L’historique du transistor à semiconducteur peut être remontée jusqu’en 1925. Julius E. Lilienfeld, un physicien autro-hongrois, décrit le principe de fonctionnement du transistor à effet de champ. Malheureusement il ne parviendra pas à le fabriquer, et il faudra des années avant que le dopage des semiconducteurs ne soit bien maîtrisé.

Fig. 1 - Le premier transistor, fabriqué aux Bell Labs.

Les progrès en physique du solide mènent en 1948 à la conception du premier transistor dans les laboratoires Bell (États-Unis), par William Shockley, John Bardeen et Walter Brattain, ce qui leur valut le prix Nobel de physique en 1956. Tous trois étaient des physiciens hors pair. Plus tard dans sa carrière, J. Bardeen contribuera à une autre révolution, en proposant pour la première fois une explication de la supraconductivité avec ses deux collègues L.N. Cooper et J.R. Schrieffer en 1957, et connue ensuite sous le nom de "théorie BCS" d’après les initiales des trois scientifiques. Ils recevront conjointement le prix Nobel de physique en 1972. Il est remarquable que J. Bardeen reste le seul à avoir obtenu deux fois le prix Nobel de physique jusqu’à aujourd’hui ; il est en revanche déplorable que son œuvre soit aujourd’hui tombée aux oubliettes en dehors des cercles de spécialistes.

W. Brattain est embauché juste après sa thèse en 1929 dans les laboratoires Bell. Ses principaux travaux de recherche concernent les propriétés électroniques des surfaces des matériaux. Il met notemment en évidence l’existence de l’effet photoélectrique à la surface des semiconducteurs. Avec ses talents d’expérimentateur, c’est Brattain qui fabrique le premier transistor, en appliquant les idées de Shockley et Bardeen.

Fig.2 - William Shockley (assis), John Bardeen et Walter Brattain, les trois lauréats du prix Nobel 1956 pour l’invention du transistor.

Shockley quant à lui, ne prend qu’une part mineure dans la conception en elle-même du premier transistor ; son nom n’apparaît d’ailleurs pas sur le brevet. Mais en tant que chef du groupe, il est désigné par son administration pour parler à la presse et faire la publicité de l’invention. La photo sur la Fig.2, le montrant assis en train de faire une expérience, fait partie de ces photos destinées à la presse. Les honneurs indûment prêtés à Shockley induisent des tensions entre les trois co-découvreurs, et mènera finalement au clash du groupe. Dans son discours de cérémonie de remise du prix Nobel en 1956, Shockley reconnaîtra la paternité de l’invention à Bardeen et Cooper [1], bien qu’il gardera longtemps l’amertume de n’avoir son nom sur le brevet. Dans les années 1950 Shockley est l’auteur d’un livre traitant de la physique des semiconducteurs ("Electrons and holes in semiconductors"), toujours utilisé par les physiciens aujourd’hui. À cette époque, Shockley est également un précurseur dans le domaine de la physique de la déformation et des défauts étendus dans les solides, et contribue à la théorie des dislocations.

Suite à la dissolution du groupe des laboratoires Bell, Shockley a l’opportunité de créer sa propre entreprise. Il s’agit en réalité d’une filiale de Beckman Instrument, entreprise créée par l’un de ses amis du Caltech [2]. Cette filiale s’appelle le Shockley Semiconductor Laboratory et est basé à Mountain View, en Californie. Dans les années 1950, d’autres compagnies travaillant sur les structures à semiconducteurs s’implanteront non loin, transformant Mountain View en paradis de l’électronique, appelé plus tard Silicon Valley.

Fig.3 - La Silicon Valley aujourd’hui.

Crédits : Wikipedia.

Chez Beckman, Shockley et son équipe inventent un autre type de transistor, le thyristor, et le commercialisent. Là encore, le caractère de Shockley mène à des dissentions. En 1957, huit chercheurs le quittent parce qu’il décide d’abandonner les recherches sur les semiconducteurs à base de silicium. Ces huit chercheurs rencontrent Sherman Fairchild, qui leur offre le capital pour créer une division "semiconducteurs" au sein de sa compagnie, le Fairchild Camera and Instrument Corporation.

En 1956 le premier circuit intégré (circuit électronique entièrement conçu sur un substrat) est inventé et fabriqué indépendamment par Farchild et Texas Instrument. Les circuits intégrés sont essentiels pour la conception d’unités de calcul (processeurs) et les mémoires (EPROM, RAM...).

Fig.4 - William Shockley.

Crédits : Chuck Painter / Stanford News Service

Les progrès de l’électronique sont fulgurants, le prix de revient du silicium ne cesse de diminuer. En 1965, un chercheur de Fairchild, ancien employé de Shockley, Gordon E. Moore, fait une observation : depuis l’invention du circuit intégré, le nombre de transistors pouvant être intégrés sur une surface donnée double à peu près tous les ans. Cette tendance qui se confirmera au fil des ans sera connue comme la "loi de Moore" ; elle n’a pas été démentie depuis.

En 1968, G.E. Moore et Robert Noyce (tous deux anciens employés de Shockley), quittent Fairchild pour créer leur propre compagnie, Integrated Electronics -en abrégé, Intel. En 1969, un autre groupe d’employés quitte Fairchild pour créer une autre compagnie, Advanced Micro Device -ou AMD. Ces deux compagnies sont parmi les premières à fabriquer des processeurs pour ordinateurs, et restent aujourd’hui les leaders sur ce marché.

William Shockley a ainsi profondément influencé les débuts de l’histoire de l’électronique. Lui, ses chercheurs et les différentes compagnies qu’ils ont créées ou aidées à éclore, ont été à l’origine de la Silicon Valley. Selon le Times Magazine, Shockley aura été l’un des cent hommes les plus influents du XXe siècle. Malheureusement son caractère lui a souvent joué des tours. Sur le tard, il s’engagera dans des discours sur les races humaines et l’intelligence (allant même jusqu’à écrire un livre sur le sujet), qui entacheront sévèrement sa réputation, lui attireront les foudres de nombreux scientifiques, et finalement lui feront perdre contact avec nombre de ses amis et parents. C’est sans doute la raison pour laquelle son nom reste si peu connu du public, malgré son travail scientifique conséquent et de grande qualité en physique.

Références :
(1) L’article de Wikipedia
(2) La page dédiée et les ressources du site des prix Nobel
(3) "Grandeur et décadence d’un prix Nobel : Biographie de William Bradford Shockley", sur le site de l’INPL
(4) "William Shockley", biographie par le site de l’American Institute of Physics