O que é um transistor epitaxial?
O transistor epitaxial é o precursor de muitos dispositivos semicondutores modernos. Um transistor padrão usa três pedaços de material semicondutor fundidos diretamente. Os transistores epitaxiais são muito parecidos com um transistor padrão, exceto que possuem uma camada muito fina de material semicondutor puro e sem carga depositado entre as seções do transistor para isolá-los um do outro. Isso melhora muito a velocidade e o desempenho do dispositivo.
Um transistor padrão é composto de três partes de um material semicondutor, como o silício. O silício dessas peças é misturado com um aditivo que lhes confere uma carga elétrica. Para um transistor do tipo NPN, um padrão do setor, duas das peças são carregadas negativamente enquanto a terceira é carregada positivamente.
Para construir o transistor, os três pedaços de silício são fundidos, com o pedaço carregado positivamente imprensado entre os dois pedaços carregados negativamente. Uma vez que essas peças são fundidas, ocorre uma troca de elétrons nos dois locais onde as peças se encontram, chamadas junções. A troca de elétrons continua nas junções até que um equilíbrio entre as cargas negativas e positivas seja alcançado. Tendo equilibrado as cargas elétricas, essas duas áreas não têm mais carga alguma e são chamadas de regiões de esgotamento.
As regiões de depleção em um transistor determinam muitas das características operacionais do dispositivo, como a rapidez com que o dispositivo pode mudar de estado, chamado de comutação, e a que voltagens o dispositivo conduz ou falha, chamado de tensão de avaria ou avalanche. Como o método de criação de regiões de esgotamento nos transistores padrão ocorre naturalmente, eles não são otimamente precisos e não podem ser controlados para melhorar ou alterar sua estrutura física, além de alterar a força da carga adicionada inicialmente ao silício. Durante anos, os transistores de germânio tiveram velocidades de comutação superiores quando comparados aos transistores de silício, simplesmente porque o semicondutor de germânio tendia a formar naturalmente regiões de depleção mais apertadas.
Em 1951, Howard Christensen e Gordon Teal, da Bell Labs, criaram uma tecnologia que agora chamamos de deposição epitaxial. Essa tecnologia, como o nome sugere, pode depositar um filme ou camada muito fina de material em um substrato de um material idêntico. Em 1960, Henry Theurer liderou a equipe da Bell que aperfeiçoou o uso da deposição epitaxial para semicondutores de silício.
Essa nova abordagem para a construção de transistores mudou os dispositivos semicondutores para sempre. Em vez de confiar nas tendências naturais do silício para formar as regiões de depleção de um transistor, a tecnologia poderia adicionar camadas muito finas de silício puro e sem carga, que atuariam como regiões de depleção. Esse processo deu aos projetistas controle preciso sobre as características operacionais dos transistores de silício e, pela primeira vez, os transistores de silício econômicos tornaram-se superiores em todos os aspectos em relação aos seus equivalentes de germânio.
Com o processo de deposição epitaxial aperfeiçoado, a equipe da Bell criou o primeiro transistor epitaxial, que a empresa prestou serviço imediato em seu equipamento de comutação telefônica, melhorando a velocidade e a confiabilidade do sistema. Impressionado com o desempenho do transistor epitaxial, a Fairchild Semiconductors começou a trabalhar em seu próprio transistor epitaxial, o lendário 2N914. Ele lançou o dispositivo no mercado em 1961 e permaneceu em uso amplo.
Após o lançamento de Fairchild, outras empresas, como Sylvania, Motorola e Texas Instruments, começaram a trabalhar em seus próprios transistores epitaxiais, e nasceu a Era do Silício da eletrônica. Devido ao sucesso da deposição epitaxial na criação de transistores e dispositivos de silício em geral, os engenheiros buscaram outros usos para a tecnologia, e logo ela foi colocada em funcionamento com outros materiais, como óxidos metálicos. Os descendentes diretos do transistor epitaxial existem em quase todos os dispositivos eletrônicos avançados imagináveis: telas planas, CCDs de câmeras digitais, telefones celulares, circuitos integrados, processadores de computadores, chips de memória, células solares e uma infinidade de outros dispositivos que formam as bases de todos os dispositivos eletrônicos. sistemas tecnológicos modernos.