W
illiam Shockley là một nhà vật lý và nhà phát minh người Mỹ, nhưng sinh tại London, Anh. Cha của William Shockley là kĩ sư mỏ, mẹ là một viên chức thanh tra ngành mỏ. Thuở nhỏ, William Shockley theo học tại trường Palo Alto, California, sau đó là Học viện Quân sự Palo Alto và trường Trung học Hollywood. Do sớm say mê môn vật lý, lại được thầy giáo đồng hương giảng dạy môn học này tại trường Đại học Stanford hết lòng cổ vũ khuyến khích, chàng thanh niên William Shockley đã đi sâu vào nghiên cứu môn khoa học này. William Shockley tốt nghiệp cử nhân vật lý tại Caltech rồi làm luận án tiến sĩ tại Học viện Công nghệ Massachusetts năm 1936 với đề tài “Các tính toán về hàm số sóng điện từ của điện tử trong tinh thể natri clorua”. Sau khi nhận bằng Tiến sĩ, ông gia nhập nhóm nghiên cứu doTiến sĩ C.J Davisson lãnh đạo tại Bell Labs ở New Jersey.
Cùng với John Bardeen và Walter Houser Brattain, Shockley là người đồng phát minh ra transistor (linh kiện bán dẫn). Nhờ phát minh này họ nhận được giải Nobel Vật lý năm 1956. Những nỗ lực của Shockley trong việc thương mại hóa một loại transistor mới từ năm 1950 đến những năm 1960 đã dẫn đến thung lũng Silicôn trở thành một nơi cách tân các thiết bị điện tử, những thiết bị này đóng vai trò lớn trong việc phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật trong nửa cuối thế kỷ XX.
Ngày nay, số lượng transistor được sản xuất trên thế giới nhiều đến mức tương đương với số lượng các con chữ được in trên tất cả các sách, báo, tạp chí, máy tính điện tử và các trang giấy photo cộng lại. William Shockley được coi là cha đẻ của ngành công nghiệp sản xuất linh kiện bán dẫn.
Bóng bán dẫn, hay còn gọi là transistor đã ra đời như thế nào? Câu chuyện bắt đầu vào trước dịp lễ giáng sinh năm 1947. Hai nhà khoa học John Bardeen và Walter Brattain, cộng sự của William Shockley tại các phòng thí nghiệm của Bell Telephone ở Nuray Hill, New York, nhận thấy rằng, khi tín hiệu điện được đưa vào các điểm tiếp xúc trên tinh thể germanium thì năng lượng đầu ra cao hơn năng lượng đầu vào. Tuy Shockley không có mặt trong lần phát hiện đầu tiên này, nhưng trên thực tế, ông được coi là cha đẻ của transistor, cũng giống như Einstein được coi là nhà phát minh ra bom nguyên tử - bằng cách đưa ra ý tưởng và những giải pháp thực hiện.
Shockley là một người có đầu óc năng động, ông đã nghiên cứu hiệu ứng vật lý lượng tử của chất bán dẫn. Sau một vài tuần, ông cho công bố một loạt bài báo có thể coi là cơ sở để đi sâu nghiên cứu chất bán dẫn và phát triển lý thuyết cơ bản của linh kiện khuếch đại công suất có cấu tạo gồm ba lớp, giống như loại bánh sandwich. Năm 1951, các cộng sự của Shockley đã chế tạo được bóng bán dẫn và chứng minh rằng loại thiết bị mới này hoạt động đúng như lý thuyết đã được ông dự báo. Trải qua vài thập kỉ, các tiến bộ trong công nghệ bán dẫn đã có ảnh hưởng cực kì quan trọng trong công nghiệp. Một số công ty đề ra ý tưởng và xúc tiến việc chế tạo transistor thương mại. Nhiều phương pháp mới được sử dụng để tạo ra loại bóng bán dẫn mà Shockley đã phát minh ra, các transistor với nhiều loại kích cỡ và hình dạng khác nhau tràn ngập thị trường. Phát minh của Shockley đã tạo ra một nền công nghiệp mới làm nền tảng cho tất cả kĩ thuật điện tử hiện đại, từ máy tính điện tử đến thiếp chúc mừng có tiếng nói.
Một trong những vấn đề hóc búa của công nghệ thời đó là giá thành cao và độ tin cậy thấp của những chiếc đèn điện tử chân không. Chúng hoạt động giống như những chiếc van để kiểm soát dòng điện tử trong thiết bị radio và hệ thống tiếp âm của mạng điện thoại. Tại Bell Labs, William Shockley sớm nhận ra rằng giải pháp nằm trong ngành vật lý chất rắn. Những chiếc đèn điện tử là một thiết bị vô cùng quan trọng trong các thiết bị điện tử thời đó, ngoài ra, đèn điện tử còn dễ vỡ, tuổi thọ ngắn, chiếm nhiều không gian, làm tăng kích thước của thiết bị và đặc biệt là tiêu tốn nhiều năng lượng. Để thực hiện những chức năng ấy, các tinh thể làm việc nhanh hơn, tin cậy hơn và đặc biệt là ít tiêu tốn năng lượng hơn hàng triệu lần. Shockley và cộng sự của mình đã vạch ra chương trình để giải quyết vấn đề này. Phát minh về transistor nhanh chóng được phổ biến khắp nơi. Năm 1956, Shockley, Bardeen và Brattain cùng nhận được giải Nobel vật lý - giải thưởng Nobel đặc biệt cho phát minh của mình. Ông trở thành người đóng vai trò quyết định trong quá trình phát triển ngành công nghiệp này tại San Francisco, cũng chính Shockley là người đã đưa silicon đến Silicon Valley. Tháng 2 năm 1956, với sự tài trợ của công ty Beckman Instrument Inc, Shockley thành lập tại quê hương Palo Alto một phòng thí nghiệm mang tên Shockley Semiconductor Laboratory với mục đích phát triển và sản xuất transistor silicon. Ông cùng một nhóm các nhà khoa học trẻ phát triển kĩ thuật bán dẫn quan trọng này. Đầu năm 1956, họ bắt đầu triển khai công việc nghiên cứu và phát triển công nghệ chế tạo transistor. Vào thời điểm này, gần như tất cả các linh kiện điện tử đều sử dụng germanium, vì việc điều chế các tinh thể germanium nguyên chất tương đối dễ dàng. So với transistor dùng germanium, transistor dùng silicon có những ưu điểm đáng kể. Về mặt lý thuyết, transistor dùng silicon có thể hoạt động ở nhiệt độ cao hơn, germanium tương đối hiếm còn silicon là một nguyên tố hoá học phổ biến. Tuy nhiên, silicon có nhược điểm là chỉ nóng chảy ở nhiệt độ rất cao, điều này làm cho việc tinh luyện và chế tác silicon khó khăn hơn.
Nhóm của Shockley đã tổ chức nghiên cứu vật liệu và phương pháp chế tác chúng. Họ đã mất rất nhiều thời gian cho chương trình nghiên cứu, vì lúc đó mới chỉ có hai nhà khoa học có kinh nghiệm trong lĩnh vực này. Trong khi nhóm nghiên cứu đang hoàn tất công nghệ sản xuất transistor silicon thì cách quản lí của Shockley đã dẫn đến nguy cơ làm tan rã nhóm. Làm việc với Shockley quả là một thử thách lớn. Ông nghi ngờ những thành viên trong nhóm chủ tâm cản trở dự án và ra lệnh cấm họ tiếp cận với một số công việc. Một số sự việc vặt vãnh không quan trọng cũng bị ông nhìn nhận như là những sai phạm và ông cố tình lên án. Shockley thấy cần phải kiểm tra những kết quả nghiên cứu với các đồng nghiệp cũ tại Bell Labs. Tình trạng này đã dẫn đến sự chia rẽ trong nhóm nghiên cứu và họ cảm thấy rất khó làm việc cùng nhau. Những thành viên được tuyển dụng đầu tiên đã thực sự rời bỏ phòng thí nghiệm. Để thiết lập lại tổ chức, một số người trong số họ đã đến gặp Arnold Beckman - người giữ quyền lãnh đạo đối với Shockley và người tài trợ ban đầu cho việc thành lập phòng thí nghiệm - để đề nghị ông chuyển Shockley từ vị trí quản lí trực tiếp sang làm cố vấn kĩ thuật. Nhưng yêu sách của họ bị từ chối. Sau khi không đạt được mục đích của mình, những thành viên này thấy cần phải làm việc ở nơi khác. Trong quá trình tìm kiếm, họ nhận thấy cần phải thành lập một công ty riêng để thực hiện các mục đích của chính Shockley là sản xuất transistor silicon thương mại - mục đích mà trong thời gian này Shockley đã bỏ qua để lao vào nghiên cứu chế tạo một thiết bị bán dẫn khác mà ông mới phát minh ra. Được Fairchild Camera và Instrument Corporation tài trợ, công ty mới này đã trở thành công ty mẹ của hàng chục công ty con ở Silicon Valley. Có thể nói gần như mọi thành công của các công ty này đều thuộc lĩnh vực công nghệ bán dẫn, bắt nguồn từ các công trình nghiên cứu của các nhà sáng lập Fairchild và Shockley Semiconductor Laboratory.
William Shockley qua đời ở tuổi 79 vì bệnh ung thư. Tuy không có chủ tâm nhưng Shockley đã góp phần vào việc phát triển nền công nghệ hấp dẫn và thành công trong lịch sử. Ông là người đi tiên phong trong việc tạo ra ngành công nghiệp chất bán dẫn có doanh thu đến 130 tỉ đôla hàng năm như ngày nay. Các silicon transistor nhỏ bé với nhiều đặc tính ưu việt, đặc biệt là tiêu hao rất ít năng lượng, đã nhanh chóng thay thế những chiếc đèn điện tử trong các thiết bị điện tử hiện đại, góp phần to lớn vào việc phát triển như vũ bão của khoa học kĩ thuật trong nửa sau của thế kỷ XX.