William Bradford Shockley ( Londres , 13 de febrero de 1910 - Stanford , 12 de agosto de 1989 ) fue un físico estadounidense .
Junto con John Bardeen y Walter Houser Brattain fue galardonado con el Premio Nobel de Física en 1956 por " su investigación sobre los semiconductores y el descubrimiento del efecto transistor ".
El experimento de Haynes y Shockley , que demostró la posibilidad de inyectar agujeros en una varilla de germanio mediante una punta de contacto, midiendo su movilidad y vida media, fue el precursor del primer "transistor de filamento" y dio paso a la electrónica moderna de semiconductores
Los esfuerzos realizados por Shockley para comercializar un nuevo diseño de transistor en las décadas de 1950 y 1960 llevaron a la creación de Silicon Valley en California , que se convertiría en uno de los centros neurálgicos para el desarrollo de dispositivos semiconductores.
En las últimas etapas de su vida, Shockley fue profesor en la Universidad de Stanford .
Shockley nació en Londres de padres estadounidenses; cuando tenía tres años, se mudaron a los Estados Unidos, a Palo Alto , California , donde aclamaron a sus padres. [1] Su padre, William Hillman Shockley, era un ingeniero de minas que trabajaba en el negocio de la minería y podía hablar ocho idiomas. Su madre, Mary Bradford, creció en el oeste de los Estados Unidos y se graduó de la Universidad de Stanford, convirtiéndose en la primera mujer estadounidense en ocupar el cargo de subinspectora de minería. [2] Shockley se graduó en física en 1932 en el Instituto Tecnológico de California y luego obtuvo su doctorado en 1936 en el Instituto Tecnológico de Massachusetts , teniendo como referente al profesor John Slater . [3]
Después de su doctorado, Shockley se unió a un grupo de investigación dirigido por Clinton Davisson en Bell Laboratories , Nueva Jersey . Durante los siguientes cinco años, publicó varios artículos fundamentales en el campo de la física del estado sólido en la revista Physical Review . En 1938 , también registró su primera patente, el " Dispositivo de descarga de electrones ", sobre electromultiplicadores . [4]
Cuando estalló la Segunda Guerra Mundial , Shockley se involucró en la investigación de tecnología de radar en Manhattan , Nueva York , también en nombre de Bell Laboratories. En mayo de 1942 , dejó la compañía de Bell y se convirtió en director de investigación del Grupo de Operaciones de Guerra Antisubmarina de la Universidad de Columbia . [5] Este grupo ideó métodos para contrarrestar las tácticas submarinas, particularmente las alemanas, mejorando las técnicas de evasión de los convoyes marítimos, optimizando los modelos de carga de profundidad y más. Estos proyectos requerían viajes frecuentes al Pentágono y, en general, a Washington , donde Shockley se reunió con muchos oficiales superiores tanto del ejército estadounidense como del gobierno. En 1944 organizó un programa de formación para pilotos de B-29 sobre el uso de la mira radar para bombardeo y, a finales del mismo año, inició un viaje de tres meses rumbo a bases aéreas de todo el mundo para evaluar sus resultados. . Por este proyecto, el secretario de Guerra Robert Porter Patterson le otorgó la Medalla al Mérito el 17 de octubre de 1946 . [6]
En julio de 1945 , el Departamento de Guerra de los Estados Unidos pidió a Shockley que redactara un informe sobre el número probable de bajas en una posible invasión del territorio nacional japonés. Las conclusiones de Shockley fueron: "Si los estudios muestran que el comportamiento de las naciones, en todos los casos históricos comparables a Japón, de hecho se ha mantenido consistente con el comportamiento de las tropas en la batalla, entonces esto significa que los japoneses muertos y enfermos en el momento de la derrota superará el número correspondiente para los alemanes. En otras palabras, probablemente tendremos que matar al menos entre 5 y 10 millones de japoneses. Esto nos costaría entre 1,7 y 4 millones de víctimas, incluidas entre 400 y 800 mil muertes". [7] Este informe influyó en la decisión de Estados Unidos de lanzar bombas atómicas sobre Hiroshima y Nagasaki , lo que llevó a la rendición incondicional de Japón . [8]
Shockley fue el primer físico en proponer el uso de la distribución lognormal para modelar procesos de creación en artículos de investigación científica. [9]
En 1945, poco después de que terminara el conflicto, los Laboratorios Bell formaron un grupo de investigación sobre física del estado sólido, dirigido por el propio Shockley y el químico Stanley Morgan, y que incluía a John Bardeen , Walter Brattain , el físico Gerald Pearson, el químico Robert Gibney, el experto en electrónica Hilbert Moore y varios técnicos. Su tarea era buscar una alternativa de estado sólido al amplificador de válvulas , hecho de vidrio quebradizo. Su primer intento se basó en la idea de Shockley de utilizar un campo eléctrico externo sobre un material semiconductor para modificar su conductividad eléctrica . Sin embargo, los experimentos fracasaron continuamente con todo tipo de materiales y configuraciones. El grupo quedó así paralizado, hasta que Bardeen sugirió una teoría sobre los estados de energía superficial de los electrones y que impedía que el campo eléctrico penetrara en el semiconductor. Se concentraron en estudiar estos estados superficiales y se reunían casi a diario para discutir los resultados e intercambiar ideas. [10]
Para el invierno de 1946 , tenían suficientes resultados para que Bardeen firmara un artículo sobre los estados de la superficie en la revista Physical Review . Brattain comenzó experimentos para estudiar estos estados de energía superficial a través de observaciones realizadas mientras el semiconductor estaba siendo iluminado por la luz. Esto condujo a otros artículos, uno de los cuales también fue firmado por Shockley, que estimaba la densidad de los estados superficiales por encima de la necesaria para explicar sus fallas iniciales. El ritmo de trabajo aumentó aún más cuando comenzaron a cubrir los puntos de contacto entre el semiconductor y los cables eléctricos con electrolitos . Moore construyó un circuito que les permitió variar fácilmente la frecuencia de las señales eléctricas entrantes, y finalmente comenzaron a tener alguna evidencia de amplificación de potencia cuando Pearson, siguiendo el consejo de Shockley, aplicó un voltaje eléctrico a una gota de borato de glicol colocada entre un cruce pn . [11]
Los abogados de Bell Laboratories pronto descubrieron que el principio de efecto de campo descubierto por Shockley había sido anticipado y realizado siguiendo una patente de 1930 de Julius Edgar Lilienfeld , quien registró su dispositivo similar a MESFET ya en Canadá , el 22 de octubre de 1925 . [12] [13] Aunque el dispositivo patentado no parecía funcionar, los abogados basaron las solicitudes de una de las cuatro patentes únicamente en el diseño del punto de contacto ideado por Bardeen y Brattain. Las otras tres patentes cubrían el transistor basado en electrolitos y tenían como inventores a Bardeen, Gibney y Brattain. El nombre de Shockley no aparecía en ninguno de ellos y esto lo enfurecía, pues sentía que su trabajo era la base de la idea del efecto de campo. También trató de que la patente llevara solo su nombre e informó tanto a Bardeen como a Brattain de sus intenciones. [14]
Shockley continuó en secreto su trabajo para hacer un tipo diferente de transistor basado en uniones en lugar de contactos puntuales, esperando que este tipo de contacto fuera mejor para la comercialización. Él creía que el transistor de contacto puntual resultaría ser frágil y difícil de construir. Shockley también estaba insatisfecho con ciertas partes de la explicación de cómo funcionaba ese tipo de transistor y así concibió la posibilidad de que hubiera una inyección en el semiconductor de portadores minoritarios de carga eléctrica. El 13 de febrero de 1948, otro miembro del grupo, John N. Shive, fabricó un transistor con contactos de bronce sobre una delgada cuña de germanio, demostrando que los espacios electrónicos pueden propagarse dentro del material no solo a lo largo de su superficie como se pensaba anteriormente. . [15] [16] El invento de Shive fue como una chispa [17] para el transistor de unión que estaba diseñando Shockley. [18] Unos meses más tarde, completó un nuevo tipo de transistor, mucho más robusto, con una estructura en capas. Esta estructura se usó luego para la mayoría de los transistores a lo largo de la década de 1960, convirtiéndose en el transistor de unión bipolar . Shockley admitió más tarde que el trabajo del grupo era "una mezcla de cooperación y competencia" y que había mantenido parte de su trabajo secreto hasta que el descubrimiento de Shive en 1948 "lo obligó". [19] Shockley luego trabajó en una descripción más completa de lo que llamó un "transistor sándwich" y una primera demostración del principio de funcionamiento tuvo lugar el 7 de abril de 1949 .
Mientras tanto, Shockley también trabajó en su obra Electrons and Holes in Semiconductors with Applications to Transistor Electronics ("Electrones y agujeros en semiconductores con aplicaciones a la electrónica de transistores"), publicada en 1950 . El tomo incluía sus ideas sobre la deriva y la difusión de los portadores de carga, las ecuaciones diferenciales que rigen el flujo de electrones en un cristal de estado sólido y la ecuación del diodo ideal de Shockley . Este trabajo se convertirá en el texto de referencia para los científicos que buscan desarrollar y mejorar nuevas variantes del transistor y otros dispositivos fabricados con materiales semiconductores. [20]
La invención del transistor de unión bipolar finalmente se hizo pública en una conferencia de prensa el 4 de julio de 1951 . [21] Ese mismo año, fue elegido miembro de la Academia Nacional de Ciencias a la edad de cuarenta y un años. Dos años más tarde, fue elegido ganador del prestigioso Premio Costmock de Física [22] y, más tarde, de otros premios y distinciones.
La creciente publicidad generada por la invención del transistor llevó a Shockley a la fama, a expensas de Bardeen y Brattain. Sin embargo, los gerentes de Bell Laboratories continuaron presentando a los tres inventores juntos, como un equipo. Aunque el mismo Shockley corrigió las afirmaciones de los reporteros cuando le atribuyeron el crédito único por la invención, [23] finalmente hizo que Bardeen y Brattain fueran expulsados, impidiéndoles trabajar en el transistor de unión. Luego, Bardeen comenzó a desarrollar una teoría de la superconductividad y dejó los Laboratorios Bell en 1951. Brattain se negó a volver a trabajar con Shockley y fue asignado a otro grupo. Ni Bardeen ni Brattain tuvieron más que ver con el desarrollo del transistor tras el primer año de su invención. [24]
En 1956 , Shockley se mudó de Nueva Jersey a Mountain View , California , donde fundó el Laboratorio de Semiconductores Shockley , pudiendo así estar más cerca de su madre enferma en Palo Alto. [25] [26] La empresa, una sucursal de Beckman Instruments , fue la primera en trabajar en dispositivos electrónicos, usando silicio como semiconductor, en el área que se conocerá como Silicon Valley .
Su "método" de negocios generalmente podría resumirse como prepotente y cada vez más paranoico. En un incidente que luego se supo, afirmó que un corte en el pulgar de una secretaria fue el resultado de un acto malicioso e hizo correr un detector de mentiras para encontrar al culpable cuando, en realidad, la secretaria simplemente había agarrado la manija de una [27] Después de recibir el Premio Nobel en 1956 , su comportamiento cambió, como lo demuestra su estilo de gestión, cada vez más autocrático, errático y difícil de satisfacer. [28] A finales de 1957 , ocho investigadores de Shockley, conocidos como los "Ocho Traidores", renunciaron a la empresa después de que Shockely decidiera no continuar con la investigación sobre semiconductores basados en silicio. [29] Los ocho más tarde fundaron Fairchild Semiconductor y fue una pérdida de la que la compañía de Shockley nunca se recuperó. Durante los siguientes veinte años, más de sesenta y cinco nuevos negocios terminaron con empleados que anteriormente eran rastreables hasta Fairchild. [30]
Un grupo de una treintena de compañeros que se habían reunido varias veces desde 1956 se reunió de nuevo en la Universidad de Stanford en 2002 para recordar los días pasados, cuando Shockley estaba en el centro de la revolución de la tecnología de la información. El organizador de este grupo dijo que "Shockley es el hombre que trajo el silicio a Silicon Valley". [31]
Cuando aún era estudiante, Shockley se casó con Jean Bailey a la edad de veintitrés años, en agosto de 1933 . En marzo de 1934 , la pareja tuvo una hija, Alison. Mientras tanto, se convirtió en un excelente escalador, a menudo subiendo a la cima de Shawangunks en el valle del río Hudson , donde primero hizo un ascenso a través de una repisa, conocida hoy como "Shockley's Point". [11] Shockley también se hizo popular como orador, conferencista y mago aficionado. Una vez, produjo "mágicamente" un ramo de rosas al final de su discurso frente a la Sociedad Estadounidense de Física . De joven también fue conocido por sus sofisticados chistes. [32]
Shockley donó su esperma al Repository for Germinal Choice , un banco de esperma fundado por el genetista Robert Klark Graham con la esperanza de difundir los mejores genes de la humanidad . El banco, llamado por los medios "el banco de semillas de los premios Nobel", aseguraba tener tres premios Nobel entre sus donantes, aunque Shockley fue el único que hizo pública la donación. Sin embargo, las controvertidas opiniones de Shockley le dieron cierta notoriedad al Repository for Germinal Choice y pueden haber desanimado a otros premios Nobel de donarle su semilla. [33]
Cuando Shockley dejó Shockley Semiconductor , empezó a trabajar para la Universidad de Stanford donde, en 1963 , recibió el puesto de profesor de ingeniería y ciencias aplicadas, que había recaído en Alexander M. Poniatoff, y que ocupó hasta su jubilación en 1975. . [34]
Shockley murió de cáncer de próstata en 1989 a la edad de 79 años. [35] En el momento de su muerte, casi se había convertido en un extraño para la mayoría de sus amigos y familiares, a excepción de su segunda esposa, Emmy Lanning. Sus hijos parecen haberse enterado de su muerte leyendo las noticias en los periódicos. [36] Shockley está enterrado en Alta Mesa Memorial Park , un cementerio en Palo Alto , California .
En la vejez, Shockley se interesó en escribir cada vez más sobre temas como la raza , el intelecto y la eugenesia . Creía que estos temas eran importantes para el futuro genético de la especie humana y comenzó a describir sus escritos como los más importantes de su carrera, incluso si expresar sus visiones dañaba su reputación. Shockley argumentó que una mayor tasa de reproducción entre las personas menos inteligentes conduciría a un efecto disgénico que conduciría a una disminución de la inteligencia promedio y, en última instancia, a una disminución de la civilización. Con respecto a las diferencias raciales, solía usar una frase como la siguiente, utilizada en un debate público: 'Mi investigación me lleva inevitablemente a la idea de que la causa fundamental de los déficits intelectuales y sociales de los negros estadounidenses es hereditaria y de origen racial y genético. origen. por lo tanto, no se puede remediar en mayor medida mediante mejoras prácticas en el medio ambiente ". [37] Los artículos publicados de Shockley sobre estos temas se basaron parcialmente en los escritos del psicólogo Cyril Burt y fueron subvencionados por Pioneer Fund . Shockley propuso además que a las personas con un coeficiente intelectual inferior a 100 se les pague para que vayan voluntariamente a esterilizarse . [38]
El antropólogo Roger Pearson , cuyos escritos se basan en un enfoque evolutivo y racial, [39] defendió a Shockley en un libro autoeditado, donde el propio Shockley era coautor. [40] El profesor Edgar G. Epps, de la Universidad de Winsconsin-Milwaukee , [41] afirmó que "la posición de William Shockley lo lleva a una interpretación racista". [42]
En 1981 , Shockley presentó una demanda por difamación contra la Constitución de Atlanta después de que un escritor científico, Roger Witherspoon, comparara sus afirmaciones sobre el programa de esterilización voluntaria con los experimentos nazis con judíos . La demanda tardó tres años en llegar a juicio, donde Shockley ganó el caso pero recibió solo un dólar en compensación. [43] El biógrafo de Shockley, Joel Shurkin, un escritor científico de la Universidad de Stanford en ese momento, cree que la afirmación fue difamatoria, pero que la reputación de Shockley no se había visto demasiado afectada en el momento del veredicto. [44] Shockley grabó sus conversaciones telefónicas con los reporteros y luego les envió las transcripciones por correo certificado. En un momento, pensó en hacerles un cuestionario simple sobre su trabajo antes de iniciar una discusión al respecto con ellos. Su hábito de archivar todos sus papeles, incluso listas de lavandería, produjo abundante documentación para sus biógrafos. [45]