Storia della scienza e della filosofia

La triste storia del germanio e l’invenzione dei transistor

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John Bardeen nel 1956

Ci sono elementi della tavola periodica che hanno vissuto fulgidi momenti di gloria prima di cadere nell’oblio più profondo. Uno di questi è il germanio elemento chimico con numero atomico 32 e si trova nella colonna del carbonio e del silicio, appena sotto questi due importantissimi elementi.

Il germanio conobbe il suo momento di gloria tra la fine degli anni Quaranta e gli anni Cinquanta e la sua vicenda è strettamente connessa ai semiconduttori. I semiconduttori sono materiali, appartenenti alla categoria dei semimetalli, che possono assumere una resistività superiore a quella dei conduttori e inferiore a quella degli isolanti; la resistività dipende in modo diretto dalla temperatura. Essi sono alla base di tutti i principali dispositivi elettronici e microelettronici a stato solido quali transistor, diodi e diodi ad emissione luminosa (LED). Ma andiamo con ordine.

La moderna industria dei semiconduttori inizia nel 1945 presso i Laboratori Bell, nel New Jersey. William Shockley (1910-1989), fisico ed ingegnere elettrico era alla prese con la costruzione di un piccolo amplificatore con il quale rimpiazzare i tubi a vuoto con cui si costruivano i giganteschi calcolatori dell’epoca. Shockley era a capo di un gruppo di ricerca formato dal chimico Stanley Morgan, e che includeva John Bardeen, Walter Brattain, il fisico Gerald Pearson, il chimico Robert Gibney, l’esperto di elettronica Hilbert Moore e diversi tecnici. Il loro compito era di cercare un’alternativa in stato solido dell’amplificatore tubo a vuoto, realizzato in vetro fragile. Il loro primo tentativo si basò sull’idea di Shockley di utilizzare un campo elettrico esterno su un materiale semiconduttore per modificarne la conduttività elettrica. Gli esperimenti però fallirono continuamente con ogni sorta di materiale e configurazione.

Dopo due anni di tentativi andati a vuoto, Shockley frustrato, passò la patata bollente a Bardeen e Brattain disinteressandosi del progetto. I due formavano una coppia formidabile, oltre ad essere amici Bardeen e Brattain operavano professionalmente in una sorta di simbiosi. Bardeen, dei due era la “testa d’uovo” mentre Brattain era il talento manuale della coppia.

Il duo si accorse ben presto che il tentativo di costruire un amplificatore con il silicio era destinato al fallimento perché quell’elemento era troppo fragile e più difficile da purificare. Il germanio invece che ha gli elettroni esterni su un livello energetico più alto rispondeva meglio ai requisiti necessari per costruire un amplificatore di ridotte dimensioni. E così nel 1947, Bardeen e Brattain riuscirono a costruire il primo amplificatore allo stato solido. Lo chiamarono transistor.

Sorpreso a Parigi dalla scoperta del “magnifico duo”, Shockley ritornò precipitosamente in patria e si adoperò per far si che nella comunità scientifica e presso la pubblica opinione venisse accreditato in qualità di capo progetto come l’elemento più importante per l’invenzione dei transistor.

Vanitoso e vendicativo, animato da un’ambizione smisurata, Shockley riuscì a far trasferire Bardeen in un’altro laboratorio ad occuparsi di un altro progetto, così da restare da solo nel tentativo di sviluppare la seconda generazione dei transistor al germanio. Ma il momento di gloria di questo elemento era in procinto di terminare. Nel 1954 le fabbriche di transistor pullulavano e con l’invenzione delle radioline portatili la fame di questi componenti sembrava insaziabile.

Il germanio però aveva l’abitudine di riscaldarsi eccessivamente ed i circuiti si bloccavano alle alte temperature. Scienziati e tecnici tornarono a guardare con rinnovato interesse al silicio che aveva un pregio insuperabile era così diffuso in natura, si trovava persino nella polvere, che i costi di produzione sarebbero stati sensibilmente più bassi. In quell’anno in una fiera specializzata del settore un ingegnere texano di nome Gordon Teal nel corso di una dimostrazione pubblica presentò il primo transistor commerciale al silicio.

Anche se il transistor al germanio si apprestava a sparire dalla produzione ed essere rapidamente ricondotto nell’oblio delle scoperte infruttuose, la vicenda si concluse abbastanza bene per John Bardeen (1908-1991) ed il suo amico amico Walter H. Brattain (1901-1987), insieme al presuntuoso ed opportunista William Shockley vinsero il Premio Nobel per la Fisica nel 1956 per l’invenzione dei transistor. Bardeen addirittura fece anche il bis nel  1972 per la teoria fondamentale della superconduttività ordinaria assieme a Leon Neil Cooper e John Robert Schrieffer, nota anche come teoria BCS.

Il Nobel del 1956 “carpito” da Shockley rappresentò invece uno spartiacque nella sua vita umana e professionale. Da quel momento il suo comportamento cambiò drasticamente, come dimostrò il suo stile gestionale, sempre più autocratico, erratico e difficile da soddisfare. Alla fine del 1957, otto ricercatori di Shockley, che divennero noti come gli “Otto Traditori”, diedero le dimissioni dalla società, dopo che Shockely decidette di non continuare la ricerca sui semiconduttori a base di silicio. Gli otto fondarono poi la Fairchild Semiconductor e furono una perdita da cui l’azienda di Shockley non si riprese più.

Verso la fine della sua vita Shockley si avvicinò all’eugenetica con discutibili posizioni che lo portarono a donare il suo sperma alla Repository for Germinal Choice (“Deposito per la scelta germinale”), una banca del seme fondata dal genetista Robert Klark Graham nella speranza di diffondere i migliori geni dell’umanità. Verso il termine della sua vita l’eccentrico Shockley divenne un estraneo per tutta la comunità scientifica e per amici e parenti ad eccezione della sua seconda moglie.

Morì di cancro alla prostata nel 1989 all’età di 79 anni.

nella foto John Bardeen nel 1956.

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