10.5.4 - O TRANSISTOR DE EFEITO DE CAMPO -  FET

A busca para um amplificador a cristal não é tão recente como se possa parecer a primeira vista pois data  de 1920.
O que é interessante de se notar é que nas primeiras experiências neste sentido,  considerou-se o seu principio operacional no  conceito do efeito de campo por ser este semelhante à ação da grade de controle no fluxo de elétrons em uma válvula termiônica, ou seja, um  dispositivo a cristal controlado por tensão, no lugar de corrente.
Nos meados da década de 1920, baseado nas suas pioneiras experiências, o físico alemão trabalhando nos EUA, Julius E. Lilienfeld, tentou obter patente para um amplificador a cristal, tendo como material estrutural o Sulfeto de Cobre.
Reprodução da patente sob numero 1.745,175 concedida pelo Departamento de Patentes dos EUA ao físico J.E.Lilienfeld em janeiro de 1930 para um método e, um primitivo dispositivo para controlar correntes elétricas por meio do estado sólido mais tarde inventado pela Bell Laboratories sob o nome de transistor.

Entretanto, por se tratar de um trabalho  isolado, naquela época pouca atenção foi dada ao mesmo. Alguns anos mais tarde, em 1935,  na Inglaterra, o inventor alemão Oskar Heil consegue obter uma das primeiras patentes para um amplificador a cristal operando pelo princípio de efeito de campo.
Sua concepção consistia no emprego de um eletrodo de controle para regular o fluxo da corrente através de uma fina camada semicondutora, elaborada com vários tipos de materiais estruturais como o Óxido de Cobre, o Pentóxido de Vanádio, Telúrio e Iodo. Na realidade, o dispositivo inventado por Heil foi o precursor do transistor de efeito de campo com porta isolada, uma vez que o eletrodo de controle estava isolado do substrato.
No final da década de 1930, experiências baseadas no princípio da foto-eletricidade feitas por R.W. Pohl,um jovem físico alemão, deu origem a um triodo semicondutor, de ação lenta, que consistia de um fio metálico atuando como uma grade ou porta para controlar o fluxo dos elétrons através de um cristal aquecido de Brometo de Potássio.
Sendo um estudo de laboratório, o mesmo veio apenas provar teoricamente a possibilidade de se obter à amplificação de um sinal  por meio de um dispositivo estado sólido por efeito de campo.
Como visto, as  tentativas para se obter os primeiros amplificadores estado sólido, operando pelo princípio de efeito de campo, consistia na modulação da corrente, que fluía através de um bloco de material semicondutor, aplicando-se cargas por meio de uma grade ou porta a qual deveria estar isolada daquele substrato. Entretanto, ao se aplicar às cargas, estas por sua vez não deveriam afetar o fluxo da corrente através do substrato, pois assim, seriam atraídas para a superfície do mesmo.
Apesar do seu funcionamento ser assim bastante simples, como até então,  desconhecia-se  o mecanismo de formação das camadas na superfície do cristal - posteriormente explicado por Bardeen, através da sua teoria dos estados da superfície  - o desenvolvimento do transistor de efeito de campo foi consideravelmente atrasado. Ironicamente isto veria acontecer bem mais tarde, após o aparecimento de um semicondutor de maior complexidade como o transistor bipolar.
No final de 1950, a produção comercial de semicondutores  já tinha atingido um volume considerável. Desta maneira para se obter  dispositivos cada vez mais aperfeiçoados, com alto desempenho e menor custo de fabricação,  levou os pesquisadores novamente em  concentrar os seus esforços no transistor de efeito de campo, devido principalmente pela sua concepção simples e baixo consumo.
Stanislas Teszner, um cientista polonês, trabalhando para uma subsidiária francesa da companhia General Electric, desenvolve em 1958 o primeiro transistor de efeito de campo, feito em liga de Germânio, sem porta isolada, para operar em freqüências elevadas, na faixa de MHz, comercialmente  denominado de TECNICTRON.
À esquerda o "FETRON" fabricado pela "Teledyne"; direita o HIN ou "Hybrid Integrated Network", um componente estado sólido semelhante ao "FETRON", porém fabricado pela "Western Electric".

Nos EUA, o primeiro transistor de efeito de campo-junção foi fabricado em 1960 pela companhia Teledyne. Alguns anos mais tarde em 1967, surge um interessante sistema semicondutor linear empregando este tipo de transistor, comercialmente conhecido como FETRON.
O FETRON, na realidade consistia de um conjunto de transistores operando em topologia de circuito tipo cascode. Foi originalmente desenvolvido para substituir a enorme quantidade de válvulas termiônicas, tipo tetrodo e pentodo,  usadas no sistema de telefonia americano devido as suas  diversas desvantagens operacionais quando comparadas ao transistor, como já  anteriormente visto.
Como se pode notar, os primeiros transistores deste tipo
tinham na região de depleção, uma junção P-N polarizada para controlar a seção transversal efetiva - e, portanto, a condutividade - de um substrato semicondutor.
Trabalhando  em conjunto nos laboratórios de pesquisas da companhia americana RCA, os engenheiros Steve Hofstein e Frederic P. Heiman,  usando da então novíssima tecnologia de fabricação Planar, desenvolvida pela Fairchild, fazem uma modificação na configuração do transistor de efeito de campo-junção. Assim, se substitui a estrutura de controle tipo junção por polarização reversa, por uma grade ou porta metálica, isolada do substrato de Silício através de uma fina camada de Óxido de Silício.
A idéia originalmente proposta por Heil em 1935, para um transistor de efeito de campo com porta isolada tinha sido finalmente conseguida, surgindo assim,  o chamado semicondutor MOSFET, um acrônimo para: metal-oxide-semiconductor field effect transistor.
A tecnologia MOS foi um enorme avanço na fabricação de semicondutores, pois permitiu que em uma área extremamente diminuta do bloco de cristal fossem produzidos vários componentes como diodos, transistores, originando assim o novo e promissor campo da Micro Eletrônica.