Den 23 december 1947 visades världens första fungerande transistor upp för en skara direktörer vid Bell Laboratories i New Jersey.

Den var ett senkommet men efterlängtat barn. Elektronikingenjörerna skrek efter en förstärkande komponent där elektronerna rörde sig i ett litet stycke svalt och fast ämne istället för i en het, bräcklig glaskolv.

Drömmen var att få en komponent som inte tog plats, inte gick sönder och inte hade några nämnvärda förluster. Den nya komponenten skulle helst bara ha en egenskap gemensam med röret, förmågan att förstärka elektrisk ström.

När de tre forskarna John Bardeen, Walter Brattain och William Shockley hade lyckats få sin första transistor att fungera kunde de därför vara rätt säkra på att den skulle bli mycket mer än en akademisk laboratorieprodukt. Rören nådde sin gräns redan under andra världskriget, när de krigförande byggde avancerade radioutrustningar, radar och till och med datorer.



Rör gick alltid sönder


De första amerikanska datorerna, Eniac, var monster med tusentals rör och med en brist på driftsäkerhet som drev användarna till tårar. Det var alltid något rör som var trasigt. Användarna, militärerna, lät i desperation till och med postera soldater beväpnade med varsin låda reservrör vid Eniac.

Transistorns födelse var därför inte en slump utan snarare ett resultat av en målinriktad grundforskning. Halvledarforskningen hade hållit på i flera decennier, må vara i blygsam skala. Ända sedan 1900-talets början var elektronik, eller svagströmsteknik som det hette då, en fråga om radioteknik. Och det var synonymt med rörteknik.



Kompletterande trio


Bardeen, Brattain och Shockley arbetade tillsammans hos Bell Laboratories, som ägdes av telefonbolaget AT&T. (Idag är Bell Labs en del av Lucent Technologies). De tre kompletterade varandra eminent väl.

Bardeen var teoretikern, en briljant hjärna, som när han sen tröttnade på halvledare började forska på supraledare med samma lysande framgång. Brattain var experimentalisten, en trollkarl i laboratoriet med en gudasänd intuition för hur halvledarna skulle uppföra sig. Shockley var närmast en blandning av fysiker, ingenjör och uppfinnare av rang. Alla tre var ganska unga: Brattain var född 1902, Bardeen 1908 och Shockley 1910.

Forskarna visste redan att man kunde påverka en halvledarkristalls elektriska egenskaper genom att peta in små mängder av ett främmande ämne i kristallen. Redan 1940 hade en annan amerikan, Russel Ohl, upptäckt att en halvledare kunde förvandlas till en ledare om det främmande ämnet var av en viss typ. Ibland tycktes laddningsbärarna vara elektroner, medan de i andra fall tycktes vara en brist på elektroner, "hål". Små mängder arsenik gav ett litet överskott av elektroner, och Ohl kallade då kislet för ett kisel av n-typ. Med grundämnet bor blev kislet istället ledande med hål, och då kallade han det för kisel av p-typ. Att förorena kisel med andra ämnen döptes till dopning.

Sen upptäckte forskarna att det gick att göra dioder av en bit n-ledande och en bit p-ledande halvledare. Men vilken glädje hade man av en halvledardiod när man ändå måste använda stora rörtrioder som förstärkare? Utmaningen blev att göra en halvledartriod, som kunde förstärka en ström.

Bardeen, Brattain och Shockley insåg att de kritiska fenomenen inträffade där de n- och p-ledande materialen möttes, den så kallade pn-övergången. Studiematerialet kallade de bipolärt germanium, där ena halvan var n-dopad och den andra var p-dopad.



"Borde inte fungerat"


Den transistor som förevisades i Bell Laboratories dagen före julafton 1947 visade att teorin och praktiken stämde överens. Däremot var den inte alls lämplig som praktisk komponent. Enligt Bardeen och Shockley skulle den aldrig ha fungerat om det inte varit för Brattains experimentella fingerfärdighet.

Konstruktionen döptes till spetstransistorn. Den var en spretig härva av trådar och halvedarbitar som mest av allt påminde om en gammaldags kristallmottagare.

Först 1956 fick trion Bardeen, Brattain och Shockley nobelpriset i fysik för transistorn. Då hade den redan revolutionerat elektroniken.

Spetstransistorn var både primitiv och känslig, men den visade att principen för en bipolär transistor fungerade. En dramatisk förbättring kom bara en månad efter födelsedagen den 23 december 1947. Men den historien återkommer vi till en annan gång.

Per Stymne

I år fyller transistorn 50 år. Elektronikindustrins mest centrala uppfinning har alltså hunnit bli betydligt äldre än de flesta av branschens aktörer. Jubileet tycker vi på Elektroniktidningen är värt att uppmärksamma, och inleder härmed en artikelserie om transistorn, dess historia och dess tillämpningar från början och fram till idag.

I november öppnar Telemuseum i Stockholm portarna för en utställning om transistorns betydelse genom åren. Gå dit.