Breve storia del Transistor

L’età dell’elettronica dei semiconduttori iniziò nel 1948 con l’invenzione del transistore. Tuttavia, questa era ebbe origine con il lavoro svolto in precedenza, tra il 1920 e il 1945. Durante questo periodo, lo studio delle proprietà elettromagnetiche di semiconduttori e metalli era stato per la maggior parte competenza dei fisici; notevoli contributi sono dovuti a Block, Davydov, Lark-Horowitz, Mott, Schottky, Slater, Sommerfeld, Van Vleck,, Wigner, Wilson e altri nelle università di tutto il mondo ( Slater e Sommerfeld furono insegnanti di Millman ) . Ci furono anche tentativi di fabbricare di fabbricare dispositivi elettronici a stato solido; Lillienthal e Heil, negli anni ’30 ricevettero un brevetto ciascuno per dispositivi di amplificazione a stato solido che furono i precursori del transistore a giunzione e di quello a effetto di campo MOS ( FET ). Tuttavia, questi dispositivi avevano prestazioni poco soddisfacenti; apparentemente non se ne comprendeva la necessità e , con tutta probabilità, neppure l’inventore poteva spiegare la teoria alla base del dispositivo.

Un maggiore incentivo per lo sviluppo dei dispositivi a stato solido non arrivò fino al 1945 ( i diodi a giunzione , tuttavia , vennero ampliamente usati nelle comunicazioni a microonde durante la seconda guerra mondiale.

I tubi a vuoto avevano notevoli limiti: si consumava energia anche quando non venivano usati e i filamenti si bruciavano, rendendo necessaria la sostituzione del tubo. M.J. Kelly, allora direttore della ricerca e in seguito presidente dei laboratori Bell, capì che una rete telefonica più vasta e affidabile avrebbe richiesto commutatori elettronici piuttosto che elettromeccanici e amplificatori migliori. Egli formò un gruppo di ricerca sui componenti allo stato solido comprendente fisici teorici e sperimentali, un ingegnere e un chimico fisico, il quale lavorava nel laboratorio insieme agli esperti di metallurgia. La citazione seguente è tratta dall’autorizzazione al lavoro di questo gruppo:” La ricerca compiuta in questo caso ha come scopo quello di ottenere una nuova conoscenza che possa essere utilizzata nello sviluppo di componenti e di elementi dei sistemi di comunicazione completamente nuovi e perfezionati”.

Scoperta del transistore bipolare a giunzione

Nel dicembre del 1947 fu realizzato un esperimento nel quale due sonde di filo d’oro poste l’una vicino all’altra erano pressate sulla superficie di un cristallo di Germanio. Si osservò che la tensione di uscita alla sonda “ collettore”, rispetto alla base di Germanio, era maggiore della tensione di entrata alla sonda “ emettitore”. Brattain e Bardeen si resero conto che questo era l’effetto che avevano sperato di trovare e che era nato ( l’invenzione fu annunciata durante una conferenza stampa il 30 giugno 1948 e fu relegata nelle ultime pagine dei pochi giornali che riportarono la notizia ) l’amplificatore a stato solido nella forma del transistore a punto di contatto ( J.R. Pierce , in seguito direttore dei primi progetti di comunicazione via satellite , coniò il termine “transistor” come contrazione di “transfer “ e “ resister “.Le prestazioni dei primi transistori erano erano molto scarse; essi avevano un guadagno e un’ampiezza di banda bassi, erano rumorosi e le loro caratteristiche variavano molto da dispositivo a dispositivo. Scockley, il capo gruppo, capì che le difficoltà nascevano dalle punte di contatto. Egli propose il transistore a giunzione a giunzione e sviluppò quasi immediatamente la teoria del suo funzionamento. I nuovi dispositivi facevano affidamento su portatori di carica di entrambe le polarità ( dispositivi bipolari ); i due portatori erano i famosi elettroni e altre “particelle strane”. L’ esistenza di queste particelle strane si poteva spiegare solo con la meccanica quantistica; inoltre si comportavano come se avessero carica positiva. Esse vennero chiamate “lacune” poiché rappresentavano zone del cristallo in cui mancavano gli elettroni. La teoria di Scockley prevedeva che si potessero raggiungere densità di corrente elevate applicando piccoli potenziali.

Le proprietà elettriche dei transistori si basavano su un contenuto specifico di impurezze attentamente controllato ( circa un atomo di impurezza per 100 milioni di atomi di Ge ). Di conseguenza , non si potevano costruire dispositivi affidabili se non avendo a disposizione cristalli eccezionalmente puri a cui aggiungere le necessarie impurezze. Teal, nei laboratori Bell ( 1950 ), realizzò la crescita di monocristalli di Ge avente un contenuto di impurezze minore di una parte su un miliardo. Questo risultato portò alla fabbricazione dei primi transistori a giunzione di lega. Così , 3 anni dopo la scoperta dell’amplificazione in un solido, i transistori fecero il loro ingresso sul mercato.

L’American Telephone and Telegraph ( AT &T ) , di cui i laboratori Bell sono il ramo di ricerca, prese la decisione importantissima di non tenere segrete queste scoperte. I membri del suo staff tecnico tenero simposi per condividere le loro conoscenze con i professori ( i quali ne resero partecipi i loro studenti ) e con ingegneri e scienziati di altre aziende. Vennero offerti brevetti a qualunque azienda interessata alla produzione industriale dei transistori. Le aziende che producevano i tubi a vuoto , quali RCA, Raytheon, General Electric, Westinghouse e Western Electric ( il ramo industriale della AT&T ), furono le prime a fabbricare transistori. Altre aziende esistenti e di nuova formazione che compresero il potenziale di questi dispositivi presto iniziarono a produrli.

Una di queste aziende, la Texas Instruments , nel suo nuovo laboratorio per i dispositivi a stato solido, al capo del quale era Teal , nel 1954 cominciò a produrre transistori a silicio. Il Si consentiva il funzionamento fino a 200°C ( contro il Ge a 75°C ); oggi la maggioranza schiacciante dei dispositivi a semiconduttore è fabbricata in Si.

A Bardeen, Brattain e Schickley fu assegnato il premio Nobel per la fisica nel 1956 per l’invenzione del transistor e per il loro contributo alla comprensione dei semiconduttori. Questo è stato il primo premio Nobel assegnato per un dispisitivo ingegneristico in quasi 50 anni.


( fonte : Microelettronica / Jacob Millman, Arvin Grabel )

Breve storia del Transistorultima modifica: 2005-05-19T17:55:00+00:00da gruppogaus
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