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Nessun P-N previsto
Quando Russell Ohl iniziò a lavorare ai Bell Laboratories nel 1927, i tubi a vuoto erano visti come il futuro dell'elettronica. È stata la sua scoperta casuale, tuttavia, che ha portato alla creazione sia del transistor che della cella solare e ha contribuito a innescare la rivoluzione del silicio.
Alla fine degli anni '30 Ohl era un ricercatore radiofonico che cercava di creare un ricevitore che fosse più efficace dei tubi a vuoto. I tubi captavano facilmente i segnali radio a bassa frequenza, ma avevano problemi con le frequenze più alte come quelle testate nel radar, una tecnologia che stava acquisendo importanza mentre la guerra si preparava all'estero. Ohl pensava che un'alternativa potesse risiedere nel ricevitore a cristallo, un antiquato dispositivo radio degli anni '20. Si dedicò completamente alla sua ricerca: quando la sua settimana lavorativa fu ridotta durante la Depressione, Ohl usò il suo tempo extra per studiare la struttura dei cristalli.
Questa storia faceva parte del nostro numero di febbraio 2003
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I ricevitori di cristallo erano dispositivi complicati e poco conosciuti. Per ottenere un segnale, un operatore cercherebbe la superficie di un cristallo con un filo metallico per il punto caldo, che ha causato il flusso di corrente in una sola direzione. Dopo un'esauriente sperimentazione, Ohl concluse che i migliori ricevitori erano gli elementi ora conosciuti come semiconduttori. Ha teorizzato che i materiali più puri avrebbero prodotto ricevitori migliori e ha preparato campioni speciali per i suoi test.
All'inizio del 1940 Ohl esaminò un campione di silicio che aveva una crepa nel mezzo. C'era qualcosa di strano in quel cristallo: quando veniva esposto alla luce, la corrente che scorreva tra i due lati della crepa aumentava notevolmente. Sconcertato, Ohl mostrò il bizzarro campione ai suoi colleghi Bell, che rimasero ugualmente sbalorditi. Nessuno aveva mai visto una reazione fotovoltaica del genere.
I ricercatori hanno scoperto che la crepa era una linea di demarcazione tra due impurità nel silicio. Un tipo di silicio aveva un eccesso di elettroni, l'altro un deficit. Li hanno chiamati p-type per positivo e n-type per negativo, e la barriera tra i due è stata soprannominata giunzione p-n. Gradualmente, il gruppo si è reso conto che i fotoni forniscono agli elettroni in eccesso nel materiale di tipo n una spinta energetica sufficiente per attraversare la giunzione e produrre una corrente.
Sebbene i cristalli originali di Ohl non producessero energia quasi sufficiente per l'uso commerciale, la sua ricerca sul silicio di tipo p e n portò alla creazione da parte dei Bell Labs della prima cella solare moderna nel 1954. Anche i primi transistor erano basati sulla giunzione pn . Quando Ohl mostrò alla luce il suo insolito cristallo nel 1940, iniziò inconsapevolmente il passaggio dai tubi a vuoto ai circuiti integrati.