William Bradford Shockley ist eine der widersprüchlichsten Figuren der Physikgeschichte. Er war Mitentdecker des Transistors, entwarf dessen massentaugliche Bauform und gründete die Firma, aus der das Silicon Valley hervorging. Für seine Forschung an Halbleitern erhielt er 1956 zusammen mit John Bardeen und Walter Brattain den Nobelpreis für Physik. In seinen späteren Jahren aber verbreitete er rassistische Thesen über Intelligenz und Vererbung, die ihm zu Recht breite Ablehnung einbrachten. Shockley wurde am 13. Februar 1910 in London als Sohn amerikanischer Eltern geboren und starb am 12. August 1989 in Stanford in Kalifornien.
Herkunft und Ausbildung
Shockleys Vater war Bergbauingenieur, seine Mutter arbeitete als Vermessungsingenieurin im Bergbau. Die Familie zog kurz nach seiner Geburt zurück in die USA, und Shockley wuchs in Palo Alto in Kalifornien auf, nur wenige Kilometer von dem Ort entfernt, an dem er später seine Firma gründete. Er studierte am California Institute of Technology und schloss 1932 ab. 1936 wurde er am Massachusetts Institute of Technology promoviert, mit einer Arbeit über die Bewegung von Elektronen in Kristallen. Im selben Jahr trat er in die Bell Telephone Laboratories ein.
Kriegsjahre und Rückkehr zu Bell Labs
Während des Zweiten Weltkriegs leitete Shockley eine Forschungsgruppe der US-Marine, die mit mathematischen und statistischen Methoden die U-Boot-Abwehr verbesserte. Diese Art der Forschung, die Operationsforschung, war damals neu. Später beriet er das Kriegsministerium. Nach dem Krieg übernahm er bei Bell Labs die Leitung einer Gruppe für Festkörperphysik. Ihr Auftrag: einen Verstärker aus Halbleitermaterial zu entwickeln, der die großen, störanfälligen und stromhungrigen Elektronenröhren ersetzen konnte.
Vom Feldeffekt zum Spitzentransistor
Shockley hatte bereits 1945 eine Idee: Mit einem elektrischen Feld, das von außen auf eine dünne Halbleiterschicht wirkt, müsste sich deren Leitfähigkeit steuern lassen. Ein kleines Steuersignal würde dann einen größeren Strom regeln. Doch das Experiment funktionierte nicht. Der Theoretiker John Bardeen fand die Erklärung: Elektronen, die an der Oberfläche des Halbleiters festgehalten werden, schirmen das äußere Feld ab.
Bardeen und der Experimentator Walter Brattain verfolgten daraufhin einen eigenen Ansatz. Im Dezember 1947 bauten sie den sogenannten Spitzentransistor, bei dem zwei eng benachbarte Goldkontakte auf einem Germaniumkristall sitzen. Shockley war an diesem Experiment nicht direkt beteiligt. Er empfand das als Kränkung und machte sich, wie er später selbst schilderte, mit großem Ehrgeiz daran, eine bessere Lösung zu finden.
Der Flächentransistor
Anfang 1948 entwarf Shockley den Flächentransistor, auf Englisch junction transistor. Er besteht aus drei aufeinanderliegenden Schichten eines Halbleiters, wobei die mittlere Schicht anders dotiert ist als die beiden äußeren. Dotieren heißt, gezielt Fremdatome einzubauen. Manche Fremdatome liefern zusätzliche bewegliche Elektronen, das ergibt n-leitendes Material. Andere erzeugen Lücken, sogenannte Löcher, die sich wie positive Ladungen bewegen, das ergibt p-leitendes Material.
Stellen Sie sich die drei Schichten als zwei Räume vor, die durch einen schmalen Flur verbunden sind. Ein kleiner Strom in den Flur, also in die mittlere Schicht, öffnet gewissermaßen die Türen, sodass ein viel größerer Strom von einem Raum in den anderen fließen kann. So entsteht Verstärkung. Shockley entwickelte dazu eine ausführliche Theorie, wie Elektronen und Löcher an den Grenzflächen zwischen p- und n-Schichten wandern. 1950 fasste er sein Wissen in dem Lehrbuch Electrons and Holes in Semiconductors zusammen, das eine Generation von Ingenieuren und Physikern prägte.
Der Flächentransistor war robuster und berechenbarer als der empfindliche Spitzentransistor. Ab 1951 ließ er sich herstellen, und er setzte sich rasch in der Industrie durch. In Transistorradios, Hörgeräten und den ersten transistorisierten Computern steckten im Wesentlichen Bauelemente nach seinem Prinzip. Das Verhältnis im Team aber war zerrüttet. Bardeen verließ Bell Labs 1951 und ging an die Universität von Illinois.
Die Diode als Grundbaustein
Ein zentraler Teil von Shockleys Theorie betraf den einfachen p-n-Übergang, also die Grenzfläche zwischen einer p-leitenden und einer n-leitenden Schicht. An dieser Grenze wandern einige Elektronen in die p-Seite und einige Löcher in die n-Seite und heben sich dort gegenseitig auf. Es entsteht eine dünne Zone fast ohne bewegliche Ladungsträger, die wie eine Sperre wirkt. Legt man eine Spannung in der einen Richtung an, wird die Sperre schmaler, und Strom fließt. In der anderen Richtung wird sie breiter, und praktisch kein Strom fließt. Ein solcher Übergang wirkt also wie ein Ventil für elektrischen Strom, eine Diode.
Shockley leitete eine Gleichung her, die beschreibt, wie der Strom durch eine solche Diode von der angelegten Spannung abhängt. Diese Shockley-Gleichung gehört bis heute zum Standardstoff jeder Elektronikausbildung. Sie gilt nicht nur für Transistoren, sondern auch für Solarzellen und Leuchtdioden, die ebenfalls auf p-n-Übergängen beruhen. In einer Solarzelle erzeugt Licht Elektronen und Löcher, die von der Sperrschicht getrennt werden und so einen Strom liefern. In einer Leuchtdiode läuft der Vorgang umgekehrt ab. Auch die theoretische Obergrenze für den Wirkungsgrad einfacher Solarzellen, die Shockley 1961 mit Hans-Joachim Queisser berechnete, trägt seinen Namen.
Der Nobelpreis 1956
Die Schwedische Akademie verlieh Shockley, Bardeen und Brattain 1956 den Physiknobelpreis für ihre Forschungen an Halbleitern und ihre Entdeckung des Transistoreffekts. Bei der Preisverleihung in Stockholm kamen die drei noch einmal zusammen. Heute arbeiten in jedem Computerchip Milliarden Transistoren, die zwar meist als Feldeffekttransistoren gebaut sind, also nach dem Prinzip, das Shockley ursprünglich verfolgt hatte, die aber ohne das Verständnis von Halbleiterübergängen nicht denkbar wären, zu dem er maßgeblich beigetragen hat.
Die Geburt des Silicon Valley
1955 verließ Shockley Bell Labs. Mit Unterstützung des Unternehmers Arnold Beckman gründete er 1956 das Shockley Semiconductor Laboratory in Mountain View, südlich von San Francisco. Er wollte dort Transistoren aus Silizium herstellen und gewann dafür hochbegabte junge Wissenschaftler. Doch sein Führungsstil erwies sich als schwierig. Er galt als misstrauisch und autoritär, ließ Mitarbeiter angeblich sogar Lügendetektortests machen und änderte häufig die Forschungsziele.
1957 verließen acht seiner wichtigsten Mitarbeiter die Firma, darunter Robert Noyce und Gordon Moore. Shockley nannte sie Verräter, in die Geschichte gingen sie als die verräterischen Acht ein. Sie gründeten Fairchild Semiconductor, wo Noyce wenig später einen der ersten integrierten Schaltkreise entwickelte. Aus Fairchild gingen in den folgenden Jahren zahlreiche weitere Firmen hervor, darunter Intel, das Noyce und Moore 1968 gründeten. Die Region wurde zum Silicon Valley. Shockleys eigene Firma dagegen hatte keinen wirtschaftlichen Erfolg und wurde mehrfach verkauft.
Rassistische Thesen
1963 wurde Shockley Professor für Ingenieurwissenschaften an der Stanford University. Ab Mitte der 1960er-Jahre wandte er sich zunehmend Fragen außerhalb seines Fachgebiets zu. Er behauptete, Unterschiede in Intelligenztests zwischen ethnischen Gruppen seien überwiegend erblich bedingt, und warnte vor einer genetischen Verschlechterung der Bevölkerung. Er schlug sogar vor, Menschen mit niedrigem Intelligenzquotienten für eine freiwillige Sterilisation zu bezahlen. Fachleute aus Genetik, Psychologie und Sozialwissenschaften widersprachen ihm entschieden, seine Thesen hielten wissenschaftlicher Prüfung nicht stand. Seine Auftritte an Universitäten lösten Proteste aus. 1982 kandidierte er erfolglos in den Vorwahlen der Republikaner für einen Sitz im US-Senat.
Diese Jahre beschädigten seinen Ruf nachhaltig. Viele frühere Kollegen distanzierten sich von ihm. Er starb am 12. August 1989 im Alter von 79 Jahren in Stanford an Prostatakrebs, weitgehend isoliert.
Was bleibt
Shockleys physikalische Leistung ist unbestritten. Seine Theorie der Halbleiterübergänge und der Flächentransistor gehören zu den Grundlagen der Elektronik, und ohne seine Firmengründung hätte sich das Silicon Valley vielleicht anders entwickelt. Zugleich steht sein Leben als Mahnung dafür, dass wissenschaftliche Brillanz auf einem Gebiet keine Kompetenz auf anderen Gebieten verleiht und nicht vor Vorurteilen schützt.
Stand: 29.10.2026