Se c'è un singolo componente da cui dipende tutta l'informatica moderna, è il transistor. Un processore attuale ne contiene miliardi, ognuno dei quali svolge in fondo lo stesso compito di un interruttore controllato elettricamente. L'invenzione risale al dicembre 1947, nei laboratori di ricerca della compagnia telefonica statunitense AT&T, i Bell Telephone Laboratories.
Il problema delle valvole
Prima del transistor l'elettronica si basava sulle valvole termoioniche. Una valvola è un tubo di vetro sotto vuoto con un filamento riscaldato che emette elettroni; una griglia di controllo permette di regolare il flusso di corrente, amplificando un segnale o funzionando da interruttore.
Le valvole funzionavano, ma avevano difetti evidenti:
- consumavano molta energia, soprattutto per riscaldare il filamento;
- producevano calore in quantità;
- si guastavano con una certa frequenza, come lampadine;
- erano ingombranti e fragili.
ENIAC, con le sue migliaia di valvole, mostrava bene i limiti di questa tecnologia. Ma il problema riguardava anche la rete telefonica, che usava valvole per amplificare i segnali sulle lunghe distanze e relè meccanici nelle centrali. Per AT&T trovare un sostituto più piccolo, efficiente e affidabile era una questione strategica.
I semiconduttori
I Bell Labs avevano avviato un gruppo di ricerca sulla fisica dello stato solido, diretto da William Shockley. L'obiettivo era usare i semiconduttori, materiali come il germanio e il silicio che conducono l'elettricità meglio di un isolante ma peggio di un metallo. La loro conduttività può essere modificata aggiungendo piccolissime quantità di altri elementi, un processo chiamato drogaggio.
Shockley aveva ipotizzato che un campo elettrico applicato a un semiconduttore potesse controllarne la conduzione, ma i primi esperimenti fallirono. Il fisico teorico John Bardeen capì che il problema era nel comportamento degli elettroni alla superficie del materiale.
Il transistor a punta di contatto
Lavorando insieme, Bardeen e il fisico sperimentale Walter Brattain costruirono un dispositivo molto semplice: un cristallo di germanio su cui poggiavano due contatti d'oro vicinissimi, ottenuti tagliando una sottile lamina d'oro avvolta su un cuneo di plastica. A metà dicembre 1947 il dispositivo amplificò un segnale. Il 23 dicembre fu mostrato ai dirigenti del laboratorio.
Era il transistor a punta di contatto. Il nome «transistor», nato dalla combinazione di transfer e resistor, fu scelto poco dopo. L'annuncio pubblico avvenne nel giugno 1948.
Il transistor a giunzione
Shockley, che non aveva partecipato direttamente all'esperimento decisivo, si mise al lavoro per conto proprio e nelle settimane successive elaborò la teoria di un dispositivo diverso e più robusto, il transistor a giunzione bipolare, fatto di strati di semiconduttore drogati in modo diverso. Era più facile da produrre in modo affidabile e divenne la base dei transistor degli anni Cinquanta.
Nel 1956 Bardeen, Brattain e Shockley ricevettero insieme il premio Nobel per la fisica. Bardeen ne vinse un secondo nel 1972, per la teoria della superconduttività: è l'unica persona ad aver ricevuto due Nobel per la fisica.
Dal germanio al silicio
I primi transistor erano di germanio, che però soffre alle alte temperature. Nel 1954 Texas Instruments iniziò a produrre transistor al silicio, più stabili. Nello stesso anno arrivò sul mercato una delle prime radio a transistor, la Regency TR-1, che rese evidente al grande pubblico che cosa significasse questa tecnologia: un apparecchio tascabile, alimentato a batteria, al posto di un mobile ingombrante.
Nei computer i transistor sostituirono gradualmente le valvole tra la metà e la fine degli anni Cinquanta, dando origine a quella che viene spesso chiamata la seconda generazione di calcolatori: più piccoli, più affidabili e meno costosi da far funzionare.
La nascita della Silicon Valley
Nel 1956 Shockley lasciò i Bell Labs e fondò in California, a Mountain View, la Shockley Semiconductor Laboratory, reclutando giovani ricercatori di talento. Il suo stile di gestione si rivelò però difficile. Nel 1957 otto di quei ricercatori, tra cui Robert Noyce e Gordon Moore, lasciarono l'azienda e fondarono la Fairchild Semiconductor. Shockley li definì traditori, e il gruppo è ricordato come gli «otto traditori».
Da Fairchild, negli anni successivi, nacquero direttamente o indirettamente decine di aziende di semiconduttori, tra cui Intel. È in questo modo che l'area a sud di San Francisco divenne la Silicon Valley.
Come funziona, in breve
Per un informatico il transistor si può pensare come un interruttore senza parti in movimento. In un transistor a effetto di campo, il tipo usato nei chip moderni, una tensione applicata a un terminale chiamato gate permette o impedisce il passaggio di corrente tra altri due terminali. Combinando transistor in modo opportuno si ottengono porte logiche, con le porte si costruiscono sommatori e memorie, con questi si costruisce un processore.
| Valvola | Transistor |
|---|---|
| Filamento riscaldato | Nessun riscaldamento |
| Tubo di vetro sotto vuoto | Cristallo solido |
| Centimetri | Oggi pochi nanometri |
| Guasti frequenti | Vita molto lunga |
In sintesi
- Il transistor a punta di contatto fu realizzato da Bardeen e Brattain ai Bell Labs nel dicembre 1947.
- Shockley sviluppò subito dopo il transistor a giunzione; i tre ricevettero il Nobel per la fisica nel 1956.
- I transistor sostituirono le valvole nei computer tra gli anni Cinquanta e Sessanta, rendendoli più piccoli e affidabili.
- Dall'uscita di otto ricercatori dall'azienda di Shockley nacque Fairchild, primo nucleo della Silicon Valley.
