Разговарао: Ђорђе Петровић
Фото: Марко Рисовић
Крајем јуна 1948. године високотехнолошка компанија „Белове лабораторије“ саопштила је јавности да су њена три истраживача дошла до сензационалног проналаска – биполарног транзистора. За ову сићушну направу, нимало атрактивног изгледа али огромних могућности, Вилијам Шокли, Џон Бардин и Волтер Братен добили су Нобелову награду за физику 1956. године. Међународна организација IEEE Electron Devices Society, која окупља инжењере електронике, овe годинe прославља 75 година од открића биполарног транзистора. Овај планетарни јубилеј Електротехнички факултет у Београду обележио је 3. новембра, научностручним скупом „75 година од патентирања биполарног транзистора: на хоризонту догађаја и иза њега“, прославивши уједно и свој 75. рођендан. У Свечаној сали на првом спрату зграде техничких факултета, заинтересовани су могли да сазнају више о проналаску после кога ништа није било исто.
Прво и веома занимљиво предавање на овом скупу, под називом „Доба полупроводника: када, зашто, где и како је почело?“, одржао је проф. др Предраг Пејовић, редовни професор са Катедре за електронику Електротехничког факултета Универзитета у Београду. Др Пејовић је основне и магистарске студије завршио у Београду, затим се усавршавао у САД и докторирао на Универзитету државе Колорадо у Боулдеру. Један је од највећих стручњака у области електронике, а његово име налази се и на Станфордовој листи најбољих научника на свету.
Поводом овог планетарног јубилеја, окружени разним електронским компонентама и необичним уређајима у кабинету 102a, са професором Пејовићем смо разговарали о томе како је дошло до проналаска биполарног транзистора, зашто је овај изум тако значајан и на које је све начине променио свет.
Можете ли да нам кажете како је дошло до проналаска биполарног транзистора?
Судећи према ономе што знамо, то откриће је било „у ваздуху“. Џулијус Едгар Лилијенфелд је још двадесетих година прошлог века патентирао нешто што није успео да направи, иако је звучало као прилично логично: да помоћу електричног поља контролише проводност полупроводничког материјала. Он је користио неке оксиде бакра са жељом да направи полупроводничку триоду. Дакле, већ тада су постојале неке идеје у том смеру.
Још једна потврда да је примена полупроводника била „у ваздуху“ су значајна открића Олега Лосева у периоду између два светска рата, у којима је проучавао једнопортне елементе и дошао до диода које емитују светлост и тунелских диода помоћу којих је реализовао осцилаторе. Чак је коректно предвидео да ће квантна механика објаснити детаље процеса у његовим направама. Нажалост, Олег Лосев је умро од глади 1942. године током опсаде тадашњег Лењинграда, не навршивши 40 година.
„У једном од бројних експеримената, током којих су покушавали да мере разне параметре како би боље разумели полупроводнике, Волтер Братен је грешком скинуо оксид германијума, који је требало да обезбеди изолацију. Не знајући да нема тог оксида, Брaтен је повезао струјно коло и експериментално је приметио појачање. Ово случајно откриће показало им је у ком смеру треба да наставе истраживање“
Вилијам Шокли је читао Лилијенфелдове патенте и покушавао је да их реализује, али су ти покушаји били неуспешни. Шоклијев колега Џон Бардин је, као теоретичар, неуспех Лилијенфелдових замисли објашњавао површинским стањима, сматрајући да се на површини материјала ствара један слој носилаца који даље спречавају продор електричног поља у полупроводник. У једном од бројних експеримената, током којих су покушавали да мере разне параметре како би боље разумели полупроводнике, Волтер Братен је грешком скинуо оксид германијума, који је требало да обезбеди изолацију. Не знајући да нема тог оксида, Брaтен је повезао струјно коло и експериментално је приметио појачање. Ово случајно откриће показало им је у ком смеру треба да наставе истраживање.
Циљ им је био да боље разумеју провођење у полупроводницима и да направе нешто налик полупроводничкој кристалној триоди. Зашто? Зато што су електронске цеви, које су у то време коришћене, биле енергетски неефикасне. Оне су се грејале и та нежељена топлота је морала да се одводи. Уколико бисте, рецимо, укључили сијалицу да светли, влакно мора да се усија. А ако је напољу висока температура, топлота сијалице вам није потребна, али то је „цена“ коју морате да платите за њену светлост. Зато су Шокли, Бардин и Братен хтели да направе полупроводничку триоду, а да би им то пошло за руком, морали су да разумеју провођење струје у полупроводницима и како се на њега може утицати. У томе им је помогло Братеново случајно откриће. На основу њега су закључили да постоји начин да се у полупроводник унесу слободни, покретни, носиоци наелектрисања. Резултат овог случајног открића био је први контактни биполарни транзистор, а мало касније је Шокли изумео и усавршену, слојну варијанту транзистора. Наравно, кад су направљени први транзистори, нико није ни слутио куда ће нас све то одвести. Испоставило се да ова технологија има потенцијал да се мења и унапређује, и да може веома далеко да нас одведе – све до данашњих рачунара.
Вилијам Шокли, Џон Бардин и Волтер Братен добили су за проналазак биполарног транзистора Нобелову награду за физику 1956. године. Можете ли нам рећи нешто више о овом ауторском трију и њиховој даљој судбини?
Сва тројица су радили у „Беловим лабораторијама“. Бардин и Шокли су били теоријски физичари, док је Братен био експериментални физичар, али и другачији карактер од ове двојице. Он је био миран човек, који се сјајно забављао док је радио у лабораторији. Братен и Бардин су били блиски сарадници и слично су размишљали, док је Шокли био њихов шеф и човек са израженим такмичарским духом. Тај његов такмичарски дух, као и чињеница да се његово име није нашло на патенту биполарног транзистора, на крају је довело до тога да се њих тројица посвађају и разиђу. Бардин је прешао на Универзитет Илиноис Урбана-Шампејн, где је почео да проучава суперпроводљивост, која је у то време била прилично нејасан феномен. На крају је за откриће у области суперпроводника добио другу Нобелову награду за физику 1972. године. Он је једина особа у досадашњој историји која има две Нобелове награде за физику.
Шокли је остао да ради још релативно кратко време у „Беловим лабораторијама“ (напустио их је 1953), а затим је 1956. окупио нове сараднике и основао компанију Shockley Semiconductor Laboratory. Занимљиво је да је то била прва високотехнолошка компанија у ономе што данас називамо Силицијумском долином. На крају крајева, због Шоклија је и названа Силицијумском долином, јер је он први почео да ради са силицијумом и пропагирао је његову употребу, пошто је увидео да има боља својства од германијума, који се дотад користио. Касније је Шокли отишао на Станфорд и тамо остао професор до пензије.
У једном предавању које је држао седамдесетих година прошлог века, док су постојали само телевизори са катодном цеви, Шокли каже да ће можда једног дана технологија полупроводника довести до тога да имамо равне екране, који немају дугачак електронски сноп иза. То је Шокли причао седамдесетих година. И ево, видите, сад се многи више и не сећају телевизора који су имали ону велику дубину, са хекланим миљеима на врху. У једном тренутку, сви монитори су замењени. Данашња деца не знају како је тај стари телевизор изгледао. Готово неосетно технологија се променила и добили сте нешто ново. И онда су људи почели да то користе не размишљајући шта је било пре и како је било пре.
Да ли је биполарни транзистор најзначајнији проналазак 20. века?
Од мене би се очекивало да сад, као електроничар, кажем: да, јесте. Али ја не волим такмичарски дух Шоклија. Не волим таква поређења. Шта је то најважније у 20. веку? Моја баба је умрла од туберкулозе, за њу је стрептомицин пронађен са две године закашњења. Да је којим случајем стрептомицин пронађен две и по године раније, у њеној свести би стрептомицин био највеће откриће 20. века. Имате још једно значајно откриће које људи ретко примећују, а то је Хаберов процес производње амонијака из азота из ваздуха. И сад се људи питају: какве везе има тај амонијак, шта ће ми амонијак? Не купујем га. Па не купујете га директно, али га купујете индиректно јер се помоћу амонијака праве вештачка ђубрива и земљишту се надокнађују хранљиве материје које сте кроз пољопривредну производњу извлачили из њега. И Хаберов процес је, у суштини, нахранио милионе људи, иако га данас узимамо здраво за готово.
Другим речима, то шта је највеће откриће је врло субјективно. Чак и да кажете да је биполарни транзистор највеће откриће, поставља се питање: а који биполарни транзистор? Имате слојни транзистор, који је направио Шокли, који се производио и био доминантан транзистор бар 30 година, који се чак и данас производи и користи за низ ствари, али није више доминантан. Или онај контактни транзистор који је први показао да је могуће добити транзисторски ефекат, односно могуће добити појачање.
„Цела квантна физика је била велики колективни напор. Много људи је додавало по једну циглу у ту грађевину квантне физике. И онда је то нарастало, нарастало, па се појавила технологија која се на њој заснива и та технологија се показала успешном, показала је да има огроман потенцијал да се унапређује и шири. И тако смо дошли до данашњих рачунара који мењају нашу свест и до информатичке револуције коју ја видим као индустријску револуцију Платоновог света идеја“
Међутим, оно што је сасвим сигурно веома значајно није само транзистор, него технологија полупроводника. Јер да би се дошло до данашњих интегрисаних кола, за то је био потребан огроман колективни допринос великог броја проналазача. То је један дуг низ. А шта би они урадили без открића кванта Макса Планка? А како би Макс Планк дошао до кванта да није било Максвелове статистичке механике? То је управо оно што је рекао Њутн: „Могли смо да видимо даље јер смо стајали на раменима дивова.“ Мада ја више волим речи Јована Јовановића Змаја „где ја стадох, ти продужи“ него „стајање на раменима дивова“. Наука заправо функционише тако. Тако ми напредујемо. Не измишљамо ствари изнова сваки пут, него се ослањамо на претходнике, изаберемо оно што је било добро, то се кроз образовни процес у једној кондензованој форми пренесе и онда ви настављате даље.
Цела квантна физика је била велики колективни напор. Много људи је додавало по једну циглу у ту грађевину квантне физике. И онда је то нарастало, нарастало, па се појавила технологија која се на њој заснива и та технологија се показала успешном, показала је да има огроман потенцијал да се унапређује и шири. И тако смо дошли до данашњих рачунара који мењају нашу свест и до информатичке револуције коју ја видим као индустријску револуцију Платоновог света идеја.
Можете ли да нам појасните шта мислите под тим „индустријска револуција Платоновог света идеја“?
Као млађи нисам био баш неки љубитељ филозофије и мада сам разумео шта је Платон хтео да каже, нисам то заиста осећао. Међутим, сада се јасно види шта је хтео да каже. Идеје су ослобођене материјалног носиоца, оне се сада преносе интернетом. Једноставно, оне постају један другачији ентитет. Производња у којој вам је произ вод материјални објекат разликује се од производње у којој вам је производ идеја коју можете да пренесете, која се лако копира, која се лако шири. Индустријску револуцију света идеја спровела је управо рачунарска техника, а она је, увезана са телекомуникацијама, свему дала другачију друштвеност. Телекомуникације су рачунаре међусобно повезале и они више нису засебне јединице, него друштво за себе.
У серији Star Trek, која се емитовала кад сам ја био средњошколац, постоји нека свемирска раса Борг. Припадници ове расе нису засебне јединке, већ су сви колектив. И они сви у својим главама чују једни друге. И ми се отприлике претварамо у то, јер смо стално на мрежи, стално гледамо шта други раде. Једноставно, људска друштвеност је постала другачија због информатичке револуције. То се види. Информатичка револуција је променила и низ других ствари. Она је аутоматизовала интелектуалне послове ниског нивоа.
У предавању које сте одржали на научностручном скупу „75 година од патентирања биполарног транзистора: на хоризонту догађаја и иза њега“ данашњу епоху називате „добом полупроводника“. Да ли је она почела проналаском биполарног транзистора?
Спорно питање. Свако ће вам одговорити различито. Прве полупроводнике и њихова исправљачка својства уочио је Карл Фердинанд Браун још 1874. године, али нико није разумео зашто се то дешава, а примена тога што је Браун опазио била је прилично неизвесна. Чему то може да служи? Онда је двадесетих година прошлог века полупроводничка диода коришћена за једну врсту радија, али је „изашла из моде“ када су узнапредовале електронске цеви. Током Другог светског рата, полупроводници (у форми диоде) опет су коришћени у радарским системима, за микроталасно зрачење, пошто су могли да раде на већој фреквенцији од електронских цеви.
Проналазак транзистора, ово што смо обележавали на факултету, заправо је откриће прве активне компоненте. Бардин и Братен су прво уочили транзисторски ефекат, онда је Шокли кренуо то да теоријски разрађује, па су и сви други истраживачи почели да „ускачу“ у ту област. И та област је постала обећавајућа. Већина транзистора данас су CMOS (технологија комплементарног металоксид-полупроводника, прим. аут.), то није биполарни транзистор, али је заснован на полупроводничкој технологији и настао је еволуцијом после биполарног транзистора. Почеци су били врло скромни, али се брзо показало да транзистори имају велики потенцијал и, мало-помало, степеницу по степеницу, захваљујући доприносу низа научника, ми данас имамо индустријску револуцију света идеја. Имамо револуцију у рачунарима, револуцију у телекомуникацијама, револуцију у процесирању електричне енергије, и на тај начин је потпуно неосетно замењена технологија која је постојала раније.
Наравно, стара технологија није сасвим одбачена. И од каменог доба нам је остао камен, па се још увек нешто зида на бази камена, али не правимо секире од камена. Нешто, што је замењено нечим бољим, улазило је у историју и у музејске колекције, а нешто ново је настајало. Тако да ја заиста мислим да је данас главни носилац промена полупроводничка технологија, али не бих то везао за један производ, за транзистор, него за цео тај спектар сазнања које је засновано на физици и хемији, на природним наукама које су тумачиле полупроводнике и које су нам омогућиле да разумемо њихова својства и да њима управљамо. Нико није могао да сагледа колико ће рачунари постати моћни, колико моћан рачунар имате у једном мобилном телефону и колико ће тај моћан рачунар да вас повезује са целим светом – али то вам је све инфраструктура. То је нешто колективно, то вам је онај Борг из Star Trek-a, то је заједница људи, углавном невидљивих, не знамо ко су и шта су, али смо сви повезани.
Да ли се назире неки крај овој „епохи полупроводника“?
Мој колега Владимир Миловановић нашао је податак на Станфордовом сајту како је напредовала фреквенција такта рачунара. Фреквенција је прво драстично расла, ја се сећам времена док је била 8 MHz, па 12 MHz, па 16 MHz, итд., а онда смо дошли до 2,4 GHz, и ту се усталилa. Међутим, од 2002. или 2003. године готово да нема никаквог прогреса на том плану. Да ли су рачунари бољи отад? Јесу, драстично су бољи. Како је то постигнуто? Бољом организацијом, бољим начином оптимизације, итд.
Мислим да још нису исцрпљене могућности полупроводничке технологије, да она није дошла до својих граница. Међутим, од оног тренутка када се то заиста и деси, када силицијум и дође до својих граница, биће потребне године да се све могућности ове технологије, да искористим колоквијални израз, „исцеде“. Када се исцрпе полупроводничка технологија, мислим да ће се још деценијама радити на њеној примени и демократизацији. Различите примене, с друге стране, подстичу неке нове правце развоја технологије, који су непредвидиви. Другим речима, тај развој је доста хаотичан и спонтан, не одвија се баш по петогодишњем плану.
Али, да подвучем још једном, не видим неки крај развоја полупроводничке технологије нити видим горњи лимит тога шта ће да се деси. Јер, кад ми кажу: то је крај, неће моћи да се спушта технологија чипа испод не знам ни ја колико нанометара, ја им кажем: да, па шта? Ја те нанометре ионако не видим, ја видим примену. Видим да су, без обзира на стагнацију у фреквенцији такта компјутерских процесора, процесори све бољи, имају све више језгара, мој осећај док радим са њима је да су све бржи и да све више ствари могу да урадим. Тако да има ту још много посла. Да цитирам мог колегу Владу Миловановића: „CMOS журка још није готова. Напротив.“
Интервју је оригинално објављен у 35. броју часописа Елементи.