Der erste Transistor

Mit der Triode kam das Ende der Vakuumröhre

| Redakteur: Gerd Kucera

Es brauchte Zeit, den Transistor mit all seinen Auswirkungen zu verstehen.
Es brauchte Zeit, den Transistor mit all seinen Auswirkungen zu verstehen. (Bild: Lucent Technologies Bell Labs)

Der erste Transistor wurde am 23. Dezember 1947 in den AT&T Bell Laboratories der Öffentlichkeit vorgestellt. William Shockley gilt als der Erfinder. Doch wie so oft steckt ein ganzes Team cleverer Köpfe hinter dem Erfolg. Das Wort Transistor ist ein Kompositum aus Trans-Resistance.

Seit geraumer Zeit suchte William Shockley mit seinen Wissenschaftlern am US-Forschungszentrum der Bell-Telefongesellschaft nach einer realisierbaren Alternative zu den bewährten, aber sehr großen und empfindlichen Vakuumröhren, mit denen die elektrischen Signale in technischen Systemen verstärkt wurden. Es war die Zeit der Großrechner, im wahrsten Sinne des Wortes. Denn sie füllten ganze Zimmer.

1941 nahm Konrad Zuse seinen Z3 in Betrieb. Es war der welterste funktionierende Rechenautomat mit Programmsteuerung. Der Z3 schaffte 20 Additionen pro Sekunde und besaß eine Speicherkapazität von 1408 Bit. Er bestand aus 2600 Relais und nutzte Lochstreifen als Programmspeicher.

Weil während des Zweiten Weltkrieges die U.S. Army mehr Rechenleistung benötigte, entwickelte man an der Universität von Pennsylvania den ENIAC (Electronic Numercial Integrator and Computer) als Nachfolger des Mark-I. ENIAC hatte 18000 Vakuumröhren, die von sechs Technikern wöchentlich geprüft wurden. Monatlich tauschten sie 2000 Stück aus. Für Berechnungen die mit Mark-I sechs Wochen dauerten brauchte ENIAC gerade einmal eine Stunde.

William Shockley war schon lange der Idee verfallen, die physikalischen Eigenschaften von Festkörpern zur Entwicklung eines Schalterelements zu nutzen. Nach mehreren Fehlschlägen aber übergab er das Projekt an seine Mitarbeiter John Bardeen und Walter Brattain. Beide Wissenschaftler wussten, dass die elektrischen Eigenschaften von Halbleitermaterialien wie Germanium und Silizium durch eine Art Verunreinigung systematisch beeinflusst werden können. Mit dem richtigen Aufbau müsste sich ein manipulierbarer Schalter für den Strom herstellen lassen.

Die Presse erkannte nicht die Großartigkeit der Erfindung

Tag für Tag bis spät nachts arbeiteten Bardeen und Brattain an einer geeigneten Lösung. Dann, am 23. Dezember 1947 war es so weit. Die beiden Wissenschaftler warteten nervös in ihrem Labor auf William Shockley, dessen Vorgesetzten Harvey Fletcher und den Entwicklungsleiter der Bell Labs, Ralph Bown. Vor ihnen lag eine fragile Apparatur aus Plastik, Goldfolie und einer Germaniumfläche.

Nach kurzen erklärenden Worten betätigte Brattain einen Kipphebel hin und her. Am angeschlossenen Oszilloskop sprang in gleichem Rhythmus ein heller Fleck abrupt auf und ab. Ein Beleg dafür, dass die Schaltung das Eingangssignal um ein Vielfaches verstärkte.

Mitte der 50er begann Texas Instruments mit der Herstellung von Planartransistoren für portable Radios.
Mitte der 50er begann Texas Instruments mit der Herstellung von Planartransistoren für portable Radios. (Bild: Lucent Technologies Bell Labs)

Im zweiten Versuch sprach Brattain in ein Mikrofon, das über die Versuchsanordnung an ein paar Ohrhörer angeschlossen war. Ralph Bown war sprachlos, als er darin Brattains Stimme vernahm. Kein Zweifel – das seltsame Teil funktionierte als Verstärker, ohne dass dazu eine Vakuumröhre nötig war.

William Shockley, dessen mehrere Jahre alte Idee den eigentlichen Ausgangspunkt des sensationellen Experimentes geliefert hatte, erinnerte sich an gemischte Gefühle in der Stunde des Triumphs: „Ich war frustriert, dass meine langjährigen Bemühungen am Ende so wenig zum Erfolg beigetragen hatten.“ Die Presse erkannte nicht die Großartigkeit der Erfindung. So brachte die New York Times eine Meldung auf Seite 46 in der News-Spalte „Welt des Radios“.

Nach dem Triumph seiner Mitarbeiter machte sich Shockley daran, sein eigenes, besseres Transistormodell zu entwickeln. Ende Januar 1948 war sein Notizbuch voller Entwürfe, wie ein serienreifer Junction-Transistor aussehen könnte. Während der Point-Contact-Transistor von Bardeen und Brattain gegen Ende 1948 in Serie ging, dauerte es für Shockley noch Jahre, bis die Herstellungsverfahren für seine Junction-Variante perfektioniert war.

Shockley war von seiner Weiterentwicklung so überzeugt, dass er die Bell Labs verließ, um in Kalifornien seine „Shockley Semiconductor Laboratory“ zu gründen. Es war die erste Halbleiterfirma in einer Gegend, die später als Silicon Valley bekanntermaßen Furore machte. Leider blieb für Shockley das große Geld ein Traum, und die seinerzeit entstandene Freundschaft der drei genialen Männer Bardeen, Brattain und Shockley hatte den Siegeszug ihrer Erfindung nicht überstanden. 1956 trafen sie sich wieder – bei der Entgegennahme des Nobelpreis für Physik in Stockholm.

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