Walter Houser Brattain - Walter Houser Brattain

Walter Houser Brattain
Brattain.jpg
Brattain kolem roku 1950
narozený(1902-02-10)10. února 1902
Xiamen, Fujian, Dynastie Čching
Zemřel13. října 1987(1987-10-13) (ve věku 85)
Seattle, Washington, USA
Národnostamerický
Alma materWhitman College
University of Oregon
University of Minnesota
Známý jakoTranzistor
OceněníStuart Ballantine medaile (1952)
Nobelova cena za fyziku (1956)
Vědecká kariéra
PoleFyzika, Elektronické inženýrství
InstituceWhitman College
Bell Laboratories
Doktorský poradceJohn Torrence Tate, Sr.

Walter Houser Brattain (/ˈbr…t.n/; 10.02.1902 - 13 října 1987) byl americký fyzik v Bell Labs kteří spolu s dalšími vědci John Bardeen a William Shockley, vynalezl tranzistor s bodovým kontaktem v prosinci 1947.[1] Sdíleli rok 1956 Nobelova cena za fyziku za jejich vynález. Brattain věnoval většinu svého života výzkumu povrchové stavy.

Životopis

Walter Brattain se narodil v Amoy (nyní Xiamen ), Fujian, Qing Čína, americkým rodičům Ross R. Brattain a Ottilie Houser Brattain.[2] Ross R. Brattain byl učitelem na Ting-Wen Institute,[3]:11 soukromá škola pro čínské chlapce; Ottilie Houser Brattainová byla nadaný matematik.[4] Oba byli absolventi Whitman College.[5]:71[6] Ottilie a dítě Walter se vrátili do Spojených států v roce 1903 a Ross je následoval krátce nato.[3]:12 Rodina žila několik let v Spokane, Washington, pak se usadil na a Dobytčí ranč u Tonasket, Washington v roce 1911.[3]:12[5]:71

Brattain navštěvoval střední školu ve Washingtonu, kde strávil jeden rok Střední škola královny Anny v Seattle, dva roky v Tonasket High School a jeden rok v Moranská škola pro chlapce na Ostrov Bainbridge.[7] Brattain se poté zúčastnil Whitman College v Walla Walla, Washington, kde studoval u Benjamina H. Browna (fyzika) a Waltera A. Brattona (matematika). Získal a bakalářský titul z Whitmana v roce 1924, s dvojím zaměřením na fyziku a matematiku.[8] Brattain a jeho spolužáci Walker Bleakney, Vladimir Rojansky a E. John Workman by pokračoval ve své vynikající kariéře, později známý jako „čtyři jezdci fyziky“.[5]:71 Brattainův bratr Robert, který ho následoval na Whitman College, se stal také fyzikem.[5]:71

Brattain získal a Master of Arts z University of Oregon v Eugene v roce 1926 a titul Ph.D. z University of Minnesota v roce 1929.[8][9] V Minnesotě měl Brattain příležitost studovat nový obor kvantová mechanika pod John Hasbrouck Van Vleck. Jeho práce, pod vedením John T. Tate, byl Účinnost excitace nárazem elektronů a anomálním rozptylem v rtuti.[5]:72

Walter Brattain se dvakrát oženil. Jeho první manželkou byla lékárna Keren Gilmore. Vzali se v roce 1935 a měli syna Williama G. Brattaina v roce 1943. Keren Gilmore Brattainová zemřela 10. dubna 1957.[10] Následující rok se Brattain oženil s paní Emmou Jane (Kirsch) Millerovou, matkou tří dětí.[8]

V 70. letech se přestěhoval do Seattlu a žil tam až do své smrti od Alzheimerova choroba 13. října 1987.[2][9] Je pohřben na městském hřbitově v Praze Pomeroy, Washington.[11]

Vědecká práce

V letech 1927 až 1928 pracoval Brattain pro Národní úřad pro standardy ve Washingtonu, D.C., kde pomáhal rozvíjet piezoelektrický frekvenční standardy. V srpnu 1929 nastoupil k Josephu A. Beckerovi Bell Telephone Laboratories jako výzkumný fyzik.[12] Oba muži pracovali na toku vyvolaném teplem přepravci poplatků v usměrňovače oxidu mědi.[5]:72 Brattain se mohl zúčastnit přednášky od Arnold Sommerfeld.[12] Některé z jejich následných experimentů termionická emise poskytl experimentální ověření pro Sommerfeldova teorie. Pracovali také na stavu povrchu a pracovní funkce z wolfram a adsorpce z thorium atomy.[5]:74 Prostřednictvím studií rektifikace a fotoefektů na polovodičových površích oxidu měďného a křemíku objevil Brattain fotoefekt na volném povrchu polovodiče. Tato práce byla Výborem pro Nobelovu cenu považována za jeden z jeho hlavních příspěvků k fyzice pevných látek.[2]

V té době byl telefonní průmysl silně závislý na používání vakuové trubky k řízení toku elektronů a zesílení proudu. Vakuové trubice nebyly ani spolehlivé, ani účinné a společnost Bell Laboratories chtěla vyvinout alternativní technologii.[13] Již ve třicátých letech pracoval Brattain s Williamem B. Shockleyem na myšlence polovodičového zesilovače, který používal oxid měďnatý, časný a neúspěšný pokus o vytvoření tranzistor s efektem pole. Další vědci v Bell i jinde experimentovali také s polovodiči s použitím materiálů jako např germanium a křemík, ale předválečné výzkumné úsilí bylo poněkud nahodilé a postrádalo silné teoretické základy.[14]

V době druhá světová válka, Brattain a Shockley byli samostatně zapojeni do výzkumu magnetické detekce ponorek s Výbor pro národní obranný výzkum na Columbia University.[8] Brattainova skupina se vyvinula magnetometry dostatečně citlivý na to, aby detekoval anomálie v zemské magnetické pole zapříčiněno ponorky.[3]:104[12] V důsledku této práce si Brattain v roce 1944 nechal patentovat design hlavy magnetometru.[15]

V roce 1945 společnost Bell Labs reorganizovala a vytvořila skupinu speciálně pro základní výzkum ve fyzice pevných látek týkající se komunikačních technologií. Vytvoření sub-oddělení bylo schváleno viceprezidentem pro výzkum, Mervin Kelly.[14] Interdisciplinární skupina, kterou vedli Shockley a Stanley O. Morgan.[5]:76 K nové skupině se brzy přidal John Bardeen.[14] Bardeen byl blízkým přítelem Brattainova bratra Roberta, který ve 30. letech 20. století představil Johna a Waltera.[3] Často spolu hráli bridž a golf.[5]:77 Bardeen byl kvantový fyzik, Brattain nadaný experimentátor ve vědě o materiálech a Shockley, vedoucí jejich týmu, byl odborníkem na fyziku pevných látek.[16]

Stylizovaná replika prvního tranzistoru
John Bardeen, William Shockley a Walter Brattain Bell Labs, 1948.

Podle tehdejších teorií měl fungovat Shockleyův tranzistor s efektem pole, válec potažený tence křemíkem a namontovaný blízko kovové desky. Nařídil Brattainovi a Bardeenovi, aby zjistili, proč tomu tak není. Během listopadu a prosince oba muži provedli řadu experimentů a pokoušeli se zjistit, proč se Shockleyho zařízení nezesiluje.[13] Bardeen byl skvělý teoretik;[17] Brattain, stejně důležitě, „měl intuitivní cit pro to, co můžete dělat v polovodičích“.[14]:40 Bardeen se domníval, že selhání chování může být výsledkem místních variací v povrchový stav který uvěznil přepravci poplatků.[18]:467–468 Brattainovi a Bardeenovi se nakonec podařilo vytvořit malou úroveň zesílení vtlačením zlatého kovového bodu do křemíku a jeho obklopením destilovanou vodou. Nahrazení křemíku germaniem zesílilo zesílení, ale pouze pro nízkofrekvenční proudy.[13]

16. prosince Brattain vymyslel způsob umístění dvou kontaktů se zlatými listy blízko sebe na povrch germania.[16] Brattain uvedl: „Použitím tohoto dvojitého kontaktního kontaktu došlo ke kontaktu s povrchem germania, který byl eloxován na 90 voltů, elektrolyt omyt H2O a poté byly na něm odpařeny některé zlaté skvrny. Zlaté kontakty byly přitlačeny dolů na holý povrch . Oba zlaté kontakty na povrch se pěkně usměrnily ... Jeden bod byl použit jako mřížka a druhý jako deska. Předpětí (DC) na mřížce muselo být kladné, aby se zesílení dosáhlo. “[18]

Jak popsal Bardeen, „Počáteční experimenty se zlatou skvrnou okamžitě naznačovaly, že do germánského bloku byly zaváděny díry, které zvyšovaly koncentraci děr v blízkosti povrchu. K popisu tohoto jevu byly vybrány emitor a sběratel. Jedinou otázkou bylo jak byl kompenzován náboj přidaných otvorů. Naše první myšlenka byla, že náboj byl kompenzován povrchovými stavy. Shockley později navrhl, aby byl náboj kompenzován elektrony ve velkém a navrhl geometrii spojovacího tranzistoru ... Pozdější experimenty prováděné Brattain a já jsme ukázali, že oba se velmi pravděpodobně vyskytují v tranzistoru s bodovým kontaktem. “[18]:470

23. prosince 1947 předvedli Walter Brattain, John Bardeen a William B. Shockley první práci tranzistor svým kolegům v Bell Laboratories. Tranzistor zesiluje malé elektrické signály a podporuje zpracování digitálních informací a je „klíčovým faktorem moderní elektroniky“.[19] Tito tři muži obdrželi Nobelovu cenu za fyziku v roce 1956 „za výzkum polovodičů a objev tranzistorového efektu“.[8]

Přesvědčeni demonstrací z roku 1947, že došlo k zásadnímu průlomu, Bell Laboratories se intenzivně zaměřila na to, co nyní nazývá Projekt povrchových států. Zpočátku bylo dodržováno přísné utajení. Pečlivě omezené interní konference v Bell Labs sdílely informace o práci Brattain, Bardeen, Shockley a dalších, kteří se zabývali souvisejícím výzkumem.[18]:471 Byly zaregistrovány patenty, které zaznamenávaly vynález bodového kontaktního tranzistoru od Bardeen a Brattain.[20] Z toho byla značná úzkost Ralph Bray a Seymour Benzer, studoval odpor v germániu na Purdue University, by mohl udělat podobný objev a publikovat před Bell Laboratories.[14]:38–39

30. června 1948 uspořádaly Bell Laboratories tiskovou konferenci, aby veřejně oznámily svůj objev. Rovněž přijali otevřenou politiku, v rámci které byly nové znalosti volně sdíleny s dalšími institucemi. Tím se vyhnuli klasifikaci díla jako vojenského tajemství a umožnili rozsáhlý výzkum a vývoj technologie tranzistorů. Společnost Bell Laboratories uspořádala několik sympozií otevřených účastníkům univerzity, průmyslu a armády, kterých se v září 1951, dubna 1952 a 1956 zúčastnily stovky vědců. Zúčastnili se zástupci mezinárodních i domácích společností.[18]:471–472, 475–476

Shockley věřil (a prohlásil), že měl dostat veškerou zásluhu za objev tranzistoru.[20][21][22] Aktivně vyloučil Bardeen a Brattain z nových oblastí výzkumu,[23] zejména spojovací tranzistor, který Shockley patentoval.[20] Shockleyova teorie spojovacího tranzistoru byla „působivým počinem“, ukazujícím cestu k budoucí elektronice v pevné fázi, ale trvalo by několik let, než by byla její konstrukce prakticky možná.[14]:43–44

Brattain byl převeden do jiné výzkumné skupiny v Bell Laboratories ve spolupráci s C. G. B. Garrettem a P. J. Boddym. Pokračoval ve studiu povrchových vlastností pevných látek a „tranzistorového efektu“, aby lépe porozuměl různým faktorům, které jsou základem chování polovodičů.[5]:79–81[24] Popsal to jako „nesnesitelnou situaci“ a v roce 1951 Bardeen opustil Bell Laboratories, aby šel do University of Illinois, kde nakonec získal druhou Nobelovu cenu za svou teorii supravodivost.[20] Shockley opustil Bell Laboratories v roce 1953 a pokračoval v založení Laboratoř Shockley Semiconductor na Beckman Instruments.[23][25]

V roce 1956 dostali tři muži společně Nobelovu cenu za fyziku Král Gustaf VI Adolf Švédska „za výzkum polovodičů a objev tranzistorového efektu“.[8] Bardeen a Brattain byli zahrnuti pro objev tranzistoru s bodovým kontaktem; Shockley pro vývoj spojovacího tranzistoru. Walter Brattain je připočítán s tím, že řekl: „Určitě si vážím této cti. Je mi velkým zadostiučiněním, že jsem v životě něco udělal a že jsem za to byl tímto způsobem uznán. Nicméně hodně z mého štěstí pochází z toho, že jste na správném místě, ve správný čas a že máte správný druh lidí, se kterými můžete pracovat. “[26] Každý ze tří přednášel. Brattain promluvil Povrchové vlastnosti polovodičů,[27] Bardeen dál Výzkum polovodičů vedoucí k bodovému kontaktnímu tranzistoru,[28] a Shockley dál Technologie tranzistorů evokuje novou fyziku.[29]

Brattain později spolupracoval s P. J. Boddym a P. N. Sawyerem na několika dokumentech o elektrochemických procesech v živé hmotě.[5]:80 Začal se zajímat srážení krve poté, co jeho syn vyžadoval operaci srdce. Spolupracoval také s profesorem chemie Whitman David Frasco, použitím fosfolipidové dvojvrstvy jako model ke studiu povrchu živých buněk a jejich absorpčních procesů.[23]

Výuka

Brattain učil na Harvardská Univerzita jako hostující lektor v roce 1952 a na Whitman College jako hostující lektor v letech 1962 a 1963 a hostující profesor od roku 1963. Po formálním odchodu z Bell Laboratories v roce 1967 pokračoval ve výuce na Whitmanu a v roce 1972 se stal docentem. V roce 1976 odešel z vyučování, ale nadále byl konzultantem ve Whitmanu.[8]

V Whitmanu jsou stipendia Waltera Brattaina udělována na základě zásluh „vstupu studentům, kteří ve své přípravné práci na vysoké škole dosáhli vysoké akademické kvality.“ Všichni žadatelé o přijetí se berou v úvahu pro stipendium, které je potenciálně obnovitelné na čtyři roky.[30]

Ceny a vyznamenání

Walter Brattain byl široce uznáván za své příspěvky.[8]

Reference

  1. ^ „Walter H. Brattain“. Síť IEEE Global History. IEEE. Citováno 10. srpna 2011.
  2. ^ A b C „Walter Houser Brattain“. Královská švédská akademie věd. Citováno 2014-12-08. Walter H. Brattain se narodil v Amoy v Číně 10. února 1902, syn Rosse R. Brattaina a Ottilie Houserové. ...
  3. ^ A b C d E Riordan, Michael; Hoddeson, Lillian (1998). Křišťálový oheň: vynález tranzistoru a vznik informačního věku. New York [USA]: Norton. p. 78. ISBN  9780393318517. Citováno 4. března 2015.
  4. ^ „Brattain, Walter H. (1902–1987), fyzici, fyzici, nositelé Nobelovy ceny“. Americká národní biografie online. 2001. ISBN  9780198606697. Citováno 4. března 2015.
  5. ^ A b C d E F G h i j k Bardeen, John (1994). Walter Houser Brattain 1902–1987 (PDF). Washington, DC: Národní akademie věd. Citováno 4. března 2015.
  6. ^ „Robert Brattain“. PBS online. Citováno 4. března 2015.
  7. ^ Bardeed, John (1994). „Walter Houser Brattain, 1902—1987“ (PDF). Národní akademie věd.
  8. ^ A b C d E F G h Coca, Andreea; McFarland, Colleen; Mallen, Janet; Hastings, Emi. „Průvodce rodinnými papíry Waltera Brattaina 1860–1990“. Northwest Digital Archives (NWDA). Citováno 29. března 2018.
  9. ^ A b Susan Heller Anderson (14. října 1987). „Walter Brattain, vynálezce, je mrtvý“. New York Times. Citováno 2014-12-08. Walter H. Brattain, který v roce 1956 sdílel Nobelovu cenu za fyziku za vynález tranzistoru, zemřel včera na Alzheimerovu chorobu v pečovatelském domě v Seattlu. Bylo mu 85 let. ...
  10. ^ "NEKROLOG". Chemické a technické novinky. 35 (19): 58. 13. května 1957. doi:10.1021 / cen-v035n019.p058.
  11. ^ „Walter Houser Brattain“. Najít hrob. Citováno 6. března 2015.
  12. ^ A b C „Přepis rozhovoru orální historie s Walterem Brattainem, leden 1964 a 28. května 1974“. Knihovna a archivy Nielse Bohra. Americký fyzikální institut. 4. března 2015.
  13. ^ A b C Levine, Alaina G. (2008). „John Bardeen, William Shockley, Walter Brattain Vynález tranzistoru - Bell Laboratories“. APS Fyzika. Citováno 4. března 2015.
  14. ^ A b C d E F Braun, Ernest; Macdonald, Stuart (1982). Miniaturní revoluce: historie a dopad polovodičové elektroniky (2. vyd.). Cambridge: Cambridge University Press. ISBN  978-0521289030.
  15. ^ "Hlava magnetometru s integrovaným pohonem US 2605072 A". Citováno 5. března 2015.
  16. ^ A b Isaacson, Walter (4. prosince 2014). „Mikročipy: Tranzistor byl prvním krokem“. Bloomberg Business. Citováno 4. března 2015.
  17. ^ Hoddeson, Lillian. „Profesor UI Gentle Genius John Bardeen získal dvě Nobelovy ceny - tak proč o něm neví více lidí?“. Asociace absolventů University of Illinois. Citováno 6. března 2015.
  18. ^ A b C d E Hoddeson, Lillian (1992). Z křišťálového bludiště: kapitoly z historie fyziky pevných látek. New York: Oxford University Press. ISBN  978-0195053296. Citováno 4. března 2015.
  19. ^ Lundstrom, Mark (2014). Základní fyzika nanoměřítkových tranzistorů. Poučení z nanověd: Série přednášek. 06. World Scientific Pub Co Inc. doi:10.1142/9018. ISBN  978-981-4571-73-9.
  20. ^ A b C d Kessler, Ronald (6. dubna 1997). „Chybí při stvoření; jak se jeden vědec uchýlil k největšímu vynálezu od doby žárovky“. The Washington Post Magazine. Archivovány od originál dne 24. února 2015. Citováno 5. března 2015.
  21. ^ Vynálezci a vynálezy. New York: Marshall Cavendish. 2007. str. 57–68. ISBN  978-0761477617. Citováno 5. března 2015.
  22. ^ „Shockley, Brattain a Bardeen“. Tranzistorové. PBS. Citováno 5. března 2015.
  23. ^ A b C „Bratr Walter Houser“. Jak věci fungují. Červenec 2010. Citováno 5. března 2015.
  24. ^ Carey, Jr., Charles W. (2006). Američtí vědci. Publikování na Infobase. 39–41. ISBN  978-0816054992. Citováno 5. března 2015.
  25. ^ Brock, David C. (29. listopadu 2013). „Jak pomohl robotický sen Williama Shockleyho spustit Silicon Valley“. IEEE Spectrum. Citováno 10. dubna 2014.
  26. ^ A b "Nobelova cena za fyziku udělená vynálezcům tranzistorů". Technický deník Bell System. 35 (6): i – iv. 1956. doi:10.1002 / j.1538-7305.1956.tb03829.x.
  27. ^ Brattain, Walter H. (11. prosince 1956). "Povrchové vlastnosti polovodičů". Nobelova přednáška. Nobelprize.org. PMID  17743910.
  28. ^ Bardeen, John (11. prosince 1956). „Výzkum polovodičů vedoucí k bodovému kontaktnímu tranzistoru“. Nobelova přednáška. Nobelprize.org.
  29. ^ Shockley, William (11. prosince 1956). „Tranzistorová technologie evokuje novou fyziku“. Nobelova přednáška. Nobelprize.org.
  30. ^ „Speciální stipendijní programy“. Whitman College. Archivovány od originál dne 2. dubna 2015. Citováno 5. března 2015.
  31. ^ „Případ spisu Johna Bardeena a Waltera Brattaina pro vědu a umění 1954 Ballantine Medal“. Franklin Institute. 2014-01-15. Citováno 5. března 2015.

externí odkazy