Por dentro do circuito integrado

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POR DENTRO DO CIRCUITO INTEGRADO
Prof. Dr. João Antonio Martino Professor Titular do PSI/EPUSP martino@lsi.usp.br A recente explosão no uso da tecnologia da informação e da comunicação sem fio (wireless), tem sido surpreendente. Produtos como telefones celulares, câmeras digitais, microcomputadores pessoais, sistemas de entretenimentos têm suas vendas ainda em crescimento. Esta verdadeirarevolução tecnológica foi viabilizada graças aos chamados Circuitos Integrados. Quando Jack Kilby trabalhava na Texas Instruments, e patenteou a invenção da construção de um circuito eletrônico miniaturizado em 1959[1], mais tarde chamado de circuito integrado (C.I.), jamais imaginava que poderia causar tamanho impacto na vida cotidiana. Ele ganhou o Prêmio Nobel de Física no ano 2000 por estacontribuição. 1. HISTÓRICO : do Transistor ao Circuito Integrado Uma das grandes invenções do século 20, o transistor, foi um resultado inesperado de pesquisas realizadas em radares para os Estados Unidos e Grã-Bretanha durante a 2ª Guerra Mundial. O que a Companhia Telefônica Bell Labs queria em 1945 era uma alternativa de estado sólido para as frágeis, caras e consumidoras de potências chamadas válvulas(Vacuum tubes). O físico William Shockley, diretor do programa, e seus colegas Walter Brattain e John Bardeen atingiram seu objetivo 2 anos e meio mais tarde, a 23 de dezembro de 1947 criando o Transistor de Contato Puntual. Os transistores de contato puntual sofriam de um sério inconveniente, possuíam características elétricas bastante variáveis. W. Shockley que não participou da 1ªpatente,desenvolveu imediatamente uma versão melhorada, o Transistor de junção (1950). A invenção foi um grande sucesso. O transistor de junção não era apenas mais estável e confiável que seu predecessor mas era também muito mais simples e barato. Suas primeiras aplicações comerciais surgiram em 1953. Inicialmente ele era um dispositivo caro. Texas Instruments, um dos principais fabricantes, vendia transistoresde germânio de junção por US$ 96 cada, numa época em que as válvulas custavam US$ 1 ou menos. Apesar disso, os transistores eram muito superiores, consumindo infinitamente menos energia e não produzindo calor. Em meados da década de 50 eles já custavam US$ 2,50 e o primeiro rádio portátil a transistor, chamado Regency, era vendido a US$ 50,00. Dispositivos discretos ocupavam muito espaço e emmeados da década de 50 já se procurava uma solução. No verão de 1958, um jovem engenheiro chamado Jack Kilby foi trabalhar para a Texas Instruments, que já possuía uma grande reputação inovadora. Ele trabalhava com uma técnica de micromódulos (dispositivos empilhados como pratos) e imaginou se não era possível, ao invés de empilhar os componentes, fabricá-los em um mesmo pedaço de material.

Seuprimeiro protótipo (Figura 1 – patenteado em 1959) era um oscilador de deslocamento de fase, um circuito simples que convertia CC em CA. Ao invés de utilizar vários componentes discretos, ele o fabricou em uma fina tira de germânio com quatro terminais de contato, mais o terminal de terra e sendo composto por um transistor, um capacitor e três resistores. Tudo foi mantido junto por meio de uma cera.Figura 1 : Primeiro Circuito Integrado – Oscilador de Deslocamento de fase (Texas Instruments – 1959)

No final dos anos 50, fabricar um transistor já era um processo industrial de grandes volumes, utilizando uma técnica de litografia conhecida como processo mesa. Esse processo, no entanto, tinha inconveniente. A mesa estava sujeita tanto a contaminação como acidentes e este processo nãopermitiria a fabricação de resistores. Foi então que Jean Hoerni, um físico suíço e um dos fundadores da Fairchild, inventou um processo onde ao invés de montar-se a mesa no topo do substrato de silício, ele simplesmente a difundia na base, e a seguir o emissor nesta, cobrindo o dispositivo com uma camada protetora. O resultado foi o processo planar, durável e confiável, o marco que tornou...
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