Bell Labs laat een klein stukje kristal een signaal versterken

MURRAY HILL (NEW JERSEY), DECEMBER 1947 - In de laboratoria van Bell Telephone, het onderzoeksbedrijf van de Amerikaanse telefoonmaatschappij, hebben twee natuurkundigen op 23 december een kleine uitvinding laten zien aan hun collega's. John Bardeen en Walter Brattain, uit de groep van William Shockley, schakelden een stukje kristal in en uit in een audioschakeling. De aanwezigen hoorden het signaal luider worden. Een week eerder, op 16 december, was een signaal voor het eerst versterkt.

Wat een versterker moet doen

Een versterker maakt van een zwak signaal een sterk signaal met dezelfde vorm. Je hebt hem nodig in elke radio en in elk telefoonnet: een stem die over een lange kabel reist, wordt steeds zwakker en moet onderweg weer worden opgekrikt.

Tot nu toe doet de elektronenbuis dat werk. Die werkt zo: een gloeidraad in een glazen buis wordt heet en stuurt elektronen de lege ruimte in. Een fijn raster tussen de gloeidraad en de plaat aan de overkant bepaalt hoeveel elektronen er aankomen. Een heel kleine spanning op dat raster regelt dus een veel grotere stroom, en zo ontstaat een sterkere kopie van het signaal.

Een buis heeft ook nadelen. Hij is groot, heet en breekbaar, en hij moet eerst opwarmen voordat hij werkt. Een gloeidraad kan doorbranden en dan moet de buis worden vervangen. Bell Labs hoopt dat een onderdeel dat helemaal uit vaste stof bestaat, zonder gloeidraad en zonder vacuüm, de buis en de mechanische relais kan vervangen.

Een kristal met twee gouden punten

Het nieuwe onderdeel is verrassend klein. Bardeen en Brattain gebruiken een blokje germanium, een halfgeleider. Dat is een stof die stroom niet zo goed doorlaat als een metaal en niet zo slecht als een isolator. Op het blokje drukken ze twee gouden contacten die vlak naast elkaar staan. Brattain maakte ze door een strook goudfolie over de punt van een plastic driehoekje te snijden.

Het ene contact is de ingang. Het signaal dat daar binnenkomt, verandert de stroom die het blokje met het andere contact en met de onderkant verbindt. Een kleine verandering aan de ingang geeft zo een grotere verandering aan de uitgang. Dat is versterking. Bij de eerste uitvoering werd het signaal ongeveer twee tot drie keer sterker. Zulke exemplaren zijn nog lastig te maken, en niet elk exemplaar werkt even goed.

Het is nog niets voor de massa, maar het voordeel is duidelijk. Het werkt meteen, zonder opwarmtijd, en er hoeft geen gloeidraad te branden. Het onderdeel kan veel kleiner worden dan een buis.

Teruggeblikt vanuit 2026

Pas op 30 juni 1948 hield Bell Labs een persconferentie in New York over de uitvinding, die ze transistor noemden. De New York Times wijdde er een paar alinea's aan op pagina 46. Het vakblad Electronics liet de drie uitvinders op de omslag zien, met de titel "Revolutionary amplifier: the crystal triode".

De puntcontacttransistor werd opgevolgd door sterkere typen die makkelijker te maken waren, en later ging bijna alles over op silicium. Een transistor kan ook als schakelaar werken, aan of uit, en dat is wat computers nodig hebben. Een moderne chip bevat miljarden van deze schakelaartjes. Elk AI-model dat nu wordt getraind, draait uiteindelijk op chips die daaruit zijn opgebouwd.