stringtranslate.com

Уолтер Хаузер Браттейн

Уолтер Хаузер Браттейн ( / ˈ b r æ t ən / ; 10 февраля 1902 — 13 октября 1987) — американский физик из Bell Labs , который вместе с коллегами-учеными Джоном Бардином и Уильямом Шокли изобрел точечный транзистор в декабре 1947 года. [1] Они разделили Нобелевскую премию по физике 1956 года за свое изобретение. Браттейн посвятил большую часть своей жизни исследованиям поверхностных состояний .

Биография

Уолтер Браттейн родился в Амое (ныне Сямынь ), провинция Фуцзянь , династия Цин, Китай , в семье американцев Росса Р. Браттейна и Оттилии Хаузер Браттейн. Его отец был шотландского происхождения, а родители матери были иммигрантами из Штутгарта , Германия. [2] [3] Росс Р. Браттейн был учителем в Институте Тин-Вэнь, [4] : 11  частной школе для китайских мальчиков; Оттилия Хаузер Браттейн была одаренным математиком. [5] Оба были выпускниками колледжа Уитмена . [3] : 71  [6] Оттилия и младенец Уолтер вернулись в Соединенные Штаты в 1903 году, и Росс вскоре последовал за ними. [4] : 12  Семья жила несколько лет в Спокане, штат Вашингтон , а затем в 1911 году поселилась на скотоводческом ранчо недалеко от Тонаскета, штат Вашингтон. [4] : 12  [3] : 71 

Браттейн учился в средней школе в Вашингтоне, проведя один год в средней школе королевы Анны в Сиэтле , два года в средней школе Тонаскет и один год в школе для мальчиков Моран на острове Бейнбридж . [7] Затем Браттейн поступил в колледж Уитмена в Уолла-Уолла, штат Вашингтон , где учился у Бенджамина Х. Брауна (физика) и Уолтера А. Браттона (математика). Он получил степень бакалавра в Уитмене в 1924 году, получив двойную специальность по физике и математике. [8] Браттейн и его одноклассники Уокер Бликни , Владимир Рожанский и Э. Джон Воркман сделали выдающуюся карьеру, позже став известными как «четыре всадника физики». [3] : 71  Брат Браттейна Роберт , который последовал за ним в колледж Уитмена, также стал физиком. [3] : 71 

Браттейн получил степень магистра искусств в Университете Орегона в Юджине в 1926 году и степень доктора философии в Университете Миннесоты в 1929 году. [8] [9] В Миннесоте Браттейн имел возможность изучать новую область квантовой механики под руководством Джона Хасбрука Ван Флека . Его диссертация, написанная под руководством Джона Т. Тейта , была «Эффективность возбуждения электронным ударом и аномальное рассеяние в парах ртути». [3] : 72 

Уолтер Браттейн был женат дважды. Его первой женой была химик Керен Гилмор. Они поженились в 1935 году, а в 1943 году у них родился сын Уильям Г. Браттейн. Керен Гилмор Браттейн умерла 10 апреля 1957 года. [10] В следующем году Браттейн женился на миссис Эмме Джейн (Кирш) Миллер, матери троих детей. [8]

Он переехал в Сиэтл в 1970-х годах и жил там до своей смерти от болезни Альцгеймера 13 октября 1987 года. [2] [9] Он похоронен на городском кладбище в Померое, штат Вашингтон . [11]

Научная работа

С 1927 по 1928 год Браттейн работал в Национальном бюро стандартов в Вашингтоне, округ Колумбия, где он помогал разрабатывать пьезоэлектрические стандарты частоты. В августе 1929 года он присоединился к Джозефу А. Беккеру в Bell Telephone Laboratories в качестве физика-исследователя. [12] Оба мужчины работали над тепловым потоком носителей заряда в выпрямителях из оксида меди . [3] : 72  Браттейн смог посетить лекцию Арнольда Зоммерфельда . [12] Некоторые из их последующих экспериментов по термоионной эмиссии обеспечили экспериментальное подтверждение теории Зоммерфельда . Они также работали над поверхностным состоянием и рабочей функцией вольфрама и адсорбцией атомов тория . [3] : 74  Благодаря своим исследованиям выпрямления и фотоэффектов на полупроводниковых поверхностях оксида меди и кремния Браттейн открыл фотоэффект на свободной поверхности полупроводника. Комитет по присуждению Нобелевской премии посчитал эту работу одним из его главных вкладов в физику твердого тела. [2]

В то время телефонная индустрия сильно зависела от использования электронных ламп для управления потоком электронов и усиления тока. Электронные лампы не были ни надежными, ни эффективными, и Bell Laboratories хотели разработать альтернативную технологию. [13] Еще в 1930-х годах Браттейн работал с Уильямом Б. Шокли над идеей полупроводникового усилителя, который использовал оксид меди, ранняя и неудачная попытка создания полевого транзистора . Другие исследователи в Bell и других местах также экспериментировали с полупроводниками, используя такие материалы, как германий и кремний , но довоенные исследовательские усилия были несколько бессистемными и не имели прочного теоретического обоснования. [14]

Во время Второй мировой войны Браттейн и Шокли по отдельности занимались исследованиями по магнитному обнаружению подводных лодок в Национальном комитете оборонных исследований в Колумбийском университете . [8] Группа Браттейна разработала магнитометры, достаточно чувствительные для обнаружения аномалий в магнитном поле Земли , вызванных подводными лодками . [4] : 104  [12] В результате этой работы в 1944 году Браттейн запатентовал конструкцию головки магнитометра. [15]

В 1945 году Bell Labs реорганизовали и создали группу специально для проведения фундаментальных исследований в области физики твердого тела, связанных с технологиями связи. Создание подотдела было санкционировано вице-президентом по исследованиям Мервином Келли . [14] Междисциплинарная группа, ею совместно руководили Шокли и Стэнли О. Морган. [3] : 76  К новой группе вскоре присоединился Джон Бардин . [14] Бардин был близким другом брата Браттейна Роберта, который познакомил Джона и Уолтера в 1930-х годах. [4] Они часто играли вместе в бридж и гольф. [3] : 77  Бардин был квантовым физиком, Браттейн — одаренным экспериментатором в области материаловедения, а Шокли, лидер их группы, был экспертом в области физики твердого тела. [16]

Стилизованная копия первого транзистора
Джон Бардин , Уильям Шокли и Уолтер Браттейн в Bell Labs , 1948 г.

Согласно теориям того времени, полевой транзистор Шокли, цилиндр, покрытый тонким слоем кремния и установленный близко к металлической пластине, должен был работать. Он приказал Браттейну и Бардину выяснить, почему он не работает. В течение ноября и декабря эти двое мужчин провели ряд экспериментов, пытаясь определить, почему устройство Шокли не усиливается. [13] Бардин был блестящим теоретиком; [17] Браттейн, что не менее важно, «интуитивно чувствовал, что можно сделать в полупроводниках». [14] : 40  Бардин предположил, что неспособность проводить может быть результатом локальных изменений в поверхностном состоянии , которое захватывает носители заряда . [18] : 467–468  Браттейну и Бардину в конечном итоге удалось создать небольшой уровень усиления, вставив в кремний золотую металлическую точку и окружив ее дистиллированной водой. Замена кремния германием усилила усиление, но только для низкочастотных токов. [13]

16 декабря Браттейн разработал метод размещения двух контактов из листового золота близко друг к другу на поверхности германия. [16] Браттейн сообщил: «Используя этот двойной точечный контакт, был установлен контакт с поверхностью германия, которая была анодирована до 90 вольт, электролит был смыт в H2O, а затем на ней были выпарены некоторые золотые пятна. Золотые контакты были прижаты к голой поверхности. Оба золотых контакта с поверхностью хорошо выпрямлялись... Одна точка использовалась как сетка, а другая как пластина. Смещение (DC) на сетке должно было быть положительным, чтобы получить усиление» [18]

Как описывает Бардин, «Первоначальные эксперименты с золотым пятном сразу же предположили, что в германиевый блок вводятся дырки, увеличивая концентрацию дырок вблизи поверхности. Для описания этого явления были выбраны названия эмиттер и коллектор. Единственным вопросом было то, как компенсируется заряд добавленных дырок. Наша первая мысль состояла в том, что заряд компенсируется поверхностными состояниями. Позже Шокли предположил, что заряд компенсируется электронами в объеме, и предложил геометрию транзистора с переходом... Более поздние эксперименты, проведенные Браттейном и мной, показали, что весьма вероятно, что оба эти явления происходят в транзисторе с точечным контактом». [18] : 470 

23 декабря 1947 года Уолтер Браттейн, Джон Бардин и Уильям Б. Шокли продемонстрировали первый рабочий транзистор своим коллегам в Bell Laboratories. Усиливая малые электрические сигналы и поддерживая обработку цифровой информации, транзистор является «ключевым фактором современной электроники». [19] Трое мужчин получили Нобелевскую премию по физике в 1956 году «за исследования полупроводников и открытие транзисторного эффекта». [8]

Убежденные демонстрацией 1947 года в том, что совершается крупный прорыв, Bell Laboratories интенсивно сосредоточились на том, что теперь называлось проектом «Поверхностные состояния» . Первоначально соблюдалась строгая секретность. Тщательно ограниченные внутренние конференции в Bell Labs обменивались информацией о работе Браттейна, Бардина, Шокли и других, которые занимались смежными исследованиями. [18] : Было зарегистрировано 471  патент, фиксирующий изобретение точечного транзистора Бардином и Браттейном. [20] Существовало значительное беспокойство по поводу того, смогут ли Ральф Брей и Сеймур Бензер , изучающие сопротивление германия в Университете Пердью , сделать подобное открытие и опубликовать его до Bell Laboratories. [14] : 38–39 

30 июня 1948 года Bell Laboratories провели пресс-конференцию, чтобы публично объявить о своем открытии. Они также приняли открытую политику, в которой новые знания свободно делились с другими учреждениями. Поступая так, они избежали классификации работы как военной тайны и сделали возможным широкомасштабное исследование и разработку транзисторной технологии. Bell Laboratories организовали несколько симпозиумов, открытых для участников из университетов, промышленности и военных, в которых приняли участие сотни ученых в сентябре 1951 года, апреле 1952 года и 1956 года. Присутствовали представители как международных, так и отечественных компаний. [18] : 471–472, 475–476 

Шокли считал (и заявлял), что он должен был получить все заслуги за открытие транзистора. [20] [21] [22] Он активно исключал Бардина и Браттейна из новых областей исследований, [23] в частности, из области транзистора с переходом , который Шокли запатентовал. [20] Теория Шокли о транзисторе с переходом была «впечатляющим достижением», указывающим путь к будущей твердотельной электронике, но прошло несколько лет, прежде чем ее создание стало практически возможным. [14] : 43–44 

Браттейн перешел в другую исследовательскую группу в Bell Laboratories, где работал с CGB Garrett и PJ Boddy. Он продолжал изучать поверхностные свойства твердых тел и «транзисторный эффект», чтобы лучше понять различные факторы, лежащие в основе поведения полупроводников. [3] : 79–81  [24] Описывая это как «невыносимую ситуацию», Бардин покинул Bell Laboratories в 1951 году, чтобы отправиться в Иллинойсский университет , где он в конечном итоге получил вторую Нобелевскую премию за свою теорию сверхпроводимости . [20] Шокли покинул Bell Laboratories в 1953 году и продолжил формировать Shockley Semiconductor Laboratory в Beckman Instruments . [23] [25]

В 1956 году трое мужчин были совместно награждены Нобелевской премией по физике королем Швеции Густавом VI Адольфом «за исследования полупроводников и открытие транзисторного эффекта». [8] Бардин и Браттейн были включены в список за открытие точечного транзистора; Шокли за разработку транзистора с плоскостью. Уолтер Браттейн, как говорят, сказал, когда ему сообщили о награде: «Я, безусловно, ценю эту честь. Это большое удовлетворение, что я что-то сделал в жизни и был отмечен за это таким образом. Однако большая часть моей удачи заключается в том, что я оказался в нужном месте, в нужное время и имел нужных людей для работы». [26] Каждый из троих прочитал лекцию. Браттейн выступил с докладом о поверхностных свойствах полупроводников , [27] Бардин об исследованиях полупроводников, ведущих к точечному транзистору , [28] и Шокли о транзисторной технологии, вызывающей новую физику . [29]

Браттейн позже сотрудничал с PJ Boddy и PN Sawyer над несколькими работами по электрохимическим процессам в живой материи. [3] : 80  Он заинтересовался свертыванием крови после того, как его сыну потребовалась операция на сердце. Он также сотрудничал с профессором химии Уитмена Дэвидом Фраско, используя фосфолипидные бислои в качестве модели для изучения поверхности живых клеток и их процессов поглощения. [23]

Преподавание

Браттейн преподавал в Гарвардском университете в качестве приглашенного лектора в 1952 году и в колледже Уитмена в качестве приглашенного лектора в 1962 и 1963 годах, а также приглашенного профессора с 1963 года. После официального ухода из Bell Laboratories в 1967 году он продолжил преподавать в Уитмене, став адъюнкт-профессором в 1972 году. Он ушел с преподавательской работы в 1976 году, но продолжал быть консультантом в Уитмене. [8]

В Уитмене стипендии Уолтера Браттейна присуждаются на основе заслуг «поступающим студентам, которые достигли высоких академических успехов в своей подготовительной работе к колледжу». Все кандидаты на поступление рассматриваются для получения стипендии, которая может быть продлена на четыре года. [30]

Награды и почести

Уолтер Браттейн получил широкое признание за свой вклад. [8]

Ссылки

  1. ^ "Walter H. Brattain". IEEE Global History Network . IEEE . Получено 10 августа 2011 г.
  2. ^ abc "Walter Houser Brattain". Королевская шведская академия наук . Получено 8 декабря 2014 г. Уолтер Х. Браттейн родился в Амое, Китай, 10 февраля 1902 года в семье Росса Р. Браттейна и Оттилии Хаузер. ...
  3. ^ abcdefghijkl Бардин, Джон (1994). Уолтер Хаузер Браттейн 1902–1987 (PDF) . Вашингтон, округ Колумбия: Национальная академия наук . Получено 4 марта 2015 г. .
  4. ^ abcde Риордан, Майкл; Ходдесон, Лиллиан (1998). Кристаллический огонь: изобретение транзистора и рождение информационной эпохи. Нью-Йорк [ua]: Norton. стр. 78. ISBN 9780393318517. Получено 4 марта 2015 г. .
  5. ^ Купер, Дэвид Y. (2001). "Браттейн, Уолтер Х. (1902–1987), Физики, физики, лауреаты Нобелевской премии". Американская национальная биография онлайн . doi :10.1093/anb/9780198606697.article.1301949. ISBN 9780198606697. Получено 4 марта 2015 г. .
  6. ^ "Роберт Браттейн". PBS Online . Получено 4 марта 2015 г.
  7. ^ Бардид, Джон (1994). "Уолтер Хаузер Браттейн, 1902–1987" (PDF) . Национальная академия наук.
  8. ^ abcdefgh Кока, Андреа; Макфарланд, Коллин; Маллен, Джанет; Хастингс, Эми. «Руководство по семейным бумагам Уолтера Браттейна 1860–1990». Северо-западный цифровой архив (NWDA) . Получено 29 марта 2018 г.
  9. ^ ab Susan Heller Anderson (14 октября 1987 г.). "Уолтер Браттейн, изобретатель, мертв". New York Times . Получено 8 декабря 2014 г. Уолтер Х. Браттейн, который разделил Нобелевскую премию по физике 1956 года за изобретение транзистора, умер вчера от болезни Альцгеймера в доме престарелых в Сиэтле. Ему было 85 лет. ...
  10. ^ "Некрология". Новости химии и машиностроения . 35 (19): 58. 13 мая 1957 г. doi :10.1021/cen-v035n019.p058.
  11. ^ "Некролог Уильяма Браттейна - Тигард, штат Орегон". Мемориал достоинства . Получено 8 марта 2024 г. Сын физика, лауреата Нобелевской премии Уолтера Х. Браттейна [...] похоронит свой прах рядом с отцом на городском кладбище Померой, Померой, Вашингтон.
  12. ^ abc "Расшифровка интервью по устной истории с Уолтером Браттейном, январь 1964 г. и 28 мая 1974 г.". Библиотека и архив Нильса Бора . Американский институт физики . 4 марта 2015 г.
  13. ^ abc Levine, Alaina G. (2008). "Джон Бардин, Уильям Шокли, Уолтер Браттейн Изобретение транзистора – Bell Laboratories". APS Physics . Получено 4 марта 2015 г. .
  14. ^ abcdef Браун, Эрнест; Макдональд, Стюарт (1982). Революция в миниатюре: история и влияние полупроводниковой электроники (2-е изд.). Кембридж: Cambridge University Press. ISBN 978-0521289030.
  15. ^ "Головка магнитометра с интегральным приводом US 2605072 A" . Получено 5 марта 2015 г.
  16. ^ ab Isaacson, Walter (4 декабря 2014 г.). «Микрочипы: транзистор был первым шагом». Bloomberg Business . Получено 4 марта 2015 г. .
  17. ^ Ходдесон, Лиллиан. «Профессор Иллинойского университета Джон Бардин, нежный гений, получил две Нобелевские премии — так почему же о нем не знают больше людей?». Ассоциация выпускников Иллинойсского университета . Получено 6 марта 2015 г.
  18. ^ abcde Hoddeson, Lillian (1992). Из хрустального лабиринта: главы из истории физики твердого тела. Нью-Йорк: Oxford University Press. ISBN 978-0195053296. Получено 4 марта 2015 г. .
  19. ^ Lundstrom, Mark (2014). Essential Physics of Nanoscale Transistors . Lessons from Nanoscience: A Lecture Notes Series. Vol. 06. World Scientific Pub Co Inc. doi : 10.1142/9018. ISBN 978-981-4571-73-9.
  20. ^ abcd Кесслер, Рональд (6 апреля 1997 г.). «Отсутствовал при сотворении мира; как один ученый сбежал с величайшим изобретением со времен лампочки». The Washington Post Magazine . Архивировано из оригинала 24 февраля 2015 г. Получено 5 марта 2015 г.
  21. ↑ Изобретатели и изобретения. Нью-Йорк: Marshall Cavendish. 2007. С. 57–68. ISBN 978-0761477617. Получено 5 марта 2015 г. .
  22. ^ "Shockley, Brattain and Bardeen". Transistorized . PBS . Получено 5 марта 2015 г. .
  23. ^ abc "Walter Houser Brattain". How Stuff Works . Июль 2010. Получено 5 марта 2015 .
  24. ^ Кэри, Чарльз В. младший (2006). Американские ученые. Infobase Publishing. стр. 39–41. ISBN 978-0816054992. Получено 5 марта 2015 г. .
  25. ^ Брок, Дэвид С. (29 ноября 2013 г.). «Как мечта Уильяма Шокли о роботе помогла запустить Кремниевую долину». IEEE Spectrum . Архивировано из оригинала 1 декабря 2013 г. Получено 10 апреля 2014 г.
  26. ^ ab «Нобелевская премия по физике присуждена изобретателям транзисторов». Bell System Technical Journal . 35 (6): i–iv. 1956. doi :10.1002/j.1538-7305.1956.tb03829.x.
  27. ^ Браттейн, Уолтер Х. (11 декабря 1956 г.). «Поверхностные свойства полупроводников». Science . 126 (3265). Nobelprize.org: 151–3. doi :10.1126/science.126.3265.151. PMID  17743910.
  28. ↑ Бардин, Джон (11 декабря 1956 г.). «Исследования полупроводников, ведущие к точечно-контактному транзистору». Нобелевская лекция . Nobelprize.org.
  29. ↑ Шокли, Уильям (11 декабря 1956 г.). «Транзисторная технология вызывает новую физику». Нобелевская лекция . Nobelprize.org.
  30. ^ "Специальные стипендиальные программы". Whitman College . Архивировано из оригинала 2 апреля 2015 г. Получено 5 марта 2015 г.
  31. ^ "Дело Джона Бардина и Уолтера Браттейна, Комитет по науке и искусству, 1954 год, медаль Баллантайна". Институт Франклина . 15 января 2014 г. Получено 5 марта 2015 г.

Внешние ссылки