A tranzisztor feltalálása – mely hetven évvel ezelőtt teljesen megváltoztatta az életünket – több ember nevéhez fűződik, ennek a három fős csapatnak volt az egyik tagja Walter Brattain, aki éppen 120 évvel ezelőtt született. Születésnapja jó lehetőséget ad arra, hogy a közös találmányuk mellett az élettörténetével és egyéb szakmai munkásságával is megismerkedjünk.

Élettörténete rögtön egy meglepő adalékkal kezdődik, Walter ugyanis 1902. február 10-én Kínában, Amoy városában (mai nevén Xiamen vagy magyar átírásban Hsziamen) látta meg a napvilágot az utolsó császári dinasztia, a Csing-dinasztia uralkodása alatt. Szülei amerikaiak voltak, apja Ross. R. Brattain a Ting-Wen Intézetben, egy privát iskolában tanított kínai gyerekeket, míg anyja, Ottilie Houser Brattain tehetséges matematikus volt. Anya és gyermeke, Walter Houser Brattain 1903-ban vissza is tértek az USA-ba és apjuk is hamarosan követte őket.

Washington államban telepedtek le és Walter felcseperedve hamarosan ugyanabban a Walla Walla városban működő Whitman College-ban folytatta a tanulmányait, ahová szülei is jártak. 1924-ben már matematikából és fizikából is elérte a bachelor szintet. Érdekes egyébként, hogy ebben az évfolyamban négy kiemelkedő fizikus végzett, Brattain mellett Walker Bleakney, Vladimir Rojansky és E. John Workman, mindannyian komoly karriert futottak be. Sokszor nevezték őket együtt a „fizika négy lovasának”. Egyébként Brattain öccse, Robert is a Whitman College-ban végzett és szintén fizikus lett.

Brattain ez után a Master fokozatot 1926-ban az Oregoni Egyetemen, a doktori fokozatot pedig a Minnesotai Egyetemen szerezte meg 1929-ben. Itt alkalma adódott rá, hogy John Hasbrouck Van Vleck kurzusán megismerkedjen a kvantummechanika alapjaival. Van Vleck később elnyerte a Nobel-díjat a szilárdtestek mágnesességének a kutatási eredményeivel, tehát igazán jó professzorra lelt benne.

Brattain a doktori tanulmányai alatt a Washingtoni Szabványosítási Intézetben dolgozott, de a friss doktorátusával rögtön csatlakozott a Bell Telephone Laboratories csapatához, mint kutató fizikus. Itt Joseph A. Beckerrel közösen kezdték el tanulmányozni a réz-oxid egyenirányítók töltéshordozóinak hő által indukált áramlását. Sikerült kísérletileg igazolniuk a Sommerfeld-elméletet, amit Arnold Sommerfeld fejlesztett ki és a szilárdtestfizikában szabadelektron-modellként ismerjük. Nem sokkal később a réz-oxid és a szilícium félvezető felületén kialakuló egyenirányítási mechanizmust vizsgálta és ekkor felfedezte, hogy a szilícium és a ráhelyezett fémelektród közötti kontaktpotenciál megvilágítás hatására megváltozik, mert betöltetlen elektronállapotok jönnek létre. és így megváltozik a félvezető felületi töltése. Ennek a felismerésnek – ami lényegében a fotoeffektus felfedezése volt – alapvető jelentősége lett a Nobel-díj későbbi elnyerésében.

1930-tól William B. Shockley munkatársa lett és közös feladatuk volt a megbízhatatlan elektroncsövek kiváltása valamilyen szilárdtest-alapú erősítővel. Ezek a kutatások hosszú ideig nem jártak eredménnyel, pedig ígéretes alapokat raktak le a térvezérelt tranzisztorok kifejlesztése irányában. A megoldást azonban nem találták.

A második világháború alatt ezeket a kutatásokat fel kellett függeszteni, Brattain és Shockley is hadikutatási feladatokat kapott és elszakadtak egymástól. Brattain feladata 1939-től a Columbia University-n kialakított Nemzeti Védelmi Kutatóbizottság C-4 szekciójában a tengeralattjárók mágneses detektálására alkalmas megoldások kidolgozása volt. Brattain ezen a téren sem volt elveszett ember, csoportjával kidolgoztak egy magnetométert, mely elég érzékeny volt ahhoz, hogy kimutassa a Föld mágneses mezejének a változását egy tengeralattjáró megjelenésének a hatására. Norman E. Kleinnel 1944-ben közösen szabadalmaztatták is a magnetométer fejet, a szabadalom US 2 605 072 lajstromszámon jelent meg 1952-ben.

A második világháború vége után a Bell Laboratories újraszervezte a kutatási területeket. A szilárdtest alapú erősítő megvalósítását akkor már nagyon égetőnek gondolták, hiszen az elektroncső, mint erősítőeszköz egyre nagyobb nehézségeket okozott mind a miniatűrizálás, mind pedig a megbízhatóság és az energiafogyasztás tekintetében. A szilárdtest kutatócsoport megszervezését a kutatási igazgatóra, Mervin Kellyre bízták. Kelly egy kettős vezetésű csapatot állított fel, melynek egyik vezetője William Shockley, a szilárdtest fizika jó ismerője és Stanley O. Morgan vegyész volt. Kelly elképzelése az volt, hogy a létrehozott interdiszciplináris kutatócsoport közelebb fog kerülni a probléma megoldásához.

A csapathoz hamarosan csatlakozott egy kiváló elméleti kutató, John Bardeen mérnök és fizikus. Bardeen közeli barátja volt Robert Brattain, aki még a harmincas években bemutatta neki testvérét, Walter Brattaint. Ettől kezdve Bardeen és Brattain gyakran találkoztak, együtt bridzseltek és golfoztak is – közben persze mindig a fizikáról folyt a szó. Így aztán Brattain is hamarosan a csapatban találta magát. Mivel Bardeen kvantumfizikus volt, Brattain pedig akkor már egy elismert kísérletező fizikus az anyagtudományok terén, így nagyon jól kiegészítették egymást.

Shockley továbbra is kitartott amellett, hogy a külső elektromos mezővel kell befolyásolni a félvezető vezetőképességét, azonban kísérletei kudarcot vallottak. Mivel úgy gondolta, hogy a félvezető felületi töltése nem engedi a külső tér hatását érvényesülni, így Bardeenre bízta ennek a „páncélnak” az áttörését. Shockley más problémák megoldásába mélyedt és nem foglalkozott tovább a kérdéssel.

Bardeen és Brattain ezek után folyamatos kísérletezésbe kezdtek. Bardeen gondolta ki az elméleteket, Brattain pedig kísérletekben igyekezett igazolni őket. Bardeen azzal a feltételezéssel élt, hogy a félvezető felületi állapotának a helyi változásai zárják csapdába a töltéshordozókat, ezért nem jön létre az elektronáramlás. Sikerült ugyan minimális eredményt elérniük az egyik alkalommal, amikor Brattain egy kis aranygolyót nyomott a szilícium lapkába és desztillált vízzel vette körül, de a siker nem volt átütő. Ez után lecserélték a szilíciumot germániumra és eljutottak ahhoz a gondolathoz, hogy ha a germániumlapkába két igen közeli ponton érintkezőt vezetnek, akkor az egyik érintkező (emitter) és a félvezető (bázis) között folyó árammal a másik érintkezőn (kollektor) akár százszoros erősítést is el tudnak érni. 1947. december 16-án a gyakorlatban is sikerült ez az erősítőhatást megvalósítaniuk és ezzel megszületett a pont-kontaktusos tranzisztor modellje. Ez ugyan nem a Shockley-féle térvezérlésen alapult, de meghozta a kellő eredményt. A kutatás sikerét bejelentették Shockley-nak, aki december 23-ra meg is szervezte a bemutatót a Bell labor vezetése számára. Ugyanakkor Shockley nagyon bosszús volt azért, hogy a találmány létrehozásában nem vett részt, ez komoly nézeteltérésekhez vezetett. A Bell vezetése úgy próbált úrrá lenni a helyzeten, hogy kötelezték Bardeent és Brattaint arra, hogy a bejelentés után készülő fotókon mindhármuknak rajta kell lenni. Ugyanakkor a találmányra vonatkozó szabadalmat ketten adhatták be közösen, ezen Shockley nem szerepelhetett. Így született meg az US 2 524 035 számú szabadalom, ami a szerény „Three-electrode circuit element utilizing semiconductive materials” címet kapta. A tranzisztor nevet csak később találta ki az eszközre John R. Pierce, a Bell Labs kutatója éppen Brattain felkérésére. Pierce abból indult ki, hogy míg a elektroncső egy transzkonduktív eszköz, addig a feltalált eszköz inkább transzrezisztív jellegű. A név így a varisztor és a termisztor mintájára alakult ki a transfer és resistor szavak összevonásából.

Igazán tehát az első tranzisztormodell megalkotása Bardeen és Brattain közös kutatásainak köszönhető, utána viszont Shockley kutatásai vezettek el a gyakorlatban is gyártható rétegtranzisztor modelljéhez. Így érthető, hogy hárman közösen kapták meg a fizikai Nobel-díjat 1956-ban „a félvezetőkkel kapcsolatos vizsgálataikért és a tranzisztorhatás felfedezéséért”, bár a Svéd Királyi Tudományos Akadémia indoklása mindegyiküknél eltérő volt.

Shockley 1948 után teljesen kizárta Bardeent és Brattaint a rétegtranzisztor további kutatásaiból, Bardeen 1951-ben el is hagyta a Bell Lab-ot és 1972-ben – eddig egyetlen tudósként – ismét elnyerte a Nobel-díjat, Brattain pedig egy másik kutatócsoportba került át, ahol folytatta a szilárdtestfizikai kutatásait. Később a véralvadással kapcsolatos kutatásokat végzett. Ennek a váratlannak látszó váltásnak az oka az volt, hogy a fia szívműtétre szorult. A Bell Laboratories-ból 1967-ben vonult nyugállományba, de továbbra is tanított a Whitman College-ban, ahol 1972-ben adjunktus lett. Életének ebben az időszakában is az élő sejtek különböző abszorpciós folyamataival foglalkozott a Whitman College kémia professzorával, David Frascoval együttműködésben.

Magánéletében kétszer nősült meg, első felesége a kémikus Keren Gilmore volt, vele 1935-ben kötött házasságot és 1943-ban született meg a gyermekük, William G. Brattain. Gilmore 1957-ben elhunyt és Brattain a következő évben újra nősült, egy három gyermekes családanyát, Emma Jane Millert vette el.

Walter Brattain 1987. október 13-án, 85 éves korában hunyt el Alzheimer kórban.

 

dr. Bartolits István