Cos'è un transistor epitassiale?
Il transistor epitassiale è il precursore di molti moderni dispositivi a semiconduttore. Un transistor standard utilizza tre pezzi di materiale a semiconduttore fuso direttamente insieme. I transistor epitassiali sono molto simili a un transistor standard, tranne per il fatto che hanno uno strato di film molto sottile di materiale a semiconduttore puro e non caricato depositato tra le sezioni transistor per isolarli l'uno dall'altro. Ciò migliora notevolmente la velocità e le prestazioni del dispositivo.
Un transistor standard è costituito da tre pezzi di materiale semiconduttivo, come il silicio. Il silicio per questi pezzi è miscelato con un additivo che dà loro una carica elettrica. Per un transistor di tipo NPN, uno standard del settore, due dei pezzi sono caricati negativamente mentre il terzo viene caricato positivamente.
Per costruire il transistor, i tre pezzi di silicio vengono fusi insieme, con il pezzo carico positivamente inserito tra i due pezzi caricati negativamente. Una volta che questi pezzi sono fusi insieme, uno scambio di ELectroni si verificano nei due luoghi in cui i pezzi si incontrano, chiamati giunzioni. Lo scambio di elettroni continua nelle giunzioni fino a quando non viene raggiunto un equilibrio tra le cariche negative e positive. Avendo bilanciato le cariche elettriche, queste due aree non hanno più alcuna carica e sono chiamate regioni di esaurimento.
Le regioni di esaurimento in un transistor determinano molte delle caratteristiche operative del dispositivo, come la velocità con cui il dispositivo può cambiare gli stati, chiamati commutazione, e a quali tensioni il dispositivo conducerà o fallirà, chiamata la sua rottura o tensione di valanga. Poiché il metodo di creazione di regioni di esaurimento nei transistor standard si verifica naturalmente, non sono in modo ottimale e non possono essere controllati per migliorare o alterare la loro struttura fisica, oltre a cambiare la forza della carica inizialmente aggiunta al silicio. Per anni, i transistor di germanio avevano velocità di commutazione superiorin rispetto ai transistor di silicio semplicemente perché il semiconduttore di germanio tendeva a formare naturalmente le regioni di esaurimento più strette.
Nel 1951, Howard Christensen e Gordon Teal di Bell Labs crearono una tecnologia che ora chiamavamo deposizione epitassiale. Questa tecnologia, come suggerisce il nome, potrebbe depositare un film molto sottile, o strato di materiale su un substrato di un materiale identico. Nel 1960, Henry Theurer guidò il team Bell che perfezionava l'uso della deposizione epitassiale per i semiconduttori del silicio.
Questo nuovo approccio alla costruzione a transistor ha cambiato per sempre i dispositivi a semiconduttore. Invece di fare affidamento sulle tendenze naturali del silicio per formare le regioni di esaurimento di un transistor, la tecnologia potrebbe aggiungere strati molto sottili di silicio puro e non caricato che fungerebbe da regioni di esaurimento. Questo processo ha dato ai progettisti un controllo preciso sulle caratteristiche operative dei transistor di silicio e, per la prima volta, i transistor di silicio economici sono diventati superiori a tutti i casiControparti di Germanio.
Con il processo di deposizione epitassiale perfezionata, il team di Bell ha creato il primo transistor epitassiale, che la società ha premuto il servizio immediato nelle sue attrezzature di commutazione telefonica, migliorando sia la velocità che l'affidabilità del sistema. Colpito dalle prestazioni del transistor epitassiale, Fairchild Semiconductors ha iniziato a lavorare sul proprio transistor epitassiale, il leggendario 2N914. Ha rilasciato il dispositivo sul mercato nel 1961 ed è rimasto in uso ampio.
A seguito del rilascio di Fairchild, altre società, come Sylvania, Motorola e Texas Instruments, hanno iniziato a lavorare sui loro transistor epitassiali e è nata l'età del silicio dell'elettronica. A causa del successo della deposizione epitassiale nella creazione di transistor e dei dispositivi di silicio in generale, gli ingegneri hanno cercato altri usi per la tecnologia ed è stato presto messo a lavorare con altri materiali, come gli ossidi metallici. I discendenti diretti del transistor epitassiale esistono quasi inOgni dispositivo elettronico avanzato immaginabile: schermi piatti, CCD della fotocamera digitale, telefoni cellulari, circuiti integrati, processori per computer, chip di memoria, celle solari e una miriade di altri dispositivi che formano le basi di tutti i moderni sistemi tecnologici.