Op 23 december 1947 demonstreren natuurkundigen John Bardeen en Walter Brattain in een laboratorium in New Jersey een apparaatje dat nauwelijks groter is dan een paperclip: de eerste transistor. Het aanwezige publiek weet dan nog niet dat het misschien wel het begin van de grootste digitale revolutie van de eeuw bijwoont. Zonder de transistor hadden we nooit de maan bereikt, geen satellieten rond de aarde laten cirkelen en geen internet gecreëerd dat miljarden mensen met elkaar verbindt. Wat doet de transistor precies?
Hoe elektronica werkte vóór de transistor
Om te begrijpen wat de transistor zo bijzonder maakt, is van belang om te kijken hoe technologische apparaten werkten vóór deze baanbrekende uitvinding. De eerste televisies en radio’s werkten in die tijd nog met vacuümbuizen: glazen buizen waaruit de lucht is verwijderd en waarin een gloeidraad is geplaatst.
Vacuümbuizen waren de drijvende kracht achter veel apparatuur en gebruikten elektronen om signalen te versterken. In radio’s zorgde dit ervoor dat zwakke signalen duizenden keren konden worden versterkt, waardoor verre zenders hoorbaar werden. Ook in de begindagen van de televisie werd gebruikgemaakt van tientallen vacuümbuizen om beeld en geluid te verwerken.
Vacuümbuizen waren revolutionair voor hun tijd, maar hadden een aanzienlijke keerzijde: ze waren groot, zwaar en kwetsbaar. De UNIVAC I, de eerste commerciële computer in de Verenigde Staten, bevatte 5000 vacuümbuizen en woog ruim 15.000 kilo. In de jaren veertig gingen enkele Amerikaanse natuurkundigen daarom op zoek naar een alternatief, en zetten daarmee een digitale revolutie in gang.
De doorbraak in het Bell-laboratorium
In een laboratorium van Bell Telephone Laboratories gingen John Bardeen en Walter Brattain aan de slag met deze uitdaging. De kern van hun onderzoek lag bij halfgeleiders: materialen die zich onder bepaalde omstandigheden gedragen als geleider en onder andere omstandigheden als isolator.
Wil je niets missen van onze verhalen? Volg National Geographic op Google Discover en zie onze verhalen vaker terug in je Google-feed!
Het bleek tijdens hun experimenten niet eenvoudig om dit gedrag te sturen. Maar in december 1947 zorgden Bardeen en Brattain voor een doorbraak. Aan de basis van hun eerste transistor lag de halfgeleidende stof germanium. Met behulp van een plastic driehoekje met goudfolie, dat via een veer tegen het germanium werd gedrukt, slaagden zij erin een elektrisch signaal aanzienlijk te versterken.
Een week later volgde de eerste demonstratie. William Shockley verfijnde het ontwerp, en in de jaren daarna werd duidelijk dat de transistor de vacuümbuis zou vervangen. In 1956 ontving het drietal de Nobelprijs voor Natuurkunde. De digitale ontwikkeling kwam daarmee in een stroomversnelling.
Van losse onderdelen naar de microchip
Hoewel de transistor op zichzelf al revolutionair was, waren elektronische apparaten nog ver verwijderd van het moderne zakformaat. Ze hadden nog altijd meerdere transistors nodig, samen met vele andere onderdelen. De eerste volledig getransistoriseerde rekenmachine, de IBM 608, gebruikte meer dan 3000 transistors en woog enkele honderden kilo’s.
Leestip: 5 bijzondere Belgische uitvindingen die we nog altijd gebruiken
In 1958 zette Jack Kilby de volgende stap. Hij slaagde erin als eerste een geïntegreerd circuit te maken: een complete elektronische schakeling op één enkel stukje halfgeleider, waarbij alle onderdelen samenkwamen op één kleine chip.
Op basis van deze technologie ontwikkelde Texas Instruments in 1967 een prototype van een draagbare rekenmachine, bekend als de Cal-Tech. Het apparaat werkte op batterijen en woog iets meer dan een kilo. Hoewel het nog geen massaproduct was, liet het zien dat complexe elektronica draagbaar kon worden.
Met zijn geïntegreerde circuit legde Jack Kilby de conceptuele basis voor de microchip. Samen met Robert Noyce, die vrijwel gelijktijdig een vergelijkbare oplossing ontwikkelde en een productieproces ontwierp dat massaproductie mogelijk maakte, geldt hij daarom als een van de grondleggers van de moderne chipindustrie.
De kracht van transistors
Vanaf de jaren zestig wordt het germanium, dat de basis vormde voor de eerste transistoren, grotendeels vervangen door silicium. Ook silicium is een halfgeleider, maar het is goedkoper en ruim beschikbaar. Dat maakt grootschalige productie mogelijk. Transistoren worden voortaan in massa’s vervaardigd, en de technologische mogelijkheden lijken vrijwel onbeperkt.
Leestip: 6 bijzondere uitvindingen van Nederlandse bodem
Tegenwoordig is de transistor bijna onzichtbaar geworden. Hoewel onze moderne maatschappij zonder dit kleine onderdeel ondenkbaar is, staan we zelden stil bij hoe vaak we het gebruiken. Een moderne chip bevat geen tientallen of honderden, maar miljarden transistors op een oppervlak niet groter dan een vingernagel.
In een laptop of smartphone draag je er dagelijks tientallen miljarden met je mee. Daarmee behoort de transistor zonder twijfel tot de meest invloedrijke uitvindingen van de twintigste eeuw.
Meer ontdekken? Krijg onbeperkt toegang tot National Geographic Premium en steun onze missie. Word vandaag nog lid!
