O que é um transistor epitaxial?

O transistor epitaxial é o precursor de muitos dispositivos semicondutores modernos. Um transistor padrão usa três peças de material semicondutor fundido diretamente. Os transistores epitaxiais são muito parecidos com um transistor padrão, exceto que eles têm uma camada de filme muito fina de material semicondutor puro e não carregado 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 peças de material semicondutor, como o silício. O silício para essas peças é misturado com um aditivo que lhes dá uma carga elétrica. Para um transistor do tipo NPN, um padrão da indústria, duas das peças são carregadas negativamente, enquanto a terceira é carregada positivamente. Uma vez que essas peças são fundidas, uma troca de eLectrons ocorre nos dois lugares 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 atendido. Tendo equilibrado as cargas elétricas, essas duas áreas não têm mais nenhuma cobrança e são chamadas de regiões de depleção.

As regiões de depleção de um transistor determinam muitas das características operacionais do dispositivo, como a rapidez com que o dispositivo pode alterar os estados, chamados de comutação e em quais tensões o dispositivo conduzirá ou falhará, chamado de decomposição ou tensão de avalanche. Como o método de criação de regiões de depleção nos transistores padrão acontece naturalmente, eles não são idealmente precisos e não podem ser controlados para melhorar ou alterar sua estrutura física, além de mudar a força da carga inicialmente adicionada ao silício. Durante anos, os transistores de germânio tinham velocidades superiores de trocan comparado 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, poderia depositar um filme muito fino ou camada de material em um substrato de um material idêntico. Em 1960, Henry Theurer liderou a equipe Bell que aperfeiçoou o uso da deposição epitaxial para semicondutores de silício.

Essa nova abordagem para a construção do transistor 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 não carregado que atuariam como regiões de depleção. Esse processo deu aos designers controle preciso sobre as características operacionais dos transistores de silício e, pela primeira vez, os transistores de silício econômicos se tornaram superiores em todos os quecontrapartes de germânio.

Com o processo de deposição epitaxial aperfeiçoado, a equipe da Bell criou o primeiro transistor epitaxial, que a empresa pressionou em serviço imediato em seu equipamento de comutação de telefone, melhorando a velocidade e a confiabilidade do sistema. Impressionados com o desempenho do transistor epitaxial, os semicondutores Fairchild começaram a trabalhar em seu próprio transistor epitaxial, o lendário 2N914. Ele lançou o dispositivo no mercado em 1961 e permaneceu em amplo uso.

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 de Silício da Eletrônica. Devido ao sucesso da deposição epitaxial na criação de transistores e dispositivos de silício em geral, os engenheiros procuraram outros usos para a tecnologia e logo foi colocado para trabalhar com outros materiais, como óxidos metálicos. Os descendentes diretos do transistor epitaxial existem em quaseTodo dispositivo eletrônico avançado imaginável: telas planas, CCDs de câmera digital, telefones celulares, circuitos integrados, processadores de computador, chips de memória, células solares e uma infinidade de outros dispositivos que formam os fundamentos de todos os sistemas tecnológicos modernos.