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William Bradford Shockley Jr. एक अमेरिकी भौतिकविद् और आविष्कारक थे। वे Bell Labs में एक अनुसंधान समूह के प्रबंधक थे जिसमें John Bardeen और Walter Brattain शामिल थे। इन तीनों वैज्ञानिकों को संयुक्त रूप से 1956 का नोबेल पुरस्कार भौतिकी में "अर्धचालकों पर उनके अनुसंधान और ट्रांजिस्टर प्रभाव की खोज" के लिए दिया गया था।
Shockley के 1950 और 1960 के दशक में एक नए ट्रांजिस्टर डिजाइन को व्यावसायिक बनाने के प्रयासों के परिणामस्वरूप, California की "Silicon Valley" इलेक्ट्रॉनिक्स नवाचार का केंद्र बन गई। अपने बाद के जीवन में, जब वे Stanford University में विद्युत अभियांत्रिकी के प्रोफेसर थे, तो Shockley नस्लवाद और यूजेनिक्स के समर्थक बन गए। 2019 में Intelligence पत्रिका में प्रकाशित एक अध्ययन ने उन्हें 55 व्यक्तियों के बीच Arthur Jensen के पीछे दूसरे सबसे विवादास्पद बुद्धिमत्ता शोधकर्ता के रूप में पाया।
प्रारंभिक जीवन और शिक्षा
Shockley का जन्म अमेरिकी माता-पिता से London में 13 फरवरी 1910 को हुआ था, और उनका पालन-पोषण तीन साल की उम्र से अपने परिवार के गृहनगर Palo Alto, California में हुआ था। उनके पिता, William Hillman Shockley, एक खनन इंजीनियर थे जो खानों में निवेश करते थे और आठ भाषाएं बोलते थे। उनकी माता, May née Bradford, American West में बड़ी हुईं, Stanford University से स्नातक हुईं और पहली महिला U.S. Deputy खनन सर्वेक्षक बनीं। Shockley को आठ साल की उम्र तक घर पर ही शिक्षा दी गई, क्योंकि उनके माता-पिता को सार्वजनिक स्कूलों की नापसंदगी थी और साथ ही Shockley को हिंसक गुस्से के दौरे आते थे। उन्होंने 1927 में Hollywood High School से स्नातक किया।
Shockley ने 1932 में Caltech से विज्ञान स्नातक की डिग्री और 1936 में MIT से PhD की। उनकी डॉक्टरेट थीसिस का शीर्षक "Electronic Bands in Sodium Chloride" था, एक विषय जो उनके थीसिस सलाहकार, John C. Slater द्वारा सुझाया गया था। अपनी डॉक्टरेट प्राप्त करने के बाद, Shockley New Jersey में Bell Labs में Clinton Davisson के नेतृत्व में एक अनुसंधान समूह में शामिल हुए। अगले कुछ वर्षों में Shockley के लिए बेहद उत्पादक साबित हुए। उन्होंने Physical Review में ठोस अवस्था भौतिकी पर कई मौलिक पत्र प्रकाशित किए। 1938 में, उन्हें अपनी पहली पेटेंट मिली, "Electron Discharge Device", इलेक्ट्रॉन मल्टीप्लायरों पर।
करियर
जब World War II शुरू हुआ, तो Shockley Manhattan New York City में Bell Labs में रडार अनुसंधान में शामिल हो गए। मई 1942 में, वे Bell Labs से छुट्टी लेकर Columbia University के Anti-Submarine Warfare Operations Group में एक अनुसंधान निदेशक बन गए। इसमें पनडुब्बियों की रणनीति का मुकाबला करने के तरीके तैयार करना शामिल था जिसमें बेहतर काफिले तकनीकें, गहराई शुल्क पैटर्न को अनुकूलित करना, आदि शामिल थे। इस परियोजना के लिए Pentagon और Washington में बार-बार यात्रा की आवश्यकता होती थी, जहां Shockley को कई उच्च-स्थित अधिकारियों और सरकारी अधिकारियों से मिले।
1944 में, उन्होंने B-29 बमवर्षक पायलटों के लिए नई रडार बम दृष्टि का उपयोग करने के लिए एक प्रशिक्षण कार्यक्रम का आयोजन किया। 1944 के अंत में उन्होंने परिणामों का आकलन करने के लिए दुनिया भर के आधारों का तीन महीने का दौरा किया। इस परियोजना के लिए, War Secretary Robert Patterson ने Shockley को 17 अक्टूबर 1946 को Merit के लिए Medal से सम्मानित किया।
जुलाई 1945 में, War Department ने Shockley से जापानी मुख्य भूमि पर आक्रमण से संभावित हताहतों के बारे में एक रिपोर्ट तैयार करने के लिए कहा। Shockley का निष्कर्ष निकाला:
यदि अध्ययन से पता चलता है कि Japan के समान सभी ऐतिहासिक मामलों में राष्ट्रों का व्यवहार वास्तव में सेना के युद्ध में व्यवहार के अनुरूप रहा है, तो इसका मतलब है कि defeat के समय जापानी मृत और अक्षम लोगों की संख्या Germans के लिए संबंधित संख्या से अधिक होगी। दूसरे शब्दों में, हमें संभवतः कम से कम 5 से 10 मिलियन जापानियों को मारना होगा। इससे हमें 1.7 और 4 मिलियन हताहतों के बीच, 400,000 से 800,000 की मृत्यु सहित, खर्च हो सकता है।
इस रिपोर्ट ने United States के Hiroshima और Nagasaki पर परमाणु बम गिराने के निर्णय को प्रभावित किया, जिससे Japan के बिना शर्त आत्मसमर्पण में तेजी आई।
Shockley वैज्ञानिक शोधपत्रों के निर्माण प्रक्रिया को मॉडल करने के लिए लॉगनॉर्मल वितरण का प्रस्ताव करने वाले पहले भौतिकविद् थे।
ट्रांजिस्टर का विकास
1945 में युद्ध समाप्त होने के तुरंत बाद, Bell Labs ने एक ठोस-अवस्था भौतिकी समूह का गठन किया, जिसका नेतृत्व Shockley और रसायनज्ञ Stanley Morgan ने किया, जिसमें John Bardeen, Walter Brattain, भौतिकविद् Gerald Pearson, रसायनज्ञ Robert Gibney, इलेक्ट्रॉनिक्स विशेषज्ञ Hilbert Moore, और कई तकनीशियन शामिल थे। उनका कार्य नाजुक कांच के निर्वात ट्यूब एम्पलीफायर के लिए एक ठोस-अवस्था विकल्प खोजना था। पहले प्रयास Shockley के विचारों पर आधारित थे कि अर्धचालक पर बाहरी विद्युत क्षेत्र का उपयोग करके इसकी चालकता को प्रभावित किया जा सकता है। ये प्रयोग हर तरह के कॉन्फ़िगरेशन और सामग्रियों में हर बार विफल रहे। समूह एक स्थिर अवस्था में था जब तक कि Bardeen ने एक सिद्धांत का सुझाव नहीं दिया जो सतह के राज्यों का आह्वान करता था जो क्षेत्र को अर्धचालक में प्रवेश करने से रोकते थे। समूह ने इन सतह के राज्यों का अध्ययन करने के लिए अपना ध्यान केंद्रित किया और वे काम पर चर्चा करने के लिए लगभग रोज मिलते थे। समूह की तालमेल उत्कृष्ट था, और विचारों का स्वतंत्र रूप से आदान-प्रदान किया जाता था।
1946 की सर्दियों तक उनके पास पर्याप्त परिणाम थे कि Bardeen ने Physical Review में सतह के राज्यों पर एक पत्र प्रस्तुत किया। Brattain ने अर्धचालक की सतह पर एक तेज प्रकाश डालने से किए गए अवलोकनों के माध्यम से सतह के राज्यों का अध्ययन करने के लिए प्रयोग शुरू किए। इससे कई और पत्र आए, जिनमें से एक Shockley के साथ सह-लेखित था, जिसने सतह के राज्यों की घनत्व को उनके विफल प्रयोगों के लिए जिम्मेदार होने के लिए पर्याप्त से अधिक माना। जब उन्होंने अर्धचालक और conducting तारों के बीच point contacts को electrolytes से घेरना शुरू किया तो काम की गति काफी बढ़ गई। Moore ने एक सर्किट बनाया जिससे वे इनपुट सिग्नल की आवृत्ति को आसानी से बदल सकते थे। अंत में जब Pearson ने, Shockley के सुझाव पर अमल करते हुए, एक P–n junction के पार रखी गई glycol borate की बूंद पर एक वोल्टेज लगाया तो उन्हें शक्ति प्रवर्धन का कुछ सबूत मिलने लगा।
Bell Labs के वकीलों को जल्द ही पता चला कि Shockley के field effect सिद्धांत का पहले से ही Julius Lilienfeld द्वारा 1930 में प्रत्याशा की गई थी और डिवाइस पेटेंट किए गए थे, जिन्होंने 22 अक्टूबर 1925 को Canada में अपना MESFET जैसा पेटेंट दायर किया था। हालांकि पेटेंट "breakable" प्रतीत होता था लेकिन पेटेंट वकीलों के आधार पर इसके चार पेटेंट आवेदनों में से केवल एक Bardeen-Brattain point contact डिजाइन पर आधारित था। तीन अन्य ने पहले electrolyte-आधारित ट्रांजिस्टर को Bardeen, Gibney और Brattain को आविष्कारक के रूप में कवर किया।
Shockley का नाम इन किसी भी पेटेंट आवेदनों पर नहीं था। इससे Shockley को गुस्सा आया, जो सोचते थे कि उनका नाम पेटेंट पर होना चाहिए क्योंकि काम उनके field effect विचार पर आधारित था। उन्होंने पेटेंट को केवल अपने नाम में लिखवाने के लिए भी प्रयास किए, और Bardeen और Brattain को अपने इरादों के बारे में बताया।
Shockley, पेटेंट आवेदनों में शामिल न होने से गुस्से में, ने point contacts की जगह junctions पर आधारित एक अलग तरह का ट्रांजिस्टर बनाने के लिए चुप चाप अपना काम जारी रखा; वह मानते थे कि इस तरह का डिजाइन व्यावसायिक रूप से व्यवहार्य होने की अधिक संभावना होगी। Point contact ट्रांजिस्टर, उनका मानना था, नाजुक और निर्माण में मुश्किल साबित होगा। Shockley point contact ट्रांजिस्टर के काम करने के तरीके की व्याख्या के कुछ हिस्सों से भी असंतुष्ट थे और अल्पसंख्यक carrier injection की संभावना की कल्पना की।
13 फरवरी 1948 को एक अन्य दल सदस्य, John N. Shive, ने germanium की पतली wedge के front और back पर bronze contacts के साथ एक point contact ट्रांजिस्टर बनाया, यह साबित करते हुए कि छेद bulk germanium के माध्यम से diffuse हो सकते हैं और केवल सतह के साथ नहीं जैसा पहले सोचा गया था। Shive के आविष्कार ने Shockley के junction transistor के आविष्कार को spark किया। कुछ महीनों बाद उन्होंने एक पूरी तरह से नया, काफी अधिक मजबूत, एक परत या 'sandwich' संरचना वाला ट्रांजिस्टर का आविष्कार किया। यह संरचना 1960 के दशक में सभी ट्रांजिस्टर के बहुमत के लिए उपयोग की जाती रही, और bipolar junction transistor में विकसित हुई। Shockley ने बाद में स्वीकार किया कि दल का काम "सहयोग और प्रतिस्पर्धा का मिश्रण" था। उन्होंने यह भी स्वीकार किया कि उन्होंने अपना कुछ काम तब तक गुप्त रखा जब तक Shive के 1948 के अग्रिम से उनका "हाथ मजबूर" नहीं हुआ। Shockley ने जो उन्होंने "sandwich" ट्रांजिस्टर कहा, उसका एक पूरी तरह से विस्तृत विवरण तैयार किया, और principle का एक पहला प्रमाण 7 अप्रैल 1949 को प्राप्त किया गया।
इसी बीच, Shockley अपनी magnum opus पर काम कर रहे थे, Electrons and Holes in Semiconductors जिसे 1950 में एक 558-पृष्ठ की ग्रंथ के रूप में प्रकाशित किया गया था। इस ग्रंथ में Shockley के drift और diffusion के महत्वपूर्ण विचार और differential equations शामिल थे जो solid state crystals में electrons के flow को नियंत्रित करते हैं। Shockley के diode equation की भी व्याख्या की गई है। यह seminal work transistor के नए variants विकसित और सुधार करने के लिए काम करने वाले अन्य वैज्ञानिकों के लिए reference text बन गया और semiconductors पर आधारित अन्य डिवाइस भी।
इससे उनके bipolar "junction transistor" के आविष्कार में परिणति हुई, जिसकी 4 जुलाई 1951 को एक प्रेस कांफ्रेंस में घोषणा की गई थी।
1951 में, उन्हें National Academy of Sciences NAS के लिए चुना गया। वह इकतालीस साल के थे; यह ऐसे चुनाव के लिए काफी कम उम्र थी। दो साल बाद, उन्हें NAS द्वारा भौतिकी के लिए प्रतिष्ठित Comstock Prize के प्राप्तकर्ता के रूप में चुना गया था, और कई अन्य पुरस्कार और सम्मान के प्राप्तकर्ता थे।
इसके बाद "ट्रांजिस्टर के आविष्कार" द्वारा उत्पन्न प्रचार अक्सर Shockley को सामने रखता था, जिससे Bardeen और Brattain को बहुत खिन्नता होती थी। Bell Labs प्रबंधन, हालांकि, लगातार तीनों आविष्कारकों को एक दल के रूप में प्रस्तुत करता था। हालांकि Shockley अक्सर उस record को सुधारते थे जहां रिपोर्टरों ने उन्हें आविष्कार का एकमात्र credit दिया था, वह अंततः Bardeen और Brattain को नाराज और अलग-थलग कर गया, और उन्होंने अनिवार्य रूप से दोनों को junction transistor पर काम करने से रोक दिया। Bardeen ने superconductivity के लिए एक सिद्धांत का पीछा करना शुरू किया और 1951 में Bell Labs छोड़ दिया। Brattain ने Shockley के साथ आगे काम करने से इनकार कर दिया और एक अन्य समूह को assign किया गया। न तो Bardeen और न ही Brattain का इसके आविष्कार के बाद के पहले साल से परे ट्रांजिस्टर के विकास से बहुत कुछ लेना-देना था।
Shockley Semiconductor
1956 में Shockley New Jersey से Mountain View, California में Mountain View चले गए ताकि Shockley Semiconductor Laboratory शुरू कर सकें और अपनी बीमार और बुजुर्ग माता को Palo Alto, California में निकट रहने के लिए। यह कंपनी, Beckman Instruments, Inc. का एक विभाग, उस क्षेत्र में silicon semiconductor डिव
