A descoberta dos semicondutores, a invenção dos transistores e a criação do circuito integrado são o que faz a Lei de Moore - e por extensão, os eletrônicos modernos - possível. Antes da invenção do transístor, o ele mais amplamente usado nos eletrônicos era a válvula. Engenheiros elétricos usavam as válvulas para amplificar os sinais elétricos. Mas as válvulas tinham a tendência a se quebrar e geravam muito calor também.
O Bell Laboratories começou a procurar uma alternativa às válvulas para estabilizar e forçar o crescimento da rede nacional de telefonia nos EUA nos anos 1930. Em 1945, o laboratório concentrou-se em descobrir uma maneira de tirar vantagem dos semicondutores. Um semicondutor é um material que pode agir tanto como condutor quanto como isolante. Condutores são materiais que permitem o fluxo de elétrons - eles conduzem eletricidade. Isolantes têm uma estrutura atômica que inibe o fluxo de elétrons. Os semicondutores fazem as duas coisas.
O controle do fluxo de elétrons é o que faz os eletrônicos funcionarem. Descobrir uma maneira de aproveitar a natureza única dos semicondutores se tornou alta prioridade para o Bell Labs.Em 1947, John Bardeen e Walter Brattain construíram o primeiro transístor funcional. O transístor é um dispositivo projetado para controlar o fluxo de elétrons - ele tem um portão que, quando fechado, evita que os elétrons fluam pelo transístor. Essa ideia básica é a base para a maneira como praticamente todos os eletrônicos funcionam.
Os primeiros transistores era enormes, comparados com os transistores fabricados hoje. O primeiro deles tinha 1,3 cm de altura. Mas depois que os engenheiros aprenderam como construir um transístor funcional, a corrida estava em construi-los melhores e menores. Nos primeiros anos, os transistores existiam apenas nos laboratórios científicos enquanto os engenheiros melhoravam o design.
Em 1958, Jack Kilby fez a próxima grande contribuição ao mundo dos eletrônicos: o circuito integrado. Os primeiros circuitos elétricos consistiam de uma série de componentes individuais, cujas peças eram construídas uma a uma e depois anexadas a uma fundação chamada substrato. Kilby experimentou construir um circuito fora da uma peça única do material semicondutor e revestir as partes de metal necessárias para conectar as diferentes peças do circuito elétrico no topo disso. O resultado foi um circuito integrado.
O próximo grande desenvolvimento foi o transístor achatado. Para fazer o transístor achatado, os componentes são entalhados diretamente no substrato semicondutor. Isso faz com que algumas partes do substratos sejam mais altas que as outras. Em seguida, você aplica um filme de metal condensado ao substrato. O filme adere às porções altas do material semicondutor, cobrindo-o com metal. O metal cria as conexões entre os diferentes componentes para permitir que os elétrons fluam de um componente para outro. É quase como imprimir um circuito diretamente em uma bolacha de semicondutor.
O transístor bipolar é o transístor mais importante do ponto de vista histórico e o de utilização mais corrente. No entanto, convém referir os transístores de efeito de campo (FET, “Field Effect Transistor”), nomeadamente, os transístores FET de junção unipolar, os transístores MOSFET (“Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor”), e os CMOS (“complementary MOSFET”), os quais são muito usados na electrónica integrada de alta densidade.
O material semicondutor mais usado no fabrico de transístores é o silício. Contudo, o primeiro transístor foi fabricado em germânio. O silício é preferível porque possibilita o funcionamento a temperaturas mais elevadas (175 ºC, quando comparado com os ~75ºC dos transístores de germânio) e também porque apresenta correntes de fuga menores. O transístor bipolar é formado por duas junções p-n em série, podendo apresentar as configurações p-n-p e n-p-n . Os transístores n-p-n são os mais comuns, basicamente porque a mobilidade dos electrões é muito superior à das lacunas, isto é, os electrões movem-se mais facilmente ao longo da estrutura cristalina o que traz vantagens significativas no processamento de sinais de alta frequência. E são mais adequados à produção em massa. No entanto, deve-se referir que, em várias situações, é muito útil ter os dois tipos de transístores num circuito.
Símbolos Transistores
O transístor de junção bipolar é um dos componentes mais importantes na Eletrônica. É um dispositivo com três terminais. Num elemento com três terminais é possível usar a tensão entre dois dos terminais para controlar o fluxo de corrente no terceiro terminal, i.e., obter uma fonte controlável. O transístor permite a amplificação e comutação de sinais, tendo substituído as válvulas termo-iónicas na maior parte das aplicações. A figura da página seguinte mostra, de forma esquemática, um transístor bipolar p-n-p. Este transístor é formado por duas junções p-n que partilham a região do tipo n (muito fina e não representada à escala). Neste aspecto, o dispositivo corresponde à sanduíche de um material
do tipo n, entre duas regiões do tipo p. Existe também a estrutura complementar (npn). Dependendo da polarização de cada junções (direta ou inversa), o transístor pode operar no modo activo/linear, estar em corte ou em saturação. Verifique e simule a polarização e funcionamento de um transístor bipolar. Um transístor bipolar (com polaridade NPN ou PNP) é constituído por duas junções PN (junção base-emissor e junção base-colector) de material semicondutor (silício ou germânio) e por três terminais designados por Emissor (E), Base (B) e Coletor (C).
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