Hvad er en epitaksial transistor?
Den epitaksiale transistor er forløberen for mange moderne halvlederenheder. En standardtransistor bruger tre stykker halvledermateriale smeltet sammen direkte. Epitaksiale transistorer ligner meget en standardtransistor, bortset fra at de har et meget tyndt filmlag af rent, uladet halvledermateriale afsat mellem transistorsektionerne for at isolere dem fra hinanden. Dette forbedrer enhedens hastighed og ydeevne i høj grad.
En standardtransistor består af tre stykker halvledende materiale, såsom silicium. Siliconen til disse stykker blandes med et additiv, der giver dem en elektrisk ladning. For en transistor af NPN-type, en industristandard, er to af stykkerne negativt ladet, mens den tredje er positivt ladet.
For at opbygge transistoren smeltes de tre siliciumdele sammen, og det positivt ladede stykke er klemt fast mellem de to negativt ladede stykker. Når disse stykker er smeltet sammen, finder en elektronisk udveksling sted på de to steder, hvor brikkerne mødes, kaldet kryds. Elektronbytteren fortsætter i knudepunkterne, indtil en balance mellem de negative og positive ladninger er opfyldt. Når de elektriske ladninger er afbalanceret, har disse to områder ikke længere nogen opladning og kaldes depletionsregioner.
Udtømningsregioner i en transistor bestemmer mange af enhedens driftsegenskaber, såsom hvor hurtigt enheden kan ændre tilstande, kaldet switching, og ved hvilke spændinger enheden vil lede eller svigte, kaldet dens nedbrud eller lavine spænding. Fordi metoden til at skabe udtømmelsesregioner i standardtransistorer forekommer naturligt, er de ikke optimalt præcise og kan ikke kontrolleres for at forbedre eller ændre deres fysiske struktur ud over at ændre styrken på den ladning, der oprindeligt blev tilføjet til silicium. I årevis havde germanium-transistorer overlegne skiftehastigheder sammenlignet med siliciumtransistorer, simpelthen fordi germium-halvlederen havde en tendens til naturligt at danne strammere udtømningsregioner.
I 1951 skabte Howard Christensen og Gordon Teal fra Bell Labs en teknologi, vi nu kalder epitaksial deposition. Denne teknologi kunne, som navnet antyder, afsætte en meget tynd film eller lag af materiale på et underlag af et identisk materiale. I 1960 ledede Henry Theurer Bell-teamet, der perfektionerede brugen af epitaksial afsætning til siliciumhalvledere.
Denne nye tilgang til transistorkonstruktion ændrede halvlederenheder for evigt. I stedet for at stole på de naturlige tendenser af silicium til at danne en transistors udtømningsregioner, kunne teknologien tilføje meget tynde lag af rent, uladet silicium, der ville fungere som udtømningsregionerne. Denne proces gav designere præcis kontrol over de operationelle egenskaber hos siliciumtransistorer, og for første gang blev omkostningseffektive siliciumtransistorer overlegne i alt hvad angår deres germanium-kolleger.
Da den epitaksiale deponeringsproces var perfekt, oprettede Bell-teamet den første epitaksiale transistor, som virksomheden pressede på for øjeblikkelig service i sit telefonomskifterudstyr, hvilket forbedrede både systemets hastighed og pålidelighed. Imponeret over ydeevnen af den epitaksiale transistor begyndte Fairchild Semiconductors arbejdet med sin egen epitaksiale transistor, den legendariske 2N914. Det frigav enheden på markedet i 1961, og det forblev i vidt brug.
Efter Fairchilds frigivelse begyndte andre virksomheder, såsom Sylvania, Motorola og Texas Instruments, arbejdet med deres egne epitaksiale transistorer, og Silicon Age of electronics blev født. På grund af succes med epitaksial deponering i oprettelsen af transistorer og siliciumanordninger generelt søgte ingeniører andre anvendelser til teknologien, og det blev snart sat i brug med andre materialer, såsom metaloxider. De direkte efterkommere af den epitaksiale transistor findes i næsten enhver avanceret elektronisk enhed, der kan tænkes: fladskærme, digitalkamera-CCD'er, mobiltelefoner, integrerede kredsløb, computerprocessorer, hukommelseschips, solceller og et utal af andre enheder, der danner grundlaget for alle moderne teknologiske systemer.