Współczesna technologia informacyjna nie istniałaby bez półprzewodników, których odkrycie blisko 200 lat temu, nie przyniosło od razu pełnego wyjaśnienia ich działania. Pierwszym naukowcem, który zauważył wpływ temperatury na zdolność przewodzącą był Humphry Davy w 1821 roku. Warto nadmienić, że ten utalentowany eksperymentator samouk w 1799 r. odkrył fizjologiczne działanie podtlenku azotu zwanego gazem rozweselającym. Prace nad wpływem temperatury na przewodnictwo kontynuował uczeń Davy’ego, Michael Faraday. Ten wybitny fizyk, który może nie był ultramaratończykiem ale jako piechur, pokonywał dystanse przekraczające 42 km 195 m. Udokumentowane jest pokonanie przez niego ponad 70 kilometrów w wieku 54 lat. Faraday podczas pracy badawczej zajął się nie tylko metalami jak Davy, ale interesowały go szczególnie substancje o naturze przeciwnej do przewodników. Od roku 1833 odkrywał kolejne substancje, w których podgrzewanie zwiększało przewodzenie prawie do takiego poziomu jak w metalach.
Trzeba było poczekać prawie sto lat od badań Davy’ego na głębsze zajęcie się zagadnieniem półprzewodnictwa. Dopiero na przełomie XIX i XX wieku badania nabrały większego tempa, bo wzrosło zainteresowanie tym zjawiskiem. Okazało się, że materiały te można wykorzystywać przy transmisji i odbioru fal radiowych. Do grona już zbadanych substancji dołączył selen, krzem i tlenek miedzi. W przypadku tych materiałów odkryto, że wykazują właściwości przewodzenia jednokierunkowego. Udoskonaliło to konstrukcję odbiorników radiowych. Określenie półprzewodnik (Halbleiter) wprowadził do nauki Johann Königsberg w 1911 roku. Dzięki jego badaniom została odkryta zależność przewodnictwa od temperatury. Uważał on mylnie, że przewodnictwo w tych materiałach bierze się z dysocjacji na elektrony i jony dodatnie.
Każdy przewodnik wraz ze wzrostem temperatury zwiększa swój opór elektryczny, w wyniku drgań sieci krystalicznej. Półprzewodniki wykazują natomiast wprost przeciwne właściwości. Ich opór maleje wraz ze zwiększaniem temperatury. Bardzo długo pokutowało mniemanie, że całe zjawisko spowodowane jest obecnością zanieczyszczeń a nie właściwościami samych materiałów. Problemem było uzyskanie czystych kryształów, które zweryfikowałyby ostatecznie niesłuszny pogląd. Kwestię tę rozwiązało dwóch panów William Pfann oraz Jan Czochralski. Metoda oczyszczania strefowego W. Pfanna powstała w latach 1950-1951 w laboratoriach Bella, natomiast nasz rodak już w 1916 r. przez powolne wyciąganie zarodka ze stopionej substancji krystalizował duże monokryształy. Metoda Czochralskiego spopularyzowała się dopiero w latach 50 XX wieku, gdy pojawiła się potrzeba masowej produkcji kryształów krzemu.
Warto w tym miejscu przybliżyć sylwetkę tak znamienitego wynalazcy. Urodził się w Kcyni w 1885 roku w wielodzietnej rodzinie. Ukończył Seminarium Nauczycielskie, ale nie dane mu było pracowanie w szkole, ponieważ niezadowolony z ocen maturalnych, zniszczył świadectwo. Brak tego dokumentu utrudniał karierę naukową lecz nie spowodował porzucenia swoich zainteresowań. Najpierw jako pracownik apteki w Krotoszynie a potem w Berlinie kontynuował samokształcenie. Jego samozaparcie i upór pozwoliło zdobyć tytuł inżyniera chemika około 1910 roku na Politechnice w Charlottenburgu.
Odkrycie metody krystalizacji nastąpiło w wyniku przypadkowego zanurzenia stalówki pióra w tyglu ze stopioną cyną zamiast w kałamarzu. W tamtych czasach to odkrycie nie miało jeszcze takiego znaczenia. Większą sławę i pieniądze przyniosło mu odkrycie bezcynowego stopu łożyskowego w roku 1924, który zrewolucjonizował przemysł kolejowy. Patent został zakupiony przez wiele krajów i do momentu wprowadzenia łożysk tocznych, łożyska ślizgowe stosowano powszechnie.
Po zakończeniu I wojny światowej Polska poszukiwała chętnych patriotów do stworzenia instytutów naukowych. Na zaproszenie Ignacego Mościckiego, również wybitnego chemika, w 1929 roku Czochralski obejmuje profesurę na Wydziale Chemii Politechniki Warszawskiej. Przyjmując tę posadę i wracając do rodzinnego kraju rezygnuje z wysokiego stanowiska w przemyśle niemieckim i odrzuca propozycję objęcia posady dyrektora w zakładach Forda. Osiada w Warszawie nie zapominając o rodzinnej Kcyni, gdzie buduje swoją letnią rezydencję. Współpracując z Ministerstwem Spraw Wojskowych współtworzy Instytut Badań Materiałów Uzbrojenia. Nadal kontynuuje badania krystalograficzne, które rozpoczął jeszcze podczas kariery naukowej w Niemczech. Wspomaga finansowo działalności literacką i artystyczną, wspiera młodych naukowców. Zawiść środowiska profesorskiego przyczynia się do procesu o zniesławienie, który wygrał Czochralski. Oskarżenia o służenie niemieckiej sprawie i szkodzenie interesom państwa polskiego zostały obalone jako bezpodstawne. Za sławnego wynalazcę zaręczali wysokiej rangi oficerowie wywiadu a nawet sam prezydent Mościcki. Jego pruskie korzenie i biegła znajomość środowiska niemieckiego była dobrym omenem i złym fatum. W czasie okupacji pomagał pracownikom Politechniki, ratował mienie uczelni i współpracował z AK. Niestety po wojnie został aresztowany pod zarzutem współpracy z najeźdźcą. Mimo uniewinnienia w sierpniu 1945 roku przez Specjalny Sąd Karny w Łodzi, represjom nie było końca. Nie mógł wrócić do pracy i unikając atmosfery wrogości wrócił do rodzinnej Kcyni. Nękany często przez Urząd Bezpieczeństwa, za współpracę z AK, próbował spokojnie żyć prowadząc niewielką fabryczkę „Bion”, która produkowała kosmetyki i chemikalia. Zmarł 22 kwietnia 1953 roku po jednej z brutalnych rewizji UB i pochowany nie mógł liczyć nawet na upamiętnienie nazwiskiem na grobie. Nie doczekał burzliwego rozwoju elektroniki półprzewodnikowej.
Mimo ogromnego wkładu w rozwój współczesnej elektrotechniki, docenienie naszego sławnego Polaka nastąpiło dość późno. Senat Politechniki Warszawskiej, dnia 29 czerwca 2011 roku, anulował uchwałę (z grudnia 1945 roku) wykluczającą Jana Czochralskiego z grona profesorów. Sejm Rzeczypospolitej Polskiej postanowił oddać hołd naszemu sławnemu naukowcowi, ogłaszając rok 2013 – rokiem Jana Czochralskiego. Na całym świecie profesor Czochralski jest do dnia dzisiejszego najbardziej znanym i cytowanym polskim wynalazcą. Pamiętajmy więc, że współczesna technologia zawdzięcza tak wiele właśnie takiemu skromnemu Polakowi.
Źródła:
Andrzej Kajetan Wróblewski „Historia fizyki”
Marek Bogucki „Wielcy zapomniani Polacy, którzy zmienili świat”
