fbpx

משה של עמק הסיליקון: על וויליאם שוקלי והמצאת הטרנזיסטור

משה של עמק הסיליקון: על וויליאם שוקלי והמצאת הטרנזיסטור

כתב: רן לוי

הטרנזיסטור, אותו רכיב חשמלי זעיר מבוסס מוליכים-למחצה שמיליונים רבים ממנו נמצאים בכל שבב, הוא קרוב לוודאי ההמצאה החשובה ביותר במאה השנים האחרונות. מדוע, אם כן, נחשבו המוליכים-למחצה למוקצים בראשית דרכם?


פרק זה מבוסס על פודקאסט. האזינו לפודקאסט כאן:

הורד את הקובץ (mp3)
הרשמה לפודקאסט: רשימת תפוצה במיילiTunes | אפליקציית 'עושים היסטוריה' לאנדרואיד | RSS Link | פייסבוק | טוויטר

לפני מספר שבועות קיבלתי אי-מייל ממאזין שהציג את עצמו כחוקר משטרה לשעבר. הוא שאל אותי שאלה שמעולם לא נשאלתי קודם: "לפעמים אתה אומר על עצמך שאתה מהנדס חשמל, ופעמים אחרות אתה מספר שאתה מהנדס אלקטרוניקה. אז מה, באמת: מהנדס חשמל, או מהנדס אלקטרוניקה?"

זו שאלה מעניינת שמעידה על שני דברים: הראשון, חוקרי משטרה הם באמת בעלי אבחנה דקה. השני הוא מידת השינוי שעברה על מקצוע הנדסת החשמל במאה השנים האחרונות. עד שנות השבעים, לערך, מהנדס חשמל היה אדם שבנה מעגלים חשמליים בעזרת נגדים, קבלים וסלילים: רכיבים בסיסיים שנמצאים בשימוש כבר למעלה ממאתיים שנה. הנגדים והקבלים עדיין בשימוש, כמובן, אבל הנדסת החשמל חוותה מהפכה גדולה שהפכה אותה לעיסוק מגוון יותר: נוספו לה תחומים חדשים כמו רשתות מחשב, בקרה, תקשורת, תכנון כרטיסים אלקטרוניים ועוד, שנכנסים כולם תחת המטרייה של 'אלקטרוניקה'.

מי שאחראי למהפכה האלקטרונית, ובעקיפין למהפכה הטכנולוגית שחוותה האנושות כולה בחמישים השנים האחרונות, הוא הטרנזיסטור. רובנו מכירים את השם 'טרנזיסטור' בהקשר של 'רדיו טרנזיסטור'- אבל הכוונה כאן היא לא למקלט הרדיו, אלא לרכיב חשמלי זעיר שמהווה אבן בניין בכמעט כל המכשירים האלקטרוניים הקיימים: מחשב, טלפון, מקרר, מכונית, טלוויזיה- וגם, כמובן, במקלטי רדיו כמו ה'רדיו טרנזיסטור'.

זו גם הסיבה לסתירה ב'עדות' שלי. אמנם על תעודת התואר שלי כתוב 'מהנדס חשמל', אבל בפועל יכולים לעבור שבועות ואפילו חודשים בלי שאגע בנגד או קבל במו ידי…אני שייך לעולמו של הטרנזיסטור, ולכן אני קורא לעצמי לפעמים 'מהנדס אלקטרוניקה'. זה כל מה שיש לי להגיד להגנתי בעניין הזה, ולא תשברו אותי בחקירה. בא לי לעמוד על השולחן ולצעוק- "אני, סמי בן טובים, דפקתי הקופ…"
טוב, אולי נסחפתי קצת.

בכל אופן, הטרנזיסטור הוא אבן בניין כה קריטית במעגלים אלקטרוניים בימינו, עד שרבים מכתירים את הטרנזיסטור כ'המצאה החשובה ביותר במאה השנים האחרונות'. אך אולי תופתעו לגלות שהטרנזיסטור החל את חייו כ'מוקצה', רכיב חשמלי שרוב המהנדסים ראו בו לא יותר מצעצוע, ופרופסורים באוניברסיטאות הזהירו את תלמידיהם שלא לבזבז עליו את זמנם. בפרק זה נספר את סיפורו הסבוך והמפותל של הטרנזיסטור, נגלה מדוע הפך ה'רדיו טרנזיסטור' לכל כך מזוהה עם הרכיב המיניאטורי הזה בעיני הציבור, ונכיר את המדען השאפתן שעמד מאחוריו.

מייקל פרדי

מייקל פרדיי (Faraday) נחשב לאחד מאבות הנדסת החשמל. במהלך קריירה מרשימה שהשתרעה על פני המחצית הראשונה של המאה ה-19, הגיע פרדיי לתובנות מעמיקות וחשובות לגבי חשמל ומגנטיות, ופיתח בין היתר את המנוע החשמלי והגנרטור. פרדיי היה גם כימאי, וביצע ניסויים על תרכובות וחומרים שונים כדי לחשוף את תכונותיהם – כמו למשל, את ההתנגדות החשמלית שלהם. מהי 'התנגדות חשמלית'?

האולימפידה בלונדון נסתיימה לא מכבר, ואני מניח שלרובכם יצא להציץ בתחרויות האתלטיקה- כמו תחרות הדיפת כדור ברזל, למשל. כדי להדוף את הכדור, יש להפעיל עליו כוח- ומכיוון שמדובר בגוש מוצק של מתכת כבדה, הדיפת כדור ברזל דורשת הרבה יותר כוח מאשר, נאמר, הדיפה של כדור עשוי-ספוג. במילים אחרות, לכדור ההדוף יש תכונה אופיינית – מאסה, במקרה זה – שקובעת עד כמה יתנגד לכוח שמופעל עליו. התנגדותו של החומר למעבר זרם חשמלי שקולה למאסה של הכדור. זרם חשמלי הוא, במרבית המקרים, תנועה של אלקטרונים- כדי לגרום לאלקטרונים לנוע בתוך חומר, יש להפעיל עליהם כוח, בדומה לכוח שמפעילים הודפי כדור הברזל. כוח זה מכונה 'מתח', Voltage. יש חומרים בעלי התנגדות גבוהה, שכדי לגרום לזרם לנוע בתוכם צריך להפעיל מתח גבוה- אלו הם החומרים המבודדים כמו עץ וגומי. יש חומרים בעלי התנגדות נמוכה, שהם שקולים לכדור הספוג באנלוגיה הספורטיבית שלנו: אפילו הפעלה של כוח מעט יחסית, דהיינו- מתח נמוך, מספיקה כדי לאפשר לאלקטרונים לנוע בתוכם.

מייקל פרדיי - הפודקאסט עושים היסטוריה

מייקל פרדיי [ויקיפדיה]

פרדיי ידע שמידת ההתנגדות של כל חומר היא, עקרונית, קבועה. אפשר לגרום לחומר לשנות את התנגדותו – אבל ככלל, השינוי בהתנגדות יהיה מינורי. למשל, חימום מתכת גורם להתנגדותה לעלות מעט – אבל גם אם נחמם אותה מאוד, המתכת לא תהפוך למבודדת כמו עץ. באותה המידה, אי אפשר לגרום לעץ להפוך פתע פתאום למוליך מצוין כמו מתכת.

בשנת 1833 מדד פרדיי התנגדות תרכובת בשם 'כסף גופרי' (Silver Sulfide). בטמפרטורת החדר הפגין הכסף הגופרי התנגדות גבוהה, ופרדיי ידע מניסיונו שאם מחממים חומרים מבודדים התנגדותם תרד, אבל רק מעט. להפתעתו של פרדיי, כשחימם את הכסף הגופרי תחת מנורה לוהטת השינוי בהתנגדות היה דרמטי מאוד: התרכובת החלה להוליך זרם מצוין! למעשה, התנגדותו של הכסף הגופרי נחלשה כל כך, עד שניתן היה לומר שהוא הפך ממבודד למוליך – כאילו הפכנו כדור ברזל כבד לכדור ספוג רך וצמרירי. פרדיי וידא את תוצאות המדידה שוב ושוב בסדרת ניסויים, ולבסוף השתכנע שאין מדובר בטעות. איש לא ידע להסביר, באותה התקופה, מה מקור ההתנגדות בכלל – ועל אחת כמה וכמה מדוע היא נחלשת כל כך כשמחממים כסף גופרי. פרדיי הסתפק בדיווח עובדתי על הממצאים בתקווה שמדען אחר יוכל להסביר אותם.

מוליכים למחצה

ארבעים שנים חלפו, וחוקרים אחרים חשפו חומרים נוספים אשר משנים את התנגדותם באופן משמעותי בתגובה לגירויים חיצוניים. כך, למשל, נתגלה כי התנגדותו של היסוד סלניום (Selenium) יורדת כשהוא נחשף לאור. חומרים אלה קיבלו את השם 'מוליכים למחצה' (Semiconductors), כיוון שהיכולת שלהם להוליך חשמל ניתנת לשינוי בקלות יחסית. המכנה המשותף למרבית המוליכים למחצה היה היותם גבישים. גבישים, נזכיר, הם חומרים שבהם האטומים מסודרים במבנה אחיד ומחזורי, כמו קוביות בדף חשבון משובץ: יהלום ומלח בישול הם דוגמות לגבישים מוכרים.

קרל פרדינד בראון (Braun) היה מדען צעיר ומבריק, מרצה זוטר באוניברסיטה בליפציג שבגרמניה. בראון התעניין מאד בתכונותיהם החשמליות של גבישים, וב-1874 ערך מספר ניסויים בגביש מוליך למחצה בשם 'גאלנה' (Galena) – תרכובת טבעית של עופרת וגפרית.

קרל פרדיננד בראון - הפודקאסט עושים היסטוריה

קרל פרדיננד בראון [ויקיפדיה]

זרם, כזכור, הוא תנועה של אלקטרונים בתגובה להפעלת כוח בדמות מתח חשמלי. כשמדובר בהדיפת כדור ברזל, לכיוון הפעלת הכוח אין משמעות: אם לא אכפת לך לפגוע בשופטים אפשר, עקרונית, להדוף את הכדור לכל הכיוונים במידה שווה. זה גם המצב בזרם חשמלי המולך במתכת: אפשר לגרום לזרם לנוע משמאל לימין או מימין לשמאל, והוא יזרום באותה הקלות בשני הכיוונים. כשחיבר בראון את גביש הגאלנה למעגל חשמלי כלשהו, והחיבור היה איתן וחזק – דהיינו, המגע בין הגביש והחוטים שמתחברים אליו משני צדדיו היה עשוי ממשטח מתכת רחב – הגאלנה הוליכה זרם חשמלי לשני הכיוונים, בדומה למתכת רגילה. אך כשהחליף בראון את החיבור באחד הצדדים למגע נקודתי ודק- חוט תיל צר במקום המשטח הרחב – הגלאנה הסכימה להוליך זרם אך ורק בכיוון אחד. 

זו הייתה תגלית בלתי צפויה עד מאוד. הגאלנה הפגינה התנגדות התלויה בכיוון זרימת הזרם: בכיוון אחד ההתנגדות גבוהה מאוד, ובכיוון ההפוך ההתנגדות נמוכה. אם נמשיך את האנלוגיה האתלטית שלנו, היה זה כאילו כדור הברזל שלנו כבד מאוד כשהודפים אותו לכיוון צפון, אבל נעשה קל כמו כדור ספוג כשזורקים אותו דרומה…

פרדיננד בראון הבין מייד כי לתגליתו עשויות להיות השלכות מרחיקות לכת. באותה התקופה, סוף המאה ה-19, החל החשמל לתפוס מקום חשוב יותר ויותר בחברה האנושית: תומס אדיסון וניקולה טסלה הביאו את התאורה לכל בית, ומכשירי חשמל הפכו להיות נפוצים יותר בתעשייה ובתקשורת. כל המעגלים החשמליים שתוכננו עד אז היו מבוססים על ההנחה שחשמל זורם בחוטים לשני הכיוונים באותה הקלות: זו תכונה שימושית, אבל בראון שיער שגם לזרימה חד-סטרית עשויים להיות שימושים מועילים במצבים מסוימים. בסופו של דבר יש לנו כבישים דו-סיטריים וכבישים חד-סיטריים, ולכל אחד מהם תפקיד משלו במערך התחבורה.

תסכול אינסופי

ניסיונותיו של בראון ומדענים אחרים ליישם את התגלית הזו במוצרים מסחריים נתקלו בקיר אטום: מוליכים למחצה היו ידועים לשמצה כחומרים בעייתים והפכפכים שתפקודם נתון ל"מצבי רוח" משתנים. מייקל פרדיי עצמו הבחין בכך כבר באותם ניסויים ראשוניים שערך ב-1833: תוצאות המדידות שערך על הכסף הגופרי היו תלויות מאוד בטמפרטורת הסביבה, באכות הכבלים, באכות הסוללה, באכות המגעים ובגורמים רבים נוספים שכל אחד מהם היה יכול לשנות את תוצאות הניסוי באופן דרמטי. גם בראון נתקל ב"מצבי הרוח" האלה במחקריו שלו: אם המוליך הדק שלו נגע בגביש הגאלנה בזווית מסוימת במקום זווית אחרת, או נלחץ אליו בעצמה טיפ-טיפה חזקה יותר מהרצוי – שום דבר לא היה עובד כמו שצריך. היו גם הבדלים אדירים בין דגימות שונות של גאלנה: משלוח של הגביש שהגיע למעבדה ביום ראשון התנהג בצורה אחת, וגבישים שהגיעו במשלוח של יום שלישי התנהגו אחרת לגמרי.

הפכפכותם של המוליכים למחצה הייתה מקור לתסכול אינסופי אצל המדענים. הנה תיאור שנתן מדען בשם ארתור שוסטר אשר חקר אף הוא את המוליכים למחצה. בין השורות של הדיווח הרשמי והמאופק, כמעט ואפשר לשמוע את שוסטר תולש את שערותיו בייאוש:

"בזמן שהייתי עסוק במחקר אחר, נתקלתי בתופעה כה משונה עד שחשתי שהיא ראויה לבדיקה נוספת. תוצאות בדיקה זו לא היו משביעות רצון. לא הצלחתי לשחזר את התופעה המשונה באופן עקבי; זאת אומרת, אני לא מצליח לשחזר אותה בכל פעם שאני מעוניין בכך, אבל כשהיא מתרחשת אני מסוגל להעלים אותה בקלות."

הקושי בשחזור תוצאות ניסויים הביא לכך שמרבית המדענים העדיפו לשמור מרחק מהמוליכים למחצה. אפילו בשנת 1931, כמעט מאה ועשרים שנה לאחר תגליתו של פרדיי, צֻוטט הפיזיקאי המפורסם וולפגנג פאולי (Pauli):

"לא כדאי להתעסק עם מוליכים למחצה: זה בלגן מטורף. מי יודע אם הם בכלל קיימים!"

מדען אלמוני אחר כתב שלדעתו "עבודה עם מוליכים למחצה היא התאבדות מדעית".

כיום אנחנו יודעים שאחד הגורמים המשמעותיים להפכפכותם של המוליכים למחצה היא נוכחותם של זיהומים בתוך הגביש. גביש טהור מכיל אך ורק אטומים או מולקולות מאותו הסוג – למשל, אטומי פחמן ביהלום – אבל נדיר מאוד למצוא בטבע מינרלים אחידים כל כך: כמעט תמיד הם מכילים אטומים של יסודות אחרים ש'התערבבו' איתם לאורך הזמן. בגביש, אפילו אטום זר אחד מתוך עשרות מיליונים- יכול לשנות באופן דרמטי את תכונותיו החשמליות של החומר. ההבדלים בריכוזי הזיהומים בקרב דגימות שונות של אותו גביש והתוצאות הבלתי ניתנות לחיזוי של ניסויים במוליכים למחצה הם אשר מנעו מהחוקרים להסיק מסקנות ברורות ולפתח תיאוריה מוסכמת במשך זמן רב.

מקלט רדיו 'שפם החתול'

השנים הראשונות של המאה העשרים היו תחילתו של עידן הרדיו, וכמה מטובי המוחות כגון טסלה, מרקוני- וגם מיודענו פרדיננד בראון- היו עסוקים בניסיונות להאריך את טווח השידור של הרדיו. דרך אחת לעשות כן היא לשדר בעוצמה גבוהה יותר, אבל לשם כך יש להשקיע הרבה אנרגיה, לבנות משדרים גדולים יותר וכו'. אפשרות נוספת, חסכונית בהרבה, היא לבנות מקלטים רגישים יותר שיהיו מסוגלים לקלוט שידורים בעוצמה נמוכה בטווחים רחוקים.

בשנת 1906 הצליח ממציא בשם גרינליף פיקארד (Pickard) למצוא, סוף סוף, שימוש מעשי לתגליתו של פרדיננד בראון, בדמות מקלט רדיו משופר שכונה 'שפם החתול' (Cat’s Whiskers). בלב המקלט היה הגביש- הפעם סיליקון ('צורן' בעברית) במקום גלאנה – וחוט התיל הדקיק שנגע בו, ושהזכיר לרבים את השערות הדקות והזקופות בשפמו של חתול, ומכאן השם.

מקלט 'שפם החתול' - עושים היסטוריה

מקלט 'שפם החתול' [ויקיפדיה]

כשגלי הרדיו פוגעים באנטנה, הם גורמים לאלקטרונים שבתוכה לנוע הלוך ושוב: פעם ימינה, ופעם שמאלה. זרם אלקטרונים זה מגיע אל האוזניות של המפעיל והופך, לאחר המרה מסוימת, לצלילים. אך תנועתם הדו-כיוונית של האלקטרונים גורמת לבזבוז אנרגיה: התנועה לצד אחד מבטלת את ההשפעה של התנועה לצד השני, קצת כמו בתחרות משיכת חבל. כאן נכנסת לתמונה תכונת החד-כיווניות של מגע הגביש בחוט הדק: פיקארד הבין שניתן להעזר בה כדי לגרום לזרם האלקטרונים לזרום לתוך האוזניות בכיוון אחד בלבד. בשפה המקצועית, פעולה זו מכונה 'יישור'- המרה של זרם AC לזרם DC. הזרימה החד-כיוונית איפשרה ליותר אנרגיה להגיע אל האוזניות, ומכאן שהצלילים עדיין היו חזקים וברורים גם במרחק גדול יחסית מהמשדר. מקלטי 'שפם החתול' הרחיבו מאד את טווח שידורי הרדיו, וסייעו לטכנולוגיה החדשה להתבסס בכל העולם.

לרוע המזל, מקלטי 'שפם החתול' היו גם ידועים לשמצה בחוסר אמינותם. לפני כל הפעלה היה צריך הטכנאי לסובב את הגביש הנה והנה סביב צירו במשך דקות ארוכות כדי למצוא את נקודת המגע האופטימלית בין המוליך למחצה לחוט הדקיק. כל כל טלטול קטן של המקלט היה מקלקל את המגע העדין והורס את אפקט הכיווניות, ואז המפעיל היה צריך להתחיל את כל הכיוונון הארוך והמתיש מהתחלה…אי-האמינות המשוועת של המקלטים מבוססי מוליכים למחצה הביאה לכך שהמהנדסים חיפשו אלטרנטיבות אחרות ואמינות יותר. כשנמצאה לבסוף האלטרנטיבה הזו היא הייתה כה טובה ביחס ל'שפם החתול', עד שהיא כמעט ו'הרגה' את הטכנולוגייה הצעירה של מוליכים למחצה.

שפופרות ואקום

שפופרת הוואקום הומצאה על ידי תומס אדיסון בשנת 1883. אדיסון היה בעיצומם של הניסיונות לפתח נורת ליבון מסחרית, כאשר הבחין בתופעה מעניינת: אם מכניסים אלקטרודה נוספת לתוך הנורה, במרחק כמה סנטימטרים מחוט הלהט הבוהק, זרם חשמלי מתחיל לזרום בין חוט הלהט והאלקטרודה החדשה – למרות שהם אינם נוגעים זה בזה באופן פיזי.

אדיסון לא הצליח להבין כיצד הדבר ייתכן. אם נמשיך את האנלוגיה הקודמת, היה זה כאילו כדור הברזל נעלם מידיו של ההודף, והופיע מחדש כמה עשרות מטרים משם באורח פלא… אדיסון תיעד את התגלית, הוציא עליה פטנט – אבל לא המשיך לחקור אותה. רק מספר שנים לאחר מכן, כשנתגלה דבר קיומם של האלקטרונים, ניתן היה להסביר את התופעה: החום שנוצר בחוט הלהט נותן לאלקטרונים אנרגיה מספיקה כדי לעזוב את האטומים שלהם, לחצות את הוואקום בתוך השפופרת ו'לנחות' על האלקטרודה השניה.

שפופרות ואקום - הפודקאסט עושים היסטוריה

שפופרות ואקום [ויקיפדיה]

הפרט החשוב לענייננו הוא שהאלקטרונים בתוך שפופרת ואקום יכולים לנוע רק בכיוון אחד: מחוט הלהט הרותח אל האלקטרודה השניה, הקרירה. תנועה בכיוון ההפוך אינה אפשרית, כיוון שרק בחוט הלהט יש לאלקטרונים אנרגיה מספיקה כדי לבצע את הדילוג דרך הוואקום. זאת אומרת, גם כאן מתרחש אותו אפקט הכיווניות שגילה פרדיננד בראון במוליכים למחצה: התנגדות גבוהה לזרם בכיוון אחד, והתנגדות נמוכה בכיוון השני.

כשהופיעו מקלטי רדיו שהיו מבוססים על שפופרת הוואקום, הם היו מוצלחים בהרבה ממקלטי 'שפם החתול' של גרינליף פיקארד. בניגוד לחיבור הרגיש בין המוליך למחצה לחוט המתכת, שפופרת הוואקום עבדה "על המכה הראשונה": לא היה צורך בכיווננים ארוכים כדי לגרום לה לעבוד – חיברת אותה למעגל החשמלי, וזה הכול. השפורפרת עשוית הזכוכית הייתה אמנם שבירה, אבל לא רגישה לתזוזות קלות כמו 'שפם החתול'. אין פלא, אם כן, שבתוך שנים ספורות מהרגע שנכנסו השפופרות לשימוש, בסביבות שנת 1904, הפסיקו כולם להשתמש במקלטי רדיו מבוססי 'שפם החתול'. מהנדסים "אמתיים" לא רצו לעבוד עם המוליכים למחצה וראו בהן רכיבים סוג ג'. היחידים שהמשיכו להשתמש במקלטי 'שפם החתול' היו חובבי רדיו ביתיים שלא היה להם הכסף לרכוש שפופרות.

הטריאודה

ואם זה לא היה מספיק, בתוך שנתיים בלבד חלה התפתחות חשובה נוספת בטכנולוגיית שפופרות הוואקום שדחקה עוד יותר את רגליהם של המוליכים למחצה.

כזכור, גם מקלטי 'שפם החתול' וגם שפופרות הוואקום היו מבוססים על זרימה חד-כיוונית של זרם חשמלי. בשני סוגי המקלטים, עצמת הזרם הייתה קבועה – או שיש זרם, או שאין זרם. במילים אחרות – או שההתנגדות גבוהה מאוד, או שהיא נמוכה מאוד. זה קצת כמו שדרי ספורט ברדיו האזורי: או שהם שותקים, או שהם צועקים – אין באמצע.

בשנת 1906 פיתח הממציא האמריקני לי דה פורסט (De Forest) גרסה משופרת של שפופרת הוואקום. לשפופרות הוואקום הרגילות היו שני מגעים, או שתי 'רגליים', וכונו 'דיודה' ("די" כמו "דו", מלשון "שניים"). לשפופרת המשופרת היו שלוש רגלים, ולכן זכתה לשם 'טריאודה'. הרגל הנוספת בטריאודה הייתה מעין 'ברז' שאיפשר בקרה עדינה יותר על מידת ההתנגדות של שפופרת הוואקום, ומכאן בקרה עדינה על עצמת הזרם החשמלי: ניתן היה להגביר את עצמת הזרם או להחלישו בהתאם לאות בקרה אלקטרוני ברגל השלישית. ניתן לחשוב על אות הבקרה כעל דוושת הגז במכונית: לחיצה חלשה יחסית על הדוושה מתורגמת מיד לעשרות כוחות סוס בתוך המנוע. הטריאודה הייתה סוג של מגבר: היא קיבלה אות בקרה חלש בכניסה, ותירגמה אותו לזרם חשמלי בעצמה גבוהה ביציאה.

לי דה פורסט [ הפודקאסט עושים היסטוריה

לי דה פורסט [ויקיפדיה]

הטריאודה חוללה מהפכה אדירה בעולם האלקטרוניקה. סוף סוף היה למהנדסי החשמל כלי שבעזרתו היו מסוגלים לשלוט באופן משביע רצון על זרמי החשמל במעגלים שלהם, ושליטה זו איפשרה להם ליצור מעגלים מורכבים ומתוחכמים יותר מאי פעם. הטריאודה פרצה את הדרך אל מכונות חשמליות שפעם נראו כבלתי אפשריות, כמו מחשבים אלקטרוניים ומרכזיות טלפוניה מתוחכמות. זו הייתה קפיצת מדרגה טכנולוגית מדהימה, לא פחות.

ומה לגבי המוליכים למחצה?… לא רק שהיו לא-אמינים, איש גם לא הצליח לבנות בעזרתם מגבר אשר יחקה את פעולתה של הטריאודה. המוליכים למחצה הפכו ללא רלוונטיים.

או ליתר דיוק, כמעט לא-רלוונטיים… למרות המהפכה שחוללו, לשפופרות הוואקום היו חסרונות משלהן, ומי שהרגישו את חסרונות אלה במלוא עוזן היו המהנדסים והמנהלים בחברת 'מעבדות בל' (Bell Labs). מעבדות בל עסקה בפיתוח טכנולוגיות מתקדמות עבור חברות טלפוניה כמו AT&T, ועבור צבא ארצות הברית. מערכות צבאיות מתקדמות, כמו המכ"מ שנכנס לשימוש באותה התקופה, פעלו במקרים רבים בתדרים גבוהים מאוד או במילים אחרות, דרשו מגברים בעלי תגובה מהירה ביותר: הטריאודות התקשו להתמודד עם תדרים אלה. חיסרון נוסף היה הצורך בחימום מתמיד של חוט הלהט בתוך השפופרת, שכזכור היה הכרחי כדי לספק לאלקטרונים את האנרגיה הדרושה להם. החימום המתמיד הביא לצריכת אנרגיה גבוהה מאוד, ומדי פעם בפעם היו חוטי הלהט נשרפים ומתנתקים.

ויליאם שוקלי

זה היה מצב העניינים כאשר פיזיקאי צעיר בן 26 בשם ויליאם שוקלי (Shockley) הצטרף למעבדות בל ב-1936. מחקריו של שוקלי זכו להצלחה רבה והוא פרסם כמה מאמרים פורצי דרך בפיזיקה תיאורטית, ובתוך שנים ספורות הוא זכה למוניטין של אחד מטובי המוחות של החברה.

זמן לא רב לאחר שהחל שוקלי את דרכו במעבדות בל, סיפר לו אחד המנהלים על הניסיונות הכושלים לפתח מרכזיות טלפון מבוססות שפופרות ואקום. החימום המתמיד של חוטי הלהט הביא לצריכת אנרגיה אדירה, והשפופרות השרופות גרמו לתקלות חוזרות ונשנות- ולכן המרכזיות להיות מבוססות על מתגים מכניים מיושנים. שוקלי הבין שניצבת בפניו הזדמנות מעניינת. עבודת הדוקטורט שלו עסקה בפיזיקה של חומרים מוצקים, והוא הכיר היטב את המוליכים למחצה: הוא ידע שטמון בהם הפוטנציאל לפתור את כל בעיותיו של אותו המנהל. מוליכים למחצה מסוגלים לעבוד בתדרים גבוהים בהרבה מאלו של השפופרות, והם גם אינם דורשים חימום בזבזני – כך שעל הנייר, לפחות, הם עשויים להיות מוצלחים בהרבה משפופרות הוואקום.

וויליאם שוקלי - הפודקאסט עושים היסטוריה

וויליאם שוקלי [ויקיפדיה]

ב-1939 החלו שוקלי וקבוצה קטנה של חוקרים נוספים לעבוד עם מוליכים למחצה, ובפרט ניסו ליצור בעזרתם מגבר כמו הטריאודה. שוקלי היה משוכנע שמצא דרך לממש מגבר כזה באמצעות תופעה המכונה 'אפקט השדה' (Field Effect). מבלי להיכנס לפרטים, אפשר לומר כי אפקט השדה הוא שינוי בהתנגדות של הגביש בתגובה להפעלה של מתח חשמלי חיצוני: אם נפעיל מתח חיצוני חזק, ההתנגדות תרד, ולהפך. הרעיון העקרוני היה מבוסס על תאוריה יציבה ושרירה, אבל כשניסו שוקלי ושאר המהנדסים לבנות בפועל מגבר המבוסס על אפקט-השדה, הם נכשלו פעם אחר פעם.

לרוע מזלו של שוקלי, לפני שהספיק לממש את רעיונותיו פרצה מלחמת העולם השניה. כל המדענים המבריקים – ושוקלי כבר היה ידוע בשלב זה כאחד הגאונים הגדולים של מעבדות בל – גויסו למאמץ המלחמתי. שוקלי הצטרף לצוות פיתוח מכ"מים, ולאחר מכן ניהל צוות שעסק בטכניקות ללוחמה נגד צוללות. העבודה על המגבר הופסקה וננטשה למשך שש שנים.

אך פה ושם עוד היו חוקרים במעבדות בל שהמשיכו לעבוד עם מוליכים למחצה כדי לנסות ולפתור בעיות מעשיות בזמן המלחמה. אחד מאותם חוקרים היה ראסל אול (Ohl). אול קיבל על עצמו לנסות ולפתח גלאים משופרים עבור תקשורת אלחוטית ומכ"מים בתדרים גבוהים. גם אול זיהה את הפוטנציאל הטמון במוליכים למחצה, ובמיוחד בסיליקון, ופיתח טכניקות ליצירת גבישי סיליקון וגרמניום נקיים מזיהומים. גבישים אלה נכנסו לשימוש במערכות צבאיות והחוקרים צברו ניסיון רב בעבודה עימם.

במקביל, לכל אורך שנות השלושים חלה גם התקדמות דרמטית בהבנת התהליכים הפיזיקליים המתרחשים בתוך חומרים מוליכים למחצה. מאמרים פורצי דרך של חוקרים כגון וולטר שוטקי (Schottky) הגרמני, ואלן ווילסון (Wilson) הבריטי פתחו סוף סוף פתח להבנה מעמיקה יותר של אופן פעולתם של מוליכים למחצה. כתוצאה מכך, כשנסתיימה המלחמה ווויליאם שוקלי שב למעבדות בל, התנאים היו בשלים יותר להצלחה מאשר היו שש שנים קודם לכן.

שוקלי, ברדין וברטיין

בשנת 1945 קיבל שוקלי את הניהול על קבוצת מחקר קטנה. אתו בצוות היו, בין היתר, שני פיזיקאים נוספים: ג'ון ברדין ( Bardeen), שכבר עבד עם שוקלי לפני המלחמה, ו-וולטר ברטיין (Brattain). הקבוצה החלה לעבוד על מימוש רעיונותיו הקודמים של שוקלי – פיתוח מגבר המבוסס על אפקט השדה.

ג'ון ברדין - הפודקאסט עושים היסטוריה

ג'ון ברדין [ויקיפדיה]

ברדין וברטיין היו זיווג מושלם. ברדין היה פיזיקאי תאורטי, וברטיין פיזיקאי מעשי- כך ששניהם השלימו זה את זה היטב:.בארדין התאורטיקן היה הוגה רעיונות חדשים ומציע ניסויים כדי לבדוק אותם, וברטיין המוכשר ידע כיצד לבנות את המודלים במעבדה ולהריץ את הניסויים. השניים עבדו יחד באופן צמוד, בעוד ששוקלי ניהל את העניינים מרחוק וכמעט שלא היה מעורב בצדדים המעשיים של המחקר.

וולטר ברטיין - הפודקאסט עושים היסטוריה

וולטר ברטיין [ויקיפדיה]

בשנתיים הראשונות ההתקדמות הייתה אטית ומתסכלת. ברדין וברטיין בנו מגבר שהיה מבוסס על 'אפקט השדה' של שוקלי, ואפילו זיהו סימנים ראשונים של הגברה בפועל, אבל לא הצליחו להתגבר על בעיות אי-האמינות המרגיזות של המוליכים למחצה. נגיעה מקרית בגביש הייתה גורמת למגבר לעבוד, ותזוזה אחרת הייתה גורמת לו להפסיק. באחד המקרים המגבר לא עבד כלל, אבל התחיל לפעול דווקא כשהטבילו אותו במים. אלו היו אותן הצרות שכל מי שחקר את המוליכים למחצה הכיר היטב.

אבל אז, בנובמבר 1947, עלה במוחו של ברדין רעיון מהפכני – שיטה חדשה ליצור את המגבר, שלא הייתה מבוססת על אפקט השדה שהציע שוקלי כי אם קרובה הרבה יותר לתגליתו של פרדיננד בראון מלפני שמונים שנה.

מנגנון 'שפם החתול', כזכור, היה מבוסס על חוט דקיק שנוגע בגביש כך שזרם חשמלי עובר דרכם בכיוון אחד בלבד. ברדין שיער שאם ניקח חוט דקיק נוסף, נצמיד אותו לגביש ו'נזריק' דרכו זרם חשמלי חלש- הזרם החדש יוכל להשפיע על הזרם החזק יותר הזורם בין הגביש והחוט המקורי, בדומה לאופן שבו המגע השלישי בטריאודה שולט על הזרם בשפופרת הוואקום. המפתח להצלחה היה טמון בכך שהמרחק בין שני החוטים הדקיקים צריך להיות קטן מאוד, בסדר גודל של אלפית המ"מ.

כאן באו לידי ביטוי כישוריו המעשיים של ברטיין. הצבה של שני מגעים דקיקים במרחק כה זעיר היא אתגר לא פשוט, אבל ברטיין הצליח לעשות זאת כמו מקג'וויר- הוא לקח סכיני גילוח, משולש עץ קטן ומהדק נייר משרדי, ובנה אבטיפוס על שולחן המעבדה. חודש אחד מאוחר יותר, בשישה עשר בדצמבר 1947, הפעילו ברטיין ובארדין את המגבר שלהם בפעם הראשונה: הם חיברו מיקרופון לכניסת אות הבקרה שלו, ושמעו את קולם מוגבר היטב ברמקול שהיה מחובר ליציאת המגבר.

ברדין וברטיין לא עידכנו את וויליאם שוקלי על השינוי שעשו בכיוון המחקר: הוא היה בטוח שהם עדיין מנסים לפתח מגבר המבוסס על 'אפקט השדה' שלו. הפעם הראשונה ששמע על כך הייתה רק לאחר שהטרנזיסטור של ברדין וברטיין כבר עבד בפועל. הוא היה מאושר לשמוע על פריצת הדרך, כמובן, אבל מצד אחר גם כעס על כך שהשניים לא סיפרו לו על מעשיהם. הוא חש מרומה, כאילו ברדין וברטיין גזלו ממנו את התהילה שבהמצאת הטרנזיסטור.

חגיגות ההצלחה

כלפי חוץ, מעבדות בל חגגה את הצלחתה. בפעם הראשונה ניתן היה לשלוט על עצמתו הזרם החשמלי בתוך מוליך-למחצה באופן אמין ומדויק – וכפי ששיערו החוקרים עוד קודם, המגבר עבד היטב גם בתדרים גבוהים מאוד, וצרך כמויות מזעריות בלבד של אנרגיה. זו הייתה פריצת הדרך שחיפשו כולם, ותחילת הסוף עבור שפופרות הוואקום הגדולות והמסורבלות. החברה שיחררה הודעות לתקשורת וצלמים הוזמנו כדי לתעד את ברדין, ברטיין ושוקלי רוכנים מעל מכשירי המעבדה במעין 'צילום ניצחון'.

הם חיפשו שם מתאים לרכיב החדש, ושקלו לכנותו 'טריאודה מוליכה למחצה', כדי להדגיש את העובדה שמדובר בגרסה מוצלחת יותר של שפופרת הוואקום הקיימת. לבסוף החליטו על השם 'טרנזיסטור'. קיימות מספר גרסות למקור השם, אבל ככל הנראה מדובר בשילוב של המילים 'טרנס' (מלשון 'משתנה', Transition) ו-Resistor, "נגד", דהיינו – רכיב בעל התנגדות חשמלית משתנה. מעבדות בל העניקה רשיונות ייצור של הטרנזיסטור לחברות אחרות תמורת סכומי כסף נמוכים יחסית, ובתוך זמן קצר החלו להופיע ראשוני הטרנזיסטורים המסחריים בשוק.

בתוך החברה, עם זאת, העניינים נראו אחרת לגמרי. שוקלי רצה בכל מאודו להירשם בדברי ימי ההיסטוריה כ'אבי הטרנזיסטור', והחל להפעיל לחץ כבד על עורכי הדין של מעבדות בל כדי שירשמו את הפטנט על הטרנזיסטור על שמו בלבד. ברדין וברטיין, כמובן, לא אהבו לשמוע את זה. כולם בחברה ידעו ש'צילום הניצחון' שבו נראים כל השלושה סביב שולחן המעבדה הוא עיוות מוחלט של המציאות: שוקלי לא היה מעורב בפיתוח הטרנזיסטור, ומימיו לא נכנס למעבדה של ברדין וברטיין. היה לו חלק חשוב בפיתוח הרעיונות התאורטיים שמאחורי ההמצאה, ללא ספק, אבל ברור שחלקו בעניין אינו גדול מזה של שני עמיתיו. ברדין שמר את הכעס שלו לעצמו, אבל ברטיין הטיח בשוקלי לאוזני כולם: "יש מספיק תהילה בסיפור הזה לכולם!".

היחסים בתוך הצוות הידרדרו במהירות. ברטיין ובארדין לא היו מוכנים לעבוד עם שוקלי יותר, וכעבור שנתיים נטשו את המחלקה ועברו לעסוק בדברים אחרים.

הטרנזיסטור הבי-פולרי

ניסיונותיו של שוקלי לנכס לעצמו את המצאת הטרנזיסטור הראשון לא צלחו, אך הוא טרם אמר את המילה האחרונה. שוקלי חש שהוא חייב לעשות פריצת דרך משמעותית באמת כדי להחזיר לעצמו את התהילה שנגזלה ממנו. הוא הסתגר בחדרו ובמשך ארבעה שבועות רצופים עבד בקדחתנות. המוטיבציה האדירה שלו הייתה דלק רב עצמה שהזין מוח שהיה מנוע אינטלקטואלי נדיר ביכולותיו. בתום אותן ארבע שבועות יצא שוקלי מחדרו כשהוא אוחז בידיו דרך חדשה לבנות טרנזיסטור: שיטה שונה באופן מהותי מהרעיון שהגה ברדין שנתיים קודם לכן.

הטרנזיסטור של ברדין וברטיין 'עשה את העבודה', אפשר לומר, אבל הצורך בשני מגעים דקיקים כה קרובים זה לזה על הגביש היה בעוכריו: היה קשה מאוד לייצר טרנזיסטור כזה בכמויות מסחריות, ברמת אמינות גבוהה. שוקלי הגה דרך לבנות טרנזיסטור שיהיה עשוי כולו מגוש אחד של גביש מוצק: שיטה זו איפשרה להקטין מאד את הטרנזיסטור מחד, ועדיין לשמור על רמת אמינות גבוהה ורגישות מזערית בלבד לטילטולים. הטרנזיסטור הזה קיבל את השם "טרנזיסטור בי-פולרי" (Bipolar Transistor), כדי להבדיל אותו מהטרנזיסטור הראשון שכונה "טרנזיסטור נקודת מגע" (Point Contact Transistor). כל מי ששמע על הטרנזיסטור הבי-פולרי הבין שמדובר בפריצת דרך שווה בעצמתה לזו של הטרזיסטור המקורי: כמעט מייד הפסיקו כל החברות לייצר טרנזיסטורי נקודת מגע, ועברו לייצר את הטרנזיסטורים הבי-פולרים של שוקלי.

הטרנזיסטור הראשון הומצא, כאמור, כבר ב-1947, אבל הופעתו של הטרנזיסטור הבי-פולרי סימנה את נקודת ההתחלה האמתית של מהפכת האלקטרוניקה. את השפעותיו של המעבר משפופרות ואקום לטרנזיסטורים מוצקים ניתן היה לראות באינספור תחומים, החל ממחשבים וכלה במרכזיות טלפון משוכללות, אבל הציבור נחשף אל המהפכה הזו בעיקר דרך מוצר אחד: הרדיו.

מקלטי רדיו מבוססי שפופרות ואקום היו בכל בית כמעט, אבל הם גדולים ומסורבלים כמו רהיט. מספר חברות זריזות, ובמיוחד חב רה יפנית צעירה בשם 'סוני', הבינו את הפוטנציאל של הטרנזיסטורים הזעירים, ובשנות החמישים והשישים הוציאו לשוק מקלטי רדיו קטנים וניידים שזכו לכינוי 'רדיו טרנזיסטור'. המקלטים הקטנים חוללו שינוי דרמטי באופן שבו החל הציבור לצרוך תכנים דרך הרדיו. ההאזנה לרדיו לא הייתה מוגבלת עוד לישיבה מנומסת על הספה בסלון: כעת ניתן היה להאזין לרדיו בכל מקום, בין אם ברכב או ברחוב. מספרם של המאזינים זינק, ותחנות רדיו רבות יותר הופיעו על הסקלה. בני נוער היו יכולים להאזין לרדיו בחדרם, ללא השגחת ההורים – והם לא רצו להקשיב למוזיקה הישנה… הם רצו את אלביס ואת הביטלס. רדיו הטרנזיסטור סימן לא רק התחלת מהפכה טכנולוגית, אלא גם התחלת מהפכה תרבותית. השפעה זו היא הסיבה לכך שעבור דור שלם, הטרנזיסטור היה מזוהה באופן כמעט מוחלט עם הרדיו טרנזיסטור.

אבי הטרנזיסטור

וויליאם שוקלי, אם כן, קיבל את מבוקשו. על אף שנאלץ לחלוק את פרס הנובל על המצאת הטרנזיסטור עם ברדין וברטיין בשנת 1956, פיתוח הטרנזיסטור הבי-פולרי הפך אותו דה-פקטו ל'אבי הטרנזיסטור', האיש שבזכותו אתם מאזינים כעת לפרק הזה בנגן נייד, בטלפון חכם או במחשב. ואם זה לא מספיק, שנים לא רבות לאחר מכן הצליחו חוקרים אחרים לממש את חזונו המוקדם של שוקלי ולבנות טרנזיסטור המבוסס על אפקט-השדה: ה-MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor). ה-MOSFET היה כה מוצלח עד שהחליף בימינו את הטרנזיסטור הבי-פולארי, והוא הטרנזיסטור הנפוץ ביותר כיום.

ההצלחה הגדולה לא מיתנה את שאפתנותו של שוקלי, ולא הפכה אותו לאדם נעים יותר – ואפילו להפך. הניסיון 'הרע' שלו עם ברטיין וברדין גרם לו להיות פרנואידי וחשדן יותר באנשים שעבדו תחתיו. במעבדות בל הבינו ששוקלי לא יוכל להשתלב בהנהלה הבכירה של החברה, וקידומו נעצר- אך שוקלי רצה עדיין לעמוד בחוד החנית של הטכנולוגיה, ולהטביע את חותמו גם מחוץ לעולם האקדמיה.

ב-1956 הוא פרש ממעבדות בל והקים את Shockly Transistor Company, חטיבה עצמאית של חברה בשם 'בקמן אינסטרומנטס'. מטרתו הייתה לפתח תהליכי ייצור חדשנים ולהפוך את החברה שלו למובילה העולמית בתחום זה. המוניטין שרכש ליכולות הניהול שלו הביא לכך שאף אחד מעמיתיו במעבדות בל לא הסכים לפרוש עמו ולהצטרף לחברה החדשה, אבל עובדה זו לא הציבה לו בעיה מיוחדת: שוקלי היה מפורסם כל כך עכשיו, שלא הייתה לו בעיה לגייס את טובי החוקרים מהאקדמיה.

ב'שוקלי טרנזיסטור קומפני' עשה שוקלי את כל טעויות הניהול האפשריות, פחות או יותר: הוא לא בטח באף אחד וכשהיה לו רעיון חדש לטרנזיסטור מהפכני, הוא מידר כמעט את כל החוקרים שלו ונתן רק לקבוצת אנשים קטנה ומצומצמת לעבוד על הרעיון. המתחים בתוך החברה גברו כששוקלי החליט לתלות על לוח המודעות רשימה מפורטת של סכומי המשכורות של כל העובדים. באחד המקרים נחתכה מזכירה של החברה מפיסת מתכת חדה במעבדה ושוקלי היה משוכנע, משום מה, שמדובר בניסיון מכוון לפגוע בה. הוא החליט שכל החברה תעבור בדיקות פוליגרף כדי לגלות את המפגע המסתורי, אבל ירד מהעניין לאחר שראה את התרעומת שהדבר עורר בקרב העובדים.

הסיפורים שיצאו מ'שוקלי טרנזיסטור קומפני' מעידים על כך שוויליאם שוקלי, על אף שהיה בעל הבנה נדירה בפיזיקה של מוליכים למחצה- עד כדי כך שעמיתיו אמרו עליו שהוא כמעט "מסוגל לראות אלקטרונים" – לא ממש הבין בני אדם. למשל, באחת מישיבות הצוות שאל קבוצה של מדענים צעירים מה יעזור להפוך את העבודה שלהם למעניינת יותר. הם השיבו לו שהם ישמחו לפרסם מאמרים מדעיים בעיתונות המקצועית. שוקלי הנהן בראשו, הלך הביתה וחזר למחרת עם מאמר מדעי מושלם המתאר תופעה כלשהי בתחום המוליכים למחצה. "הנה," הוא אמר למדענים הצעירים, "תקראו את זה, תחתמו ותפרסמו." זו הייתה דרכו של שוקלי לעורר מוטיבציה באנשיו…

שמיניית הבוגדים

כעבור שנה אחת בלבד גברו המתחים בתוך החברה עד לרמה בלתי נסבלת, ושמונה חוקרים בכירים החליטו לעשות מעשה. הם הלכו מאחורי גבו של שוקלי ופנו לנשיאה של 'בקמן אינסטרומנטס', חברת האם, בדרישה להזיז את שוקלי מתפקידו ולהציב במקומו מנהל מוכשר יותר. הנשיא היסס במשך תקופה מסוימת, אך לבסוף דחה את בקשתם: הוא ידע שהדחה כזו תביא לפגיעה אנושה בתדמיתו הציבורית של שוקלי, ולא רצה לפגוע בו.

לשמיניית החוקרים – או "שמיניית הבוגדים", כפי שכינה אותם במרירות שוקלי – לא נותרה ברירה. הם החליטו להתפטר, ולהקים חברה מתחרה בשם Fairchild Semiconductors. פרצ'יילד הייתה חממה טכנולוגית, אשר ממנה התפצלו והוקמו ברבות הימים חברות אחרות וחשובות כמו AMD, National Semiconductors ועוד. בין חבריה של שמיניית הבוגדים אפשר למצוא את גורדון מור ורוברט נויס שהקימו את אינטל, שלדון רוברט שהקים את Teledyne, ויוגין קליינר שייסד חברת השקעות שסייעה לסטרט-אפים קטנים שאולי שמעתם את שמם: אמזון, AOL, גוגל, נטסקייפ, סאן וכמה נוספות. את התואר 'שמיניית הבוגדים' המשיכו החברים לשאת בגאווה במשך שנים רבות.

וויליאם שוקלי זעם על עזיבתם של שמיניית הבכירים, אבל לא נתן לכך לעצור אותו. כאמור, היה לו רעיונות חדשים לטרנזיסטורים משופרים, והוא האמין שיצליח גם בלעדיהם. לרוע מזלו, לא הכול הלך לפי התכנית.

המעגל המשולב

Texas Instruments, או TI בקיצור, הייתה אחת המובילות בתחום ייצור הטרנזיסטורים, והראשונה שהצליחה לפתח טרנזיסטורים מסחריים על בסיס סיליקון, ולא על בסיס גרמניום כפי שהיה מקובל עד אז. בשנת 1958 הצטרף ל-TI עובד חדש, מהנדס בשם ג'ק קילבי (Kilby). זמן קצר לאחר שהצטרף לחברה, יצאו כל העובדים לחופשה מרוכזת של חודש ימים – וקילבי, כיוון שלא היו לו עדיין ימי חופש לנצל, מצא עצמו משוטט לבדו במסדרונות הריקים, חסר מעש. מחשבותיו של קילבי נדדו, והוא החל להרהר באפשרויות לשפר את הטרנזיסטורים ולשכללם.

ג'ק קילבי - הפודקאסט עושים היסטוריה

ג'ק קילבי [ויקיפדיה]

בעשר השנים שחלפו מאז הומצא הטרנזיסטור הראשון הלכו המעגלים האלקטרוניים והשתכללו, וכעת כבר היו יישומים שדרשו עשרות ומאות טרנזיסטורים. כל אחד מאותם טרנזיסטורים היה סגור בתוך מארז קטן משל עצמו, והחיבור בינו לבין טרנזיסטורים אחרים נעשה באמצעות חוטים ארוכים. החוטים הארוכים הגבילו את מהירות פעולתו של המעגל החשמלי: לקח לאותות החשמליים זמן רב, באופן יחסי כמובן, לעבור מטרנזיסטור לטרנזיסטור.

ג'ק קילבי ידע, כמובן, שוויליאם שוקלי הצליח לתכנן טרנזיסטור שהיה עשוי כולו מגביש מוצק אחד. מדוע, הוא שאל את עצמו, שלא נעשה אותו הדבר בכמה טרנזיסטורים? דהיינו, ניצור גביש אחד שיכיל כמה וכמה טרנזיסטורים צמודים זה לזה, כך שהחיבורים ביניהם יהיו קצרים מאוד וזמן מעבר האותות ביניהם יקטן בהתאם. כששבו כל שאר העובדים מהחופשה הסביר קילבי למנהליו את הרעיון, וקיבל אישור להמשיך ולפתח אותו. התוצאה הייתה מה שמוכר לנו כיום בשם 'מעגל משולב' (Integrated Circuit). באב-הטיפוס שפיתח ג'ק קילבי היו רק כמה טרנזיסטורים בודדים, אבל שיטות הייצור התפתחו בקצב כה מסחרר עד שהביאו את גורדון מור מאינטל – כזכור, אחד משמיניית הבוגדים – לנבא שמספר הטרנזיסטורים במעגל משולב יכפיל את עצמו בכל שנה וחצי. "חוק מור" מוכיח את עצמו כבר עשרות שנים ובמעגלים המשולבים של ימינו – כמו מעבדים וזכרונות מחשב – קיימים מיליארדי טרנזיסטורים על פיסת סיליקון אחת, ומורכבות המעגלים האלקטרוניים גדלה בהתאם.

פיתוחו של המעגל המשולב היווה מכת מוות למאמציו של וויליאם שוקלי: העולם כבר לא היה צריך טרנזיסטור מסוג חדש, אלא כמויות גדלות והולכות של אותו הטרנזיסטור. חברת 'שוקלי טרנזיסטור' התפרקה כעבור שנים ספורות בלבד, לפני שהספיקה להוציא ולו מוצר מסחרי אחד.

שוקלי והאאוגניקה

וויליאם שוקלי המשיך להיות דמות פרובוקטיבית גם בימים שלאחר 'שוקלי טרנזיסטור קומפני'. הוא החל לתמוך ברעיון ה'אאגוניקה': השבחת המין האנושי על ידי דילול מכוון של אנשים בעלי תכונות לא רצויות. שוקלי היה מודאג שמא אנשים בעלי אינטליגנציה נמוכה מתרבים בקצב מהיר מדי, ולכן בטווח הארוך יגרמו לירידה במנת המשכל הממוצעת של האוכלוסיה כולה. הוא הציע לשלם לאנשים בעלי אינטליגנציה נמוכה כדי שיסכימו שלא לעשות ילדים.

האאוגניקה עוררה את סקרנותם של מדענים רבים בתחילת המאה העשרים, אבל הזוועות שחוללו הנאצים בשם האאוגניקה הפכו את העיסוק ברעיון למוקצה לחלוטין. שוקלי לא נתן לקונוטציות השליליות של האאוגניקה להרתיע אותו, או שאולי כלל לא הבין עד כמה העיסוק בנושא מזיק לתדמית הציבורית שלו. הוא לא ראה בעצמו גזען: מבחינתו, זה לא משנה אם האדם הטיפש היה לבן, שחור, יהודי או נוצרי. הוא היה מדען שביקש להיטיב את מצב האנושות.

כל שאר האנשים שסביבו, לעומת זאת, לא ממש הסכימו איתו. שוקלי אמנם זכה לפרסים ולאותות הוקרה רבים מספור, אבל רבים ראו בו מעין 'מדען מטורף' שכדאי לשמור ממנו מרחק. כשהלך לעולמו בשנת 1989, וויליאם שוקלי היה אדם בודד למדי. יש מי שקראו לו "משה של עמק הסיליקון", שכן המצאותיו, תגליותיו והחברה שהקים הם אלו שהביאו להקמתו של המרכז הטכנולוגי השוקק בסאן-חוזה שבקליפורניה – אבל שוקלי עצמו מעולם לא הצליח להשתלב בתעשייה המסחרית שצמחה בזכותו, ונותר תמיד 'אאוטסיידר'.

הטכנולוגיה המודרנית מבוססת על הטרנזיסטור, אבל אפשר בהחלט לטעון שטרנזיסטור בודד – משוכלל וחשוב ככל שיהיה – הוא חסר תועלת. עצמתם של הטרנזיסטורים באה לידי ביטוי כשהם עובדים יחד, בתוך מעגל משולב המכיל המונים מהם. באותו האופן, אנחנו יכולים לשאול את עצמנו לזכותו של מי ניתן לזקוף את המצאת הטרנזיסטור: האם לזכותו של וויליאם שוקלי, המדען ואיש החזון שהיתווה את הדרך אליו, או לזכותם של ג'ון ברדין, וולטר ברטיין, ג'ק קילבי ועוד אינספור החוקרים והמהנדסים שהצליחו להפוך את החזון למציאות. המצאת הטרנזיסטור היא סיפור מרתק, בעיקר כיוון שהיא מלמדת אותנו שיעור מעניין אודות הטבע האנושי, לא פחות מאשר אודות טבעם של המוליכים-למחצה.


קרא עוד בנושאים דומים:

אודות:

ספריו של רן:

2 Responses

  1. יוקי הגיב:

    איזה יופי של הרצאה.
    איזה יופי של פודקאסט.

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.