William Shockley

Fiche rapide

• Nom : William Bradford Shockley
• Naissance : 13 février 1910, Londres
• Décès : 12 août 1989, Palo Alto, Californie
• Nationalité : américaine
• Formation : California Institute of Technology puis MIT
• Domaine : physique du solide et semi-conducteurs
• Bell Laboratories : à partir de 1936
• Contribution majeure : théorie et conception du transistor à jonction
• Entreprise : Shockley Semiconductor Laboratory
• Distinction : prix Nobel de physique 1956 avec John Bardeen et Walter Brattain

De Caltech aux Bell Laboratories

William Bradford Shockley naît à Londres le 13 février 1910 de parents américains. Sa famille revient aux États-Unis en 1913 et s’installe en Californie, dans la région de Palo Alto.

Il étudie la physique au California Institute of Technology, puis rejoint le MIT. En 1936, il obtient son doctorat avec une thèse consacrée à la structure électronique des solides.

La même année, il entre aux Bell Telephone Laboratories. Bell Labs cherche alors des solutions capables d’améliorer ou de remplacer les tubes à vide, indispensables à l’électronique mais encombrants, énergivores et difficiles à miniaturiser.

Shockley s’intéresse très tôt aux semi-conducteurs. Il imagine notamment qu’un champ électrique pourrait contrôler le passage du courant dans un matériau solide. Ses premiers essais échouent, mais le problème reste au cœur de ses recherches.

Pendant la Seconde Guerre mondiale, il travaille également sur la recherche opérationnelle appliquée aux opérations militaires. Ses travaux lui valent la Medal for Merit en 1946.

1947 : le transistor et les premières tensions

Après la guerre, Shockley dirige aux Bell Labs une équipe consacrée aux semi-conducteurs. Deux chercheurs y jouent un rôle déterminant : John Bardeen, théoricien, et Walter Brattain, expérimentateur.

Bardeen comprend qu’un phénomène de charges électriques à la surface du semi-conducteur empêche le dispositif imaginé par Shockley de fonctionner correctement. Avec Brattain, il explore alors une autre solution.

Le 16 décembre 1947, les deux hommes obtiennent une amplification électrique avec un cristal de germanium et deux contacts métalliques extrêmement rapprochés. Quelques jours plus tard, le dispositif est présenté aux responsables de Bell Labs.

Le premier transistor à pointes de contact fonctionne.

Shockley dirige l’équipe, mais il n’a pas construit ce transistor. Cette situation crée rapidement des tensions. Il estime que ses recherches antérieures ont préparé la découverte et souhaite que son rôle soit reconnu dans les brevets.

Cependant, les juristes de Bell Labs constatent que certaines de ses idées sur un transistor commandé par champ électrique se rapprochent de travaux déjà brevetés par Julius Edgar Lilienfeld. Bell Labs protège donc séparément le transistor à pointes de contact réalisé par Bardeen et Brattain.

Le conflit est réel, mais il ne faut pas en faire une caricature : Shockley reconnaîtra lui-même que le premier transistor fonctionnel est bien l’œuvre de Bardeen et Brattain.

1948 : Shockley conçoit le transistor à jonction

La réaction de Shockley est également scientifique. Après la découverte de décembre 1947, il se plonge dans plusieurs semaines de travail théorique intensif.

Le 23 janvier 1948, il établit le principe d’un transistor formé de régions de semi-conducteur séparées par deux jonctions P-N : le transistor à jonction.

Cette architecture diffère profondément du transistor à pointes de contact. Elle repose sur la structure même du matériau et ouvre la voie à des composants plus reproductibles et mieux adaptés à la fabrication industrielle.

Shockley dépose une demande de brevet le 26 juin 1948. Toutefois, la théorie précède encore la fabrication pratique : il faut perfectionner la production de cristaux de germanium suffisamment purs avant d’obtenir des transistors à jonction performants au début des années 1950.

En 1950, Shockley publie également Electrons and Holes in Semiconductors, qui devient une référence importante pour la physique des semi-conducteurs.

Sa contribution est donc essentielle : il n’est pas l’inventeur du premier transistor fonctionnel, mais il joue un rôle majeur dans la compréhension théorique du transistor et dans le développement d’une architecture promise à un immense avenir industriel.

1956 : trois hommes pour un prix Nobel

En 1956, William Shockley, John Bardeen et Walter Brattain reçoivent conjointement le prix Nobel de physique pour leurs recherches sur les semi-conducteurs et la découverte de l’effet transistor.

Le prix réunit ainsi trois contributions différentes mais complémentaires : Bardeen apporte notamment l’explication théorique des phénomènes de surface, Brattain réalise avec lui le premier transistor fonctionnel, tandis que Shockley dirige les recherches puis développe la théorie et le transistor à jonction.

À cette date, le transistor commence déjà à transformer l’électronique et prépare le passage vers le circuit intégré.

Shockley Semiconductor : une équipe exceptionnelle, un dirigeant difficile

Au milieu des années 1950, Shockley quitte Bell Labs. Avec le soutien financier de l’industriel Arnold Beckman, il crée le Shockley Semiconductor Laboratory à Mountain View, en Californie.

Pour constituer son équipe, il recrute de jeunes scientifiques particulièrement prometteurs. Parmi eux figurent Robert Noyce, Gordon Moore, Jean Hoerni, Jay Last, Eugene Kleiner, Julius Blank, Victor Grinich et Sheldon Roberts.

Son instinct de recruteur est remarquable. En revanche, son management l’est beaucoup moins.

Shockley contrôle étroitement les projets, supporte mal la contradiction et se montre de plus en plus méfiant. Il privilégie notamment un composant complexe à quatre couches, alors qu’une partie de son équipe souhaite développer rapidement des transistors au silicium commercialisables.

Sa méfiance atteint parfois des niveaux étonnants. Lorsqu’une employée se blesse légèrement avec un objet pointu, Shockley soupçonne un acte malveillant et envisage des tests au détecteur de mensonges pour identifier un responsable. L’objet se révèle finalement être le fragment banal d’une punaise cassée.

Pour plusieurs chercheurs, cet épisode confirme que la situation est devenue intenable.

1957 : les « huit traîtres » et la naissance de Fairchild

En 1957, huit chercheurs tentent d’obtenir d’Arnold Beckman qu’il retire à Shockley la direction quotidienne du laboratoire. La tentative échoue.

Ils quittent alors l’entreprise : Julius Blank, Victor Grinich, Jean Hoerni, Eugene Kleiner, Jay Last, Gordon Moore, Robert Noyce et Sheldon Roberts.

Shockley considère leur départ comme une trahison. L’expression « Traitorous Eight », les « huit traîtres », restera attachée au groupe.

Pourtant, cette rupture va devenir l’un des événements fondateurs de l’industrie électronique américaine.

Les huit hommes créent Fairchild Semiconductor. Jean Hoerni y développe le procédé planaire, tandis que Robert Noyce comprend comment utiliser cette technique pour fabriquer les interconnexions directement sur la puce.

Ces travaux jouent un rôle essentiel dans l’histoire du circuit intégré.

Fairchild devient ensuite le point de départ de nombreuses entreprises. En 1968, Gordon Moore et Robert Noyce quittent Fairchild pour créer Intel. D’autres anciens de l’entreprise participent au développement d’AMD et de nombreuses sociétés de semi-conducteurs.

Quelques années plus tard, Federico Faggin travaille lui aussi chez Fairchild avant de rejoindre Intel et de participer au développement du microprocesseur.

Le paradoxe est frappant : Shockley Semiconductor échoue comme entreprise, mais l’équipe que Shockley avait réunie contribue directement à la naissance de Silicon Valley.

De Stanford à l’eugénisme

Shockley rejoint ensuite Stanford University, où il devient professeur en 1963. Toutefois, ses centres d’intérêt s’éloignent progressivement de la physique des semi-conducteurs.

À partir des années 1960, il s’intéresse de plus en plus à l’intelligence, à l’hérédité et à la démographie. Il défend l’idée que les personnes qu’il considère comme les moins intelligentes auraient davantage d’enfants et que ce phénomène provoquerait une dégradation progressive des capacités intellectuelles de la population.

Ses prises de position deviennent également explicitement raciales. Shockley affirme notamment qu’une partie des différences moyennes observées dans certains tests de QI entre populations noires et blanches américaines aurait une origine génétique importante.

Il va plus loin en défendant des mesures eugénistes, notamment des incitations financières à la stérilisation volontaire de personnes qu’il juge génétiquement défavorisées.

Au début des années 1980, il reconnaît également avoir donné son sperme au Repository for Germinal Choice, une banque créée par Robert Klark Graham dans l’espoir de favoriser la naissance d’enfants issus d’hommes considérés comme particulièrement intelligents.

Un héritage à deux visages

William Shockley reste une figure impossible à réduire à une seule dimension.

Sur le plan scientifique, sa contribution est majeure. Ses travaux sur la physique des semi-conducteurs et le transistor à jonction participent directement à l’essor de l’électronique moderne.

Son laboratoire californien joue également un rôle historique inattendu. En recrutant les hommes qui créeront ensuite Fairchild Semiconductor, Shockley contribue indirectement à former l’un des principaux noyaux industriels de la future Silicon Valley.

Mais ces réussites ne masquent pas ses échecs humains et managériaux. Elles n’effacent surtout pas les campagnes eugénistes et les affirmations raciales qu’il défend pendant les dernières décennies de sa vie.

Lorsqu’il meurt à Palo Alto le 12 août 1989, son héritage reste donc profondément contrasté : un physicien majeur du XXe siècle, un recruteur visionnaire, un dirigeant défaillant et un scientifique qui utilisa finalement son prestige pour défendre des idées largement étrangères à son domaine d’expertise et scientifiquement très contestées.

Repères chronologiques

• 13 février 1910 : naissance de William Bradford Shockley à Londres.
• 1936 : doctorat au MIT et entrée aux Bell Laboratories.
• 1947 : Bardeen et Brattain réalisent le premier transistor fonctionnel dans l’équipe dirigée par Shockley.
• 23 janvier 1948 : Shockley conçoit le principe du transistor à jonction.
• 26 juin 1948 : dépôt de sa demande de brevet.
• 1950 : publication de Electrons and Holes in Semiconductors.
• 1956 : prix Nobel de physique avec John Bardeen et Walter Brattain.
• 1956 : développement de Shockley Semiconductor Laboratory en Californie.
• 1957 : départ des « Traitorous Eight » et création de Fairchild Semiconductor.
• 1963 : Shockley devient professeur à Stanford.
• Années 1960-1980 : prises de position publiques en faveur de l’eugénisme et sur l’intelligence et l’hérédité.
• 12 août 1989 : mort de William Shockley à Palo Alto.

Sources et références

• Nobel Foundation, biographie de William B. Shockley et prix Nobel de physique 1956.
• Computer History Museum, The Silicon Engine, histoire du transistor, de Shockley Semiconductor et des « Traitorous Eight ».
• John L. Moll, William Bradford Shockley, February 13, 1910—August 12, 1989, National Academy of Sciences.
• Michael Riordan et Lillian Hoddeson, Crystal Fire: The Birth of the Information Age.
• Joel N. Shurkin, Broken Genius: The Rise and Fall of William Shockley.
• Stanford Eugenics History Project, documents consacrés aux activités eugénistes de William Shockley.
• National Human Genome Research Institute, documents sur l’eugénisme, le racisme scientifique et les catégories raciales en génétique.