Julius Lilienfeld y el primer transistor

Aquí tienes un ejercicio divertido: echa un vistazo a los inventos e innovaciones del siglo XX en la electrónica, la comunicación y la informática. Asegúrese de incluir todo, especialmente las cosas que consideramos ciertas. Ahora corte todo lo que no pueda rastrear sus raíces, hasta el brazo de investigación de AT&T Corporation, los Laboratorios Bell. Apostaríamos fuertemente a que la lista todavía contendrá casi todo lo que construyó la era electrónica: comunicaciones por microondas, redes de datos, teléfonos móviles, células solares, Unix y, por supuesto, el transistor.

Pero, ¿es esto último realmente cierto? Todos conocemos la historia de Bardeen, Brattain y Shockley, el brillante equipo que trabajó durante una tormenta de nieve en 1947 para dar vida a un trozo de germanio y cables, y finalmente lanzar el transistor al mundo para Navidad, un regalo para presentarnos la era. de electrónica sólida. Sin embargo, no es tan simple. La búsqueda de un reemplazo para el tubo de electrones para conmutación y amplificación se remonta al laboratorio de Julius Lilienfeld, el hombre que inventó el primer transistor de efecto de campo a mediados de la década de 1920.

Vacíos y emisiones

Julius Edgar Lilienfeld. Fuente: Archivo Emilio Segre, Colección Physics Today del Museo de Historia de la Computación.

Es de esperar grandes cosas de un físico cuyo doctorado. El asesor no era otro que Max Planck, y aunque Julius Lilienfeld no es exactamente un nombre muy conocido, tuvo una carrera larga y productiva. Nacida en 1882 en la actual Lviv, ahora en Ucrania pero luego parte de Austria-Hungría, Lilienfeld se formó en la Universidad Friedrich Wilhelm de Berlín. Recibió su doctorado en física en 1905 y se incorporó al servicio no permanente en la Universidad de Leipzig. Allí se concentró en la física de las descargas eléctricas en el vacío, lo que lo llevó directamente a algunas de sus primeras patentes sobre rayos X médicos. También trabajó en gases criogénicos, lo que le llevó a trabajar con el Conde Ferdinand von Zeppelin y sus famosos directores.

Claramente, un físico más aplicado que un teórico —sólo alcanzó el rango "satisfactorio" de Planck durante su examen de su conocimiento de las ecuaciones de Maxwell-Hertz— Lilienfeld estaba más dispuesto a patentar sus ideas que a publicar artículos científicos sobre ellas. Viajó a los Estados Unidos en 1921 para reclamar patentes de sus tubos de rayos X contra General Electric y para realizar algunas asignaciones temporales de conferencias en la Universidad de Nueva York.

Fue durante este período que Lilienfeld registró por primera vez su idea de los interruptores semiconductores. Justo cuando llegó a la conclusión de que los semiconductores podrían usarse para reemplazar los tubos de electrones para conmutación y amplificación, la historia se perdió. Puede haber surgido de su temprano interés en la descarga de vacío y su estudio de la emisión de campo, la emisión de electrones por campos electrostáticos, en oposición a la emisión termoiónica de tubos de electrones. También estaba interesado en rectificadores de estado sólido y patentó una idea para uno que usaba cobre comprimido y polvo de azufre.

Peliculas delgadas

Lo que está claro es que en 1926 solicitó una patente para su "Método y aparato para controlar las corrientes eléctricas", que siguió a una solicitud canadiense de 1925 para el mismo. La solicitud describía una película de "conductividad unidireccional" a través de dos electrodos metálicos estrechamente espaciados. Lilienfeld sugirió que el sulfuro de cobre sería un compuesto adecuado para la película y describió varios métodos para depositarlo, incluida la pulverización al vacío. También describe el control de la corriente por la delgada película de sulfuro de cobre al "aplicarle una fuerza electrostática" a través de un tercer electrodo ubicado entre los otros dos. Julius Lilienfeld describió perfectamente el FET de película delgada y explicó cómo un dispositivo de este tipo podría usarse para cambiar y mejorar las corrientes.

De la patente de Lilienfeld. Compare esto con el diseño moderno de MOSFET.

Desafortunadamente, parece que Lilienfeld nunca construyó un prototipo funcional de su dispositivo; de hecho, no hay evidencia de que lo haya intentado alguna vez. Tampoco publicó ninguna de sus obras, excepto como solicitudes de patente, por lo que el mundo seguiría ignorando su comprensión durante otras dos décadas cuando Bell Labs se puso a trabajar en lo que se convertiría en el transistor. De hecho, Bill Shockley, que siempre entró en la historia oficial del nacimiento del transistor como líder del equipo, fue excluido de la gestión de AT&T de la solicitud de patente original del transistor de punto de contacto específicamente debido a las patentes de Lilienfeld; los abogados de patentes de AT&T temían que las teorías del efecto de campo de Shockley causaran confusión con el estado de la técnica de Lilienfeld.

Si bien Lilienfeld perdió el crédito por el primer FET, tuvo una carrera larga y productiva. En 1926 dejó la universidad y ocupó un puesto de I + D en Ergon Research Laboratories en Massachusetts. Allí inventó el condensador electrolítico en 1931. Amasó una respetable colección de patentes durante su carrera, 15 alemanas y 60 de Estados Unidos y Canadá. Sus habilidades como inventor le valieron lo suficiente como para que su viuda, Beatrice Ginsburg Lilienfeld, dejara un testamento a la Sociedad Estadounidense de Física para financiar un premio anual en memoria de su esposo. Desafortunadamente, los funcionarios de APS no tenían idea de quién era Julius y tuvieron que investigar sus logros antes de establecer el Premio Julius Edgar Lilienfeld en 1988.

Es una pena que Lilienfeld no haya intentado construir uno de sus dispositivos, pero incluso si lo hiciera, probablemente no funcionaría exactamente como se describe, considerando los materiales que tenía en ese momento. Julius Lilienfeld está claramente adelantado a su tiempo, pero está encantado de pensar qué podría haber pasado si el transistor se hubiera inventado veinte años antes.

• kevinmkessler dice:

  Recuerdo en la universidad que un profesor mencionó de pasada que FET se teorizó en un principio porque su funcionamiento es mucho más sencillo que el BJT, pero no pudieron fabricarlos por el estado de la tecnología. Ahora conozco el resto de la historia.

• GEO dice:

  Nada como el sistema de patentes de EE. UU. De buen petróleo para enlodar las aguas sobre el desarrollo de la tecnología. Una mezcla abundante de secretismo, charla tecno y la mezcla especial de divulgación pública; Es bastante vago que la patente se pueda aplicar a cualquier cosa y no infrinja el estado de la técnica, solo una aplicación bastante específica de una técnica te conocida para obtenerla sin explicar efectivamente ningún matiz de cómo funciona.

  • Steven J. Babbert dice:

    Bien dicho. Es difícil creer que Armstrong perdió su importante patente ante DeForrest, si no fuera por el sistema de patentes, continuaría construyendo, estéreo y quién sabe qué en lugar de la investigación gravitacional que repentinamente terminó con su carrera.

• Carl dice:

  Dudo un poco en darle mucho crédito a alguien que tiene una buena idea, pero no logra construirla o alentar a otros a construirla, por lo que no lleva a ninguna parte durante décadas.

  Ni siquiera es obvio que el trabajo de Lilienfeld haya influido seriamente en el trabajo sobre los FET, que se desarrollará décadas más tarde.

  • Ken N dice:

    ¿Qué opinas de Einstein? 😉

    Es un lugar en el mundo para teóricos. No necesariamente en HaD debido a nuestros prejuicios prácticos, sin embargo, fue una historia interesante de todos modos.

    ¿Quizás también sea un ejemplo útil de cómo las patentes a veces pueden sofocar la innovación?

    • Rayo dice:

      Einstein no cae bajo lo que Carl definió porque hizo que otras personas trabajaran en sus asuntos, a diferencia de nuestro troll de patentes aquí.

      • steve dice:

        Obviamente, no es un troll de patentes. Hizo inventos fácticos, prácticos o no, para no comprar patentes y continuar una demanda.

      • paulhoets dice:

        Este no es un troll de patentes.

  • steve dice:

    Las patentes tienen que ver con la idea, no con el prototipo funcional. Una vez que lo ejecutes, puedes publicar un artículo científico.

• Ostraco dice:

  "También estaba interesado en los rectificadores de estado sólido y patentó la idea de utilizar cobre comprimido y polvo de azufre".

  Después del apocalipsis, este será uno de los primeros dispositivos electrónicos creados.

  • Ostraco dice:

    "Tampoco publicó ninguna de sus obras excepto como solicitudes de patente, por lo que el mundo permanecerá inconsciente de su comprensión durante otras dos décadas cuando Bell Labs comience a trabajar en lo que se convertirá en el transistor".

    Entonces, ¿no hay búsquedas de patentes para el estado de la técnica?

  • Ren dice:

    Me recordó a los rectificadores de selenio de hace mucho tiempo ...

    https://en.wikipedia.org/wiki/Selenium_rectifier

• Ted Huntington dice:

  Pensé que Lilienfeld no usaba semiconductores y esa fue la innovación de Bell Labs. Es interesante preguntarse si los militares descubrieron en secreto el transistor hace siglos, pero nunca lo patentaron ni lo anunciaron al público para aprovecharse de los competidores y ejércitos enemigos. De cualquier manera, Lilienfeld es un héroe público realmente desconocido en mi opinión.

  • Herbert dice:

    Idea de la película: Segunda Guerra Mundial alternativa, donde un lado tiene transistores (terrible por supuesto) pero intenta desplegarlos manteniéndolos en secreto

    • Ken N dice:

      Esa era la vida real a principios de los 70. Mientras que Estados Unidos y Vietnam del Sur transistorizaron radios, los vietnamitas del Norte tenían clones de radios de tubo estadounidenses de la Segunda Guerra Mundial construidos en China. Lo sé porque tengo una (radio china 102E HF) con una fecha de construcción de 1968.

      • Miroslav dice:

        Bueno, el propio ejército de los EE. UU. Utilizó radios de tubo en la década de 1960. Y N. Vietnamese recibió solo equipo secundario soviético y chino, por lo que no cae en manos estadounidenses.

        Era (y probablemente sigue siendo) una política soviética y rusa de no exportar nunca ningún sistema de combate. Por ejemplo, Su-15 en la década de 1960, algunos tanques, etc. Pregúntese por qué.

        • Ren dice:

          Durante la Guerra de Vietnam, las tropas de la Guardia Nacional de Estados Unidos tenían equipo de radio de tubo (dame caídas del ejército "real").

    • Ren dice:

      Bueno, entonces los rusos tenían un rectificador de estado sólido desde la década de 1920 en ese escenario.
      (Tal vez HaD manejó esa historia, ¿fue óxido de titanio? El desarrollo adicional se detuvo porque Estados Unidos era la principal fuente del material)

      • jafinch78 dice:

        ¿No deberían los Estados Unidos tener una empresa para comprar titanio a los soviéticos para los sistemas A-12 / SR-71 y M-21 / D-21? Al menos a finales de los 50 y principios de los 60.

  • tomás zerolo dice:

    Pero entonces, CuS * es * semiconductor.

    [1] https://en.wikipedia.org/wiki/Copper_sulfide

  • jafinch78 dice:

    Me parece que recuerdo que Gran Bretaña escondió la tecnología de radio y RADAR lo menos posible vinculada a Bose u otros y dándola a los EE. UU. Antes de que los EE. UU. Entraran en la Segunda Guerra Mundial para ayudar con el desarrollo en escala más grande. Olvidé qué documental o dónde leí.
    https://www.computerhistory.org/siliconengine/the-theory-of-electronic-semi-conductors-is-published/ (consulte los dos hitos siguientes).

• Hirudinea dice:

  Bueno, los chinos inventaron la brújula magnética cientos de años antes que los europeos, pero la usaron solo para fung-shui, a veces los tiempos también son apropiados para la tecnología.

  • John Prune dice:

    ¿O los europeos utilizaron Luopian para algo tan secular como la navegación?

    • Ren dice:

      Feng Shui = Agua con viento, cuando los europeos las usaban para la navegación marítima, ¡por supuesto!
      B ^)

• ESTOLA dice:

  Recuerdo que esta fue una pregunta de un examen sobre teoría de semiconductores.

• timbre dice:

  Emil Warburg en realidad está construyendo algunos de esos FET con una vida útil muy corta.

• fossel dice:

  Mira una copia del primer transistor
  http://collection.sciencemuseum.org.uk/objects/co8035899/replica-of-the-first-transistor-1947-2003-transistor

• Warren Burstein dice:

  Hace muchos años vi una vieja columna de "Científico aficionado" en Scientific American sobre este transistor con instrucciones para hacer el suyo en un portaobjetos microscópico. Nunca construí uno.

• salpicadura de energía dice:

  Si las células CdS sensibles a la luz responden a campos eléctricos aplicados externamente, aunque sea levemente, serían una implementación de la patente de Lilienfeld.

  • FETs-a-Plenty dice:

    SparkBangBuzz convirtió un objeto fotográfico CdS en un transistor FET:
    http://sparkbangbuzz.com/cds-fet/cds-fet.htm

    También puede imprimir transistores CdS:
    https://www.researchgate.net/publication/259234614_Inkjet_Printed_Thin_Film_Transistors_Using_Cadmium_Sulfide_as_Active_Layer_Prepared_by_In-Situ_Micro-Reaction