Surface states” và sự ra đời của transistor

Đèn chân không có hiệu ứng khuếch đại được dùng trong hệ thống điện thoại và nhiều ứng dụng khác trước và trong Chiến tranh thế giới thứ hai. Thành phần chính của những loại đèn này là dây tóc nung nóng, vận hành dựa theo nguyên lý nhiệt phát xạ đòi hỏi nhiều năng lượng nên rất dễ cháy. Bên cạnh đó, đèn chân không còn có giá thành cao, dễ vỡ và cồng kềnh nên các nhà điều hành Bell Labs đã nghĩ đến việc thay thế đèn chân không bằng bộ khuếch đại điện tử (electronic amplifier). Vào cuối thập niên 30 của thế kỷ XX, Giám đốc Bell Labs khi đó là Marvin Kelly đã giao cho Shockley phụ trách nghiên cứu về đề tài này. Sau khi chiến tranh chấm dứt (7/1945), một nhóm nghiên cứu vật lý chất rắn được thành lập dưới sự lãnh đạo của Shockley nhằm tiếp tục nghiên cứu về linh kiện bán dẫn có hiệu ứng khuếch đại.

Shockley và transistor lưỡng cực

Quay lại với Shockley, ông cảm thấy “bị bỏ rơi” vì hơn 1 năm ông hầu như không tham dự vào việc nghiên cứu của Bardeen và Brattain. Giáng sinh năm 1947 là thời gian khó khăn đối với Shockley. Ông rời New Jersey đi dự hội nghị của Hội Vật lý Mỹ và ở lại vùng Midwest chờ tham dự một hội nghị khác. Thời gian đó, đầu óc của ông bỗng “bừng cháy” với nhiều ý tưởng. Suốt hai ngày liên tiếp bắt đầu từ đêm giao thừa, một mình trong khách sạn, ông viết và viết về transistors lưỡng cực. Ba tuần sau đó, trong lúc mọi người bận rộn và phấn khởi với sự thành công của transistor đầu tiên trên thế giới, Shockley làm việc ngày đêm, một mình thiết lập mô hình với những khái niệm về transistor lưỡng cực.

Shockley và sự ra đời của Silicon Valley

Sau những gì đã xảy ra, Shockley không cho Bardeen và Brattain làm về transistor mà giao cho họ công việc mới. Ban lãnh đạo cao cấp không can thiệp gì vào quyết định này. Đối với cộng đồng khoa học và công chúng khi Hình 2. Cấu trúc của transistor tiếp điểm mà Bardeen and Brattain đã ghi chép vào sổ tay thí nghiệm ngày 16/12/1947 (nguồn: Google Images). 59 Công nghệ, Sản phẩm và Đời sống Số 3 năm 2023 ấy, Shockley là khuôn mặt chính liên quan đến việc nghiên cứu về transistors ở Bell Labs.

Nhưng rồi nhóm vật lý chất rắn dần dần sụp đổ. Bardeen muốn tiếp tục nghiên cứu về transistors nhưng không được phép, ông cũng bất mãn về cách quản lý độc quyền của Shockley nên quyết định chọn công việc giảng dạy tại Đại học Illinois. Brattain cũng tỏ thái độ không vừa lòng và có than phiền với Kelly về Shockley. Sau đó, Kelly cho Brattain hoàn toàn tự do trong việc nghiên cứu ở Bell Labs. Brattain không còn nghiên cứu về transistors và không còn báo cáo trực tiếp với Shockley nữa.

Đến giữa thập niên 50, với Luật Chống độc quyền, AT&T (hãng mẹ của Bell Labs) phải chọn một trong hai hướng: (i) hoặc phân chia hãng thành nhiều hãng nhỏ hơn hoặc (ii) chia sẻ thành quả nghiên cứu với các hãng và cộng đồng nghiên cứu khác. Bell Labs đã quyết định chọn giải pháp thứ hai và đồng ý nhượng bản quyền về kỹ thuật chế tạo transistor với giá 25.000 USD cho mỗi hãng thành viên. Quyết định này đã tạo cơ hội tốt cho những hãng mới thành lập ở Silicon Valley (kể cả Shockley Semiconductor) nắm bắt được những kỹ thuật mới trong một thời gian ngắn với chi phí khiêm tốn.

Shockley cũng bắt đầu tìm hướng đi mới. Ông may mắn gặp được Arnold Beckman (Tổng giám đốc Công ty Beckman Instruments). Shockley và Beckman đồng ý tạo nên một doanh nghiệp mới về linh kiện bán dẫn trực thuộc Beckman Instruments. Beckman đồng ý hỗ trợ tài chính cho Shockley với điều kiện là trong hai năm, công ty của Shockley phải sản xuất được transistors hàng loạt, với chi phí năm đầu tiên vào khoảng 300.000 USD. Năm 1955, Shockley và Beckman ký hợp đồng.