גורדון טיל

גורדון קיד טיל (Gordon Kidd Teal) (10 בינואר 1907 - 7 בינואר 2003) היה כימאי-פיזיקלי אמריקאי שהתפרסם בזכות יישום שיטת צ'וחרלסקי (אנ') לייצור חד-גבישים טהורים של גרמניום וסיליקון, והדגמת הטרנזיסטור מבוסס הסיליקון הראשון (ב-1954). גורדון טיל נולד וגדל בדאלאס, טקסס, שם סיים את לימודי בית הספר התיכון כמצטיין השנתי. הוא קיבל תואר ראשון במתמטיקה וכימיה מאוניברסיטת ביילור (אנ'), ווייקו, טקסס ב-1927, ותואר שני (1928) ושלישי (1931) בכימיה פיזיקלית מאוניברסיטת בראון בפרובידנס, רוד איילנד. בלימודי הדוקטורט חקר את התכונות הכימיות והחשמליות של היסוד גרמניום, שנחשב, באותה תקופה לחומר חסר שימוש מעשי, דבר שהקסים את טיל, לטענתו. לקראת סיום לימודיו לתואר דוקטור, ב-1930, הוזמן טיל לעבוד במעבדות בל במריי היל (אנ'), ניו ג'רזי. שם עבד בתחילה במחלקת המחקר בכימיה, וב-1933 עבר לעבוד במחלקה לאלקטרואופטיקה. בתקופת מלחמת העולם השנייה התחיל את פעילות המחקר בגרמניום במעבדות בל. תחילה במיישרי זרם, ואחר כך בדיודות. את ההתקנים הללו הוא מימש בשכבות דקות של גרמניום ששיקע פירוליטית מדיגרמן (אנ') (Ge2H6). בדצמבר 1947 המציאו ג'ון ברדין ו-וולטר בראטיין, שני מדענים בקבצתו של וויליאם שוקלי במעבדות בל, את הטרנזיסטור, שהיה מבוסס על גרמניום. טיל הבין שהטרנזיסטור יפעל טוב יותר אם יושתת על גרמניום חד-גבישי, ולא על חומר המכיל גבולות גרעין (אנ'), כמו הגרמניום הרב-גבישי בו הם השתמשו ברדין ובראטיין. אך לא הצליח לשכנע בזאת את שוקלי. ב-29 בספטמבר 1948, בעת שיצא מהעבודה, פגש טיל בג'ון ליטל, מהנדס מכונות שעבד אף הוא במעבדות בל, הן במורי היל והן בניו יורק. בשיחה שהתפתחה ביניהם הזכיר ליטל שהוא היה מעוניין במוט דק של גרמניום. טיל השיב לו שהוא יוכל להכין לו מוט כזה על ידי משיכת המוצק מאמבט של גרמניום נוזלי, ושהוא יהיה אפילו חד גבישי. יומיים אחר כך כבר הקימו השניים, במעבדתו של ליטל בניו יורק, מתקן משיכה כזה, וטיל משך בו את מטיל הגרמניום הראשון. היה זה היישום הראשון לגידול גביש של מוליך למחצה בשיטת צ'וֹחְרַלְסְקִי (אנ') (הקרויה על שם ממציאה, יאן צ'וֹחְרַלְסְקִי (אנ')). בשיטה זו מביאים גביש קטן (הקרוי: זרע) של גרמניום למגע עם פני השטח של מאגר של גרמניום נוזלי בטמפרטורה קרובה לנקודת ההיתוך שלו (938.2 מ"צ). במהלך משיכת הזרע כלפי מעלה קופא נפח קטן של גרמניום על חלקו התחתון של הזרע. עם המשך הרמת הזרע נמשך מתחתיו מוט דק של גרמניום מוצק חד-גבישי, שכיוונו הגבישי נקבע על ידי הכיוון הגבישי של הזרע. הקוטר של מוטות (למעשה חוטי) הגרמניום הראשונים שמשך טיל השתנה ממקום למקום, והיה מסדר גודל של מילימטר, אבל בתוכם לא היו גבולות גרעין (אנ'). בהתאם, נמדד בהם זמן חיים (אנ') של נושאי מטען מיעוט גבוה פי 20–100 מאשר בגרמניום רב-גבישי. במהלך 1949 עבד טיל בשתי משמרות. בראשונה, הרשמית, עבד על סילקון קרביד עבור האזניות שפיתחו אז במעבדות בל. בתום יום העבודה הרגיל הוא ירד למעבדות המטלורגיה של החברה, והמשיך בפיתוח הגידול של גבישי גרמניום בשיטת צ'וחרלסקי. ב-2 או 3 לפנות בוקר היה מסיים את ניסוייו, מפרק את הציוד, ומאחסנו בארון עד לערב שלמחרת. את הגבישים שמשך כך, ושאת איכותם שיפר מניסוי לניסוי, הוא סיפק לקבוצות מחקר שונות בחברה, שעבדו על פיתוח הטרנזיסטור. בסופו של דבר הוא זכה למעבדה משלו, בה העמיד, ביחד עם עוזרו ארני בולר (Ernie Buehler), סדרה של מושכני צוח'רלסקי לגידול גבישי גרמניום וסיליקון. אפילו שוקלי, שבא לביקור במעבדתו, ציין שיש לגבישים הללו חשיבות מעשית. עד סוף 1949, השתמשו החוקרים במעבדות בל רק בגבישי גרמניום שגודלו על ידי טיל. לאחר שיפורים של השיטה הצליחו טיל וליטל, ב-1950, למשוך גבישי גרמניום באורך של כ-200 מ"מ ובקוטר שהתקרב ל-20 מ"מ. באמצע 1949, כשנה לאחר ששוקלי הגיש פטנט על טרנזיסטור הצומת הביפולרי, הציע טיל למורגן ספארקס (Morgan Sparks), שעבד בקבוצתו של שוקלי, שישתפו פעולה בגידול מטילי גרמניום עם צומת p-n פנימי. בתוך כמה חודשים הם הצליחו, ביחד עם ג'ון ליטל (John Little), במשימה: הם משכו את הגביש מגרמניום מותך שהכיל כמות זעירה של יסוד מטור V (אנ') של הטבלה המחזורית (כנראה ארסן), ולכן נוצר מטיל גרמניום מסומם סוג n. לאחר שמשכו אורך מסוים של גביש, הם הוסיפו לנוזל כמות קטנה של יסוד מטור III (אנ') (כנראה גליום), כך שריכוזו בתמיסה היה גבוה מריכוז הארסן בה. חלק הגביש שנמשך מרגע זה היה מסומם סוג p. כך נוצר צומת p-n במטיל בניצב לכיוון המשיכה שלו. מגבישים שהכינו כך הם יצרו את טרנזיסטור הצומת הראשון. בסוף 1952 עזב טיל את מעבדות בל וחזר לעיר הולדתו דאלאס. הוא נענה למודעה של חברת טקסס אינסטרומנטס (Texas Instruments, TI) שפורסמה בניו יורק טיימס. החברה רכשה באותה שנה רישיון לייצור טרנזיסטורי גרמניום מWestern Electric (אנ'), זרוע הייצור של AT&T, וחיפשה מנהל מחקר. ב-1 בינואר 1953 התחיל טיל את עבודתו ב-TI כעוזר סגן נשיא, תוך שהוא מביא איתו את כל המומחיות שלו בגידול גבישים מוליכים למחצה. תפקידו היה להקים צוות מחקר, ולבסס בו אווירה של חדשנות, כדי לשמור על TI בחזית של תעשיית המוליכים למחצה החדשה, והמתרחבת במהירות. כך ייסד את "מעבדת המחקר המרכזית" של החברה (TI's Central research Labs, CRL). זמן קצר לאחר הגעתו ל-TI, הוא הקים תוכנית מחקר ופיתוח לגידול גבישי סיליקון, ולמימוש של התקנים אלקטרוניים המבוססים עליו. באפריל 1954 הצליחה "מעבדת המחקר המרכזית" של TI, בניהולו של גורדון טיל, ליצר את טרנזיסטור הסיליקון הראשון, ובחנה אותו בהצלחה ב-14 באפריל 1954. את העבודה הציג טיל לראשונה ב-10 במאי 1954, ובצורה מאוד תיאטרלית, בכנס הלאומי של מכון מהנדסי האלקטרוניקה (IRE) (אנ') על אלקטרוניקה מוטסת שהתקיים בדייטון, אוהיו: במהלך מושב הבוקר ציינו כל הדוברים, מחברות גדולות ומכובדות, עד כמה קשה ליצר טרנזיסטורים בסיליקון, וצפו שיהיה צורך להמתין עוד מספר שנים לפני שאפשר יהיה ליצרם. עד אז, הם הציעו לתעשייה, להסתפק בכאלו המבוססים על גרמניום. אחר הצהרים, במהלך הרצאתו של טיל, שנקראה "כמה התפתחויות אחרונות בחומרים והתקנים של סיליקון וגרמניום", הכניס לאולם שותפו, וויליס אדוקס (Willis Addox), שהיה זה שפיתח תחת טיל את טרניסטור הסיליקון ב-TI, פטפון, והשמיע את הלהיט “Summit Ridge Drive” של ארטי שו ולהקתו. לפטפון היה מחובר התקן דמוי משוט ועליו רכיבים אלקטרוניים, שטיל הכריז עליו כמגבר מבוסס גרמניום. בשלב זה טבל וויליס את הכרטיס באמבט של שמן חם, המנגינה טבעה בתוך רעש סטטי, תופעה שלא הפתיעה כלל את הקהל. האי-עמידות של התקני גרמנים בחימום הייתה ידועה לכל הנוכחים. אבל אז החליפו טיל ואדוקס את ההתקן באחר, והתחילו את ההדגמה מחדש. הפעם המוזיקה לא הופרעה כלל כשהכרטיס נטבל באמבט השמן החם. אז הכריז טיל שההתקן השני הכיל מגבר שמבוסס על טרנזיסטור סיליקון. אחד הנוכחים באולם ההרצאות שאל את טיל אם הם מייצרים כבר ב-TI טרנזיסטורי סיליקון כאלו. תשובתו של טיל הייתה: "במקרה יש לי כאן בכיס המקטורן כמה טרנזיסטורים כאלו", והוציא אותם מכיסו. משתתף אחר נשמע צועק לתוך הטלפון שמחוץ לאולם: "יש להם טרנזיסטורים של סיליקון בטקסס". בשנת 1965 התמנה טיל, שלקח חופשה מ-TI, למנהל הראשון של המכון לחקר חומרים בלשכת התקנים הלאומית (NBS, מ-1988 נקראת: המכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה, NIST) בוושינגטון הבירה. לאחר כהונה בת שנתיים, חזר ל-TI ונשאר בחברה עד לפרישתו לגמלאות ב-1972. לאחר פרישתו מ-TI המשיך טיל לעבוד כיועץ עבור טקסס אינסטרומנטס ועבור משרד ההגנה האמריקאי. כמו כן המשיך להיות חבר פעיל בארגונים מדעיים לאומיים רבים. טיל נישא ללידיה לואיז סמית' ב-7 במרץ 1931. לזוג נולדו שלושה בנים. גורדון טיל נפטר ב-7 במינואר 2003. בן 96 היה במותו. מדליית הכבוד של ה-IEEE לשנת 1968. Gordon Teal, PBS Online, ‏1999 Baylor University, Gordon Kidd Teal Papers, ‏August 27, 2013 Gordon K. Teal, Single Crystals of Germanium and Silicon—Basic to the Transistor and Integrated Circuit, IEEE Trans Electron Devices ED-23/7, 1976, עמ' 623-639 , הטרנזיסטור, הגל - ביטאון אגודת חובבי הרדיו בישראל גיליון 381, אפריל 2008, עמ' 38-41 M. Riordan, L. Hoddeson, and C. Herring, The invention of the transistor, Reviews of Modern Physics 71/2, 1999, עמ' S336-S345 G. K. Teal and J.B. Little, Growth of Germanium Single Crystals, Physical Review, (Minutes of the Meeting of the American Physical Society at Oak Ridge, March 16-18, 1950) Vol. 78/5, 1950, עמ' 647 W. Shockley, US Patent US2569347A "Circuit element utilizing semiconductive material", Google Patents, ‏June 26, 1948 G. K. Teal, M. Sparks, and E. Buehler, Growth of Germanium Single Crystals Containing 𝑝−𝑛 Junctions, Physical Review 81, 1951, עמ' 637 W. Shockley, M. Sparks, and G. K. Teal, 𝑝−𝑛 Junction Transistors, Physical Review 83, 1951, עמ' 151 M. Riordan, The Lost History of the Transistor, IEEE spectrum 41/5, 2004, עמ' 45-49 G. Teal, Some recent developments in silicon and germanium materials and devices, presented National IRE Conference, Dayton, OH, May 10,1954