Pietre miliari chiave nell'evoluzione del transistor

Spencer Chin | 09 dicembre 2022

Il primo transistor fu dimostrato con successo presso i Bell Laboratories di Murray Hill, nel New Jersey, nel 1947. Questo dispositivo a tre terminali ha generato molti dei dispositivi elettronici che rendono possibili molti dei prodotti che oggi diamo per scontati. Dal transistor derivarono i MOSFET nelle sue varie incarnazioni, i circuiti integrati e i microprocessori.

Mentre i primi transistor produssero umili invenzioni come le radio a transistor, i successivi miglioramenti nella tecnologia dei transistor produssero successivamente calcolatrici, personal computer e dispositivi elettronici di potenza.

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Quello che segue è un riepilogo degli sviluppi più significativi nella ricca storia del transistor. Design News ringrazia Wikipedia per le informazioni contenute in questa storia.

Secondo Wikipedia, il primo brevetto per il transistor ad effetto di campo fu depositato dal fisico austro-ungarico Julius Edgar Lilienfield il 25 ottobre 1925, ma poiché non pubblicò articoli di ricerca sui suoi dispositivi, il suo lavoro fu ignorato dall'industria.

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Gli sforzi di sviluppo dei transistor di Bell Lab derivavano dagli sforzi in tempo di guerra per produrre diodi mixer a cristalli di germanio altamente puri, utilizzati nelle unità radar come elemento mixer di frequenza nei ricevitori radar a microonde. Dopo la seconda guerra mondiale, gli scienziati della Bell John Bardeen, William Shockley e Walter Brattain iniziarono a lavorare su un dispositivo a semiconduttore simile a un triodo. Si è scoperto che il trucco consisteva nel produrre un flusso di elettroni coerente tra l'emettitore e il collettore del dispositivo, cosa resa possibile posizionando i conduttori dell'emettitore e del collettore molto vicini tra loro con il conduttore di controllo alla base del cristallo.

Uno studente laureato della Purdue University, che si è unito allo sforzo di ricerca, ha notato che quando è stato applicato, non c'era resistenza, il che ha dato vita all'idea dell'iniezione di portatori minoritari.

Armati di questa conoscenza, gli scienziati della Bell hanno attraversato diversi avviamenti e arresti prima di costruire finalmente il primo transistor funzionante il 16 dicembre 1947. Il transistor a contatto puntuale presenta due contatti dorati ravvicinati uniti da un piccolo pezzo di germanio.

Barden, Shockley e Brattain hanno vinto un Premio Nobel per la Fisica per i loro sforzi.

Scienziati Bell (da sinistra a destra) John Bardeen, William Shockley e Walter Brattain, che inventarono il transistor nel 1947.

Sebbene il primo transistor utilizzasse il germanio, questo materiale non era una soluzione pratica a lungo termine a causa del suo intervallo di temperature operative limitato e delle difficoltà nella purificazione del composto. Un team dei Bell Labs guidato da Morris Tanenbaum sviluppò il primo transistor al silicio funzionante il 16 gennaio 1954. Un dispositivo simile fu sviluppato da Gordon Teal della Texas Instruments pochi mesi dopo.

Nel 1955, gli scienziati del Bell Lab scoprirono l'effetto passivante dell'ossidazione sulla superficie del semiconduttore. Il metodo di passivazione superficiale è una pietra miliare fondamentale per i transistor poiché ha successivamente reso possibile la produzione di massa di circuiti integrati.

La riuscita dimostrazione della passivazione di una superficie di silicio da parte dell'ossido di silicio, prima da parte di Mohamed Atalla dei Bell Labs e Jean Hoerni di Fairchild, ha portato al processo planare, che ha reso possibile la produzione di massa di circuiti integrati in silicio.

Sempre nel 1959 fu prodotto il primo MOSFET. Il transistor a effetto di campo metallo-ossido-semiconduttore (MOSFET) è stato inventato da Atalla e Dawon Kahng presso i Bell Labs. Fabbricarono il dispositivo nel novembre 1959 e lo presentarono come "dispositivo di superficie indotto dal campo di silicio-biossido di silicio" all'inizio del 1960. Con la sua elevata scalabilità, un consumo energetico molto inferiore e una densità più elevata rispetto ai transistor a giunzione bipolare, il MOSFET ha reso possibile costruire circuiti integrati (IC) ad alta densità che consentano l'integrazione di oltre 10.000 transistor in un singolo IC.

Rispetto ai transistor bipolari, i MOSFET non consumano corrente tranne quando si cambia stato e hanno una velocità di commutazione più rapida.

Lo sviluppo del MOSFET nel 1959 fu un passo fondamentale nell'evoluzione del transistor.