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Cronología de la tecnología de transistores (resumen)
AñoTecnologíaOrganización
1947Punto de contactoLaboratorios Bell
1948Unión crecidaLaboratorios Bell
1951Unión de aleaciónEnergia General
1953Barrera de superficiePhilco
1953JFETLaboratorios Bell
1954Base difusaLaboratorios Bell
1954Colina bajaLaboratorios Bell
1959PlanarFairchild
1959MOSFETLaboratorios Bell

Un transistor es un dispositivo semiconductor con al menos tres terminales para la conexión a un circuito eléctrico . En el caso común, el tercer terminal controla el flujo de corriente entre los otros dos terminales. Puede utilizarse para amplificación, como en el caso de un receptor de radio , o para conmutación rápida, como en el caso de circuitos digitales. El transistor reemplazó al triodo de tubo de vacío., también llamada válvula (termoiónica), que era mucho más grande en tamaño y usaba significativamente más energía para operar. El primer transistor se demostró con éxito el 23 de diciembre de 1947 en Bell Laboratories en Murray Hill, Nueva Jersey. Bell Labs es el brazo de investigación de American Telephone and Telegraph (AT&T). Las tres personas a las que se atribuyó la invención del transistor fueron William Shockley, John Bardeen y Walter Brattain. La introducción del transistor a menudo se considera uno de los inventos más importantes de la historia. [1] [2]

Los transistores se clasifican ampliamente en dos categorías: transistor de unión bipolar (BJT) y transistor de efecto de campo (FET). [3]

El principio de un transistor de efecto de campo fue propuesto por Julius Edgar Lilienfeld en 1925. [4] John Bardeen , Walter Brattain y William Shockley inventaron los primeros transistores en funcionamiento en Bell Labs , el transistor de contacto de punto en 1947. Shockley introdujo el bipolar mejorado transistor de unión en 1948, que entró en producción a principios de la década de 1950 y condujo al primer uso generalizado de transistores.

El MOSFET (transistor de efecto de campo semiconductor de óxido de metal), también conocido como transistor MOS, fue inventado por Mohamed Atalla y Dawon Kahng en Bell Labs en 1959. Los MOSFET usan incluso menos energía, lo que llevó a la producción en masa de MOS transistores para una amplia gama de usos. Desde entonces, el MOSFET se ha convertido en el dispositivo más fabricado de la historia.

Orígenes del concepto de transistor [ editar ]

Julius Edgar Lilienfeld , alrededor de 1934.

La primera patente [5] para el principio del transistor de efecto de campo fue presentada en Canadá por el físico austriaco-húngaro Julius Edgar Lilienfeld el 22 de octubre de 1925, pero Lilienfeld no publicó artículos de investigación sobre sus dispositivos y su trabajo fue ignorado por la industria. En 1934, el físico alemán Dr. Oskar Heil patentó otro transistor de efecto de campo. [6] No hay evidencia directa de que estos dispositivos fueron construidos, pero trabajos posteriores en la década de 1990 muestran que uno de los diseños de Lilienfeld funcionó como se describe y dio una ganancia sustancial. Los documentos legales de la patente de Bell Labs muestran que William Shockleyy un colaborador de Bell Labs, Gerald Pearson, habían construido versiones operativas a partir de las patentes de Lilienfeld, pero nunca hicieron referencia a este trabajo en ninguno de sus trabajos de investigación o artículos históricos posteriores. [7]

John Bardeen , William Shockley y Walter Brattain en Bell Labs , 1948.

El trabajo de Bell Labs en el transistor surgió de los esfuerzos en tiempos de guerra para producir diodos mezcladores de "cristal" de germanio extremadamente puro , utilizados en unidades de radar como elemento mezclador de frecuencia en receptores de radar de microondas . Investigadores del Reino Unido habían producido modelos utilizando un filamento de tungsteno en un disco de germanio, pero eran difíciles de fabricar y no particularmente robustos. [8] La versión de Bell era un diseño de cristal único que era más pequeño y completamente sólido. Un proyecto paralelo sobre diodos de germanio en la Universidad de Purdue logró producir los cristales semiconductores de germanio de buena calidad que se utilizaron en Bell Labs. [9]Los primeros circuitos basados ​​en tubos no cambiaron lo suficientemente rápido para esta función, lo que llevó al equipo de Bell a usar diodos de estado sólido en su lugar.

Después de la guerra, Shockley decidió intentar la construcción de un dispositivo semiconductor similar a un triodo . Consiguió fondos y espacio de laboratorio, y se puso a trabajar en el problema con Bardeen y Brattain. John Bardeen finalmente desarrolló una nueva rama de la mecánica cuántica conocida como física de superficies para explicar el comportamiento "extraño" que vieron, y Bardeen y Walter Brattain finalmente lograron construir un dispositivo funcional.

La clave para el desarrollo del transistor fue una mayor comprensión del proceso de movilidad de los electrones en un semiconductor. Se comprendió que si existía alguna forma de controlar el flujo de electrones desde el emisor al colector de este diodo recién descubierto (descubierto en 1874; patentado en 1906), se podría construir un amplificador . Por ejemplo, si uno colocara contactos a ambos lados de un solo tipo de cristal, la corriente no fluiría a través de él. Sin embargo, si un tercer contacto pudiera "inyectar" electrones o agujeros en el material, la corriente fluiría.

En realidad, hacer esto parecía muy difícil. Si el cristal tuviera un tamaño razonable, el número de electrones (o huecos) necesarios para inyectar tendría que ser muy grande, lo que lo haría menos útil como amplificador porque para empezar requeriría una gran corriente de inyección. Dicho esto, toda la idea del diodo de cristal era que el propio cristal podía proporcionar los electrones a una distancia muy pequeña, la región de agotamiento. La clave parecía ser colocar los contactos de entrada y salida muy juntos en la superficie del cristal a cada lado de esta región.

Brattain comenzó a trabajar en la construcción de un dispositivo de este tipo, y siguieron apareciendo tentadores indicios de amplificación mientras el equipo trabajaba en el problema. A veces, el sistema funcionaba pero luego dejaba de funcionar inesperadamente. En un caso, un sistema que no funcionaba comenzó a funcionar cuando se colocó en el agua. Los electrones en cualquier pieza del cristal migrarían debido a cargas cercanas. Los electrones en los emisores, o los "agujeros" en los colectores, se agruparían en la superficie del cristal donde podrían encontrar su carga opuesta "flotando" en el aire (o agua). Sin embargo, podrían alejarse de la superficie con la aplicación de una pequeña cantidad de carga desde cualquier otra ubicación del cristal. En lugar de necesitar una gran cantidad de electrones inyectados,un número muy pequeño en el lugar correcto del cristal lograría lo mismo.

Su comprensión resolvió el problema de necesitar un área de control muy pequeña hasta cierto punto. En lugar de necesitar dos semiconductores separados conectados por una región común, pero pequeña, serviría una sola superficie más grande. Los cables del emisor y del colector se colocarían muy juntos en la parte superior, con el cable de control colocado en la base del cristal. Cuando se aplicaba corriente al cable "base", los electrones o los agujeros se expulsaban a través del bloque de semiconductor y se acumulaban en la superficie lejana. Siempre que el emisor y el colector estén muy juntos, esto debería permitir suficientes electrones o agujeros entre ellos para permitir que comience la conducción.

Uno de los primeros testigos del fenómeno fue Ralph Bray, un joven estudiante de posgrado. Se unió al esfuerzo de germanio en la Universidad de Purdue en noviembre de 1943 y se le asignó la difícil tarea de medir la resistencia a la propagación en el contacto metal-semiconductor. Bray encontró una gran cantidad de anomalías, como barreras internas de alta resistividad en algunas muestras de germanio. El fenómeno más curioso fue la resistencia excepcionalmente baja que se observó cuando se aplicaron pulsos de voltaje. Este efecto siguió siendo un misterio porque nadie se dio cuenta, hasta 1948, de que Bray había observado una inyección de portadores minoritarios, el efecto que fue identificado por William Shockley en Bell Labs e hizo que el transistor fuera una realidad.

Bray escribió: "Ese fue el único aspecto que pasamos por alto, pero incluso si hubiéramos entendido la idea de la inyección de portadores minoritarios ... hubiéramos dicho: 'Oh, esto explica nuestros efectos'. Es posible que no necesariamente hayamos seguido adelante y dicho, 'Comencemos a fabricar transistores', abramos una fábrica y los vendamos ... En ese momento, el dispositivo importante era el rectificador de alto voltaje de retorno ". [10]

El equipo de investigación de Shockley inicialmente intentó construir un transistor de efecto de campo (FET), tratando de modular la conductividad de un semiconductor , pero no tuvo éxito, principalmente debido a problemas con los estados de la superficie , el enlace colgante y los materiales compuestos de germanio y cobre. . En el curso de tratar de comprender las misteriosas razones detrás de su fracaso para construir un FET funcional, esto los llevó a inventar los transistores bipolares de punto de contacto y unión . [11] [12]

Primer transistor en funcionamiento [ editar ]

Una réplica estilizada del primer transistor.

El equipo de Bell hizo muchos intentos para construir un sistema de este tipo con varias herramientas, pero generalmente fracasó. Las configuraciones en las que los contactos estaban lo suficientemente cerca eran invariablemente tan frágiles como lo habían sido los detectores de bigotes del gato original, y funcionarían brevemente, si es que funcionaban. Finalmente, tuvieron un avance práctico. Se pegó un trozo de lámina de oro al borde de una cuña de plástico triangular, y luego se cortó la lámina con una navaja en la punta del triángulo. El resultado fueron dos contactos de oro muy poco espaciados. Cuando el plástico se empujó hacia abajo sobre la superficie de un cristal y se aplicó voltaje al otro lado (en la base del cristal), la corriente comenzó a fluir de un contacto al otro a medida que el voltaje base empujaba los electrones lejos de la base hacia el otro lado cerca de los contactos. El transistor de contacto puntual había sido inventado.

El 15 de diciembre de 1947, "Cuando los puntos estaban muy juntos, el amplificador de voltaje era de aproximadamente 2, pero no el amplificador de potencia. Esta amplificación de voltaje era independiente de la frecuencia de 10 a 10,000 ciclos". [13]

El 16 de diciembre de 1947, "Con este contacto de doble punto, se hizo contacto con una superficie de germanio que se había anodizado a 90 voltios, se lavó el electrolito en H 2 O y luego se evaporaron algunas manchas de oro. Los contactos de oro se presionaron hacia abajo en la superficie desnuda. Ambos contactos de oro a la superficie rectificaron muy bien ... La separación entre los puntos era de aproximadamente 4x10 −3 cm. Un punto se usó como una cuadrícula y el otro punto como una placa. El sesgo (DC) en la cuadrícula tenía que ser positivo para obtener amplificación ... ganancia de potencia 1.3 ganancia de voltaje 15 en una polarización de placa de aproximadamente 15 voltios ". [14]

Brattain y HR Moore hicieron una demostración ante varios de sus colegas y gerentes de Bell Labs en la tarde del 23 de diciembre de 1947, a menudo como la fecha de nacimiento del transistor. El "transistor de germanio de contacto de punto PNP" funcionó como un amplificador de voz con una ganancia de potencia de 18 en esa prueba. En 1956, John Bardeen , Walter Houser Brattain y William Bradford Shockley fueron galardonados con el Premio Nobel de Física "por sus investigaciones sobre semiconductores y su descubrimiento del efecto transistor".

Doce personas se mencionan como directamente involucradas en la invención del transistor en el Laboratorio Bell. [15]

Al mismo tiempo, a algunos científicos europeos les guió la idea de los amplificadores de estado sólido. En agosto de 1948, los físicos alemanes Herbert F. Mataré (1912-2011) y Heinrich Welker (1912-1981), que trabajaban en Compagnie des Freins et Signaux Westinghouse en Aulnay-sous-Bois , Francia , solicitaron una patente sobre un amplificador basado en la minoría. proceso de inyección de portador al que llamaron "transistron". [16] [17] [18] [19]Dado que Bell Labs no hizo un anuncio público del transistor hasta junio de 1948, se consideró que el transistrón se había desarrollado de forma independiente. Mataré había observado por primera vez efectos de transconductancia durante la fabricación de diodos de silicio para equipos de radar alemanes durante la Segunda Guerra Mundial . Los transistrones se fabricaron comercialmente para la compañía telefónica francesa y el ejército, y en 1953 se demostró un receptor de radio de estado sólido con cuatro transistrones en la Feria de Radio de Düsseldorf .

Origen del término [ editar ]

Bell Telephone Laboratories necesitaba un nombre genérico para la nueva invención: "Semiconductor Triode", "Surface States Triode", "Crystal Triode", "Solid Triode" e "Iotatron" fueron todos considerados, pero "Transistor", acuñado por John R. Pierce , fue el claro ganador de una votación interna (debido en parte a la afinidad que los ingenieros de Bell habían desarrollado por el sufijo "-istor"). [20] [21] La justificación del nombre se describe en el siguiente extracto del Memorando Técnico de la empresa en el que se solicita la votación:

Transistor. Esta es una combinación abreviada de las palabras " transconductancia " o "transferencia" y " varistor ". El dispositivo pertenece lógicamente a la familia de varistores y tiene la transconductancia o impedancia de transferencia de un dispositivo que tiene ganancia, por lo que esta combinación es descriptiva.

-  Bell Telephone Laboratories - Memorándum técnico (28 de mayo de 1948)

Pierce recordó el nombre de manera algo diferente:

La forma en que proporcioné el nombre fue pensar en lo que hacía el dispositivo. Y en ese momento, se suponía que era el doble del tubo de vacío . El tubo de vacío tenía transconductancia, por lo que el transistor tendría 'transresistencia'. Y el nombre debe coincidir con los nombres de otros dispositivos, como varistor y termistor. Y. . . Sugerí el nombre de 'transistor'.

-  John R. Pierce, entrevistado para el programa de PBS "Transistorized!"

La Fundación Nobel afirma que el término es una combinación de las palabras "transferencia" y " resistencia ". [22]

Conflicto temprano [ editar ]

Shockley estaba molesto porque el dispositivo se acreditaba a Brattain y Bardeen, quienes sentía que lo habían construido "a sus espaldas" para llevarse la gloria. Las cosas empeoraron cuando los abogados de Bell Labs descubrieron que algunos de los propios escritos de Shockley sobre el transistor se acercaban lo suficiente a los de una patente anterior de 1925 de Julius Edgar Lilienfeld, por lo que pensaron que era mejor que su nombre se dejara fuera de la solicitud de patente.

Mejoras en el diseño de transistores [ editar ]

El cambio al silicio [ editar ]

El germanio era difícil de purificar y tenía un rango de temperatura operativa limitado. Los científicos teorizaron que el silicio sería más fácil de fabricar, pero pocos se molestaron en investigar esta posibilidad. Morris Tanenbaum y col. en Bell Laboratories [23] fueron los primeros en desarrollar un transistor de silicio funcional el 26 de enero de 1954. [24] Unos meses más tarde, Gordon Teal , trabajando independientemente en Texas Instruments , desarrolló un dispositivo similar. Ambos dispositivos se fabricaron controlando el dopado de cristales de silicio individuales mientras crecían a partir de silicio fundido. Morris Tanenbaum y Calvin S. Fuller en Bell Laboratories desarrollaron un método superior a principios de 1955 porDifusión gaseosa de impurezas donantes y aceptoras en chips de silicio monocristalino. [25]

Sin embargo, hasta finales de la década de 1950, el germanio siguió siendo el material semiconductor dominante para transistores y otros dispositivos semiconductores . El germanio se consideró inicialmente el material semiconductor más eficaz, ya que podía demostrar un mejor rendimiento debido a una mayor movilidad del portador . [26] [27] La relativa falta de rendimiento en los primeros semiconductores de silicio se debió a que la conductividad eléctrica estaba limitada por estados superficiales cuánticos inestables , [28] impidiendo que la electricidad penetre de manera confiable en la superficie para alcanzar la capa de silicio semiconductora. [29][30]

Pasivación de la superficie de silicio [ editar ]

Artículo principal: pasivación superficial
Ver también: oxidación térmica

En 1955, Carl Frosch y Lincoln Derick de Bell Telephone Laboratories (BTL) descubrieron accidentalmente que el dióxido de silicio (SiO2) podía cultivarse en silicio. Demostraron que la capa de óxido impedía que ciertos dopantes entraran en la oblea de silicio, mientras que permitían otros, descubriendo así el efecto pasivador de la oxidación en la superficie del semiconductor. [31] En la década de 1950, Mohamed Atalla , retomó el trabajo de Frosch sobre la oxidación, investigó las propiedades superficiales de los semiconductores de silicio en Bell Labs , donde propuso un nuevo método de fabricación de dispositivos semiconductores , recubriendo una oblea de silicio con una capa aislante de óxido de silicio.de modo que la electricidad pudiera penetrar de manera confiable hasta el silicio conductor debajo, superando los estados de la superficie que impedían que la electricidad llegara a la capa semiconductora. Esto se conoce como pasivación de superficie , un método que se volvió crítico para la industria de los semiconductores, ya que más tarde hizo posible la producción en masa de circuitos integrados de silicio . [29] Presentó sus hallazgos en 1957. [32] Estudió la pasivación de uniones pn por óxido y publicó sus resultados experimentales en memorandos BTL de 1957. [32] El método de pasivación superficial de Atalla fue más tarde la base de dos inventos en 1959: el transistor MOSde Atalla y Dawon Kahng , y el proceso planar de Jean Hoerni . [33]

Proceso plano [ editar ]

Artículos principales: proceso planar y transistor planar

En una reunión de la Sociedad Electroquímica de 1958 , Atalla presentó un artículo sobre la pasivación superficial de las uniones PN por óxido (basado en sus memorandos BTL de 1957), [32] y demostró el efecto pasivante del dióxido de silicio sobre una superficie de silicio. [33] Jean Hoerni asistió a la misma reunión y quedó intrigado por la presentación de Atalla. A Hoerni se le ocurrió una "idea plana" una mañana mientras pensaba en el dispositivo de Atalla. [32] Aprovechando el efecto pasivante del dióxido de silicio sobre la superficie del silicio, Hoerni propuso fabricar transistores que estuvieran protegidos por una capa de dióxido de silicio. [32]

El proceso plano fue desarrollado por Jean Hoerni mientras trabajaba en Fairchild Semiconductor , con una primera patente emitida en 1959. [34] [35] El proceso plano utilizado para hacer estos transistores hizo posible los circuitos integrados monolíticos de silicio producidos en masa .

MOSFET [ editar ]

Artículo principal: MOSFET

En 1959 se introdujo el MOSFET y en 2020 sigue siendo el tipo de transistor dominante en uso, con un total estimado de 13  sextillones (1.3 × 10 22 ) MOSFET fabricados entre 1960 y 2018. Las ventajas clave de los transistores MOSFET sobre los BJT son que no consumen corriente excepto cuando cambian de estado y tienen una velocidad de conmutación más rápida (ideal para señales digitales).

Comercialización temprana [ editar ]

La primera línea de producción de transistores comerciales del mundo estaba en la planta de Western Electric en Union Boulevard en Allentown, Pensilvania . La producción comenzó el 1 de octubre de 1951 con el transistor de germanio de contacto puntual. [36]

La primera aplicación comercial de transistores en telecomunicaciones fue en el otoño de 1952 en generadores de tono para señalización multifrecuencia del sistema de conmutación de barra transversal No. 5 en la instalación de Englewood, Nueva Jersey, utilizado para la primera prueba de campo de marcación directa a distancia (DDD). [37]

En 1953, el transistor se estaba utilizando en algunos productos, como audífonos y centralitas telefónicas , pero aún existían problemas importantes que impedían su aplicación más amplia, como la sensibilidad a la humedad y la fragilidad de los cables conectados a los cristales de germanio. [38] Donald G. Fink , director de investigación de Philco , resumió el estado del potencial comercial del transistor con una analogía: "¿Es un adolescente con granos, ahora torpe, pero prometedor futuro vigor? O ha llegado a la madurez, completo de languidez, rodeado de desengaños? " [38]

Las empresas de semiconductores se centraron inicialmente en los transistores de unión en los primeros años de la industria de los semiconductores . Sin embargo, el transistor de unión era un dispositivo relativamente voluminoso que era difícil de fabricar en una base de producción en masa , lo que lo limitaba a una serie de aplicaciones especializadas. [39]

Radios de transistores [ editar ]

Artículo principal: radio de transistores
El Regency TR-1, que utilizaba transistores NPN de Texas Instruments , fue el primer radio de transistores producido comercialmente en el mundo .

Se demostraron prototipos de receptores de radio AM de transistores, pero en realidad eran solo curiosidades de laboratorio. Sin embargo, en 1950 Shockley desarrolló un tipo radicalmente diferente de amplificador de estado sólido que se conoció como el transistor de unión bipolar , que funciona con un principio completamente diferente al del transistor de punto de contacto . Morgan Sparks convirtió el transistor de unión bipolar en un dispositivo práctico. [40] [41] Estos también fueron autorizados a otras empresas de electrónica, incluida Texas Instruments , que produjo una serie limitada de radios de transistores.como herramienta de ventas. Los primeros transistores eran químicamente inestables y solo adecuados para aplicaciones de baja potencia y baja frecuencia, pero a medida que se desarrolló el diseño del transistor, estos problemas se fueron superando lentamente.

Hay numerosos solicitantes del título de la primera empresa en producir radios de transistores prácticos. Texas Instruments había demostrado radios AM de transistores completos ya en 1952, pero su rendimiento estaba muy por debajo del de los modelos de tubos de batería equivalentes. En agosto de 1953, en la feria de radio de Düsseldorf , la empresa alemana Intermetall demostró una radio de transistores que funcionaba bien . Fue construido con cuatro de los transistores hechos a mano de Intermetall, basados ​​en la invención de 1948 de Herbert Mataré y Heinrich Welker. Sin embargo, al igual que con las primeras unidades de Texas (y otras), solo se construyeron prototipos; nunca se puso en producción comercial.

La primera radio de transistores a menudo se atribuye incorrectamente a Sony (originalmente Tokyo Tsushin Kogyo), que lanzó el TR-55 en 1955. Sin embargo, fue anterior al Regency TR-1 , fabricado por la División de Regencia de IDEA (Industrial Development Engineering Associates ) de Indianápolis, Indiana, que fue la primera radio de transistores práctica. [ cita requerida ] El TR-1 se anunció el 18 de octubre de 1954 y se puso a la venta en noviembre de 1954 por 49,95 dólares estadounidenses (el equivalente a unos 361 dólares estadounidenses en dólares del año 2005) y vendió unas 150.000 unidades. [ cita requerida ]

El TR-1 usó cuatro transistores NPN de Texas y tuvo que ser alimentado por una batería de 22.5 voltios, ya que la única forma de obtener un rendimiento de radiofrecuencia adecuado de los primeros transistores era ejecutarlos cerca de su voltaje de ruptura de colector a emisor . Esto hizo que el funcionamiento del TR-1 fuera muy caro y fue mucho más popular por su novedad o valor de estatus que por su rendimiento real, más bien a la manera de los primeros reproductores MP3 .

Aún así, aparte de su desempeño indiferente, el TR-1 era un producto muy avanzado para su época, usando placas de circuito impreso y lo que entonces se consideraban componentes en micro-miniatura.

Masaru Ibuka , cofundador de la firma japonesa Sony , estaba de visita en Estados Unidos cuando Bell Labs anunció la disponibilidad de licencias de fabricación, incluidas instrucciones detalladas sobre cómo fabricar transistores de unión. Ibuka obtuvo un permiso especial del Ministerio de Finanzas japonés para pagar la tarifa de licencia de 50.000 dólares, y en 1955 la compañía introdujo su propia radio de cinco transistores, la TR-55, con la nueva marca Sony . Este producto pronto fue seguido por diseños más ambiciosos, pero generalmente se considera que marca el comienzo del crecimiento de Sony hacia una superpotencia de fabricación.

El TR-55 era bastante similar al Regency TR-1 en muchos aspectos, ya que funcionaba con el mismo tipo de batería de 22,5 voltios y no era mucho más práctico. Nota: según el esquema, el TR-55 utilizó un suministro de 6 voltios. [42] Muy pocos se distribuyeron fuera de Japón. No fue hasta 1957 que Sony produjo su revolucionaria radio de bolsillo tipo camisa "TR-63", un diseño mucho más avanzado que funcionaba con una batería estándar de 9 voltios y podía competir favorablemente con los portátiles de tubo de vacío. El TR-63 también fue el primer radio de transistores en utilizar todos los componentes en miniatura. (El término "bolsillo" fue una cuestión de interpretación, ya que Sony supuestamente tenía camisetas especiales con bolsillos de gran tamaño para sus vendedores).

1955 Chrysler – Philco, radio para automóvil con todos los transistores: anuncio de transmisión de radio "Breaking News"

En la edición del 28 de abril de 1955 del Wall Street Journal, Chrysler y Philco anunciaron que habían desarrollado y producido la primera radio para automóvil de transistores del mundo. [43] Chrysler fabricó la radio para automóvil de transistores, modelo Mopar 914HR, disponible como una "opción" en el otoño de 1955 para su nueva línea de autos Chrysler e Imperial de 1956, que llegó a la sala de exhibición el 21 de octubre de 1955. La radio de transistores para automóvil era una opción de $ 150. [44] [45] [46]

La Sony TR-63, lanzada en 1957, fue la primera radio de transistores producida en serie, lo que llevó a la penetración de las radios de transistores en el mercado masivo. [47] El TR-63 pasó a vender siete millones de unidades en todo el mundo a mediados de la década de 1960. [48] Con el éxito visible del TR-63, competidores japoneses como Toshiba y Sharp Corporation se unieron al mercado. [49] El éxito de Sony con las radios de transistores llevó a que los transistores reemplazaran los tubos de vacío como la tecnología electrónica dominante a fines de la década de 1950. [50]

Uso de pasatiempos [ editar ]

El primer transistor de unión de bajo costo disponible para el público en general fue el CK722 , una unidad de pequeña señal de germanio PNP presentada por Raytheon a principios de 1953 por $ 7.60 cada uno. En las décadas de 1950 y 1960, se publicaron en libros y revistas populares cientos de proyectos de electrónica de aficionados basados ​​en el transistor CK722. [51] [52] Raytheon también participó en la expansión del papel del CK722 como dispositivo electrónico aficionado mediante la publicación de "Aplicaciones de transistores" y "Aplicaciones de transistores - Volumen 2" a mediados de la década de 1950.

Computadoras de transistores [ editar ]

Artículo principal: computadora de transistores

La primera computadora de transistores del mundo fue construida en la Universidad de Manchester en noviembre de 1953. La computadora fue construida por Richard Grimsdale , entonces estudiante de investigación en el Departamento de Ingeniería Eléctrica y luego profesor de Ingeniería Electrónica en la Universidad de Sussex. La máquina utilizaba transistores de contacto puntual, fabricados en pequeñas cantidades por STC y Mullard. Estos consistían en un solo cristal de germanio con dos alambres finos, que se asemeja al cristal y al bigote de gato de la década de 1920. Estos transistores tenían la útil propiedad de que un solo transistor podía poseer dos estados estables. ... El desarrollo de la máquina se vio gravemente obstaculizado por la falta de fiabilidad de los transistores. Consumió 150 vatios. [53]

Metropolitan Vickers Ltd reconstruyó el diseño completo de 200 transistores (y 1300 diodos) en 1956 utilizando transistores de unión (para uso interno). [54]

El IBM 7070 (1958), IBM 7090 (1959), y el CDC 1604 (1960) fueron los primeros ordenadores (como productos para la venta) basados en transistores.

MOSFET (transistor MOS) [ editar ]

Artículo principal: MOSFET
Mohamed Atalla (izquierda) y Dawon Kahng (derecha) inventaron el MOSFET en noviembre de 1959.

Sobre la base de su método de pasivación de superficies de silicio , Mohamed Atalla desarrolló el proceso de semiconductores de óxido de metal (MOS) a fines de la década de 1950. [29] Propuso que el proceso MOS podría usarse para construir el primer transistor de efecto de campo de silicio (FET) en funcionamiento, en el que comenzó a trabajar en la construcción con la ayuda de Dawon Kahng en Bell Labs . [29]

MOSFET , que muestra los terminales de puerta (G), cuerpo (B), fuente (S) y drenaje (D). La puerta está separada del cuerpo por una capa aislante (rosa).

El transistor de efecto de campo semiconductor de óxido metálico (MOSFET) fue inventado por Atalla y Kahng en Bell Labs. [55] [56] Se fabricaron el dispositivo en noviembre de 1959, [57] y se presentan como el "campo de dióxido de silicio-silicio inducida dispositivo superficie" a principios de 1960. [58] Con su alta escalabilidad , [59] y mucho menor consumo de energía y mayor densidad que los transistores de unión bipolar, [60] el MOSFET hizo posible construir circuitos integrados de alta densidad (IC), [61] permitiendo la integración de más de 10,000 transistores en un solo IC. [62]

El primer transistor de efecto de campo de puerta Schottky de galio-arseniuro ( MESFET ) fue fabricado por Carver Mead y publicado en 1966. [63] El primer informe de un MOSFET de puerta flotante (FGMOS) fue realizado por Dawon Kahng y Simon Sze en 1967 . [64]

Desde entonces, el MOSFET se ha convertido en el dispositivo más fabricado de la historia. [65] [66] A partir de 2018, se ha fabricado un total estimado de 13 billones de transistores MOS. [sesenta y cinco] 

PMOS y NMOS [ editar ]

Originalmente había dos tipos de lógica MOSFET, PMOS ( MOS tipo p ) y NMOS ( MOS tipo n ). [67] Ambos tipos fueron desarrollados por Atalla y Kahng cuando inventaron originalmente el MOSFET, fabricando dispositivos PMOS y NMOS con un proceso de 20  µm . [56]

CMOS [ editar ]

Artículo principal: CMOS

Chih-Tang Sah y Frank Wanlass en Fairchild Semiconductor inventaron un nuevo tipo de lógica MOSFET, CMOS (MOS complementario) , y en febrero de 1963 publicaron la invención en un artículo de investigación . [68] [69]

Puerta autoalineada [ editar ]

El transistor MOSFET de puerta autoalineada ( puerta de silicio) fue inventado por Robert Kerwin, Donald Klein y John Sarace en Bell Labs en 1967. Los investigadores de Fairchild Semiconductor Federico Faggin y Tom Klein utilizaron posteriormente MOSFET de puerta autoalineada para desarrollar el primer silicio Circuito integrado MOS de puerta . [70]

Comercialización de MOSFET [ editar ]

Artículo principal: MOSFET § Aplicaciones

El MOSFET , también conocido como transistor MOS, fue el primer transistor verdaderamente compacto que pudo miniaturizarse y producirse en masa para una amplia gama de usos. [39] Revolucionó la industria electrónica en general , [71] incluida la electrónica de potencia , [72] la electrónica de consumo , los sistemas de control y las computadoras . [73] El MOSFET se ha convertido desde entonces en el tipo de transistor más común en el mundo, con usos que incluyen computadoras, electrónica [30] y tecnología de comunicaciones (como teléfonos inteligentes ). [74]El transistor MOS ha sido descrito como el "caballo de batalla de la industria electrónica" debido a que es el componente básico de cada microprocesador , chip de memoria y circuito de telecomunicaciones en uso. [75] Todos los días se fabrican miles de millones de transistores MOS, a partir de 2013. [61]

Circuitos integrados [ editar ]

General Microelectronics introdujo los primeros circuitos integrados MOS comerciales en 1964, que constan de 120 transistores de canal p . [76] Era un registro de desplazamiento de 20 bits , desarrollado por Robert Norman [77] y Frank Wanlass . [78] En 1967, los investigadores de Bell Labs Robert Kerwin, Donald Klein y John Sarace desarrollaron el transistor MOS de puerta autoalineada ( puerta de silicio), que los investigadores de Fairchild Semiconductor Federico Faggin y Tom Klein utilizaron para desarrollar el primer CI MOS de puerta de silicio. . [79]

En 1972, los circuitos MOS LSI ( integración a gran escala ) se comercializaron para numerosas aplicaciones, incluidos automóviles , camiones , electrodomésticos , máquinas comerciales , instrumentos musicales electrónicos , periféricos de computadora , cajas registradoras , calculadoras, transmisión de datos y equipos de telecomunicaciones . [80]

Memoria de semiconductores [ editar ]

Más información: memoria de computadora , celda de memoria (informática) y memoria de semiconductores

Las primeras celdas de memoria modernas se introdujeron en 1965, cuando John Schmidt diseñó la primera MOS SRAM ( RAM estática ) de 64 bits . [81] En 1967, Robert H. Dennard de IBM presentó una patente para una celda de memoria DRAM (RAM dinámica) de un solo transistor , utilizando un MOSFET . [82]

La primera aplicación práctica del MOSFET de puerta flotante (FGMOS) fueron las celdas de memoria de puerta flotante , que Dawon Kahng y Simon Sze propusieron que podrían usarse para producir ROM reprogramable ( memoria de solo lectura ). [83] Las celdas de memoria de puerta flotante se convirtieron más tarde en la base de las tecnologías de memoria no volátil (NVM), incluidas EPROM (ROM programable borrable), EEPROM (ROM programable borrable eléctricamente) y memoria flash .

Microprocesadores [ editar ]

El MOSFET es la base de todo microprocesador . [75] Los primeros microprocesadores fueron todos microprocesadores MOS, construidos con circuitos MOS LSI. Los primeros microprocesadores multichip , el Four-Phase Systems AL1 en 1969 y el Garrett AiResearch MP944 en 1970, se desarrollaron con varios chips MOS LSI. El primer microprocesador comercial de un solo chip, el Intel 4004 , fue desarrollado por Federico Faggin , utilizando su tecnología IC MOS de puerta de silicio, con los ingenieros de Intel Marcian Hoff y Stan Mazor , y el ingeniero de Busicom.Masatoshi Shima . [84] Con la llegada de los microprocesadores CMOS en 1975, el término "microprocesadores MOS" comenzó a referirse a chips fabricados completamente a partir de lógica PMOS o fabricados completamente a partir de lógica NMOS , en contraste con "microprocesadores CMOS" y " procesadores bipolares de corte de bits ". [85]

Calculadoras de bolsillo [ editar ]

Uno de los primeros productos electrónicos de consumo influyentes habilitados por los transistores MOS fue la calculadora electrónica de bolsillo . [62] En 1965, la calculadora de escritorio Victor 3900 fue la primera calculadora MOS LSI , con 29 chips MOS LSI. [86] En 1967, el Texas Instruments Cal-Tech fue el primer prototipo electrónica calculadora de mano , con tres chips MOS LSI, y fue lanzado más tarde como el Canon Pocketronic en 1970. [87] El agudo QT-8DLa calculadora de escritorio fue la primera calculadora LSI MOS producida en serie en 1969, [86] y la Sharp EL-8, que usaba cuatro chips MOS LSI, fue la primera calculadora de mano electrónica comercial en 1970. [87] La primera calculadora electrónica de bolsillo verdadera fue la Busicom LE-120A HANDY LE, que utilizaba una única calculadora en un chip MOS LSI de Mostek , y fue lanzado en 1971. [87]

Ordenadores personales [ editar ]

En la década de 1970, el microprocesador MOS fue la base de las computadoras domésticas , microcomputadoras (micros) y computadoras personales (PC). Esto llevó al inicio de lo que se conoce como la revolución de las computadoras personales o la revolución de las microcomputadoras . [88]

Electrónica de potencia [ editar ]

El MOSFET de potencia es el dispositivo de potencia más utilizado en el mundo. [89] Las ventajas sobre los transistores de unión bipolar en la electrónica de potencia incluyen MOSFET que no requieren un flujo continuo de corriente de excitación para permanecer en el estado ON, ofreciendo velocidades de conmutación más altas, pérdidas de potencia de conmutación más bajas, resistencias de encendido más bajas y menor susceptibilidad a la fuga térmica. [90] El MOSFET de potencia tuvo un impacto en las fuentes de alimentación , permitiendo frecuencias de funcionamiento más altas, reducción de tamaño y peso y un mayor volumen de producción. [91]

El MOSFET de potencia, que se utiliza comúnmente en la electrónica de potencia , se desarrolló a principios de la década de 1970. [92] El MOSFET de potencia permite una potencia de accionamiento de puerta baja, una velocidad de conmutación rápida y una capacidad avanzada de conexión en paralelo. [89]

Patentes [ editar ]

  • US 1745175 Julius Edgar Lilienfeld : "Método y aparato para controlar la corriente eléctrica" ​​presentado por primera vez en Canadá el 22.10.1925, que describe un transistor de efecto de campo. 
  • US 1900018  Julius Edgar Lilienfeld: "Dispositivo para controlar la corriente eléctrica" ​​presentado el 28.03.1928, un transistor de efecto de campo de película delgada
  • GB 439457 Oskar Heil : "Mejoras en amplificadores eléctricos y otras disposiciones y dispositivos de control o relacionados con ellos" presentado por primera vez en Alemania el 02.03.1934 
  • US 2524035 John Bardeen et al .: "Elemento de circuito de tres electrodos que utiliza materiales semiconductores" prioridad más antigua 26.02.1948 
  • US 2569347 William Shockley : "Elemento de circuito que utiliza material semiconductor" prioridad más antigua 26.06.1948 
  • US 3206670 Mohamed Atalla : "Dispositivos semiconductores con recubrimientos dieléctricos" presentada en 03.08.1960, que describe un MOSFET 
  • US 3102230 Dawon Kahng : "Dispositivo semiconductor controlado por campo eléctrico" presentado el 03.08.1960, que describe un MOSFET 

Referencias [ editar ]

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Libros y literatura [ editar ]

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  • Capítulos del laberinto de cristal de la historia de la física del estado sólido (728)
  • Electronic Genie: LA HISTORIA ENREDADA DEL SILICIO (304s)
  • LA INVENCIÓN QUE CAMBIÓ EL MUNDO: CÓMO UN PEQUEÑO GRUPO DE PIONEROS DEL RADAR GANÓ LA SEGUNDA GUERRA MUNDIAL Y LANZÓ UNA TECNOLOGÍA (576s)

Enlaces externos [ editar ]

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