Исследователь, опередивший своё время более чем на четверть века
Инженер Юлиус Эдгар Лилиенфельд удивительным образом предвосхитил будущее развитие электроники, оформив патент на полевой транзистор в 1925 году – за 28 лет до того, как был создан первый подобный прибор. В своём патенте изобретатель теоретически описал концепцию элемента, который сегодня используется практически во всех электронных устройствах.
Будущий изобретатель, родившийся в 1882 году в австровенгерском Лемберге, изучал физику в Университете Фридриха Вильгельма (сегодня это Берлинский университет имени Гумбольдта). Среди преподавателей физики, у которых он учился, были такие величины, как Макс Планк – ключевая фигура в квантовой механике. Лилиенфельд защитил кандидатскую диссертацию в 1905-м, считающемся переломным годом в физике. Именно тогда Альберт Эйнштейн опубликовал серию научных статей, фундаментально изменивших представление человечества о пространстве, времени, массе и энергии. Лилиенфельд переписывался с Эйнштейном.
Молодой учёный начал работать внештатным профессором в физическом институте при Лейпцигском университете. Первые его исследования были сосредоточены на физике электрических разрядов в вакууме. Научные публикации касались разрядов и мощных ртутных ламп низкого давления. И хотя эти темы выходили за рамки исследований Лейпцигского университета, Лилиенфельда поддерживал работавший там знаменитый немецкий физик Отто Винер.
С 2010 года учёный занимался электрическими разрядами между металлическими электродами в вакууме. Он сумел обнаружить эмиссию электронов под воздействием электрического поля, которую назвал автоэлектронной эмиссией (сегодня чаще говорят «полевая эмиссия»). Эти наблюдения легли в основу ряда теоретических моделей.
Не секрет, что полевые транзисторы по некоторым параметрам (таким, как крутизна передаточной характеристики) находятся ближе к электронным лампам, чем к биполярным транзисторам. Возможно, именно из вакуумной техники Лилиенфельд почерпнул идеи, которые подтолкнули его к концепции полевого транзистора.
Между 2012-м и 2032-м Лилиенфельд оформил несколько патентов, стимулировавших развитие технологий того времени. В первой его заявке была описана рентгеновская трубка, где источником электронов служила раскалённая металлическая нить. В 2014 году он получил патент на значительно усовершенствованную рентгеновскую трубку.
Прибор, удивительным образом напоминающий планарный полевой транзистор с изолированным затвором, описан в патенте на «метод и устройство управления электрическими токами» (чтобы открыть его, щёлкните здесь). Там представлена трёхэлектродная структура на основе полупроводящего сульфида меди и говорится об «однонаправленной проводимости» между двумя близко расположенными друг к другу металлическими электродами. При этом между ними располагается третий электрод, который предназначается для создания управляющей током электростатической силы.
Изобретатель в патенте не просто предложил использовать полупроводниковую плёнку из сульфида меди, но и рассмотрел несколько рецептов её нанесения на подложку, включая вакуумное распыление. Сам Лилиенфельд не смог изготовить работающий прототип предложенного прибора, зато заложил идеи, которые явно прослеживаются в современных полупроводниковых технологиях, получивших беспрецедентно быстрое развитие во второй половине XX века.
В 1940-х, когда сотрудники Лабораторий Белла учёные-физики Джон Бардин, Уолтер Браттейн и Уильям Шокли работали над первым полупроводниковым транзистором, они столкнулись с проблемой защиты своих интеллектуальных прав. Несомненно, что упоминаемая в переписке концепция Лилиенфельда помогла им в создании активного электронного прибора нового типа, отличного от вакуумных ламп. Тем более что в патенте Лилиенфельда на метод и устройство управления электрическими токами приведена возможная схема радиоприёмника на твердотельных приборах с четырьмя каскадами усиления сигнала. Видимо, американцы в своих исследованиях двинулись в сторону инжекции зарядов, которая лежит в основе биполярного полупроводникового транзистора, как раз для того, чтобы избежать проблем с интеллектуальной собственностью европейца на полевое управление током.
Мало того, что полевой транзистор с изолированным затвором широчайшим образом используется в вычислительной и связной технике, Лилиенфельд исследовал оксидные плёнки на алюминии, и это позволило ему в 1931 году запатентовать электролитический конденсатор. Выпускаемые многомиллиардными тиражами электролитические конденсаторы с тех пор принципиально не изменились и присутствуют практически во всех источниках питания для электронных приборов. На своём веку Лилиенфельд оформил пятнадцать патентов в Германии и шестьдесят – в США.
Юлиус Лилиенфельд умер в августе 1963 года в возрасте 81 года. На тот момент стало ясно, что электронные лампы отживают свой век; полупроводниковая схемотехника развивалась стремительными темпами, и за рубежом уже начинался промышленный выпуск полевых транзисторов. (В Советском Союзе сведения о выпускаемых промышленностью полевых транзисторах появились в журнале «Радио» в начале 1970-х.)
И хотя сам Лилиенфельд застал моменты воплощения большей части своих блестящих идей, его научные работы до сих пор известны лишь узкому кругу специалистов. Учёное сообщество спохватилось только через четверть века после смерти изобретателя. Заслуги Юлиуса Лилиенфельда были отмечены учреждением в 1988 году ежегодной премии Американского физического общества, которая носит его имя.
Теги: великие электротехники, кто стоял у истоков электроники, малоизвестные изобретатели, прародитель полевого транзистора.
______________________________
Спасибо за ваши комментарии и лайки. Нам важно, что вы нас читаете.