Fyrir meira en 60 árum er hálfleiðari leysir grunnurinn að mörgum tækni nútímans, þar á meðal strikamerkjaskannar, ljósleiðarasamskiptum, læknisfræðilegum myndgreiningum og fjarstýringu.
Möguleikarnir á leysitækni lamdu vísindasamfélagið árið 1960 þegar sýnt var fram á langan kenningar leysir í fyrsta skipti. Þrjár bandarískar rannsóknarmiðstöðvar hófu keppni um að þróa fyrstu hálfleiðara útgáfuna af tækninni án þess að vita það. Fyrirtækin þrjú, rafmagns rafmagns, Thomas J. Watson rannsóknarmiðstöð IBM, og Lincoln Laboratory-hver MIT greindu frá fyrstu sýnikennslu á hálfleiðara leysir innan nokkurra daga frá hvor öðrum árið 1962.
Semiconductor leysirinn var útnefndur IEEE áfanga í þremur vígslum, með minningarglugga sett upp fyrir hvert tæki.
Uppfinning leysisins vakti þriggja vega hlaup
Kjarnahugtak leysisins er frá 1917, þegar Albert Einstein lagði til kenninguna um „örvaða losun.“ Vísindamenn vissu nú þegar að rafeindir gætu af sjálfu sér tekið á sig og sent frá sér ljós, en Einstein taldi að hægt væri að vinna með þær til að gefa frá sér við sérstakar bylgjulengdir. Það tók verkfræðinga áratugi að breyta kenningum sínum að veruleika.
Seint á fjórða áratugnum voru eðlisfræðingar að vinna að því að bæta hönnun tómarúmslöngva sem bandaríski herinn notaði í seinni heimsstyrjöldinni til að greina óvinaflugvélar með því að magna merki. Einn þeirra var Charles Townes, rannsóknarmaður hjá Bell Labs í Murray Hill, New Jersey. Hann lagði til að byggja öflugri magnara með því að fara með geisla rafsegulbylgjur í gegnum hola sem innihalda gas sameindir. Bylgjan myndi örva atóm í gasinu til að losa orku á nákvæmlega sama hraða og bylgjan, sem myndar orku sem myndi valda því að það skilur hola sem öflugri geisla.
Árið 1954 fann Townes, þá prófessor í eðlisfræði við Columbia háskólann, tæki sem hann kallaði „maser“ (stytting til að magna örvaða losun geislunar). Það reyndist vera mikilvægur undanfari leysisins.
Margir fræðimenn sögðu Townes að tæki hans myndi aldrei virka, samkvæmt grein sem gefin var út af American Physical Society. Þegar það virkaði afrituðu aðrir vísindamenn það fljótt og hófu að finna upp tilbrigði, segir í greininni.
Townes og aðrir verkfræðingar töldu sig gætu búið til sjónútgáfu af maser sem gæti framleitt ljósgeisla með því að virkja hátíðni orku. Slíkt tæki gæti framleitt geisla öflugri en örbylgjuofnar, en það myndi einnig framleiða ljósgeislana á ýmsum bylgjulengdum, frá innrauða til sýnilegu ljósi. Árið 1958 birti Townes fræðilegt yfirlit yfir „leysirinn“.
„Það er ótrúlegt að þessar þrjár stofnanir í norðausturhluta Bandaríkjanna fyrir 62 árum veittu okkur alla þessa getu núna og í framtíðinni.“
Nokkur teymi unnu saman að því að smíða tækið og í maí 1960 byggðu Theodore Maiman, rannsóknarmaður á rannsóknarstofu Hughes í Malibu, Kaliforníu, fyrsta vinnandi leysinum. Þremur mánuðum síðar birti Maiman blað í tímaritinu Nature sem lýsti uppfinningu, háknúnum lampa sem skín ljós á rúbínstöng sem var sett á milli tveggja spegil eins silfurflata. Ljósið sem framleitt er af sveiflandi rúbínflúrljómun í sjónholinu sem myndast af yfirborðinu gerir sér grein fyrir örvuðum losun Einsteins.
Grunn leysir voru nú að veruleika. Verkfræðingar fóru fljótt að hanna ýmsar gerðir.
Margir voru líklega mest spenntir fyrir möguleikum hálfleiðara leysir. Hægt er að vinna með hálfleiðara efni til að framkvæma rafmagn við réttar aðstæður. Í meginatriðum gætu leysir úr hálfleiðara efnum passað alla þá hluti sem þarf til að fá laser-ljósgjafa og magnara, linsur og spegla-í-míkrómetra tæki.
„Þessir eftirsóknarverðu eiginleikar náðu ímyndunarafli vísindamanna og verkfræðinga á milli greina,“ samkvæmt Wikipedia, sögu verkfræði og tækni.
Árið 1962 uppgötvuðu par vísindamanna að núverandi efni var framúrskarandi leysir hálfleiðari: Gallium Arsenide.
Gallium arseníð er kjörið efni fyrir hálfleiðara leysir
9. júlí 1962 tilkynntu MIT Lincoln Laboratory vísindamenn Robert Keyes og Theodore Quist fyrir áhorfendum á rannsóknarráðstefnunni í Solid-State að þeir væru að þróa tilraunakenndan hálfleiðara leysir, IEEE náungi Paul W. Juodawlkis sagði meðan á ræðu stóð á IEEE tímasteini. afhjúpa athöfn við MIT. Juodawlkis var forstöðumaður skammtaupplýsinga og samþætt Nanosystems Group hjá MIT Lincoln Laboratory.
Lasararnir á þeim tíma gátu ekki enn sent frá sér heildstæða geisla, en verkið gekk fljótt, sagði Juodawlkis. Juodawlkis og Quist lamdu síðan áhorfendur: Þeir gætu sýnt, sögðu þeir, að hægt væri að breyta næstum 100 prósent af raforkunni sem sprautað var í gallium arseníð hálfleiðara í ljós.
Enginn hafði nokkru sinni gert slíka kröfu áður. Áhorfendur voru vantrú og vantrú þeirra var deilt.
„Í lok ræðu Juodawlkis stóð áhorfendur upp og sagði:„ Jæja, þetta brýtur í bága við önnur lög um hitafræðilega, “sagði Juodawlkis.
Áhorfendur gusu af hlátri. En eðlisfræðingurinn Robert N. Hall, hálfleiðandi sérfræðingur hjá General Electric Research Laboratories í Schenectady, New York, þaggaði niður í þeim.
„Bob Hall kom út og útskýrði hvers vegna það brýtur ekki í bága við seinni lögin,“ sagði Juodawlkis. „Þetta var tilfinning.“
Margfeldi lið kepptu um að þróa vinnandi hálfleiðara leysir og sigurvegarinn kom innan nokkurra daga.
Hálfleiðari leysir eru úr pínulitlum hálfleiðara kristöllum sem eru hengdir í glerílát fyllt með fljótandi köfnunarefni, sem hjálpar til við að halda tækinu köldum.
Hall sneri aftur til GE og, innblásinn af kynningum Juodawlkis og Quist, varð sannfærður um að hann gæti leitt lið til að búa til skilvirkan, árangursríkan gallium arseníð leysir. Hann hafði þegar eytt árum saman við að vinna með hálfleiðara og fann upp svokallaða „pinna“ díóða afriðara.
Afleiðingin, sem notaði kristalla úr hreinu germanium, hálfleiðara efni, gæti umbreytt skiptisstraumi í beina straumþróun í hálfleiðara í föstu ástandi fyrir raforkusendingu.
Þessi reynsla flýtti fyrir þróun hálfleiðara leysir. Hall og teymi hans notuðu tæki svipað „pinna“ afriðara. Þeir smíðuðu díóða leysir sem framleiddi samhangandi ljós úr gallíum arseníð kristal þriðjung af millimetra að stærð, samlokaðir í hola milli tveggja spegla svo að ljósið skoppaði fram og til baka ítrekað. Fréttir af uppfinningunni voru gefnar út í 1. nóvember 1962 útgáfu af Líkamlegri endurskoðunarbréfum.
Þegar Hall og teymi hans unnu, gerðu vísindamenn líka við Watson Research Center í Yorktown Heights, New York. Samkvæmt ETHW, í febrúar 1962, fékk Marshall I. Nathan, rannsóknarmaður IBM sem áður hafði unnið við Gallium Arsenide, verkefni frá deildarstjóra sínum: að byggja fyrsta Gallium Arsenide leysir.
Nathan stýrði teymi vísindamanna sem innihéldu William P. Dumke, Gerald Burns, Frederick H. Diehl og Gordon Rascher við að þróa leysinum. Þeir luku verkefninu í október og afhentu pappír þar sem gerð var grein fyrir verkum sínum til Applied Physics Letters, sem birti það 4. október 1962.
Á Lincoln Laboratory í Lincoln, Quist, Juodawlkis, og samstarfsmaður þeirra, Robert Reddick, greindu frá niðurstöðunum í 5. nóvember 1962, útgáfu af Applied Physics Letters.
Þetta gerðist allt svo fljótt að grein í New York Times undraðist „furðulega tilviljun“, og tók fram að embættismenn IBM vissu ekki um árangur GE fyrr en GE sendi frá sér boð á blaðamannafund.
Allar þrjár samtökin hafa nú verið heiðruð af IEEE fyrir störf sín. „Kannski hafa hálfleiðari leysir haft mest áhrif á sviði samskipta,“ skrifaði ETHW grein. „Á hverri sekúndu kóða hálfleiðara leysir hljóðlega summan af þekkingu manna í ljós, sem gerir kleift að deila henni næstum samstundis yfir haf og rými.“
Talsmaður MIT sagði við Times að GE hefði náð árangri sínum „nokkrum dögum eða viku“ fyrir sitt eigið lið. Bæði IBM og GE sóttu um bandarísk einkaleyfi í október og voru báðir að lokum veittir.
Við rannsóknarstofuhátíðina í Lincoln benti Gioudarkis á að í hvert skipti sem þú „hringir“ eða „Google Silly Cat myndbönd“, þá ertu að nota hálfleiðara leysir.
„Ef við lítum á breiðari heiminn,“ sagði hann, „er hálfleiðari leysirinn í raun einn af hornsteinum upplýsingatímans.“
Hann lauk ræðu sinni með tilvitnun í grein tímaritsins frá 1963: „Ef heimurinn þyrfti að velja á milli þúsunda mismunandi sjónvarpsþátta, gátu aðeins nokkrar díóða með pínulitlum innrauða geislum valið alla samtímis.“
Það var „forrétti hálfleiðara leysir,“ sagði Gioudarkis. „Það er ótrúlegt hvað þessar þrjár stofnanir á Norðausturlandi gerðu fyrir 62 árum að gefa okkur öll þessa getu núna og í framtíðinni.“
General Electric, Watson Research Center og Lincoln Laboratory sýna nú veggspjöld sem heiðra tæknina. Þeir lesa:
Haustið 1962 var greint frá fyrstu sýnikennslu hálfleiðara leysir af Schenectady og Syracuse plöntum General Electric, Thomas J. Watson rannsóknarmiðstöðvar IBM, og Lincoln Laboratory í Lincoln, hver um sig. Minni en korn af hrísgrjónum, knúið af beinni straumsprautun, og með bylgjulengdum, allt frá útfjólubláum til innrauða, hálfleiðara leysir eru alls staðar nálægir í nútíma samskiptum, gagnageymslu og nákvæmni mælingarkerfi.
