Wat is een epitaxiale transistor?
De epitaxiale transistor is de voorloper van veel moderne halfgeleiderapparaten. Een standaard transistor gebruikt drie stukken halfgeleidermateriaal die rechtstreeks aan elkaar zijn gesmolten. Epitaxiale transistoren lijken veel op een standaardtransistor, behalve dat ze een zeer dunne filmlaag van zuiver, ongeladen halfgeleidermateriaal hebben dat is afgezet tussen de transistorsecties om ze van elkaar te isoleren. Dit verbetert de snelheid en prestaties van het apparaat aanzienlijk.
Een standaard transistor bestaat uit drie delen van een halfgeleidend materiaal, zoals silicium. Het silicium voor deze stukjes wordt gemengd met een additief dat ze een elektrische lading geeft. Voor een NPN-type transistor, een industriestandaard, zijn twee van de stukken negatief geladen, terwijl de derde positief is geladen.
Om de transistor te bouwen, worden de drie stukken silicium aan elkaar gesmolten, met het positief geladen stuk ingeklemd tussen de twee negatief geladen stukken. Zodra deze stukken aan elkaar zijn gesmolten, vindt een uitwisseling van elektronen plaats op de twee plaatsen waar de stukken elkaar ontmoeten, knooppunten genoemd. De elektronenuitwisseling gaat door in de knooppunten totdat een evenwicht is bereikt tussen de negatieve en positieve ladingen. Nadat de elektrische ladingen in evenwicht zijn gebracht, hebben deze twee gebieden helemaal geen lading meer en worden ze uitputtinggebieden genoemd.
Depletiegebieden in een transistor bepalen veel van de operationele kenmerken van het apparaat, zoals hoe snel het apparaat van status kan veranderen, schakelen genoemd, en bij welke spanningen het apparaat zal geleiden of falen, genaamd de doorslag of lawinespanning. Omdat de methode voor het creëren van uitputtinggebieden in standaardtransistoren op natuurlijke wijze gebeurt, zijn ze niet optimaal nauwkeurig en kunnen ze niet worden bestuurd om hun fysieke structuur te verbeteren of te veranderen, behalve het veranderen van de sterkte van de lading die aanvankelijk aan het silicium werd toegevoegd. Jarenlang hadden germaniumtransistoren superieure schakelsnelheden in vergelijking met siliciumtransistoren, simpelweg omdat de germaniumhalfgeleider de neiging had om op natuurlijke wijze strakkere verarmingsgebieden te vormen.
In 1951 creëerden Howard Christensen en Gordon Teal van Bell Labs een technologie die we nu epitaxiale depositie noemen. Deze technologie kan, zoals de naam al doet vermoeden, een zeer dunne film of laag materiaal op een substraat van een identiek materiaal neerslaan. In 1960 leidde Henry Theurer het Bell-team dat het gebruik van epitaxiale depositie voor siliciumhalfgeleiders perfectioneerde.
Deze nieuwe benadering van de transistorconstructie heeft halfgeleiderapparaten voor altijd veranderd. In plaats van te vertrouwen op de natuurlijke neigingen van silicium om de uitputtingsgebieden van een transistor te vormen, zou de technologie zeer dunne lagen zuiver, ongeladen silicium kunnen toevoegen die zouden werken als de uitputtingsgebieden. Dit proces gaf ontwerpers precieze controle over de operationele kenmerken van siliciumtransistors en voor het eerst werden kosteneffectieve siliciumtransistors superieur in alle opzichten van hun tegenhangers van germanium.
Met het epitaxiale depositieproces geperfectioneerd, creëerde het Bell-team de eerste epitaxiale transistor, die het bedrijf onmiddellijk in dienst stelde in zijn telefoonschakelapparatuur, waardoor zowel de snelheid als de betrouwbaarheid van het systeem werden verbeterd. Onder de indruk van de prestaties van de epitaxiale transistor, begon Fairchild Semiconductors te werken aan zijn eigen epitaxiale transistor, de legendarische 2N914. Het bracht het apparaat op de markt in 1961 en het bleef op grote schaal worden gebruikt.
Na de release van Fairchild begonnen andere bedrijven, zoals Sylvania, Motorola en Texas Instruments, aan hun eigen epitaxiale transistors te werken, en het Silicon Age of electronics was geboren. Vanwege het succes van epitaxiale depositie bij het maken van transistoren en siliciumapparatuur in het algemeen, zochten ingenieurs naar andere toepassingen voor de technologie, en deze werd snel in gebruik genomen met andere materialen, zoals metaaloxiden. De directe afstammelingen van de epitaxiale transistor bestaan in bijna elk denkbaar geavanceerd elektronisch apparaat: flatscreens, digitale camera-CCD's, mobiele telefoons, geïntegreerde schakelingen, computerprocessors, geheugenchips, zonnecellen en een groot aantal andere apparaten die de basis vormen van alle moderne technologische systemen.