Come funzionava il primo transistor

Persino i suoi inventori non comprendevano appieno il transistor a punto di contatto

Una foto pubblicitaria AT&T del 1955 mostra [nel palmo della mano, da sinistra] un fototransistor, un transistor a giunzione e un transistor a contatto puntuale.

Il triodo a tubi a vuoto non aveva ancora 20 anni quando i fisici iniziarono a provare a creare il suo successore, e la posta in gioco era enorme. Non solo il triodo aveva reso possibile la telefonia a lunga distanza e l’audio cinematografico, ma stava guidando l’intera impresa della radio commerciale, un’industria che valeva più di un miliardo di dollari nel 1929. Ma i tubi a vuoto erano fragili e assetati di energia. Se si riuscisse a trovare un’alternativa più robusta, affidabile ed efficiente al triodo, i vantaggi sarebbero immensi.

L'obiettivo era un dispositivo a tre terminali fatto di semiconduttori che accettasse un segnale a bassa corrente in un terminale di ingresso e lo utilizzasse per controllare il flusso di una corrente maggiore che scorre tra altri due terminali, amplificando così il segnale originale. Il principio alla base di un tale dispositivo sarebbe qualcosa chiamato effetto di campo, la capacità dei campi elettrici di modulare la conduttività elettrica dei materiali semiconduttori. L'effetto campo era già ben noto a quei tempi, grazie ai diodi e alle relative ricerche sui semiconduttori.

Questo articolo fa parte del nostro rapporto speciale sul 75° anniversario dell'invenzione del transistor.

Ma la costruzione di un dispositivo del genere si è rivelata una sfida insormontabile per alcuni dei migliori fisici del mondo per più di due decenni. I brevetti per dispositivi simili a transistor furono depositati a partire dal 1925, ma il primo esempio registrato di un transistor funzionante fu il leggendario dispositivo a punto di contatto costruito presso gli AT&T Bell Telephone Laboratories nell'autunno del 1947.

Sebbene il transistor a punto di contatto sia stata l'invenzione più importante del XX secolo, sorprendentemente non esiste un resoconto chiaro, completo e autorevole di come funzionasse effettivamente. I transistor planari e a giunzione moderni e più robusti si basano sulla fisica del semiconduttore, piuttosto che sugli effetti superficiali sfruttati nel primo transistor. E a questa lacuna nel mondo degli studi è stata prestata relativamente poca attenzione.

Nella foto in sezione di un punto di contatto sono visibili due conduttori sottili; questi si collegano ai punti che entrano in contatto con una minuscola lastra di germanio. Uno di questi punti è l'emettitore e l'altro è il collettore. Un terzo contatto, la base, è attaccato al rovescio del germanio.ARCHIVI E CENTRO STORIA AT&T

Era un assemblaggio dall'aspetto sgraziato di germanio, plastica e lamina d'oro, il tutto sormontato da una molla ondulata. I suoi inventori furono un pacato teorico del Midwest, John Bardeen, e uno sperimentalista loquace e "un po' volatile", Walter Brattain. Entrambi lavoravano sotto William Shockley, una relazione che in seguito si sarebbe rivelata controversa. Nel novembre del 1947 Bardeen e Brattain furono ostacolati da un semplice problema. Nel semiconduttore al germanio che stavano utilizzando, uno strato superficiale di elettroni sembrava bloccare un campo elettrico applicato, impedendogli di penetrare nel semiconduttore e modulare il flusso di corrente. Nessuna modulazione, nessuna amplificazione del segnale.

Verso la fine del 1947 trovarono una soluzione. Presentava due pezzi di lamina d'oro appena separati, spinti delicatamente da quella molla ondulata sulla superficie di una piccola lastra di germanio.

Sia i libri di testo che i resoconti popolari tendono a ignorare il meccanismo del transistor a contatto puntuale in favore di spiegare come funzionano i suoi discendenti più recenti. In effetti, l'attuale edizione di quella bibbia degli studenti universitari di EE, The Art of Electronics di Horowitz e Hill, non fa alcuna menzione del transistor a punto di contatto, sorvolando sulla sua esistenza affermando erroneamente che il transistor a giunzione era un "Premio Nobel- invenzione vincente nel 1947." Ma il transistor inventato nel 1947 era il punto di contatto; il transistor a giunzione fu inventato da Shockley nel 1948.