William Bradford Shockley

William Bradford Shockley (13. veebruar 1910 London – 12. august 1989 Palo Alto) oli Inglismaal sündinud USA füüsik ja leiutaja. Ta leiutas koos John Bardeeni ja Walter Houser Brattainiga transistori, mille eest nad pälvisid 1956. aastal ka Nobeli füüsikaauhinna. Shockley püüe 1950. ja 1960. aastatel turustada uut transistori aitas kaasa ka teiste uute elektrooniliste seadmete leiutamisele. Shockley nimele on registreeritud üle 90 patendi. Shockley töötas hiljem Stanfordi ülikooli professorina. Ta toetas eugeenilisi põhimõtteid. Shockley sündis Londonis, kuid kasvas üles Californias. 1932 omandas ta bakalaureusekraadi California Tehnoloogiainstituudis. 1933. aasta augustis, olles ise veel tudeng, abiellus Shockley Jean Baileyga. Märtsis 1934 sündis neil tütar Alison. 1936. aastal sai Shockley doktorikraadi Massachusettsi Tehnoloogiainstituudis (MIT). Tema doktoritöö pealkiri oli "Elektronlaine funktsiooni arvutamine naatriumkloriidi kristallides" (juhendaja John Slater). Pärast doktorikraadi saamist liitus Shockley New Jerseys Bell Labsi teadlaste töörühmaga, mille eesotsas oli C. J. Davisson. 1938. aastal sai ta oma esimese patendi elektronmultiplikaatori eest. Kui algas Teine maailmasõda, hakkas Shockley tegelema radarialase uurimistööga Whippany laboratooriumis New Jerseys. Mais 1942 lahkus ta Bell Labsist ja temast sai Allveelaevatõrje Operatsiooni Grupi direktor Columbia ülikoolis. Allveelaevatõrje Operatsiooni Grupp tegeles allveelaeva taktikate väljatöötamisega. See projekt nõudis sagedasi külaskäike Pentagoni ja Washingtoni, kus Shockley kohtus ka väga kõrgete ametnikega. 1944. aastal korraldas ta B-29 pommituslenduritele koolituse, et katsetada uue radari pommisihtimisseadet. 1944. aasta lõpus korraldas ta kolmekuulise ringkäigu üle maailma asuvatesse baasidesse, et hinnata uue radari tulemusi. 17. oktoobril 1946 sai Shockley sõjaministrilt Robert Pattersonilt autasu. Kohe pärast sõja lõppu, 1945. aastal, moodustas Bell Labsi grupi füüsikutest. Grupi etteotsa kuulusid Shockley ja keemik Stanley Morgan. Töötajaskonda kuulusid veel Bardeen ja Brattain, füüsik Gerald Pearson, keemik Robert Gibney, elektroonikaekspert Hilbert Moore ja mitmed teised tehnikud. Nende ülesandeks oli otsida alternatiive elektronlambi võimendile. Esimesed katsetused põhinesid Shockley ideel kasutada elektrivälja pooljuhtide peal nii, et elektriväli mõjutaks pooljuhtide juhtivust. Üllatuslikult eksperimendid aga luhtusid, hoolimata paigutusest ja materjalist. Et teada saada, milles viga, siis otsustas grupp suunata oma tähelepanu pinnaseisundite õppimisele ja nad kohtusid peaaegu iga päev, et arutada oma tööd. Kooskõla grupis oli suurepärane ja ideid vahetati vabalt. 1946. aasta talveks oli neil piisavalt materjali, et Bardeen esitas ühele füüsikaajakirjale artikli pinnaseisunditest. Brattain alustas aga eksperimenti, mille vaatluste abil saaks pinnaseisundeid veelgi lähemalt uurida. See viis veel rohkemate paberiteni, mis hindasid pinnaseisundi tihedust. Nii oligi neil lõpuks piisavalt seletusi selleks, et teada saada, miks nende esimesed eksperimendid ebaõnnestusid, ning see kiirendas nende tööd märgatavalt. Pearson, kes järgis Shockley nõuandeid, sai lõpuks mingid tõendusmaterjalid võimsuse võimendamisest. 1947. aasta detsember oli Bell Labsis "imede kuu", sest Bardeen ja Brattain lõid punktkontakti transistori, mis teostas võimenduse. Järgmisel kuul asusid Bell Labsis volinikud töötama patenditaotluste kallal. Volinikud avastasid aga, et Julius Lilienfeld oli neist ette jõudnud ja patenteerinud Shockley avastatud väljanähtusprintsiibi juba 1930. aastal. See nurjas neljast patendist ühe, mis oli Bardeeni-Brattaini punktkontakti disain. Samal ajal kinnitati aga ülejäänud kolm patenti ja elektrolüüsil põhinevad transistorid kandsid Bardeeni, Gibney ja Brattaini nime, nemad olevat olnud siis selle leiutajad. Shockley nime ei olnud aga üheski patendiavalduses mainitud. See vihastas Shockleyt, kes arvas, et tema nimi peaks samuti olema igal patendil, sest töö põhines ikkagi tema väljanähtuse ideel. Ta isegi üritas saavutada seda, et patent kirjutataks välja ainult tema nimele, ning andis ka Bardeenile ja Brattainile teada oma kavatsusest. Samal ajal jätkas ta salaja oma tööd, et luua erinev transistor, mis põhineks punktkontakti asemel ühendustel. Ta oletas, et sellist tüüpi disain on arvatavasti kaubanduslikult elujõulisem. Shockley töötas väsimatult ka oma peateose "Elektronid ja augud pooljuhis" kallal. See 558-leheküljeline uurimus avaldati 1950. aastal. Seal on ühtlasi kirjeldatud ka Shockley dioodivõrrandit. Sellest Shockley tööst sai piibel tervele teadlaste põlvkonnale, kes töötasid, et arendada ja täiustada uusi transistoreid ja teisi seadmeid, mis põhineksid pooljuhil. Shockley ei olnud aga rahul seletustega selle kohta, kuidas punktkontakttransistor töötab. See viis Shockley mõttele, mille ta hiljem nimetas "võileivatransistoriks". Mõte viis aga lõpuks ühendustransistorini, mida tutvustati pressikonverentsil 4. juulil 1951. Patendi saavutas Shockley selle leiutise eest 25. septembril 1951. Ühendustransistor jättis varsti varju punktkontakttransistori ja selle järglasest sai mitmeks aastaks võimas valitseja turul. Shockley jätkas füüsikute grupi liidrina Bell Labsis. Ta oli populaarne loengupidaja ja amatöörmustkunstnik, kes oli lausa kuulus selle poolest, et võlus ükskord Ameerika Füüsikute seltsi ees peetud kõne lõpus välja kimbu roose. 1951 valiti ta Rahvusvahelise Teaduste Akadeemia liikmeks. Shockley oli siis 41-aastane ja valituks saamise seisukohast väga noor. Kaks aastat hiljem valiti ta vastu võtma prestiižikat Comstocki auhinda füüsikutele. Shockley pälvis avalikkuselt väga palju tähelepanu. See oli aga meelehärmiks Bardeenile ja Brattainile, kuigi Bell Labs esitles järjekindlalt kõike kolme leiutajat ühtse meeskonnana. Shockley sai lõpuks vihaseks ning võõrandus Bardeenist ja Brattainist. Ühtlasi ei lasknud Shockley neil töötada ühendustransistori kallal. Bardeen hakkas taga ajama ülijuhtivust ja lahkus Bell Labsist 1951. aastal. Brattain keeldus aga Shockleyga edasi töötamast ja viidi üle teise gruppi. Bardeen ja Brattain polnud transistori kallal töötanud praktiliselt üldse pärast leiutise esimest aastat. Osana Caltehci sõprade edukast elektroonikafirmast sai Shockley lõpuks võimaluse juhatada päris oma firmat. 1955. aastal ühines Shockley aga firmaga Becmani Instrumendid, kus ta oli määratud direktoriks Beckmani poolt äsja asutatud Shockley Pooljuhtide Laboratooriumis Californias Mountain View's. Oma mõjukuse ja Beckmani kapitaliga üritas Shockley meelitada oma endisi kolleege Bell Labsist üle tema uude laboratooriumi, kuid kellelgi polnud suuremat tahtmist temaga ühineda. Seetõttu hakkas Shockley põhjalikult uurima ülikoole, et leida säravaid lõpetajaid, kelle abil saaks üles ehitada uue ettevõtte, mida juhitaks "tema moodi", aga kuhu kõik tahaks siiski meelsasti tulla. "Tema moodi" tähendas kokkuvõtlikult domineerivalt ja kasvava paranoiaga. Ühes intsidendis väitis ta, et sekretäri kogemata verele lõigatud pöial oli kuritahtliku teo tagajärg, ning nõudis valedetektorit, et leida selle abil süüdlane. Hiljem selgus, et pöial oli saanud viga seetõttu, et kontori uksel oli olnud katkine knopka. See kõik tekitas aga palju vaenulikkust. Samal ajal suurenesid tema nõudmised uue ja tehniliselt keerukama seade loomiseks (praegu tuntud kui Shockley diood) ja see tähendas, et projekt edenes väga aeglaselt. 1954. aasta kevadel läks Shockley lahku oma naisest, 1954. aasta suvel nad lahutasid. Lühikest aega pärast ettevõtte loomist, 25. novembril 1955 abiellus Shockley uuesti. Väljavalituks oli Emmy Lanning, kes õpetas osariigi pealinnas New Yorgis psühhiaatrilist hooldust. 1956 sai Shockley koos Bardeeni ja Brattainiga Nobeli füüsikaauhinna. Auhinnatseremoonial peetud kõnes tunnustas ta kõrgelt Brattainit ja Bardeeni, kes olid punktkontakttransistori leiutajad. Kõik kolm koos oma naiste ja külalistega nautisid hiliste õhtutundideni pidu ja šampanjat. 1957 lahkus Shockley ettevõttest kaheksa töölist, kes kutsusid ennast nimega Reeturlik Kaheksa, kui Shockley otsustas mitte jätkata uurimusi ränil põhineva transistori arendamiseks. Paljud nendest kaheksast kohtusid Sherman Fairchildiga ja kirjeldasid talle oma olukorda ning lõpuks panid nad kaheksakesi aluse pooljuhte tootvale firmale Fairchildi Semiconductors. Reeturliku Kaheksa hulka kuulusid ka Robert Noyce ja Gordon Moore, kes hiljem lahkusid ettevõttest ja lõid Inteli. Teiste Fairchild Semicondutori järglaste hulka kuuluvad veel National Semiconductor ja Advanced Micro Devices. Ajal, kui Shockley üritas veel saada tööle oma kolme osaliselt valmis seadet, tutvustasid ettevõtted Fairchild ja Texas Instrument mõlemad esimest terviklikku vooluringi. See tegi aga Shockley töö selles vallas üleliigseks. 1961. aasta juulis sattusid Shockley, tema naine Emmy ja poeg Dick raskesse liiklusõnnetusse. Shockleyl võttis mitu kuud aega, et vigastustest taastuda. Tema firma müüdi Clevitele, aga kunagi ei teeninud see kasumit. Shockley loobus juhatuse liikme ametist ja läks tööle Stanfordi ülikooli, kus sai inseneri- ja rakendusteaduse professoriks. Shockley sai viimase patendi 1968. aastal keeruka pooljuhtseadeldise eest. 1956. aastast alates on Stanfordis kohtunud Shockley kolleegid, et mõlgutada mälestusi koos temaga veedetud ajast ja tema kesksest säravast rollist infotehnoloogia revolutsioonis. Kokkusaamiste organiseerija ütleb: "Shockley on mees, kes tõi räni (inglise keeles silicon) Silicon Valleysse." Shockleyl ei saanud oma kolme lapsega läbi. Kui ta 1989 eesnäärmevähki suri, oli ta neist peaaegu täielikult võõrdunud ning lapsed said tema surmast teada alles ajalehest. Elu lõpus hakkas Shockley tõsimeelselt huvituma rassiküsimustest, kasvatusest ja pärilikkusest. Ta arvas, et see töö on vajalik populatsiooni geneetilise tuleviku huvides, ja kirjeldas ise seda kui tema karjääri kõige tähtsamat tööd, ehkki see tuhmistas tugevasti tema mainet. Shockley uskus, et neegrite kõrge sigivus tekitas "väärgeneetilise" efekti, kuna väiksema haridusega neegritel on keskmiselt tunduvalt rohkem lapsi kui haritud neegritel. Shockley avaldas sellel teemal lausa raamatuid ja pidas loenguid sellistele teadusorganisatsioonidele nagu National Academy of Science. Shockley käis ühtlasi välja idee, et indiviidid, kelle IQ on madalam kui 100, peaksid läbi tegema vabatahtliku sterilisatsiooni. Tema uskumused pärilikkusesse viisid teda võib-olla ka selleni, et ta annetas spermat Germinal Choice Repositorysse – spermapanka, mille asutas Robert Klark Graham, lootes levitada inimeste parimaid geene. Sellel pangal, mida meedia kutsus "Nobeli auhinna spermapangaks", oli 3 Nobeli auhinna võitnud spermadoonorit, ehkki Shockley oli ainus, kes pälvis sellega avaliku tähelepanu. Shockleyt rünnati meedias sageli tema eugeenikal põhinevate tööde eest. Eugeenikast oli saanud avalikkuse silmis tabuteema, seda suuresti tänu natsismile ja vähemusrahvuste massilisele hävitamisele Teises maailmasõjas. Oma hilisemas elus võttis Shockley tarvitusele ettevaatusabinõud, et veidigi suhet meediaga parandada. Ta võttis reporteritega tehtud telefonikõned linti ja saatis siis ümberkirjutised reporteritele kirja teel. Ühel hetkel ta kaalus isegi ideed teha reporteritele enda töödel põhineva lihtsa viktoriini enne, kui nad hakkavad temaga teemat arutama. Korra käis ta ka ühe ajalehe vastu kohut ning võitis. Kuigi Shockley pidas oma eugeenika põhimõtete levitamist tähtsamaks kui kõiki oma teedrajavaid uurimusi füüsika alalt, lõi ta ometi oma avastuste ja leiutistega tohutu suure, täna 130 miljardi dollarilise aastakäibega tööstusharu. Tänu Shockley avastatud väljaefektile pooljuhtides leiutati punktkontakttransistor, sealt edasi ühendustransistor, millest tänapäevaks on suudetud välja arendada juba imepisikesed mikrokiibid. Ilma nendeta ei töötaks meil aga suurem osa tehnoloogiast. Ja kui töötaks, siis oleks kogu see tehnoloogia ilmselt mitusada korda suurem ega mahuks sugugi nii hõlpsasti ära töölauale toanurgas, rääkimata siis veel püksitaskust. 1963 – Wilhelm Exneri medal William B. Shockley Nobeli auhinna lehel Pilt