χειμώνα του 1946 είχαν αρκετά αποτελέσματα έτσι ώστε το Μπράταιην δημοσίευσε άρθρο στο Physical Review για τις καταστάσεις επιφάνειας. Ο Μπράταιην ξεκίνησε τα πειράματα για να μελετήσει τις καταστάσεις επιφάνειας με παρατηρήσεις που έκανε ενώ έστρεφε φωτεινή δέσμη προς τον ημιαγωγό. Αυτό οδήγησε σε περισσότερες δημοσιεύσεις (μια εκ τον οποίον μαζί με τον Σόκλεϋ) που έδειξαν ότι η πυκνότητα των καταστάσεων επιφάνειας ήταν πολύ μεγαλύτερη που θα δικαιολογούσε τα αποτυχημένα πειράματα. Ο ρυθμός της εργασίας αυξήθηκε σημαντικά όταν άρχισαν να περιβάλλουν το σημείο επαφών μεταξύ των ημιαγωγών και των αγωγών με ηλεκτρολύτες. Ο Μουρ κατασκεύασε ένα κύκλωμα που τους επέτρεψε να μεταβάλουν τη συχνότητα του σήματος εισόδου εύκολα. Τελικά άρχισαν να παίρνουν κάποιες ενδείξεις ενίσχυσης ισχύος όταν η Πίρσον, ακολουθώντας πρόταση του Σόκλεϋ, έβαλε υπό τάση σταγονίδιο βορικής γλυκόλης (μια παχύρρευστη χημική ουσία που δεν εξατμίζεται) κατά μήκος μια p-n juction.

Οι Τζον Μπαρντίν, Γουίλλιαμ Σόκλεϋ και Γουόλτερ Χάουζερ Μπράταιην στα Bell Labs, 1948.

Ο Δεκέμβριος του 1947 ήταν ο Χρυσός Μήνας των Bell Labs, όταν ο Μπαρντίν και ο Μπράταιην - δουλεύοντας χωρίς τον Σόκλεϋ - επέτυχαν στην δημιουργία του τρανζίστορ επαφής που έκανε ενίσχυση. Μέσα στον επόμενο μήνα οι δικηγόροι των Bell Labs άρχισαν τις δουλείες στις αιτήσεις για την ευρεσιτεχνία.

Οι δικηγόροι των Bell Labs σύντομα ανακάλυψαν ότι η αρχή του αποτελέσματος που είχε προβλέψει και οι συσκευές που βασίζονται σε αυτό έχουν ήδη κατοχυρωθεί με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας το 1930 από τον Julius Lilienfeld, ο οποίος κατέθεσε το MESFET (παρόμοιο με το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας στον Καναδά) στις 22 Οκτωβρίου 1925.Παρά το γεγονός ότι το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας εμφανίστηκε "εύθραυστο" (δεν θα μπορούσε να λειτουργήσει) οι δικηγόροι διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας με βάση μία από τις τέσσερις αιτήσεις για διπλώματα ευρεσιτεχνίας μόνο από το σχεδιασμό Μπαρντίν-Μπράταιν σημείο επαφής. Τρεις άλλοι κάλυψαν τον ηλεκτρολύτη με βάση τρανζίστορ με τους Μπαρντίν, Γκίμπνεϊ και Μπράταιην ως εφευρέτες. Το όνομα Σόκλεϋ δεν ήταν σε καμία από αυτές τις αιτήσεις διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας. Αυτό εξόργισε τον Σόκλεϋ, που σκέφτηκε ότι το όνομά του θα πρέπει επίσης να είναι στο διπλώματα ευρεσιτεχνίας, διότι το έργο βασίστηκε στην ιδέα πεδίου του. Ακόμη προσπάθησε να κάνει αίτηση για δίπλωμα ευρεσιτεχνίας μόνο με το δικό του και έκανε γνωστές τις προθέσεις τους Μπαρντίν και Μπράταιην.

Ταυτόχρονα, συνέχισε κρυφά το έργο για να φτιάξει ένα διαφορετικό είδος τρανζίστορ βασιζόμενο σε κόμβους, αντί των επαφών σημείου. Περίμενε ότι αυτό το είδος σχεδιασμού θα είναι πιο πιθανό να γίνει εμπορικά βιώσιμο. Το τρανζίστορ σημείο επαφής, πίστευε, θα μπορούσε να αποδειχθεί εύθραυστο και δύσκολο να κατασκευαστεί. Ο Σόκλεϋ επεξεργάστηκε μια πλήρη περιγραφή του νέου τρανζίστορ που ο ίδιος αποκάλεσε "σάντουιτς" τρανζίστορ, και μια πρώτη απόδειξη της αρχής δημοσίευσε στις 7 Απριλίου 1949.

Αυτό οδήγησε στην εφεύρεση του διπολικό τρανζίστορ, το οποίο ανακοινώθηκε σε συνέντευξη τύπου στις 4 Ιουλίου 1951. Ο Σόκλεϋ πήρε για αυτή την εφεύρεση δίπλωμα ευρεσιτεχνίας στις 25 Σεπτεμβρίου του 1951. Διαφορετικές μέθοδοι κατασκευής για τη συγκεκριμένη συσκευή είχαν αναπτυχθεί τα επόμενα χρόνια, αλλά αυτά με βάση τη διαχυτική / φωτολιθογραφική διαδικασία έγινε γρήγορα η μέθοδος επιλογής για πολλές εφαρμογές. Σύντομα το τρανζίστορ σημείου εξαλείφθηκε , και αυτό και οι απόγονοι του κατείχαν με συντριπτική πλειοψηφία δεσπόζουσα θέση στην αγορά για πολλά χρόνια. Ο Σόκλεϋ συνέχισε ως επικεφαλής της ομάδας για να οδηγήσει ένα μεγάλο μέρος της προσπάθειας στα Bell Labs για να βελτιώσουν και να το κατασκευάσουν για δύο ακόμη χρόνια.

Εν τω μεταξύ, ο Σόκλεϋ δούλευε πυρετωδώς στο σπουδαίο έργο του Electrons and Holes in Semiconductors το οποίο τελικά εκδόθηκε ως 558 σέλιδη διατριβή το 1950. Σε αυτό ο Σόκλεϋ περίγραφε τις κρίσιμες ιδέες κλίσης και διάδοσης και τις διαφορικές εξισώσεις που περιγράφουν την κίνηση τον ηλεκτρονίων μέσα σε κρυστάλλους στερεάς κατάστασης. Περιγράφεται επίσης και η εξίσωση του Σόκλεϋ. Αυτό το έργο έγινε η «βίβλος» για μια ολόκληρη γενιά επιστημόνων που δούλευαν για να κατασκευάσουν νέους τρανζίστορ και άλλες συσκευές βασισμένες σε ημιαγωγούς.

Το 1951, εκλέχθηκε μέλος της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών. Δυο χρόνια αργότερα του απονεμήθηκε από την Ακαδημία το βραβείο Comstock στη Φυσική.

Η επακόλουθη δημοσιότητα από την «εφεύρεση του τρανζίστορ» ώθησε τον Σόκλεϋ στο προσκήνιο, προς μεγάλη λύπη των Μπαρντίν και Μπράταιην. Παρόλα αυτά η διοίκηση των Bell Labs πάντα και τους τρεις εφευρέτες ως ομάδα, αν και ο Σόκλεϋ διόρθωνε όσους έδιναν την εφεύρεση μόνο σ'αυτόν, τελικά αποξένωσε τους Μπαρντίν και Μπράνταιην και και τους μπλόκαρε στο να δουλέψουν στο τρανζίστορ. Ο Μπαρντίν άρχισε να ακολουθεί μια θεωρία για την υπεραγωγιμότητα και έφυγε από τα Bell Labs το 1951. Ο Μπράνταιην αρνήθηκε να δουλέψει περαιτέρω με τον Σόκλεϋ και μετατέθηκε σε άλλη ομάδα. Ούτε ο Μπαρντίν ούτε και Μπράταιην δεν είχαν σχέση με την ανάπτυξη του μετά τον πρώτον χρόνο της εφεύρεσης του.

Ο τραχύς τρόπος διοίκησης του Σόκλεϋ είχε ως αποτέλεσμα την προαγωγή στα Bell Labs, τα οποία αναγνώριζαν ότι ήταν σημαντικός ερευνητικός επιστήμονας και συνεργάτης. Ο Σόκλεϋ ήθελε τη δύναμη και το κέρδος που ένιωθε άξιζε. Πήρε άδεια από τα Bell Labs το 1953 και μεταφέρθηκε πίσω στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνια (Caltech) για τέσσερις μήνες ως επισκέπτης καθηγητής.

Shockley Semiconductor

Τελικά του δόθηκε η ευκαιρία να φτιάξει τη δική του εταιρεία, ως τμήμα μιας επιτυχημένης εταιρίας ηλεκτρονικών ενός φίλου από το Caltech. Το 1955 ο Σόκλεϋ εντάχθηκε στην Beckman Instruments ως Διευθυντής του νεοσύστατου τμήματος Shockley Semiconductor Laboratory. Με το κύρος του και και το κεφάλαιο από την Beckman, ο Σόκλεϋ προσπάθησε να δελεάσει μερικούς από τους πρώην συναδέλφους του από τα Bell Labs να έρθουν στο νέο εργαστήριό του, αλλά κανένας από αυτούς δεν ήρθε. Αντ 'αυτού, ξεκίνησε να ψάχνει στα πανεπιστήμια για τους λαμπρότερους πτυχιούχους για να φτιάξει μια εταιρεία από το μηδέν, μια εταιρία που θα πηγαίνει με «το δικό του δρόμο».

Ο «δικός του δρόμος» γενικά θα μπορούσε να συνοψιστεί ως αυταρχικός αυξανόμενα παρανοϊκός. Σε ένα πολύ γνωστό περιστατικό, ισχυρίστηκε ότι ο κομμένος αντίχειρας μιας γραμματέας ήταν αποτέλεσμα κακόβουλης πράξης και ζητούσε δοκιμές με ανιχνευτή ψεύδους για να βρει τον ένοχο. Αργότερα αποδείχθηκε ότι το κόψιμο προκλήθηκε από μια σπασμένη πινέζα στην πόρτα του γραφείου, και μετά από αυτό το ερευνητικό προσωπικό γινόταν όλο και πιο εχθρικό. Εν τω μεταξύ, οι απαιτήσεις του για την δημιουργία μιας νέας και τεχνικά δύσκολης συσκευής (αρχικά ονομάστηκε δίοδος του Σόκλεϋ και τώρα μετά από αλλαγές έγινε το θυρίστορ), σήμαινε ότι το έργο κινούταν πολύ αργά. Στα τέλη του 1957, οκτώ από τους ερευνητές του Σόκλεϋ, οι οποίοι αποκαλούσαν τους εαυτούς τους "Το προδοτικό Οκτώ," παραιτήθηκαν μετά την απόφαση του Σόκλεϋ να μην συνεχίσει την έρευνα στους ημιαγωγούς με βάση το πυρίτιο.