ウォルター・ハウザー・ブラッテン(/ˈbræt.n/ BRAT - n ; [ 1 ] 1902年2月10日 - 1987年10月13日)は、点接触トランジスタの発明により、1956年のノーベル物理学賞をジョン・バーディーン、ウィリアム・ショックレーと共同受賞したアメリカの物理学者。[ 2 ]ブラッテンは生涯の多くを表面状態の研究に捧げた。
ウォルター・ハウザー・ブラテインは、1902年2月10日、福建省アモイ(現在の厦門)で、アメリカ人の両親、ロス・R・ブラテインとオッティリー・ハウザーの間に生まれた。父親はスコットランド系で、母親の両親はともにドイツのシュトゥットガルトからの移民だった。[ 3 ] [ 4 ]ロスは、中国人の男子のための私立学校であるティンウェン学院の教師だった。 [ 5 ] : 11オッティリーは才能ある数学者だった。[ 6 ]二人ともホイットマン大学の卒業生だった。[ 4 ] : 71 [ 7 ]オッティリーと赤ん坊のウォルターは1903年にアメリカに戻り、ロスもすぐに後を追った。[ 5 ] : 12一家はワシントン州スポケーンに数年間住んだ後、 1911年にワシントン州トナスケト近郊の牧場に定住した。[ 5 ] : 12 [ 4 ] : 71
ブラテインはワシントンの高校に通い、クイーン・アン高校に1年、トナスケ高校に2年、モラン男子校に1年在籍した。[ 8 ]その後、ホイットマン大学に進学し、ベンジャミン・H・ブラウン(物理学)とウォルター・A・ブラットン(数学)に師事した。1924年に物理学と数学の二重専攻で理学士号を取得した。 [ 9 ]ブラテインと彼の同級生であるウォーカー・ブリークニー、ウラジミール・ロジャンスキー、E・ジョン・ワークマンは皆、後に「物理学の四騎士」として知られるようになる輝かしい経歴を歩むことになる。[ 4 ] : 71ブラテインの弟ロバートもホイットマン大学に進学し、物理学者となった。[ 4 ] : 71
ブラテインは1926年にオレゴン大学で修士号を、1929年にミネソタ大学で博士号を取得した。 [ 9 ] [ 10 ]ミネソタでは、ジョン・ヴァン・ヴレックの下で量子力学という新しい分野を研究する機会を得た。ジョン・T・テイトの指導の下で書かれた彼の博士論文は、 「水銀蒸気中の電子衝撃と異常散乱による励起の効率」と題されていた。 [ 4 ] : 72 [ 11 ]
1928年から1929年にかけて、ブラテインはワシントンDCの国立標準局で働き、圧電周波数標準の開発に携わった。1929年8月、彼は研究物理学者としてベル電話研究所のジョセフ・A・ベッカーに加わった。 [ 12 ]二人は銅酸化物整流器における熱誘起電荷キャリアの流れについて研究した。[ 4 ] : 72ブラテインはアーノルド・ゾンマーフェルトの講演に出席することができた。[ 12 ]その後の熱電子放出 に関する実験のいくつかは、ゾンマーフェルト理論の実験的検証を提供した。彼らはまた、タングステンの表面状態と仕事関数、およびトリウム原子の吸着についても研究した。[ 4 ] : 74ブラテインは、酸化第一銅とシリコンの半導体表面における整流と光効果の研究を通じて、半導体の自由表面における光効果を発見した。この研究は、ノーベル委員会によって彼の固体物理学への主要な貢献の1つとみなされた。[ 3 ]
当時、電話業界は電子の流れを制御して電流を増幅するために真空管の使用に大きく依存していた。真空管は信頼性も効率も悪く、ベル研究所は代替技術の開発を望んでいた。[ 13 ] 1930年代初頭には、ブラッテンがウィリアム・ショックレーと共同で、酸化銅を使用した半導体増幅器のアイデアに取り組んでいた。これは電界効果トランジスタの作成に向けた初期の試みであったが、成功しなかった。ベル研究所や他の研究機関の他の研究者も、ゲルマニウムやシリコンなどの材料を使用して半導体の実験を行っていたが、戦前の研究活動はやや場当たり的で、強力な理論的根拠を欠いていた。[ 14 ]
第二次世界大戦中、ブラッテンとショックレーはそれぞれコロンビア大学の国防研究委員会で潜水艦の磁気探知の研究に携わっていた。[ 9 ]ブラッテンの研究グループは、潜水艦によって引き起こされる地球の磁場の異常を検出できるほど感度の高い磁力計を開発した。[ 5 ] : 104 [ 12 ]この研究の結果、1944年にブラッテンが磁力計ヘッドの設計の特許を取得した。[ 15 ]
1945年、ベル研究所は再編成を行い、通信技術に関連する固体物理学の基礎研究を行うためのグループを特別に創設した。このサブ部門の創設は、研究担当副社長のマービン・ケリーによって承認された。[ 14 ]この学際的なグループは、ショックレーとスタンレー・O・モーガンが共同で率いた。[ 4 ] : 76この新しいグループにはすぐにジョン・バーディーンが加わった。[ 14 ]バーディーンはブラテインの兄ロバートの親友で、ロバートは1930年代にジョンとウォルターを引き合わせた人物だった。[ 5 ]彼らはよく一緒にブリッジやゴルフをしていた。[ 4 ] : 77バーディーンは量子物理学者、ブラテインは材料科学の才能ある実験家、そしてチームのリーダーであるショックレーは固体物理学の専門家だった。[ 16 ]

当時の理論によれば、シリコンを薄くコーティングした円筒を金属板の近くに取り付けたショックレーの電界効果トランジスタは、動作するはずだった。彼はブラッテンとバーディーンに、なぜ動作しないのかを調べるよう命じた。11月と12月の間、2人はさまざまな実験を行い、ショックレーの装置が増幅しない理由を解明しようとした。[ 13 ]バーディーンは優れた理論家であり、[ 17 ]ブラッテンも同様に重要なことに、「半導体で何ができるかについて直感的な感覚を持っていた」。[ 14 ] : 40バーディーンは、伝導しないのは、電荷キャリアを閉じ込める表面状態 の局所的な変化の結果かもしれないと理論づけた。[ 18 ] : 467–468 ブラッテンとバーディーンは最終的に、金の金属点をシリコンに押し込み、蒸留水で囲むことで、わずかな増幅を実現することに成功した。シリコンをゲルマニウムに置き換えると増幅は向上したが、低周波電流の場合に限る。[ 13 ]
12月16日、ブラッテン氏はゲルマニウム表面に2つの金箔接点を近接して配置する方法を考案した。[ 16 ]ブラッテン氏は次のように報告している。「この2点接点を用いて、90ボルトで陽極酸化処理し、電解液を水で洗い流し、金のスポットを蒸着させたゲルマニウム表面に接触させた。金接点をむき出しの表面に押し付けた。表面への両方の金接点はうまく整流した…1つの点をグリッドとして、もう1つの点をプレートとして使用した。増幅を得るには、グリッド上のバイアス(DC)を正にする必要があった。」[ 18 ]
バーディーンが述べているように、「金スポットを用いた最初の実験では、ゲルマニウムブロックに正孔が導入され、表面付近の正孔濃度が増加していることがすぐに示唆された。この現象を説明するために、エミッタとコレクタという名称が選ばれた。唯一の疑問は、追加された正孔の電荷がどのように補償されるかであった。我々の最初の考えは、電荷は表面状態によって補償されるというものであった。ショックレーは後に、電荷はバルク中の電子によって補償されると示唆し、接合型トランジスタの構造を提案した…ブラッテンと私が行った後の実験では、点接触型トランジスタでは両方の現象が起こっている可能性が非常に高いことが示された。」[ 18 ]: 470
1947年12月23日、ブラッテン、バーディーン、ショックレーは、ベル研究所の同僚たちに最初の動作するトランジスタを実演した。小さな電気信号を増幅し、デジタル情報の処理をサポートするトランジスタは、「現代エレクトロニクスの鍵となるイネーブラー」である。[ 19 ]
1947年の実証実験で大きなブレークスルーが達成されつつあると確信したベル研究所は、当時「表面状態プロジェクト」と呼ばれていた研究に集中的に取り組んだ。当初は厳重な秘密保持が守られていた。ベル研究所内部の限られた会議では、ブラッテン、バーディーン、ショックレー、その他関連研究に従事していた研究者たちの研究に関する情報が共有された。[ 18 ]: 471バーディーンとブラッテンによる点接触トランジスタの発明を記録した特許が登録された。[ 20 ]パデュー大学でゲルマニウムの抵抗を研究していたラルフ・ブレイとシーモア・ベンザーが同様の発見をしてベル研究所より先に発表するのではないかという懸念が相当あった。[ 14 ]: 38-39
1948年6月30日、ベル研究所は記者会見を開き、発見を公表した。また、新たな知識を他の機関と自由に共有するオープンな方針を採用した。これにより、研究成果が軍事機密として分類されることを回避し、トランジスタ技術の広範な研究開発を可能にした。ベル研究所は、大学、産業界、軍関係者を対象としたシンポジウムを複数回開催し、1951年9月、1952年4月、1956年に数百人の科学者が参加した。国内外の企業代表も出席した。[ 18 ]: 471-472、475-476
ショックレーは、トランジスタの発明の功績はすべて自分にあるべきだと信じ、そう主張した。[ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]彼はバーディーンとブラッテンを新たな研究分野から積極的に排除し、[ 23 ]特にショックレーが特許を取得した接合型トランジスタの研究から排除した。[ 20 ]ショックレーの接合型トランジスタの理論は「目覚ましい成果」であり、将来の固体電子工学への道を示したが、その製造が実用化されるまでには数年を要した。[ 14 ]: 43-44
ブラテインはベル研究所内の別の研究グループに移り、CGB ギャレットと PJ ボディーと共に研究を行った。彼は半導体の挙動の根底にあるさまざまな要因をよりよく理解するために、固体の表面特性と「トランジスタ効果」の研究を続けた。[ 4 ] : 79–81 [ 24 ] 「耐え難い状況」と表現したバーディーンは、1951 年にベル研究所を離れ、イリノイ大学に移り、そこで最終的に超伝導理論で 2 度目のノーベル賞を受賞した。[ 20 ]ショックレーは 1953 年にベル研究所を離れ、ショックレー半導体研究所 を設立した。[ 23 ] [ 25 ]
1956年、この3人は「半導体の研究とトランジスタ効果の発見」により、スウェーデン国王グスタフ6世アドルフからノーベル物理学賞を共同で授与された。 [ 9 ]バーディーンとブラッテンは点接触トランジスタの発見、ショックレーは接合トランジスタの開発で受賞した。ウォルター・ブラッテンは受賞を知らされたとき、「この栄誉には本当に感謝しています。人生で何かを成し遂げ、このように認められたことは大きな喜びです。しかし、私の幸運の多くは、適切な場所に適切なタイミングでいて、一緒に働くのに適切な人々と出会えたことによるものです。」と述べたと伝えられている。[ 26 ] 3人はそれぞれ講演を行った。ブラッテンは「半導体の表面特性」 [ 27 ] 、バーディーンは「点接触トランジスタにつながる半導体研究」 [ 28 ] 、 ショックレーは「トランジスタ技術が新たな物理学を呼び起こす」について講演した。[ 29 ]
ブラテインは後に、PJ ボディーと PN ソーヤーと共同で、生体物質における電気化学プロセスに関するいくつかの論文を発表した。[ 4 ] : 80彼は息子が心臓手術を必要としたことをきっかけに血液凝固に興味を持つようになった。また、ホイットマン大学の化学教授であるデイビッド・フラスコと共同で、リン脂質二重層をモデルとして生細胞の表面とその吸収プロセスを研究した。[ 23 ]
ブラテインは1952年にハーバード大学で客員講師として、1962年と1963年にホイットマン大学で客員講師として、そして1963年からは客員教授として教鞭を執った。1967年にベル研究所を正式に退職した後もホイットマン大学で教鞭を執り続け、1972年には非常勤教授となった。1976年に教職を退いたが、ホイットマン大学のコンサルタントとして活動を続けた。[ 9 ]
ホイットマン大学では、ウォルター・ブラッテイン奨学金は「大学進学準備課程で優れた学業成績を収めた入学予定者」に成績に基づいて授与されます。入学希望者全員が奨学金の対象となり、最長4年間更新可能です。[ 30 ]
ブラテインは2度結婚した。最初の妻は化学者のケレン・ギルモアだった。1935年に結婚し、1943年に息子ウィリアムが生まれた。ケレンは1957年4月10日に亡くなった。[ 31 ]翌年、ブラテインは3人の子供の母親であるエマ・ジェーン(キルシュ)ミラーと結婚した。[ 9 ]
ブラテインは1987年10月13日、シアトルでアルツハイマー病のため85歳で死去した。 [ 3 ] [ 10 ]彼はワシントン州ポメロイ の市営墓地に埋葬されている。[ 32 ]
トランジスタの発明で1956年のノーベル物理学賞を共同受賞したウォルター・H・ブラッテン氏が昨日、シアトルの老人ホームでアルツハイマー病のため死去した。享年85歳。…
ノーベル賞受賞物理学者ウォルター・H・ブラッテンの息子[...]ワシントン州ポメロイのポメロイ市営墓地で、父親の隣に遺灰を埋葬する。