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.
|