Semi-condutores

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Introdução

Semicondutor é uma classe intermediária de substâncias, que possuem um nível de condutividade entre os extremos de um isolante e um condutor.
Desta forma, são melhores condutores do que os isolantes de eletricidade, mas não tão bons condutores como o cobre. Tais materiais se mostram extremamente úteis para a microeletrônica.

1. Historia

No século 19, pouco se sabia arespeito de semicondutores e muito menos de dispositivos feito com estes materiais. Houve, no entanto, alguns trabalhos empíricos (baseados na experiência). É o caso da invenção do retificador a estado sólido, apresentado por Greenleaf Whittier Pickard em 1902, baseado nas pesquisas F. Braun, em 1874.
Este retificador foi feito com cristal de PbS, soldado com um fio metálico (diodo de ponta decontato). Este diodo apresentava característica muito instável e foi abandonado temporariamente, até uma época em que os diodos a válvula não atendiam à demanda de uso de freqüências mais altas.

Figura 1 – Detector a cristal

O início do século 20 por sua vez foi fundamental para o desenvolvimento da microeletrônica, pois houve um enorme progresso na teoria física, com o desenvolvimento da mecânicaquântica, por Bohr, de Broglie, Heisenberg, Schrödinger e outros, notadamente durante os anos 20. Em paralelo a este fato, foi proposto um primeiro conceito de desenvolvimento de um transistor de efeito de campo em estado sólido. Em 1928, Lilienfeld, um homem muito à frente do seu tempo, patenteou a idéia de modular a condutividade de um semicondutor por meio de um campo elétrico, chamado comodispositivo de efeito de campo.

Lilienfeld, no entanto, não teve sucesso na realização prática da sua proposta. Na década seguinte, dos anos 30, houve um forte crescimento no desenvolvimento de teorias quânticas em sólidos, ou seja, a aplicação da mecânica quântica em sólidos, com os conceitos de bandas de energias, banda proibida, mecânica estatística, portadores, etc, pelos trabalhosapresentados por Peieris, Wilson, Mott, Franck e vários outros (a maioria da Inglaterra). Estes conceitos teóricos permitiram entender os semicondutores e motivar a pesquisa por dispositivos semicondutores.
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 outrogrupo bastante ativo nesta área e que contribuiu significativamente com o trabalho na Bell Labs era o grupo da universidade de Purdue.
Em 1940, Niels Bohr apresenta o conceito da estrutura sobre a estrutura de um átomo, R. Ohi identifica pela primeira vez semicondutora de Si (Silício) tipo p e tipo n.E no mesmo ano, J. Scaff e H. Theuerer mostram que o nível e o tipo de condutividade do Si sãodevido à presença de traços de impurezas, durante os anos seguintes da II Guerra mundial, as pesquisas nesta área são suspensas na Bell Labs, devido a outras prioridades.
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 (Germânio) e Si e de transistores de efeito de campo. Nestaépoca, 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 (dentro da banda proibida). Mas persistindo na pesquisa da invenção do FET, Bardeen e Brattain descobrem por acaso o efeito de transistor bipolar, em final de 1947, mais precisamente em 16 de dezembro.
O transistorera constituído por uma base de Ge tipo n (contato de base pelas costas da amostra) e duas junções de contato tipo p na superfície, sendo um de emissor e outro o coletor, feitos um próximo ao outro.

Após os cuidados necessários para patentear o invento e convencer o exército americano, que queria mantê-lo como segredo, a Bell Labs o anuncia publicamente em junho de 1948. O descobrimento do...
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