Walter Brattain tient une lame de rasoir, à Murray Hill, dans le New Jersey, le 16 décembre 1947. Devant lui, un petit triangle de plastique dont il a enveloppé la pointe d'une feuille d'or. D'un coup de lame, il fend l'or au sommet : deux contacts, séparés d'une fraction de millimètre. Un ressort presse le triangle contre un bloc de germanium. Brattain envoie un signal dans un contact. Il ressort par l'autre, plus fort. D'après son carnet, une quinzaine de fois plus fort en tension. Un morceau de cristal vient de faire le travail d'une lampe.
Le 23 décembre, les responsables de Bell Labs sont réunis dans la pièce. Un microphone est branché à l'entrée du montage, un haut-parleur à la sortie. Les hommes se passent le micro et chuchotent « Hello ». Le haut-parleur crie. Le lendemain, Brattain note dans son carnet :
On a réellement parlé à travers ce circuit, et en branchant et débranchant le dispositif, on entendait et on voyait sur l'oscilloscope un gain net du niveau de la voix, sans altération notable de la qualité.
Une lampe qui chauffe pour rien
Au moment où Brattain fend sa feuille d'or, amplifier un signal se fait depuis quarante ans dans un tube à vide, descendant de l'Audion de Lee de Forest (1906) : une ampoule de verre dont on a pompé l'air, un filament chauffé au rouge qui libère des électrons, une grille métallique qui règle leur passage. Une petite tension sur la grille commande un grand courant. Ça marche. Mais ça chauffe, ça consomme, ça se casse et ça grille. L'ENIAC, dévoilé près de deux ans plus tôt, en alignait 17 468, et il en claquait presque chaque jour.
Mervin Kelly, vice-président de Bell Labs, trouve ces tubes chers et peu fiables, et le réseau téléphonique en est plein. À la fin de la guerre, il monte un groupe de physique du solide pour leur trouver un remplaçant et en confie la direction à William Shockley, théoricien brillant, chef pénible. Shockley a une idée dès avril 1945 : commander le courant dans un semi-conducteur avec un champ électrique, comme la grille commande le tube. Il essaie. Rien ne se passe.
C'est John Bardeen, arrivé dans le groupe en octobre 1945, qui explique l'échec. En mars 1946, il montre que des électrons restent piégés à la surface du cristal et font écran : le champ n'entre pas. Bardeen calcule, Brattain monte. Les deux s'entendent bien, ce qui n'est pas donné à tout le groupe.
Cinq semaines sur un bloc de germanium
Le 17 novembre 1947, Brattain plonge son montage dans l'eau pour chasser la condensation, et l'effet mesuré bondit : le liquide neutralise les charges de surface. Pendant cinq semaines, Bardeen propose, Brattain construit. Un électrolyte sur du germanium donne, le 8 décembre, un gain d'environ 330, mais dans le mauvais sens. Le 12 décembre, en voulant rincer une couche d'oxyde, Brattain l'efface par erreur ; le contact d'or nu, posé à même le germanium, amplifie quand même, et à toutes les fréquences. Reste à rapprocher deux contacts autant que possible. D'où le triangle, la feuille d'or et la lame du 16 décembre.
Le signal entre par une pointe d'or et ressort, plus fort, par l'autre, parce que les charges injectées sous la première modifient ce qui circule sous la seconde. Une petite variation en commande une grande, comme dans le tube, mais sans vide, sans filament, sans chaleur, dans un solide qui ne s'use pas. Shockley, présent le 23 décembre, parle d'un « magnifique cadeau de Noël ». Il ne dit pas tout ce qu'il pense.
L'homme qui n'était pas dans la pièce
Shockley dirige le groupe, mais il n'a pas touché au montage. Pire : les avocats de Bell Labs, en préparant le brevet, découvrent que son idée de 1945, commander un semi-conducteur par un champ, figure déjà dans des brevets de Julius Lilienfeld déposés entre 1925 et 1928. Le brevet du transistor à pointes, déposé le 17 juin 1948, portera deux noms, Bardeen et Brattain. Pas le sien.
Il passe la nuit du 31 décembre 1947 seul dans une chambre d'hôtel à Chicago, où il est venu pour un congrès de physique, à noircir sept pages de notes. Il cherche autre chose : un amplificateur sans pointes, qu'on puisse produire en série. Le 23 janvier 1948, à sa table de cuisine, il tient le principe : un sandwich de trois couches de semi-conducteur, deux tranches qui ont trop d'électrons autour d'une tranche qui en manque. Le transistor à jonction. Il n'en dit rien au laboratoire pendant près d'un mois, de peur, peut-être, qu'on lui « prenne » encore ses idées. Quand, en février, une expérience de John Shive prouve que les charges traversent bien l'épaisseur du cristal, il se lève et expose son sandwich à toute l'équipe. Brevet déposé le 26 juin 1948. C'est celui-là, robuste et reproductible, que l'industrie produira. Le composant a été inventé deux fois en six semaines : la seconde fois par dépit, par celui qui avait manqué la première.
Un nom, une conférence de presse, la page 46
Il faut un nom. En mai 1948, Brattain croise dans un couloir John Pierce, ingénieur et, sous pseudonyme, auteur de science-fiction. Le tube a une transconductance, raisonne Pierce ; ce composant-là a une transrésistance ; et la maison vient de baptiser des varistors et des thermistors. « Transistor », propose-t-il. Le mot l'emporte au vote interne sur « triode à semi-conducteur », « triode à cristal » et « iotatron ». Une note technique du 28 mai 1948 lance ce vote.
Le 30 juin 1948, Bell Labs convoque la presse à son siège de New York. Ralph Bown fait écouter une voix amplifiée, un oscillateur qui démarre sans préchauffage, une radio dont les tubes ont été remplacés.
Il peut faire à peu près tout ce qu'un tube à vide sait faire, et quelques choses uniques qu'un tube à vide ne sait pas faire.
Le lendemain, le New York Times accorde à l'affaire quelques paragraphes en page 46, dans la rubrique « The News of Radio ». En France, deux physiciens allemands, Herbert Mataré et Heinrich Welker, obtiennent le même effet en juin 1948 ; leur « transistron » sera présenté à la presse en mai 1949, puis oublié.
Stockholm, puis Mountain View
Sur la photo que Bell Labs diffuse en 1948, Shockley est assis au microscope ; Bardeen et Brattain se tiennent debout derrière lui. La direction a décidé que le chef du groupe figurerait sur toutes les photos, brevet ou pas. Shockley écarte ensuite ses deux collègues de la suite des travaux. Bardeen part en 1951 pour l'université de l'Illinois, où il décrochera, pour la supraconductivité, un second Nobel de physique en 1972 : personne d'autre ne l'a obtenu deux fois.
En 1956, les trois hommes reçoivent ensemble, à Stockholm, le prix Nobel de physique « pour leurs recherches sur les semi-conducteurs et leur découverte de l'effet transistor ». Shockley, lui, a quitté Bell Labs et monté sa propre société à Mountain View, en Californie. Le 18 septembre 1957, huit de ses jeunes recrues, dont Gordon Moore et Robert Noyce, s'en vont fonder Fairchild Semiconductor. Shockley parlera de trahison. L'histoire parlera de Silicon Valley.
L'objet le plus fabriqué de l'histoire
Le transistor de Brattain tenait dans la main, et sa mécanique de pointes était trop délicate pour la grande série. Celui de Shockley se fabriquait en série. En 2014, l'analyste Jim Handy fait le calcul à partir des puces mémoire vendues, en supposant qu'elles contiennent environ la moitié de tous les transistors, et arrive à 2 900 milliards de milliards depuis 1947. En 2018, soixante et onze ans après l'invention, il porte son estimation à environ 13 000 milliards de milliards, un 13 suivi de vingt et un zéros : l'objet le plus produit de l'histoire humaine. En novembre 2022, le cabinet TechInsights prévoit que l'industrie en produira près de 2 000 milliards de milliards dans l'année, plus qu'au cours de toutes les années antérieures à 2017 réunies. Ces deux estimations, faites par deux cabinets différents, ne se recoupent pas : elles donnent un ordre de grandeur, pas un inventaire. La puce M2 Ultra qu'Apple présente le 5 juin 2023 en contient à elle seule 134 milliards.
Aucun d'eux ne ressemble à un triangle de plastique habillé d'or. Tous font ce que celui du 16 décembre 1947 faisait sous le ressort de Brattain : laisser un petit signal en commander un grand. Un murmure dans le micro. Un cri dans le haut-parleur. Le reste n'est qu'une affaire de nombre.