Centenaire de l’invention du transistor

Origines du transistor

Il y a 100 ans, le 22 octobre 1925, le physicien austro-hongrois (polonais depuis 1919) Julius Edgar Lilienfeld (professeur en Allemagne de 1905 à 1926) breveta le transistor [LIL1]. Un transistor à effet de champ (FET). Aujourd'hui, presque tous les transistors dans nos ordinateurs sont des FET.

En 1928, Lilienfeld breveta également le transistor à effet de champ à semi-conducteur oxydé métallique (MOSFET) [LIL2]. Les conceptions de Lilienfeld fonctionnaient comme décrit et offraient un gain substantiel [ARN98].

En 1934, l'ingénieur allemand Oskar Heil breveta une autre variante de FET [HEIL]. Deux décennies après Lilienfeld, des chercheurs aux Bell Labs non seulement confirmèrent expérimentalement l'effet de champ décrit dans les brevets de Lilienfeld [ARN98] — voir le litige de priorité Lilienfeld vs Bell Labs ci-dessous — mais brevetaient également un transistor à contact ponctuel (PCT, brevet déposé le 26 février 1948 par William Shockley, John Bardeen et Walter Brattain) [BRA48]. Quelques mois plus tard, le transistron (un transistor à effet de champ à jonction ou JFET) fut breveté par les physiciens allemands Herbert F. Mataré et Heinrich Welker en France à la Compagnie des Freins et Signaux Westinghouse (brevet déposé le 13 août 1948) [MAT48].

Le PCT et le transistron furent les premiers transistors commerciaux. Cependant, le PCT de 1948 fut « jamais tout à fait pratique » [ARN98] et « simplement un détour » [ARN98]. C'était une impasse, et aujourd'hui, presque tous les transistors sont des FET du type Lilienfeld, en particulier certaines variantes de MOSFET [LIL2] brevetées par l'ingénieur égyptien Mohamed M. Atalla et l'ingénieur coréen Dawon Kahng aux Bell Labs en 1960 [ATA60]. Ces MOSFET ont pavé la voie aux circuits intégrés modernes.

Le Litige de Priorité : Lilienfeld (1925-1928) vs Bell Labs (1948)

Selon les dossiers légaux (1948) examinés par le physicien américain Robert G. Arns [ARN98], William Shockley et Gerald Pearson aux Bell Labs avaient confirmé l'effet de champ décrit dans les brevets de Lilienfeld [ARN98]. Malheureusement, selon Arns, « les articles scientifiques, techniques et historiques publiés par ces scientifiques de Bell ne mentionnent jamais le travail antérieur de Lilienfeld ou de Heil » [ARN98], « pas même un article de 1948 [SHO48] dans lequel Shockley et Pearson démontrèrent expérimentalement l'effet de champ » [ARN98].

En novembre 1948, diverses demandes de brevets des Bell Labs furent rejetées pour être trop similaires aux conceptions beaucoup plus anciennes de Lilienfeld (et de Heil) [PAT48]. (16 ans plus tard, en 1964, J. B. Johnson des Bell Labs affirma que certains FET de Lilienfeld ne fonctionnaient pas lorsqu'il les testa, cependant, Arns souligne [ARN98] que cette déclaration « semble avoir été délibérément trompeuse ».) Plus tard, certains prétendirent que Lilienfeld n'avait pas mis en œuvre ses idées car « les matériaux de haute pureté nécessaires pour faire fonctionner de tels dispositifs étaient à des décennies de distance » [CHLI], mais la thèse de 1991 de Bret Crawford offrit des preuves que « ces affirmations sont incorrectes » [CRA91]. Lilienfeld était un expérimentateur accompli, et selon Arns [ARN98], en 1995, « Joel Ross répliqua les prescriptions du même brevet de Lilienfeld. Il fut capable de produire des dispositifs qui restèrent stables pendant des mois » [ROS95]. De plus, en 1981, le physicien des semi-conducteurs H. E. Stockman confirma que « Lilienfeld démontra son remarquable récepteur radio sans tube à de nombreuses occasions » [EMM13].

Avant que les litiges de priorité ci-dessus ne deviennent largement connus, trois chercheurs des Bell Labs partagèrent le Prix Nobel pour le transistor, qui aurait dû être décerné à Lilienfeld. Ce fut un dysfonctionnement majeur dans le processus de sélection des Prix Nobel - et pas le dernier [NOB]. Bardeen, l'un des 3 lauréats, admit finalement en 1988 que Lilienfeld « avait le concept de base de contrôler le flux de courant dans un semi-conducteur pour faire un dispositif amplificateur » [BAR88][ARN98], et que son propre transistor à contact ponctuel « a peut-être ralenti l'avancement du domaine des transistors car il a détourné le programme des semi-conducteurs des transistors à jonction et à effet de champ qui se sont ensuite avérés beaucoup plus utiles commercialement » [ARN98].

En 2025, il n'y a aucun doute raisonnable que l'inventeur du transistor est Julius Edgar Lilienfeld. Cette invention a conduit directement aux avancées en MOSFET et aux circuits intégrés.

Références