William Shockley- William Shockley

William Shockley
William Shockley, Stanford University.jpg
Geboren
William Bradford Shockley Jr.

( 1910-02-13 )13. Februar 1910
London , England , Großbritannien
Ist gestorben 12. August 1989 (1989-08-12)(79 Jahre)
Staatsangehörigkeit amerikanisch
Alma Mater
Bekannt für
Auszeichnungen
Wissenschaftlicher Werdegang
Institutionen
Doktoratsberater John C. Slater

William Bradford Shockley Jr. (13. Februar 1910 - 12. August 1989) war ein US-amerikanischer Physiker und Erfinder. Er war Leiter einer Forschungsgruppe bei Bell Labs , zu der auch John Bardeen und Walter Brattain gehörten . Gemeinsam erhielten die drei Wissenschaftler 1956 den Nobelpreis für Physik für „ihre Forschungen zu Halbleitern und ihre Entdeckung des Transistoreffekts “.

Teilweise als Ergebnis von Shockleys Versuchen, ein neues Transistordesign in den 1950er und 1960er Jahren zu kommerzialisieren, wurde das kalifornische „ Silicon Valley “ zu einer Brutstätte elektronischer Innovationen. In seinem späteren Leben, als Professor für Elektrotechnik an der Stanford University , wurde Shockley ein Befürworter der Eugenik . Eine Studie aus dem Jahr 2019 in der Zeitschrift Intelligence ergab, dass er unter 55 erfassten Personen der am zweithäufigsten umstrittene (hinter Arthur Jensen ) Geheimdienstforscher war.

Frühes Leben und Ausbildung

Shockley wurde am 13. Februar 1910 als Sohn amerikanischer Eltern in London geboren und wuchs im Alter von drei Jahren in der Heimatstadt seiner Familie in Palo Alto in Kalifornien auf. Sein Vater, William Hillman Shockley, war ein Bergbauingenieur, der seinen Lebensunterhalt in Minen spekulierte und acht Sprachen sprach. Seine Mutter May (geborene Bradford) wuchs im amerikanischen Westen auf, absolvierte die Stanford University und wurde die erste stellvertretende US-Bergbauvermesserin. Shockley wurde bis zum Alter von acht Jahren zu Hause unterrichtet, da seine Eltern öffentliche Schulen nicht mochten und Shockleys Angewohnheit gewalttätiger Wutanfälle hatte. Er verbrachte zwei Jahre an der Palo Alto Military Academy, schrieb sich dann kurz für ein Physikstudium an der Los Angeles Coaching School ein und machte 1927 seinen Abschluss an der Hollywood High School .

Shockley erwarb 1932 seinen Bachelor of Science am Caltech und promovierte 1936 am MIT . Der Titel seiner Doktorarbeit lautete Electronic Bands in Sodium Chloride , ein Thema, das von seinem Doktorvater John C. Slater vorgeschlagen wurde . Nach seiner Promotion trat Shockley einer Forschungsgruppe unter der Leitung von Clinton Davisson an den Bell Labs in New Jersey bei. Die nächsten Jahre waren für Shockley produktiv. In Physical Review veröffentlichte er eine Reihe grundlegender Arbeiten zur Festkörperphysik . 1938 erhielt er sein erstes Patent, "Electron Discharge Device", auf Elektronenvervielfacher .

Karriere

Shockley war einer der ersten Mitarbeiter von Bell Labs von Mervin Kelly , der 1936 Forschungsdirektor des Unternehmens wurde und sich auf die Einstellung von Festkörperphysikern konzentrierte . Führungskräfte der Bell Labs hatten die Theorie aufgestellt, dass Halbleiter Festkörperalternativen zu den Vakuumröhren bieten könnten , die in Bells landesweitem Telefonsystem verwendet werden. Shockley konzipierte eine Reihe von Designs auf der Grundlage von Kupferoxid-Halbleitermaterialien und versuchte 1939 mit Walter Brattain erfolglos, einen Prototyp zu erstellen.

Als der Zweite Weltkrieg ausbrach, wurden Shockleys bisherige Forschungen unterbrochen und er engagierte sich in der Radarforschung in Manhattan ( New York City ). Im Mai 1942 verabschiedete er sich von Bell Labs, um Forschungsdirektor bei der Anti-Submarine Warfare Operations Group der Columbia University zu werden . Dies beinhaltete Entwicklung von Methoden für die Taktik von U - Booten mit verbesserter Bekämpfung convoying Techniken, die Optimierung der Wasserbombe Mustern und so weiter. Dieses Projekt erforderte häufige Reisen ins Pentagon und nach Washington, wo Shockley viele hochrangige Offiziere und Regierungsbeamte traf.

1944 organisierte er ein Schulungsprogramm für B-29- Bomberpiloten, um neue Radarbombenvisiere zu verwenden. Ende 1944 unternahm er eine dreimonatige Tour zu Stützpunkten auf der ganzen Welt, um die Ergebnisse zu beurteilen. Für dieses Projekt verlieh Kriegsminister Robert Patterson Shockley am 17. Oktober 1946 die Medal for Merit .

Im Juli 1945 forderte das Kriegsministerium Shockley auf, einen Bericht über die Frage wahrscheinlicher Verluste bei einer Invasion des japanischen Festlandes zu erstellen. Shockley schloss:

Wenn die Studie zeigt, dass das Verhalten der Nationen in allen historischen Fällen, die mit Japan vergleichbar sind, tatsächlich immer mit dem Verhalten der Truppen im Kampf übereinstimmt, dann bedeutet dies, dass die japanischen Toten und Ineffektiven zum Zeitpunkt der Niederlage die entsprechenden Werte überschreiten werden Nummer für die Deutschen. Mit anderen Worten, wir werden wahrscheinlich mindestens 5 bis 10 Millionen Japaner töten müssen. Dies könnte uns zwischen 1,7 und 4 Millionen Opfer kosten, darunter 400.000 bis 800.000 Tote.

Dieser Bericht beeinflusste die Entscheidung der Vereinigten Staaten, Atombomben auf Hiroshima und Nagasaki abzuwerfen, was die bedingungslose Kapitulation Japans auslöste.

Shockley war der erste Physiker, der eine logarithmische Normalverteilung vorschlug , um den Entstehungsprozess für wissenschaftliche Forschungsarbeiten zu modellieren.

Entwicklung des Transistors

Kurz nach Kriegsende 1945 gründeten Bell Labs eine Gruppe für Festkörperphysik unter der Leitung von Shockley und dem Chemiker Stanley Morgan, zu der John Bardeen , Walter Brattain , der Physiker Gerald Pearson , der Chemiker Robert Gibney, der Elektronikexperte Hilbert Moore und mehrere Techniker gehörten . Ihre Aufgabe war es, eine Solid-State-Alternative zu zerbrechlichen Glas- Vakuumröhrenverstärkern zu suchen . Seine ersten Versuche basierten auf Shockleys Ideen, ein externes elektrisches Feld an einem Halbleiter zu verwenden, um seine Leitfähigkeit zu beeinflussen. Diese Experimente scheiterten jedes Mal in allen möglichen Konfigurationen und Materialien. Die Gruppe stand still, bis Bardeen eine Theorie vorschlug, die Oberflächenzustände hervorrief , die das Feld daran hinderten, den Halbleiter zu durchdringen. Die Gruppe änderte ihren Fokus, um diese Oberflächenzustände zu untersuchen, und sie trafen sich fast täglich, um die Arbeit zu diskutieren. Das Verhältnis der Gruppe war ausgezeichnet, und Ideen wurden frei ausgetauscht.

Im Winter 1946 hatten sie genügend Ergebnisse, so dass Bardeen dem Physical Review eine Arbeit über die Oberflächenzustände vorlegte . Brattain begann Experimente, um die Oberflächenzustände durch Beobachtungen zu untersuchen, die er machte, während er ein helles Licht auf die Oberfläche des Halbleiters richtete. Dies führte zu mehreren weiteren Veröffentlichungen (eine davon gemeinsam mit Shockley verfasst), die die Dichte der Oberflächenzustände als mehr als ausreichend schätzten, um ihre fehlgeschlagenen Experimente zu erklären. Das Tempo der Arbeit nahm deutlich zu, als sie anfingen, Punktkontakte zwischen dem Halbleiter und den leitenden Drähten mit Elektrolyten zu umgeben . Moore baute eine Schaltung, die es ihnen ermöglichte, die Frequenz des Eingangssignals leicht zu variieren. Schließlich begannen sie, einige Hinweise auf eine Leistungsverstärkung zu erhalten, als Pearson, einem Vorschlag von Shockley folgend, eine Spannung an ein Tröpfchen Glykolborat anlegte, das über einen P-n-Übergang gelegt wurde .

John Bardeen, William Shockley und Walter Brattain bei Bell Labs , 1948

Die Anwälte von Bell Labs entdeckten bald, dass das Feldeffektprinzip von Shockley vorhergesehen und darauf basierende Geräte 1930 von Julius Lilienfeld patentiert wurden , der sein MESFET- ähnliches Patent am 22. Oktober 1925 in Kanada einreichte . Obwohl das Patent "zerbrechlich" erschien (es könnte nicht funktionieren) stützten die Patentanwälte eine ihrer vier Patentanmeldungen ausschließlich auf das Bardeen-Brattain-Punktkontaktdesign. Drei andere (zuerst eingereicht) befassten sich mit den elektrolytbasierten Transistoren mit Bardeen, Gibney und Brattain als Erfindern.

Shockleys Name stand auf keiner dieser Patentanmeldungen. Dies verärgerte Shockley, der dachte, sein Name sollte auch auf den Patenten stehen, weil die Arbeit auf seiner Feldeffektidee beruhte. Er bemühte sich sogar, das Patent nur in seinem Namen schreiben zu lassen, und teilte Bardeen und Brattain seine Absichten mit.

Shockley, verärgert darüber, nicht in die Patentanmeldungen aufgenommen worden zu sein, setzte heimlich seine eigenen Arbeiten fort, um eine andere Art von Transistor zu bauen, die auf Übergängen statt auf Punktkontakten basiert; er erwartete, dass diese Art von Design mit größerer Wahrscheinlichkeit kommerziell rentabel sein würde. Der Punktkontakttransistor, so glaubte er, würde sich als zerbrechlich und schwer herzustellen erweisen. Shockley war auch mit bestimmten Teilen der Erklärung für die Funktionsweise des Punktkontakttransistors und der Möglichkeit der Minoritätsträgerinjektion unzufrieden .

Am 13. Februar 1948 baute ein anderes Teammitglied, John N. Shive , einen Punktkontakttransistor mit Bronzekontakten auf der Vorder- und Rückseite eines dünnen Germaniumkeils und bewies, dass Löcher durch das Germanium und nicht nur entlang der Oberfläche diffundieren können, wie bisher angenommen . Shives Erfindung löste Shockleys Erfindung des Sperrschichttransistors aus. Wenige Monate später erfand er einen völlig neuen, wesentlich robusteren Transistortyp mit Schicht- oder „Sandwich“-Struktur. Diese Struktur wurde bis in die 1960er Jahre für die überwiegende Mehrheit aller Transistoren verwendet und entwickelte sich zum Bipolartransistor. Shockley gab später zu, dass die Arbeitsweise des Teams eine „Mischung aus Kooperation und Wettbewerb“ war. Er gab auch zu, dass er einige seiner eigenen Arbeiten geheim hielt, bis seine "Hand" durch Shives Vorstoß von 1948 gezwungen wurde. Shockley erarbeitete eine ziemlich vollständige Beschreibung dessen, was er den "Sandwich"-Transistor nannte, und ein erster Grundsatzbeweis wurde am 7. April 1949 erzielt.

Inzwischen arbeitete Shockley auf seinem Hauptwerk , Elektronen und Löchern in Halbleitern , die als 558-seitige Abhandlung veröffentlicht wurden 1950 tome Shockley kritische Ideen von Drift und Diffusion und die Differentialgleichungen enthielten, die den Fluss von Elektronen in Festkörperkristallen regieren . Die Diodengleichung von Shockley wird ebenfalls beschrieben. Diese bahnbrechende Arbeit wurde zum Referenztext für andere Wissenschaftler, die an der Entwicklung und Verbesserung neuer Varianten des Transistors und anderer auf Halbleitern basierender Bauelemente arbeiten.

Dies führte zu seiner Erfindung des bipolaren „ Junction-Transistors “, die auf einer Pressekonferenz am 4. Juli 1951 angekündigt wurde.

1951 wurde er in die National Academy of Sciences (NAS) gewählt. Er war einundvierzig Jahre alt; das war ziemlich jung für eine solche Wahl. Zwei Jahre später wurde er von der NAS mit dem renommierten Comstock Prize for Physics ausgezeichnet und erhielt viele andere Auszeichnungen und Ehrungen.

Die durch die "Erfindung des Transistors" erzeugte Publizität drängte Shockley oft in den Vordergrund, sehr zum Leidwesen von Bardeen und Brattain. Das Management von Bell Labs stellte jedoch alle drei Erfinder konsequent als Team vor. Obwohl Shockley die Aufzeichnungen korrigieren würde, in denen Reporter ihm die Erfindung allein zuschrieben, verärgerte und entfremdete er Bardeen und Brattain schließlich und blockierte die beiden im Wesentlichen daran, an dem Sperrschichttransistor zu arbeiten. Bardeen begann eine Theorie der Supraleitung zu verfolgen und verließ Bell Labs 1951. Brattain weigerte sich, weiter mit Shockley zusammenzuarbeiten und wurde einer anderen Gruppe zugeteilt. Weder Bardeen noch Brattain hatten über das erste Jahr nach seiner Erfindung hinaus viel mit der Entwicklung des Transistors zu tun.

Shockley Semiconductor

1956 zog Shockley von New Jersey nach Mountain View, Kalifornien , um das Shockley Semiconductor Laboratory zu gründen , um näher bei seiner kranken und älteren Mutter in Palo Alto, Kalifornien, zu leben. Das Unternehmen, ein Geschäftsbereich von Beckman Instruments , Inc., war die erste Einrichtung im Silicon Valley , die sich mit Silizium-Halbleiterbauelementen beschäftigte .

Nachdem er 1956 den Nobelpreis erhalten hatte, änderte sich sein Verhalten, was sich in seinem zunehmend autokratischen, unberechenbaren und schwer zu gefallenden Führungsstil zeigte. Shockley wurde zunehmend dominant und paranoid. In einem bekannten Vorfall forderte er Lügendetektortests , um den "Täter" zu finden, nachdem ein Firmensekretär eine kleine Kürzung erlitten hatte. Ende 1957 traten acht von Shockleys Forschern, die später als die „ verräterischen Acht “ bekannt wurden, zurück, nachdem Shockley beschlossen hatte, die Forschung an Halbleitern auf Siliziumbasis nicht fortzusetzen. Sie gründeten Fairchild Semiconductor , ein Verlust, von dem sich Shockley Semiconductor nie erholte und der drei Jahre später zum Kauf durch ein anderes Unternehmen führte. Im Laufe der nächsten 20 Jahre würden am Ende mehr als 65 neue Unternehmen Mitarbeiterverbindungen zu Fairchild haben.

Eine Gruppe von etwa dreißig Kollegen, die sich seit 1956 immer wieder getroffen hatten, trafen sich 2002 in Stanford erneut, um an ihre Zeit mit Shockley und seine zentrale Rolle bei der Auslösung der Revolution der Informationstechnologie zu erinnern. Der Organisator der Gruppe sagte: "Shockley ist der Mann, der Silizium ins Silicon Valley gebracht hat."

Ansichten zu Rasse und Eugenik

Nachdem Shockley seine Rolle als Direktor von Shockley Semiconductor aufgegeben hatte, wechselte er an die Stanford University, wo er 1963 zum Alexander M. Poniatoff Professor of Engineering and Applied Science ernannt wurde, in dem er bis zu seiner Emeritierung als Professor 1975 im Jahr 1975 blieb Position interessierte sich Shockley für Fragen der Rasse , der menschlichen Intelligenz und der Eugenik . Er hielt diese Arbeit für wichtig für die genetische Zukunft der menschlichen Spezies und bezeichnete sie als die wichtigste Arbeit seiner Karriere. Shockley argumentierte, dass eine höhere Reproduktionsrate bei den weniger Intelligenten eine dysgene Wirkung habe und dass ein Rückgang der durchschnittlichen Intelligenz letztendlich zu einem Rückgang der Zivilisation führen würde . Er behauptete auch, dass Schwarze auf intellektueller Ebene den Weißen genetisch unterlegen seien. Zum Beispiel in einer Debatte mit der Psychiaterin Frances Cress Welsing MD und auf Firing Line mit William F. Buckley Jr .:

Meine Forschung führt mich unweigerlich zu der Meinung, dass die Hauptursache für die intellektuellen und sozialen Defizite des amerikanischen Negers erblich und rassisch genetisch bedingt ist und daher nicht in hohem Maße durch praktische Verbesserungen der Umwelt behoben werden kann.

Shockleys Schriften und Vorträge zu diesem Thema basierten teilweise auf den Schriften des Psychologen Cyril Burt und wurden vom Pioneer Fund finanziert . Shockley schlug auch vor, dass Personen mit einem IQ unter 100 für eine freiwillige Sterilisation bezahlt werden . Der Anthropologe Roger Pearson verteidigte Shockley in einem gemeinsam mit Shockley verfassten Buch. Edgar G. Epps, Professor an der University of Wisconsin-Milwaukee, argumentierte, dass "William Shockleys Position sich für rassistische Interpretationen eignet".

1981 reichte Shockley in Atlanta eine Verleumdungsklage gegen die Verfassung von Atlanta ein, nachdem ein Wissenschaftsautor, Roger Witherspoon, Shockleys Befürwortung eines freiwilligen Sterilisationsprogramms mit Nazi-Menschenversuchen verglichen hatte . Es dauerte drei Jahre, bis die Klage vor Gericht stand. Shockley gewann die Klage, erhielt aber nur einen Dollar Schadensersatz und keinen Strafschadensersatz. Shockleys Biograf Joel Shurkin, ein Wissenschaftsautor an der Stanford University in diesen Jahren, fasst dies so zusammen, dass die Aussage diffamierend war, aber Shockleys Ruf war nicht viel wert, als der Prozess zu einem Urteil kam. Shockley nahm seine Telefongespräche mit Reportern auf und schickte ihnen dann die Abschrift per Einschreiben. Irgendwann spielte er mit dem Gedanken, sie dazu zu bringen, ein einfaches Quiz über seine Arbeit zu machen, bevor sie das Thema mit ihnen besprachen. Seine Gewohnheit, alle seine Papiere (einschließlich Wäschelisten) aufzubewahren, bietet den Forschern eine Fülle von Dokumenten über sein Leben.

Shockley war ein Kandidat für die republikanische Nominierung bei der US-Senatswahl 1982 in Kalifornien . Er lief auf einer Single-Thema-Plattform, um die "dysgene Bedrohung" einiger Rassengruppen, darunter Afroamerikaner, für die amerikanische Gesellschaft hervorzuheben. Er belegte in der Vorwahl den achten Platz mit 8.308 Stimmen und 0,37 % der Stimmen.

Persönliches Leben

Im Alter von 23 Jahren und noch während des Studiums heiratete Shockley im August 1933 Jean Bailey. Das Paar hatte zwei Söhne und eine Tochter. Obwohl einer seiner Söhne an der Stanford University promovierte und seine Tochter einen Abschluss am Radcliffe College machte, glaubte Shockley, dass seine Kinder „eine sehr bedeutende Regression darstellen … meine erste Frau – ihre Mutter – hatte nicht so hohe akademische Leistungen wie ich hatte."

Shockley wurde ein versierter Kletterer und ging oft zu den Shawangunks im Hudson River Valley . Er war Pionier einer Route über einen Überhang, bekannt als "Shockley's Ceiling", die bis heute eine der klassischen Kletterrouten in der Gegend ist. Mehrere Kletterführer änderten den Namen der Route im Jahr 2020 aufgrund von Kontroversen im Zusammenhang mit Shockleys Eugenik-Forschung in "The Ceiling". Shockley war als Redner, Dozent und Amateurmagier beliebt. Am Ende seiner Ansprache vor der American Physical Society hat er einmal "auf magische Weise" einen Rosenstrauß hervorgebracht . Er war in seinen frühen Jahren auch für seine ausgefeilten Scherze bekannt.

Shockley spendete Sperma an das Repository für Germinal Choice , eine Samenbank, die von Robert Klark Graham in der Hoffnung gegründet wurde, die besten Gene der Menschheit zu verbreiten . Die Bank, die von den Medien als "Nobelpreis-Samenbank" bezeichnet wird, behauptete, drei Nobelpreisträger zu haben, obwohl Shockley der einzige war, der seine Beteiligung öffentlich anerkannte. Shockleys kontroverse Ansichten brachten dem Repository for Germinal Choice jedoch einen gewissen Bekanntheitsgrad ein und haben möglicherweise andere Nobelpreisträger davon abgehalten, Sperma zu spenden.

Tod

Shockley starb 1989 im Alter von 79 Jahren an Prostatakrebs . Zum Zeitpunkt seines Todes war er den meisten seiner Freunde und Familie entfremdet, mit Ausnahme seiner zweiten Frau, der ehemaligen Emmy Lanning (1913–2007). Seine Kinder haben Berichten zufolge von seinem Tod erfahren, indem sie seinen Nachruf in der Zeitung gelesen haben. Shockley wird im Alta Mesa Memorial Park in Palo Alto, Kalifornien, beigesetzt.

Ehrungen

Patente

Shockley wurden über neunzig US-Patente erteilt. Einige bemerkenswerte sind:

  • US 2502488 Halbleiterverstärker . 4. April 1950; sein erstes erteiltes Patent mit Transistoren. 
  • US 2569347 Schaltungselement, das halbleitendes Material verwendet . 25. September 1951; Sein frühestes (26. Juni 1948) angemeldetes Patent für Transistoren. 
  • US 2655609 Bistabile Schaltungen . 13. Oktober 1953; Wird in Computern verwendet. 
  • US 2787564 Bilden halbleitender Vorrichtungen durch Ionenbombardement . 2. April 1957; Der Diffusionsprozess zur Implantation von Verunreinigungen. 
  • US 3031275 Verfahren zum Züchten von Einkristallen . 24. April 1962; Verbesserungen des Verfahrens zur Herstellung von Grundstoffen. 
  • US 3053635 Verfahren zum Züchten von Siliziumkarbid-Kristallen . 11. September 1962; Erforschung anderer Halbleiter. 

Literaturverzeichnis

Wissenschaftliche Artikel aus der Vorkriegszeit von Shockley

  • Johnson, RP; Shockley, W. (15. März 1936). „Ein Elektronenmikroskop für Filamente: Emission und Adsorption von Wolfram-Einkristallen“. Physische Überprüfung . Amerikanische Physikalische Gesellschaft (APS). 49 (6): 436–440. Bibcode : 1936PhRv...49..436J . doi : 10.1103/physrev.49.436 . ISSN  0031-899X .
  • Slater, JC; Shockley, W. (15. Oktober 1936). „Optische Absorption durch die Alkalihalogenide“. Physische Überprüfung . Amerikanische Physikalische Gesellschaft (APS). 50 (8): 705–719. Bibcode : 1936PhRv...50..705S . doi : 10.1103/physrev.50.705 . ISSN  0031-899X .
  • Shockley, William (15. Oktober 1936). „Elektronische Energiebänder in Natriumchlorid“. Physische Überprüfung . Amerikanische Physikalische Gesellschaft (APS). 50 (8): 754–759. Bibcode : 1936PhRv...50..754S . doi : 10.1103/physrev.50.754 . ISSN  0031-899X .
  • Shockley, W. (15. Oktober 1937). „Der leere Gittertest der zellulären Methode in Feststoffen“. Physische Überprüfung . Amerikanische Physikalische Gesellschaft (APS). 52 (8): 866–872. Bibcode : 1937PhRv...52..866S . doi : 10.1103/physrev.52.866 . ISSN  0031-899X .
  • Shockley, William (15. August 1939). „Auf der Oberfläche Zustände mit einem periodischen Potenzial verbunden“. Physische Überprüfung . Amerikanische Physikalische Gesellschaft (APS). 56 (4): 317–323. Bibcode : 1939PhRv...56..317S . doi : 10.1103/physrev.56.317 . ISSN  0031-899X .
  • Steigmann, J.; Shockley, W.; Nix, FC (1. Juli 1939). „Die Selbstdiffusion von Kupfer“. Physische Überprüfung . Amerikanische Physikalische Gesellschaft (APS). 56 (1): 13–21. Bibcode : 1939PhRv...56...13S . doi : 10.1103/physrev.56.13 . ISSN  0031-899X .

Nachkriegsartikel von Shockley

Bücher von Shockley

Vorstellungsgespräche

Anmerkungen

Weitere Hinweise

Verweise

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Externe Links