Co je epitaxiální tranzistor?
Epitaxiální tranzistor je předchůdcem mnoha moderních polovodičových zařízení. Standardní tranzistor používá přímo tři kusy polovodičového materiálu. Epitaxiální tranzistory jsou podobně jako standardní tranzistory, kromě toho, že mezi tranzistorovými sekcemi jsou uloženy velmi tenké vrstvy z čistého, nenabitého polovodičového materiálu, aby je izolovaly od sebe. To výrazně zlepšuje rychlost a výkon zařízení.
Standardní tranzistor se skládá ze tří kusů polovodivého materiálu, jako je křemík. Křemík pro tyto kousky je smíchán s přísadou, která jim dodává elektrický náboj. U tranzistoru typu NPN, průmyslového standardu, jsou dva kusy nabité záporně, zatímco třetí je kladně nabité.
K vybudování tranzistoru jsou tři kusy křemíku spojeny dohromady, přičemž kladně nabitý kus je vložen mezi dva záporně nabité kusy. Jakmile jsou tyto kusy sloučeny dohromady, dochází k výměně elektronů na dvou místech, kde se tyto kusy setkávají, nazývané křižovatky. Výměna elektronů pokračuje ve křižovatkách, dokud není dosaženo rovnováhy mezi záporným a kladným nábojem. Po vyvážení elektrických nábojů tyto dvě oblasti již nemají žádný náboj a nazývají se oblasti vyčerpání.
Úbytkové regiony v tranzistoru určují mnoho provozních charakteristik zařízení, jako je například to, jak rychle může zařízení měnit stavy, nazývané spínání, a při jakém napětí bude zařízení vést nebo selhat, nazývané jeho porucha nebo lavinové napětí. Protože způsob vytváření deplečních oblastí ve standardních tranzistorech nastává přirozeně, nejsou optimálně přesné a nemohou být kontrolovány, aby zlepšily nebo změnily svou fyzikální strukturu, kromě změny síly náboje původně přidaného do křemíku. Po celá léta, germaniové tranzistory měly vynikající spínací rychlosti ve srovnání s křemíkovými tranzistory jednoduše proto, že germaniový polovodič měl tendenci přirozeně tvořit těsnější depleční oblasti.
V roce 1951 Howard Christensen a Gordon Teal z Bell Labs vytvořili technologii, kterou nyní nazýváme epitaxiální depozice. Tato technologie, jak název napovídá, mohla ukládat velmi tenký film nebo vrstvu materiálu na substrát ze stejného materiálu. V roce 1960 vedl Henry Theurer tým Bell, který zdokonalil použití epitaxní depozice pro křemíkové polovodiče.
Tento nový přístup ke konstrukci tranzistoru navždy změnil polovodičová zařízení. Namísto spoléhání se na přirozené tendence křemíku k vytvoření oblastí vyčerpání tranzistoru, by technologie mohla přidat velmi tenké vrstvy čistého, nenabitého křemíku, které by fungovaly jako oblasti vyčerpání. Tento proces dal designérům přesnou kontrolu nad provozními charakteristikami křemíkových tranzistorů a poprvé se nákladově efektivní křemíkové tranzistory staly ve všech ohledech lepšími než jejich germaniové protějšky.
S dokonalým procesem depozice epitaxu vytvořil tým Bell první epitaxní tranzistor, který společnost nalisovala do okamžité služby ve svém telefonním přepínacím zařízení, čímž se zvýšila rychlost a spolehlivost systému. Pod vlivem výkonu epitaxního tranzistoru začal Fairchild Semiconductors pracovat na svém vlastním epitaxním tranzistoru, legendárním 2N914. Uvedení zařízení na trh bylo zahájeno v roce 1961 a zůstalo v širokém použití.
Po vydání Fairchilda začaly další společnosti, jako jsou Sylvania, Motorola a Texas Instruments, pracovat na svých vlastních epitaxních tranzistorech a zrodila se věk elektroniky křemíku. Kvůli úspěchu epitaxní depozice při vytváření tranzistorů a křemíkových zařízení obecně, inženýři hledali jiná použití této technologie, a to bylo brzy dáno k práci s jinými materiály, takový jako oxidy kovu. Přímí potomci epitaxního tranzistoru existují téměř ve všech vyspělých elektronických zařízeních, která si lze představit: ploché obrazovky, CCD digitální fotoaparáty, mobilní telefony, integrované obvody, počítačové procesory, paměťové čipy, solární články a nespočet dalších zařízení, která tvoří základy všech moderní technologické systémy.