L'invention du transistor

L'histoire d'une découverte par Jean-Hugues Fournier Lupien, doctorant à l'École Polytechnique de Montréal en Supraconductivité appliquée

L'histoire d'une découverte par Jean-Hugues Fournier Lupien, doctorant à l'École Polytechnique de Montréal en Supraconductivité appliquée

par Jean-Hugues Fournier Lupien

Le 23 décembre 1947, le premier transistor à base de germanium venait d’être mis en œuvre dans les laboratoires Bell. Une course vers la miniaturisation des puces électroniques et des appareils électroniques s'ensuivit. Cette invention marqua une révolution dans le monde de l’industrie de la microélectronique et peu de temps après dans l'ensemble de la société.

Cette invention a permis le développement des circuits intégrés (ICs) qui à leur tour ont permis la production de masse de dispositifs électroniques sur puce de silicium, ayant pour conséquence de réduire les coûts des appareils électroniques pour l’utilisation domestique. 

Il est clair qu'avec les premiers ordinateurs comme l’ENIAC qui pesaient 30 tonnes et couvraient une superficie de 167m2, la miniaturisation était nécessaire pour une utilisation grand public. Aujourd’hui, les dispositifs électroniques fabriqués sur puce de silicium représentent la majorité des appareils électroniques modernes : téléphone cellulaire, télévision, ordinateur, et cetera.

Nous attribuons généralement l’invention du premier transistor à Walter Brattain, John Bardeen et William Shcokley. 

Nous attribuons généralement l’invention du premier transistor à Walter Brattain, John Bardeen et William Shcokley. 

Durant le développement du transistor, le chef d'équipe William Shockley a rassemblé les plus grands cerveaux des États-Unis, dont Brattain et Bardeen. La légende veut qu'il ait étudié la candidature de plusieurs scientifiques en leur faisant passer différents tests psychologique et social afin de recruter l’équipe idéale pour travailler avec lui. Shcokley avait lui-même un quotient intellectuel très élevé, il voulait s’entourer des meilleurs scientifiques de l’époque. Sa stratégie fut un succès puisqu’il reçut le prix Nobel de physique en 1956 pour la découverte de l’effet transistor. Des compagnies comme Fairchild Semiconductor et Intel, ont vu le jour grâce aux développements de l’équipe de recherche de Shockley. Un des co-fondateurs de ces compagnies est Gordon Moore qui travaillait dans l’équipe de Shockley. Il quitta le groupe de recherche, à cause de mésententes entre les deux hommes, pour se lancer en affaire. L’ensemble des technologies à base de puces de silicium (principalement électroniques ) constitue actuellement un secteur économique de grande importance qui génère des revenus annuels de plusieurs centaines de milliards de dollars.

Les travaux qui ont précédé l’invention du transistor ont été réalisés par un physicien austro-hongrois Julius Edgar Lilienfeld qui a déposé un brevet, au Canada, sur le concept théorique d’un « transistor à effet de champ ». Lilienfeld ne fut l’étudiant de nul autre que Max Planck (un des pères de la physique quantique) à l’Université de Leipzig. Néanmoins, aucun lien n’existe entre les travaux de Lilienfeld et ceux de Shockley. Ce dernier ne cite même pas les travaux de Lilienfeld dans ses articles publiés sur le sujet probablement parce que Lilienfeld ne publia aucun papier sur le sujet.
 


L’émergence des transistors à base de silicium est due à la contribution de plusieurs autres technologies. Entre autres, le développement des gaufres de silicium de haute pureté — technique de Czochralski (1916)— a été capital. Ce procédé permet de générer des monocristaux de silicium de plusieurs centimètres de long. Une fois coupées en tranches (ce qu’on appelle gaufre) celles-ci seront utilisées comme élément de base pour la fabrication de puce électronique. Sans cette technologie, la production de masse des puces électroniques aurait été impossible. Le développement des circuits intégrés a aussi permis la réalisation de dispositifs plats (2D), permettant une production industrielle. Finalement, il ne faut pas sous-estimer la contribution des nombreuses théories sur les bandes d’énergie des semiconducteurs développées au début des années 1900, entre autres par Max Planck.

Planck a résolu le problème de l’émission des corps noirs (« ultraviolet catastrophe ») en proposant que l’échange d’énergie radiative (absorption et émission de lumière) était discret (sous forme de photon comme dirait Einstein), ce qui donna naissance à la physique quantique. Cette théorie décrit le monde de l’infiniment petit. Entre autres, elle explique comment les électrons se comportent dans un cristal. Cette théorie a donc joué un rôle capital dans le développement des transistors.