Уолтер Хаузер Браттейн
(10.02.1902-13.10.1987)
Уолтер
Хаузер Браттейн – известный американский физик, изобретатель транзистора
(совместно с Джоном Бардином и Уильямом Шокли). За это изобретения все три физика
были удостоены Нобелевской премии.
Уолтер
Хаузер Браттейн сделал много в области физики полупроводников и изучении их
поверхностных свойств. Они оказались очень важны для полевых транзисторов,
которые очень чувствительны к поверхностным дефектам, а также для солнечных
батарей, свойства которых определяются электрическими свойствами поверхности.
Подробная биография
Уолтер
Хаузер Браттейн родился в городе Амой (Сямынь) на юго-востоке Китая. Его отец –
Росс Р. Браттейна был учителем. Его мать звали Оттилия (Хаузер) Браттейн. В их
семье было пять детей. Еще в раннем действе Уолтера его семья вернулась в
Тонаскет (штат Вашингтон).
Там
же Уолтер учился в школе, потом поступил в Уайтмен-колледж (в Балла Валла).
Уолтер Браттейн выбрал профилирующими предметами физику и математику. Он
окончил колледж в 1924 году, став бакалавром.
В
1926 Браттейн получил степень магистра физики в Орегонском университете.
В
рамках своей докторской программы Браттейн провел 1928/29 академический год в
Национальном бюро стандартов США. Там он работал над увеличением точности
измерений времени и частоты колебаний, помогал разрабатывать портативный
генератор с температурной регулировкой.
В
1929 году Уолтер Браттейн защитил докторскую диссертацию по физике в
Миннесотстком унивеситете.
В
1929 году Уолтер Хаузер Браттейн поступил в “Белл лабораториес”
физиком-исследователем.
В
1967 году Уолтер Браттейн вышел в отставку, вернулся в Уайтмен-колледж, чтобы
преподавать физику и заниматься изучением живых клеток.
Первые
7 лет работы в “Белл лабораториес” Браттейн изучал влияние
адсорбционных пленок на эмиссию электронов горячими поверхностями, электронные
столкновения в парах ртути, занимался магнитометрами, инфракрасными явлениями и
эталонами частоты. В то время главным электронным усилительным устройством была
трехэлектродная вакуумная лампа (триод), изобретенная Ли де Форестом в 1907
году. Браттейн внес в радиолампы небольшое усовершенствование – он обнаружил,
что некоторые тонкие катодные покрытия обеспечивают удовлетворительную эмиссию
при меньших температурах, усиливая эффект и продлевая срок жизни лампы.
В
1935 году Уолтер Браттейн женился на Керен Джилмор, занимавшейся физической
химией, у них был сын.
В
1936 году в “Белл лабораториес” пришел Уильям Шокли, он быстро
включился в исследования свойств полупроводниками. Он хотел заменить радиолампы
приборами из твердых материалов, чтобы уменьшить их размер и сделать менее
хрупкими и энергоемкими.
Полупроводники,
к тому моменту, уже применялись в первых полупроводниковых радиоприемниках
-использовался контакт между витком тонкой проволоки (усиком) и куском минерала
галенита (полупроводником) для детектирования малых сигналов от принятых
антенной радиоволн. Исследуя полупроводники, Браттейн и Шокли искали материал,
который мог бы не только детектировать, но и усиливать сигналы. Их исследования
прервала война.
С
1942 по 1945 годы Браттейн и Шокли работали в отделе военных исследований при
Колумбийском университете, где занимались применением научных разработок в
противолодочной борьбе.
Когда
после войны Браттейн и Шокли вернулись в “Белл лабораториес”, к ним
присоединился физик-теоретик Джон Бардин. В этом содружестве Браттейн выполнял
роль экспериментатора. Онопределял свойства и поведение исследуемых материалов
и приборов. Шокли выдвинул теоретическое предположение, что воздействуя на ток
электрическим полем от приложенного напряжения, можно получить усилитель с
полевым воздействием. Это поле должно действовать аналогично тому полю, которое
возникает на сетке триодного усилителя. Группа создала много приборов, чтобы
проверить теорию Шокли, но все безрезультатно.
Джону
Бардину пришла в голову мысль, что поле не может проникнуть внутрь
полупроводника из-за слоя электронов на его поверхности. Тогда ученые стали
исследовать поверхностные эффекты. Они подвергали поверхности полупроводников
различным испытаниям: воздействию света, тепла, холода, смачиванию жидкостями
(изолирующими и проводящими) и покрытию металлическими пленками.
В
1947 году, когда группа разобралась в поведении поверхности полупроводников,
Браттейн и Бардин сконструировали прибор, в котором впервые проявилось то, что
позднее назвали транзисторным эффектом. Этот прибор (точечно-контактный
транзистор), состоял из кристалла германия, содержащего небольшую концентрацию
примесей. С одной стороны кристалла располагались два контакта из золотой
фольги, с другой стороны находился третий контакт. Положительное напряжение
прикладывалось между первым золотым контактом (эмиттером) и третьим контактом
(базой), а отрицательное напряжение – между вторым золотым контактом
(коллектором) и базой. Сигнал, поступающий на эмиттер, оказывал влияние на ток
в контуре коллектор – база. Хотя этот прибор усиливал сигнал, как и было
задумано, но принцип его работы не могли объясненить. Это привело к серии
дополнительных исследованиям, которые показали, что недооценивался вклад
“дырок” в электрический ток.
Шокли
предсказал, что прибор можно улучшить, заменив металлополупроводниковые
контакты более качественными контактами между различными типами полупроводников,
в одном из которых доминируют избыточные электроны (n-тип), а в другом дырки
(p-тип). Удачная модель (плоскостной транзистор), была сделана в 1950 года. Она
состояла из тонкого слоя p-типа, расположенного между двумя слоями n-типа с
металлическими контактами в каждом слое. Этот прибор работал именно так, как и
предсказывал Шокли. Плоскостные транзисторы стали использоваться вместо
точечно-контактных, поскольку их было легче изготовлять и они лучше работали.
Раннюю
идею Шокли, транзистор с полевым воздействием, долго не удавалось осуществить,
поскольку среди доступных материалов не было подходящих. Работающий полевой
транзистор был построен на основе кристаллов кремния, когда методы выращивания
и очистки кристаллов достаточно далеко продвинулись вперед.
Благодаря
изобретению транзисторов, появилась возможность создавать современные
компьютеры и другие важные приборы.
Уолтер
Браттейн получил медаль Стюарта Баллантайна Франклиновского института в 1952
году.
В
1955 году Браттейн получил премию Джона Скотта города Филадельфии.
Уолтер
Хаузер Браттейн получил Нобелевскую премию по физике в 1956 году (совместно с
Бардином и Шокли). Они были награждены “за исследования полупроводников и
открытие транзисторного эффекта”. В своей Нобелевской лекции
“Поверхностные свойства полупроводников” (“Surface Properties of
Semiconductors”) Браттейн подчеркнул важность поверхностей, “где
происходит много, если не большинство, интересных и полезных явлений. В
электронике с большинством, если не со всеми, элементами контура связаны
неравновесные явления, происходящие на поверхностях”.
Дальнейшие
исследования Браттейн посвящетил свойствам полупроводников и их поверхностей.
Они оказались очень важны для полевых транзисторов, которые очень чувствительны
к поверхностным дефектам, а также для солнечных батарей, свойства которых
определяются электрическими свойствами поверхности.
В
1957 году жена Браттейна Керен Джилмор умерла. Через год он женился на Эмме
Джейн Кирш Миллер.
Уолтер
Браттейн получил почетную награду выпускникам Орегонского университета в 1976
году.
Уолтер
Браттейн обладал пятью почетными докторскими степенями, состоя членом
Национальной академии наук и Почетного общества изобретателей, а также являлся
членом Американской академии наук и искусств, Американской ассоциации
содействия развитию науки и Американского физического общества.
13
октября 1987 года Уолтер Хаузер Браттейн умер.
Список литературы
Для
подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://erudite.nm.ru