Vad är en epitaxial transistor?
Den epitaxiella transistorn är föregångaren för många moderna halvledarapparater. En standardtransistor använder tre delar av halvledarmaterial smält direkt samman. Epitaxialtransistorer är ungefär som en standardtransistor, förutom att de har ett mycket tunt filmskikt av rent, oladdat halvledarmaterial avsatt mellan transistorsektionerna för att isolera dem från varandra. Detta förbättrar enhetens hastighet och prestanda kraftigt.
En standardtransistor består av tre delar av ett halvledande material, till exempel kisel. Kisel för dessa bitar blandas med en tillsats som ger dem en elektrisk laddning. För en transistor av NPN-typ, en industristandard, är två av bitarna negativt laddade medan den tredje är positivt laddad.
För att bygga transistorn smälts de tre bitarna av kisel samman, varvid den positivt laddade biten ligger inklämd mellan de två negativt laddade bitarna. När dessa bitar smälts samman sker ett utbyte av elektroner på de två platserna där bitarna möts, kallade korsningar. Elektronbytet fortsätter i korsningarna tills en balans mellan de negativa och positiva laddningarna uppnås. Efter att ha balanserat de elektriska laddningarna har dessa två områden inte längre någon laddning alls och kallas utarmningsregioner.
Utarmningsregioner i en transistor bestämmer många av enhetens driftsegenskaper, såsom hur snabbt enheten kan ändra tillstånd, kallad omkoppling, och vid vilka spänningar enheten kommer att leda eller misslyckas, kallad dess nedbrytnings- eller lavinspänning. Eftersom metoden för att skapa utarmningsregioner i standardtransistorer sker naturligt, är de inte optimalt exakta och kan inte kontrolleras för att förbättra eller förändra deras fysiska struktur, utöver att ändra styrkan på laddningen som ursprungligen lades till kisel. I flera år hade germanium-transistorer överlägsna växlingshastigheter jämfört med kiseltransistorer helt enkelt för att germinal halvledare tenderade att naturligt bilda stramare utarmningsregioner.
1951 skapade Howard Christensen och Gordon Teal från Bell Labs en teknik som vi nu kallade epitaxial deposition. Denna teknik kan, som namnet antyder, avsätta en mycket tunn film, eller skikt, av material på ett substrat av ett identiskt material. 1960 ledde Henry Theurer Bell-teamet som perfektionerade användningen av epitaxial avsättning för kiselhalvledare.
Denna nya strategi för transistorkonstruktion förändrade halvledarapparater för alltid. Istället för att förlita sig på de naturliga tendenser av kisel för att bilda en transistor utarmningsregioner, kunde tekniken lägga till mycket tunna lager av rent, oladdat kisel som skulle fungera som utarmningsregionerna. Denna process gav konstruktörerna exakt kontroll över de operationella egenskaperna hos kiseltransistorer och för första gången blev kostnadseffektiva kiseltransistorer överlägsna vad gäller deras Germanium-motsvarigheter.
Med den epitaxiella deponeringsprocessen perfekt, skapade Bell-teamet den första epitaxiella transistorn, som företaget pressade in för omedelbar service i sin telefonväxlingsutrustning, vilket förbättrade både systemets hastighet och tillförlitlighet. Imponerad av den epitaxiella transistorns prestanda började Fairchild Semiconductors arbeta med sin egen epitaxialtransistor, den legendariska 2N914. Den släppte enheten på marknaden 1961 och den förblev i vid användning.
Efter att Fairchild släpptes började andra företag, som Sylvania, Motorola och Texas Instruments, arbeta med sina egna epitaxiella transistorer, och Silicon Age of electronics föddes. På grund av framgången med epitaxial deponering i skapandet av transistorer och kiselanordningar i allmänhet, sökte ingenjörer andra användningsområden för tekniken, och det började snart arbeta med andra material, såsom metalloxider. De direkta ättlingarna till den epitaxiella transistorn finns i nästan varje avancerad elektronisk enhet som kan tänkas: plattskärmar, digitala kameror CCD, mobiltelefoner, integrerade kretsar, datorprocessorer, minneschips, solceller och en mängd andra enheter som utgör grunden för alla moderna tekniska system.