L'invenzione del transistor: il dispositivo che ha rivoluzionato il mondo

Era il Capodanno del 1948, il fisico statunitense William Shockley si trovava in un albergo di Chicago, nella solitudine della sua stanza, mentre due piani più in basso impazzava il veglione della società dei fisici, a cui Shocklev non aveva voluto partecipare. Aveva una cosa più importante da fare, doveva mettere a punto un dispositivo che avrebbe rivoluzionato il mondo ossia l'invenzione del transistor.

Seduto alla scrivania, Shockley riempiva di schizzi e di calcoli il suo blocco di appunti, furioso per essere stato battuto sul tempo, appena una settimana prima, dai due colleghi dei laboratori Bell, Walter Brattain e John Bardeen, i quali a sua insaputa avevano già realizzato il primo esemplare di questo dispositivo. Il piccolo gruppo dei tre fisici, incaricati dalla Bell di inventare un sostituto più piccolo e più efficiente delle ingombranti valvole termoioniche, si era già diviso, lacerato da rivalità e dissapori sulle ricerche da condurre. Shockley, capo della triade di fisici, voleva la rivincita e avrebbe compiuto da solo il resto del lavoro.

Le origini dell'invenzione del transistor

L'avventura dell'invenzione del transistor era iniziata nel 1945, quando il direttore della ricerca dei laboratori Bell, Mervin Kelly, decise di trovare una soluzione definitiva al problema che da mezzo secolo tormentava i costruttori di linee telefoniche.

Per estendere sempre più la lunghezza dei collegamenti era necessario disporre di amplificatori del segnale lungo la linea, dato che sulle lunghe distanze questo si affievoliva progressivamente. L'unica soluzione disponibile era rappresentata dagli amplilicatori a valvole, gli stessi che da qualche decennio equipaggiavano le radio e da poco tempo i primi televisori.

Ma le valvole ponevano molti problemi: erano ingombranti e delicate a causa del contenitore di vetro, richiedevano molta energia elettrica e alti voltaggi, e producevano tanto calore. Collocare questi amplificatori su tutto il territorio di una nazione, in posti isolati e impervi, o addirittura in fondo al mare, era fonte di numerosissimi inconvenienti.

Così Kelly incaricò il suo fisico teorico più brillante, William Shockley, di trovare una soluzione utilizzando una speciale classe di materiali chiamati semiconduttori: sostanze, cioè, che a seconda delle condizioni si comportano da conduttori elettrici o da isolanti.

I semiconduttori offrivano grandi vantaggi: lavoravano con correnti e tensioni basse, si riscaldavano molto poco, erano piccoli e compatti e se cadevano per terra non si rompevano. Shockley assunse per l'occasione Bardeen, un altro fisico teorico, e Brattain, grande sperimentatore, già noto per la capacità di costruire o riparare qualsiasi cosa. I due mostrarono subito grande affiatamento, isolandosi sempre più da Shockley.

Primi passi per la realizzazione del transistor

Brattain e Bardeen compirono esperimenti con diversi tipi di semiconduttori al silicio, poi al germanio e infine al diossido digermanio.

Il 16 dicembre dei 1947 realizzarono un curioso dispositivo formato da due sottilissime lastrine d'oro, distanti un solo millirnetro e sorrette da un triangolo di plastica, messe a contatto con una sfoglia di germanio, il materiale semiconduttore.

Con grande eccitazione, notarono che un segnale elettrico inviato su uno dei contatti d'oro risultava amplificato di alcune centinaia di volte sull'altro contatto. Era stata realizzata l'invenzione del transistor, un transistor definto a contatto.

Il 23 dicembre Brattain e Bardeen invitarono Shockley nel loro laboratorio e gli mostrarono il dispositivo. Shockley ne fu insieme entusiasta e amareggiato. Il transistor era una realtà ma non aveva la sua firma. Non solo, ma gli avvocati dei laboratori Bell gli fecero capire che il bretvetto del transistor avrebbe recato solo due nomi: quelli di Bardeen e Brattain.

La nascita definitva del transistor: il transistor a sandwich

Il transistor a contatto era però difficile da costruire, così Shockley ebbe la possibilità di avere la rivincita sui due colleghi. Avrebbe reinventato da solo il transistor, nel più assoluto segreto.

Lavorò nella stanza d'albergo di Chicago, poi a casa sua. L'alba del 23 gennaio 1948 lo vide seduto al tavolo di cucina, dopo una ennesima notte trascorsa insonne a riempire fogli. L'ultimo portava lo schizzo del transistor a sandwich, cioè il primo esemplare di quello che sarebbe divenuto dispositivo commerciale pronto per rivoluzionare il mondo.

Il transistor di Shockley consisteva in un “tramezzino”, appunto, in cui il pane era rappresentato da semiconduttori che contenevano un eccesso di elettroni e il prosciutto da un semiconduttore che conteneva invece una carenza di elettroni. Quest'ultimo avrebbe funzionato come un rubinetto: piccole variazioni di corrente inviata a esso (il segnale da amplificare), avrebbero generato grandi variazioni di corrente tra gli strati esterni (il segnale amplificato). Anche il principio di funzionamento era diverso dal transistor di Brattain e Bardeen. Il 18 febbraio Shockley presentò il sito transistor ai suoi ex amici. La meraviglia fu generale, il dispositivo funzionava egregiamente.

L'invenzione del transistor è pronta per essere annunciata al mondo

A questo punto, e dopo ulteriori perfezionamenti, il transistor era pronto per essere annunciato al mondo, anche se al momento non era ben chiaro a quali immediate applicazioni potesse servire. E in realtà questo fu un handicap che il transistor si portò dietro per qualche tempo, tanto che alcuni lo definirono "una soluzione in cerca di un problema". Nel 1951, intanto, il transistor fu ulteriormente perfezionato con il tipo "a giunzione", più efficiente e facile da fabbricare.

Restava il problema della stia utilizzaione. A parte l'industria telefonica e alcune applicazioni scientifiche, non esisteva ancora un mercato di massa per questa rivoluzionaria invenzione. All'epoca, infatti, i computer muovevano ancora i primi passi. Il primo elaboratore elettronico, curiosamente, era nato quasi insieme al transistor, nel 1946, ma solo nel 1958 l'industria dell'informatica adottò quest'ultimo in sostituzione delle valvole. Il debutto del transistor sui mercati mondiali avvenne infatti con un'altra applicazione: la radio. Era il 1954 quando la Texas Instruments americana, con una lungimiranza che era sfuggita a tutti gli altri realizzò la prima radio a transistor e quindi in grado di funzionare con le pile, spalancando l'orizzonte della musica e delle notizie che si possono “portare con sé”, in qualunque zona del pianeta.

Applicazioni commerciali dell'invenzione del transistor

L'invenzione del transistor era ormai ufficiale e grazie a essa il mondo conobbe il boom dell'elettronica di consumo che dura ancora oggi.

Vantaggi per l'industria informatica

Parallelamente, l'industria dell'informatica scoprì che più transistor si potevano "impacchettare" insieme riducendo progressivamente le dimensioni dei circuiti. Nacque così, nel 1958, il primo circuito integrato, una piastrina che racchiudeva alcune decine di transistor, seguito poi dai microprocessori, nei quali si riescono a concentrare oggi anche dieci milioni di transistor in un centimetro quadrato.

I tre uomini che dettero inizio a tutto questo si erano intanto divisi per sempre. Bardeen si trasferì nel 1951 all'Università dell'Illinois. Quattro anni dopo Shockley cambiò la sua vecchia MG per una jaguar cabriolet, divorziò dalla moglie e fondò una sua azienda di semiconduttori. Brattain rimase ai Bell fino alla pensione. Ma i tre fisici che hanno cambiato il mondo si rividero nel 1956, a Stoccolma, per il conferimento del premio Nobel, assegnato equamente a tutti e tre e indubbiamente ben meritato.