100 великих достижений цивилизации - Станислав Эдуардович Ермаков

На первый взгляд для неискушенного в физике человека в них нет ничего сложного, на деле же это достаточно хитрое устройство, главным элементом которого является монокристалл, разделенный на две области с разным механизмом электропроводности (positive – negative, или, короче, p-n-переход). Использование разных транзисторов в одной микросхеме позволяет использовать обмен сигналами между ними для передачи информации и вычислений.

Полупроводниковые свойства обнаружены у многих элементов и сложных веществ, однако сегодня для этой цели используется преимущественно кремний, нередко обогащенный различными добавками, которые позволяют усиливать или как-то менять в нужную сторону свойства материала.

История открытия проводников по общеисторическим меркам коротка, хотя нам и может показаться, что случилось это давным-давно. Первым, кто обратил внимание на изменение свойств вещества при, например, нагревании, был знаменитый английский естествоиспытатель, физик и химик Майкл Фарадей (1791–1867). Еще в 1833 году он обнаружил повышение электропроводности сульфида серебра при нагревании, тогда как другие соли или чистые металлы, напротив, хуже проводили ток при нагревании. Другие соли и металлы реагируют обратным образом – чем выше температура, тем хуже через них проходит ток. Через много лет потомственный ученый, физик и инженер, нобелевский лауреат, один из открывателей радиоактивности Антуан Анри Беккерель (1852–1908) открыл способность некоторых материалов менять электропроводность под действием света.

Дальше, как говорится, больше. Карл Фердинанд Браун (1850–1918), будучи еще совсем молодым ученым, обнаружил в 1874 году, что электрическое сопротивление в ряде случаев может зависеть от направления, величины и продолжительности тока. Итогом его работы стало создание катодно-лучевой трубки и появление технологии «выпрямления», когда переменный ток преобразуется в постоянный. Не будет преувеличением сказать, что именно эта технология позволила создать всю радиотехнику, которой мы пользуемся до сих пор.

Четвертым краеугольным камнем в открытии полупроводников стало открытие Артуром Шустером (1851–1934) полупроводниковых свойств окисленной меди в контакте с чистым металлом.

Впрочем, как вы уже знаете, мало открыть какие-то уникальные свойства или явления, для их использования необходимо понять механизм, саму суть их. Применительно к полупроводникам сущность этих свойств оставалась для физиков XIX века загадкой – тогдашняя наука была не способна объяснить их. Решительный шаг в этом направлении наука смогла сделать только в конце первой трети XX века, когда была создана атомарная модель и начались соответствующие исследования.

Идея транзистора появилась еще в середине 1920-х годов, когда американский изобретатель польского происхождения Юлиус Лилиенфельд запатентовал концепцию полупроводникового транзистора на основе сульфида меди.

Однако окончательно технология транзисторов на основе p-n перехода была разработана только после Второй Мировой войны, в конце 1947 года. Она позволила наконец отказаться от использования неэкономичных, хрупких и больших ламповых устройств и перейти к созданию электротехники на новых принципах. Появились германиевые, а затем и кремниевые транзисторы. Собственно рабочий образец транзистора разработали американские инженеры во главе с Уильямом Шокли, Уолтером Браттейном и Джоном Бардином. В 1950 году технология была запатентована, а в 1956 году они получили Нобелевскую премию по физике.

Начала развиваться совершенно новая индустрия, продукция которой служила прежде всего интересам военных и НАСА. Появились новые модели транзисторов.

Переход на кремниевую базу позволил избавиться от перегрева и получить более универсальные и устойчивые к высоким температурам устройства. Заодно возникшая нужда в квалифицированных кадрах, которые могли бы работать в этом новом направлении, сильно повлияла на всю американскую науку. Если обратиться к ее истории, то окажется, что перед Второй Мировой войной и в первые годы после нее фундаментальная физика в США была, по сути, в загоне. Работавшим в ней ученым приходилось или зарабатывать средства для своих исследований самостоятельно, или искать спонсоров (которых в первую очередь, конечно, интересовала быстрая выгода), то вскоре американские власти поняли, что необходимо решать проблему отставания в этой области. Были созданы федеральные программы, ученых начали не только переманивать, но и готовить в стране, выделять средства на перспективные исследования. А поскольку с деньгами в США все обстояло весьма неплохо, вскоре появились и результаты. Немаловажную роль в развитии новых технологий сыграли и холодная война, и связанная с ней гонка вооружений.

Кремниевые транзисторы прекрасно подошли для использования в средствах связи, навигационном оборудовании, радарах…

Что ждет нас, куда двинется отрасль в будущем? Вариантов много, можно лишь предполагать, поскольку варианты использования полупроводниковых свойств материалов и веществ еще не используются в полной мере. В любом случае нашу жизнь без них сегодня представить уже очень трудно.

Оторваться от Земли

Нелепо писать книгу о наивысших достижениях человечества и не упомянуть при этом начало освоения космического пространства. Казалось бы, об этом уже писано-переписано и сказано-пересказано. Только вот довольно часто приходится сталкиваться с тем, что «рядовые граждане» что-то, может, и знают, но им, занятым повседневными хлопотами, то есть, в сущности, выживанием, порою в самом прямом смысле слова, непонятно вовсе, зачем нужен этот космос. «Лучше бы пенсию повысили», – скажет иной вечный оппозиционер. «Земля плоская» или «Все скрывают, там полно пришельцев», – добавят вечные альтернативщики.

Распространять свои заблуждения или недостаточную компетентность на мир в целом – удобная позиция, беспроигрышная. Как ни поверни, остаешься в плюсе, а проблемы суть проделки недругов.

Но люди издавна мечтали оторваться от Земли и если не парить в свободном полете, то хотя бы глянуть на то, как все выглядит оттуда, с высоты намного выше парящих орлов. И выход на околоземную орбиту сначала спутников, а потом и человека, не говоря уже о последующем создании обитаемых орбитальных станций, вне всяких сомнений, великое достижение.

Не будем распространяться о том, что должны существовать некие возвышенные цели, мечты, для достижения которых нужны усилия тысяч людей. Освоение космических полетов – это еще и вполне конкретная, сугубо утилитарная польза. Когда первые романтики, как, например, знаменитый Константин Эдуардович Циолковский (1857–1935), скромный скромный калужский учитель, самоучка, чьи фантазии обосновали и стимулировали разработку оснований ракетно-космической техники, мечтали о космосе, – они заложили основу переоценки человечеством своего места в этом мире.

Один из последних руководителей советской ракетно-космической отрасли СССР Олег Дмитриевич Бакланов (1932–2021), с которым автору довелось некоторое время общаться, рассказывал, как в годы Великой Отечественной войны он, тогда совсем маленький мальчик в оккупированном Харькове, был вынужден жечь книги, чтобы не умереть от холода. Дров не было, он жег их, отрывая по одной странице. Среди этих книг попался и один из трудов Циолковского. Он тоже сгорел, но только после того, как замерзший и голодный подросток жадно прочитал при свете печки-буржуйки напечатанные на плохой бумаге строки. Так появилась мечта.

А в это время Сергей Павлович Королев уже проектировал свои ракеты. Мечта становилась реальностью – вопреки войне, разрухе, миллионным человеческим