¿Qué es un transistor epitaxial?

El transistor epitaxial es el precursor de muchos dispositivos semiconductores modernos. Un transistor estándar utiliza tres piezas de material semiconductor fusionado directamente. Los transistores epitaxiales son muy parecidos a un transistor estándar, excepto que tienen una capa de película muy delgada de material semiconductor puro y sin carga depositada entre las secciones de transistores para aislarlas entre sí. Esto mejora en gran medida la velocidad y el rendimiento del dispositivo.

Un transistor estándar está compuesto por tres piezas de material semiconductor, como el silicio. El silicio para estas piezas se combina con un aditivo que les da una carga eléctrica. Para un transistor de tipo NPN, un estándar de la industria, dos de las piezas se cargan negativamente, mientras que la tercera se carga positivamente.

para construir el transistor, las tres piezas de silicio se fusionan juntas, con la pieza cargada positivamente intercalada entre las dos piezas con carga negativa. Una vez que estas piezas se fusionan juntas, un intercambio de eLectrons ocurre en los dos lugares donde se encuentran las piezas, llamadas cruces. El intercambio de electrones continúa en las uniones hasta que se cumple un equilibrio entre las cargas negativas y positivas. Habiendo equilibrado las cargas eléctricas, estas dos áreas ya no tienen ninguna carga y se llaman regiones de agotamiento.

Las regiones de agotamiento en un transistor determinan muchas de las características operativas del dispositivo, como la rapidez con que el dispositivo puede cambiar los estados, llamados conmutación y a qué voltajes conducirá o fallará el dispositivo, llamado su descomposición o voltaje de avalancha. Debido a que el método de crear regiones de agotamiento en transistores estándar ocurre naturalmente, no son óptimamente precisos y no pueden controlarse para mejorar o alterar su estructura física, más allá de cambiar la fuerza de la carga inicialmente agregada al silicio. Durante años, los transistores de germanio tenían velocidades de conmutación superiores cuandon en comparación con los transistores de silicio simplemente porque el semiconductor de germanio tendía a formar naturalmente regiones de agotamiento.

En 1951, Howard Christensen y Gordon Teal de Bell Labs crearon una tecnología que ahora llamamos deposición epitaxial. Esta tecnología, como su nombre indica, podría depositar una película muy delgada o una capa, de material en un sustrato de un material idéntico. En 1960, Henry Theurer lideró al equipo de Bell que perfeccionó el uso de la deposición epitaxial para los semiconductores de silicio.

Este nuevo enfoque para la construcción de transistores cambió los dispositivos semiconductores para siempre. En lugar de confiar en las tendencias naturales del silicio para formar las regiones de agotamiento de un transistor, la tecnología podría agregar capas muy delgadas de silicio puro y sin carga que actuaría como regiones de agotamiento. Este proceso brindó a los diseñadores un control preciso sobre las características operativas de los transistores de silicio y, por primera vez, los transistores de silicio rentables se volvieron superiores en todos los aspectos a suscontrapartes de germanio.

Con el proceso de deposición epitaxial perfeccionado, el equipo de Bell creó el primer transistor epitaxial, que la compañía presionó en el servicio inmediato en su equipo de conmutación telefónica, mejorando tanto la velocidad como la confiabilidad del sistema. Impresionado con el rendimiento del transistor epitaxial, los semiconductores de Fairchild comenzaron a trabajar en su propio transistor epitaxial, el legendario 2N914. Lanzó el dispositivo en el mercado en 1961 y permaneció en un amplio uso.

Después del lanzamiento de Fairchild, otras compañías, como Sylvania, Motorola y Texas Instruments, comenzaron a trabajar en sus propios transistores epitaxiales, y nació la edad de silicio de la electrónica. Debido al éxito de la deposición epitaxial en la creación de transistores y dispositivos de silicio en general, los ingenieros buscaron otros usos para la tecnología, y pronto se puso a trabajar con otros materiales, como los óxidos de metales. Los descendientes directos del transistor epitaxial existen en casiCada dispositivo electrónico avanzado imaginable: pantallas planas, CCD de cámara digital, teléfonos celulares, circuitos integrados, procesadores informáticos, chips de memoria, células solares y una miríada de otros dispositivos que forman los fundamentos de todos los sistemas tecnológicos modernos.