TecnoSapiens

No último artigo que publiquei aqui no TecnoSapiens, intitulado como História: Semicondutor antes de 1900, tratamos das primeiras descobertas que impulsionaram as pesquisas em semicondutores. No presente artigo vou mostrar as descobertas subseqüentes que levaram à tecnologia que temos atualmente.

Durante estes anos de desenvolvimento cientifico se destacaram algumas pesquisas que conduziram ao atual avanço tecnológico que vivemos nos dias de hoje. O início do século XX, foi fundamental para o desenvolvimento da microeletrônica, pois houve um enorme progresso na teoria física com o desenvolvimento da mecânica quântica, feita por Bohr, de Broglie, Heisenberg, Schrödinger e outros, notadamente durante a década de 20. Em paralelo a este fato, foi proposto um primeiro conceito de desenvolvimento de um transistor, o transistor de efeito de campo (FET-Field Efect Transistor) em estado sólido.

No ano de 1936 a Bell Labs decide criar um grupo de pesquisa específico para estudar e desenvolver dispositivos semicondutores, com o objetivo de fabricar o transistor de efeito de campo. Um outro grupo bastante ativo nesta área e que contribuiu significativamente com o trabalho na Bell Labs foi o grupo da universidade de Purdue. Em 1940, R. Ohi identifica pela primeira vez semicondutores de Si tipo p e tipo n. No mesmo ano, J. Scaff e H. Theuerer mostram que tanto o nível quanto o tipo de condutividade do Si, é devido à presença de impurezas (dopagem). Durante a década de 40 a eletrônica tinha por base as válvulas termoiônicas e relês eletro-mecânicos. Mas as válvulas termoiônicas eram frágeis, tinha um custo de produção elevado e de alto consumo de energia, enquanto os relês eletro-mecânicos com as mesmas características das valvulas e tinham comutação muito lenta. Estas características incentivaram novas pesquisas em torno dos semicondutores Silício e germânio.

Estas limitações destes dispositivos motivaram o reinício da pesquisa e desenvolvimento de novos dispositivos de estado sólido. Assim, em 1946, a Bell Labs recria seu grupo de pesquisa em estado sólido, agora sob liderança de William Shockley, concentrando esforços na pesquisa dos semicondutores Ge e Si e de transistores de efeito de campo. Nesta época, um dos pesquisadores do grupo, Bardeen, sugere uma explicação pelo insucesso na obtenção do transistor FET baseado na alta densidade de estados de superfície dos semicondutores. Mas persistindo na pesquisa da invenção do FET, Bardeen e Brattain descobrem por acaso o efeito de transistor bipolar, no final de 1947 foi demonstrado o efeito transistor por J. Bardeen, W. Shockley e W. H. Brattain (trabalho premiado com o Nobel de física de 1956 - Lista de físicos laureados com o Prêmio Nobel) em um cristal de germânio.

O primeiro transistor, construído por Bardeen e Brattain conhecido como transistor de ponto de contato criado em dezembro de 1947 na Bell Labs.

Na década de 50, o efeito de resistência negativa em junções tipo p com tipo n altamente dopadas foi observado por Esaki, levando à descoberta do efeito quântico de tunelamento. A criação do diodo túnel teve tamanha importância no percurso de desenvolvimento dos dispositivos que garantiu para Leo Esaki o Prêmio Nobel de 1973. Ainda na década de 50 foi criado o primeiro dispositivo que continha, em um único bloco de Si, um transistor, um capacitor e um resistor, interconectados através de fios soldados nos contatos, ver figura abaixo, abrindo caminho para o desenvolvimento de circuitos integrados CI. Outra contribuição muito

Primeiro circuito integrado feito por Jack S. Kilby*.

importante de Esaki, foi a criação de heteroestruturas, em 1969-1970, que separavam elétrons de impurezas ionizadas, de forma a reduzir o espalhamento e aumentar a mobilidade dos portadores. Na década de 60 mais precisamente em 1965 Gordon Moore, um dos fundadores da Intel, percebeu que o número de transistores dos circuitos integrados cresceria exponencialmente, dobrando a cada dois anos (depois observou-se este crescimento a cada um ano e meio), e previu que esta tendência deveria continuar. A esta tendência denominou-se lei de Moore.

O desenvolvimento e aperfeiçoamento de técnicas de crescimento de materiais com alta qualidade, tais como deposição por epitaxia do tipo MBE-Molecular Beam Epitaxy e deposição por vapor químico do tipo MOCVD-Metalorganic Chemical Vapor Deposition, tornou-se possível o crescimento de camadas monoatômicas individuais uma após a outra, produzindo redes cristalinas artificiais e interfaces quase perfeitas. Com os grandes avanços obtidos nas décadas de 80 e 90, a tecnologia de crescimento de cristais semicondutores se encontra atualmente em um estágio de desenvolvimento bastante elevado. Com o uso destas tecnologias de crescimento de cristais, juntamente com as avançadas técnicas de nanolitografia e de corrosão química (Chemical etching), é possível, com uma engenharia de estrutura de banda, produzir as mais variadas nanoestruturas semicondutoras, as quais devido às escalas de tamanho envolvidas, tem o comportamento dos portadores (elétrons e buracos) governado pela mecânica quântica. Isso não só tornou possível o avanço de dispositivos semicondutores, como também manteve a lei de Moore vigente até os dias atuais.

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*Kilby pensava em maneiras de miniaturizar os componentes e simplificar sua fabricação, possivelmente construindo todos eles sobre uma mesma lâmina de silício. Em julho de 1958, ele escreveu em seu caderno de pesquisa: “A miniaturização extrema de muitos circuitos elétricos pode ser alcançada fazendo-se resistores, capacitores, transistores e diodos em uma única lâmina de silício”. Foi somente em 2000 que Jack S. Kilby ganhou o prêmio Nobel de Física pela invenção do circuito integrado.

Este artigo foi publicado em 26 de setembro de 2008 às 14:47 na(s) categoria(s) Geral, História, Tecnologia de ponta, Tutoriais. Você pode assinar o RSS dos comentários deste artigo. Você pode deixar um comentário, ou trackback de seu próprio site.