Мартин Буркхардт - Краткая история цифровизации [litres]

Именно поэтому компания AT amp;T, главный телефонный оператор США, создала Bell Labs, Лаборатории Белла – исследовательское учреждение, где самые светлые головы страны трудились над тем, чтобы заменить телефонисток чем-то более эффективным. И вот тут в игру снова вступает кремний, этот загадочный элемент между двух миров. Атом кремния можно представить себе в образе небольшого четырехрукого монаха, каждой руке которого соответствует по одному электрону.

Атом, конечно, не один в пространстве, а сцепляется с себе подобными, образуя своего рода решетку – как если бы эти монахи держали друг друга за руки.

Что происходит, если добавить в эту группу монахов инородное тело? Свойствами атомов кремния можно управлять, если легировать их, то есть ввести им дозу другого атома. Скажем, если добавить в эту группу пятивалентный атом (например, фосфор), то он окажется донорной примесью: один из его электронов будет отдан кристаллу, а сам атом окажется положительно заряженным. Если же добавить в группу атомов кремния трехвалентный атом (например, алюминий, мышьяк или бор), то образуется дырка, и это будет акцепторная примесь: попадая в дырку, свободный электрон будет изменять заряд атома примеси на отрицательный.

Таким образом мы как бы «меняем полюса местами» или, иными словами, управляем состоянием транзистора: «минус» или «плюс», 0 или 1 [8] Дабы не перегружать книгу техническими подробностями, автор описывает лишь два типа проводимости в полупроводниках и фактически уходит от описания транзистора как такового. В транзисторе принципиальное значение имеет именно граница между полупроводниками этих двух типов (p-n и n-p переходы). Подробнее с его устройством, принципом работы и историей создания можно ознакомиться по статье «Транзистор» русскоязычной Википедии. .

Звучит просто, хотя это вполне себе квантовая механика. Уильям Шокли – признанный специалист в этой области, поэтому именно ему поручают подобрать исследователей в Лаборатории Белла. Тут впору вспомнить семь гномов: в одной команде нужно собрать металлургов, физиков, химиков и математиков. У Шокли прекрасное чутье на таланты, и он приглашает в лабораторию настоящих корифеев своей области – математика Джона Бардина и физика-экспериментатора Уолтера Браттена. Вначале работа спорится, но потом исследователи понимают, что предложенная Шокли концепция не работает.

Идея Шокли выглядит следующим образом: над кристаллом кремния (на следующей странице он изображен в виде ящика) находится тонкая пластина из алюминия, на которую от батареи подается напряжение. Теоретически находящиеся в пластине электроны должны в этот момент начать проникать в кремний, но этого не происходит. Желаемый эффект, позволяющий управлять зарядом атомов кремния, не наступает. Целый год Бардин и Браттен экспериментируют с самыми разными материалами, пока на поверхность полупроводника однажды случайно не падает капля воды. Тут они понимают, в чем была загвоздка: сама поверхность кристалла образует своего рода защитный слой, препятствовавший проникновению электронов внутрь, а вода его разрушает. Это прорыв в полном смысле этого слова: после того как Браттен соскабливает верхний слой и вводит внутрь кристалла золотой стержень, ученым удается перенести электроны внутрь кремния и добиться взаимодействия. Транзистор готов!

Обрадованные Бардин и Бриттен сообщают об успехе своему начальнику. Шокли вроде бы и рад, однако в то же время расстроен тому, что вместо его гениальной концепции сработало совершенно другое решение: совсем как злая королева, которой волшебное зеркальце сообщает, что красивее всех на свете не она, а ее неизвестная конкурентка за семью горами. Раздосадованный Шокли садится строить коварный план. Втайне от коллег он создает новую конструкцию транзистора – теперь он похож на знакомую вакуумную трубку, но уменьшен во много раз, – а Бардину и Бриттену запрещает работать над этой темой, ведь все лавры должны достаться только Шокли. Как и в сказке, этот трюк не остается безнаказанным. Его заявку на изобретение отклоняют, а патент записывается на имя его сотрудников, предложивших более удачное решение. Внешние наблюдатели рассматривают всех троих ученых как сплоченный коллектив (их совместно даже награждают Нобелевской премией), однако личные отношения Шокли с коллегами сильно подпорчены.

Транзистор, тем временем, начинает свою победную поступь по планете. Вместо того, чтобы сидеть дома у громоздкого лампового радиоприемника как у семейного алтаря, люди носят с собой маленькие транзисторные приемники. Всюду – и на пляже, и в пустыне – играет музыка, а музыканты начинают использовать транзисторы для звукоусиления (настоящий кошмар для Браттена, который до конца своих дней не смог простить себе, что благодаря его изобретению на свет появился рок-н-ролл).

В 1955 году Шокли – звезда мировой величины. Славы он уже добился, теперь дело за богатством: именно поэтому он переезжает в Пало-Альто и открывает здесь свою лабораторию. В его планы, конечно, не входит создание персонального компьютера; навязчивое стремление быть первым наводит его на мысль перевести на транзисторы весь американский военно-промышленный комплекс. Момент выбран крайне удачно: кремния вокруг – как песка на пляже, а транзистор уже заслужил репутацию устройства будущего. На этом же принципе основана схема работы солнечной батареи, и в 1959 году восхищенной публике представляют первый транзисторный радиоприемник, питающийся энергией солнца. Шокли помнит о том, как обжегся на патентных спорах, поэтому ищет для своей лаборатории только молодых и покладистых сотрудников. Тот факт, что она находится за семью горами на «Диком западе», вряд ли представляет собой проблему, скорее наоборот – земля дешевая, климат мягкий, солнце светит. Хэдхантерский талант Шокли здесь снова проявляется во всей красе.

Одним из первых он приглашает на работу 28-летнего Роберта Нойса. Нойс – сын священника, выходец из городка Гриннел, штат Айова, это глухой Средний запад страны. В его доме не было места утонченности, но ценилось образование, искренность и трудолюбие – совсем как у других пионеров компьютерной техники. Воспитанный на таких идеалах, Роберт с самого детства относился к своим начинаниям со всей серьезностью. В 12-летнем возрасте он увидел в журнале Popular Science чертеж воздушного змея и решил во что бы то ни стало поднять его в воздух. Он привлек к изготовлению соседского мальчишку, а затем забрался на крышу сарая, разбежался и прыгнул вниз вместе со змеем, потом поднялся на ноги и во весь рот улыбнулся, не обращая внимания на ссадины. Сдаваться Роберт не привык, поэтому привязал змея к машине и сам сел за руль, чтобы всё-таки заставить свое творение взлететь. С тех пор будущий сооснователь Кремниевой долины шел по жизни с девизом, который нашил на лацкан своего пиджака – No guts, no glory, «Кто не рискует, тот не пьет шампанского». Этот полный кипучей энергии симпатичный молодой человек мог стать успешным спортсменом или актером (между прочим, он учился в одной школе с Гэри Купером), но заинтересовался физикой благодаря одному счастливому случаю. Его учитель физики в Гриннел-Колледже узнал о транзисторе из газеты, с удивлением выяснив, что один из изобретателей, Джон Бардин, – его одноклассник. Завязалась оживленная переписка, и Бардин посвятил приятеля в подробности конструкции транзистора, поэтому Гриннел-Колледж стал одним из первых учебных заведений, где школьникам преподавались азы этой революционной технологии. Нойс был прилежным учеником и быстро постиг эту материю, что в итоге и привело его в лабораторию Шокли вместе с Гордоном Муром и шестью другими исследователями.