Estrutura atómica da matéria.

11/03/2013
Ewaldo Luiz de Mattos Mehl
Departamento de Engenharia Elétrica
[email protected]
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Resistentes
Supercondutores
Condutores
Dielétricos
Materiais
usados em
Engenharia Elétrica
Semicondutores
Magnéticos
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Materiais semicondutores
São sólidos geralmente cristalinos de condutividade elétrica intermediária
entre condutores e isolantes.
• Os semicondutores são, quando puros e cristalinos, a temperaturas muito
baixas, excelentes isolantes.
• Ao contrário dos metais, a condutividade dos semicondutores puros
(intrínsecos) aumenta significativamente com a temperatura.
•
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1833: Michael Faraday observou que o sulfeto de prata [Ag2S] diminuía sua
resistividade com o aumento da temperatura.
1851: Johann Hittorf estudou o efeito da temperatura no Ag2S e no Cu2S.
1873: Willoughby Smith verificou que o selênio, quando exposto à luz,
decrescia significativamente sua resistência elétrica
1874: Karl Ferdinand Braun observou que sulfetos metálicos conduziam a
corrente elétrica num só sentido.
1876: Adams & Day descobrem o efeito fotovoltaico no selênio.
1883: Charles Fritts constrói a primeira fotocélula de selênio (eficiência < 1%)
1914 Johan Koenigsberger classificou os materiais em metais, isolantes de
“condutores variáveis”
1925 E. Presser patenteou o retificador a óxido de selênio
1926 O. Grondahl patenteou o retificador a óxido de cobre
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1930 Rudolf Peierls estabeleceu a teoria de bandas energéticas “proibidas” e
“permitidas” em sólidos cristalinos
1931: Werner Heisenberg apresentou o conceito de “lacunas” como
decorrência de uma ligação covalente incompleta
1935 Russel Ohl desenvolveu um método de purificação do silício baseado
em refusão, que acidentalmente criou uma junção p-n na interface de
impurezas (‘quase invenção’ do transistor!)
1938: Walter Schottky & Neville F. Mott de forma independente lançam uma
explicação para o efeito retificador de uma junção metal–semicondutor
baseada em barreira de potencial
1938 Boris Davydov lançou uma explicação para o efeito retificador da junção
entre cobre metálico e óxido de cobre baseada em uma junção p-n
1945 William Shockley lança a ideia de um dispositivo amplificador baseado
no efeito do campo elétrico em uma barra de material semicondutor (transistor
de ‘efeito de campo’). No entanto as tentativas de construção de um dispositivo
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físico falham.
George Clarke Southworth (1890-1972)
Bell Labs
Cristais de galena (PbS) em radares
Russel Shoemaker Ohl (1898-1987)
Penn State University
Bell Labs
Diodos de Silício
Karl Lark-Horovitz (1892-1958)
Purdue University
Propriedades elétricas dos cristais de Germânio
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1947 John Bardeen lança a teoria de que o dispositivo vislumbrado por
Schokley não funcionava devido a “cargas superficiais” na interface entre o
semicondutor e o eletrodo de metal. Schokley não concorda com esta
explicação, mas Bardeen mesmo assim publica um artigo com a sua teoria.
1947 John Bardeen & Walter Brattain, desejando demonstrar praticamente a
influência das “cargas superficiais”, constroem um transistor de germânio.
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1948 John Bardeen & Walter Brattain publicam um trabalho descrevendo o
dispositivo que construíram, usando pela primeira vez a palavra ‘transistor’.
1948 John Shive constrói um transistor
de germânio com o coletor e o emissor em
lados opostos de uma fina lâmina de germânio
provando que o ‘efeito transistor’ se dava no
interior do semicondutor e não na superfície
como imaginavam Bardeen & Brattain.
1956 Bardeen, Brattain & Schockley são
agraciados com o Prêmio Nobel de Física.
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•
transfer resistor
•
Dispositivo de chaveamento da Corrente Elétrica
•
Dimensões reduzidas em relação às válvulas eletrônicas
Ic+Ib
Ic
B
C
Ib
E
Uma pequena corrente
possibilita o controle de
uma grande corrente!
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Bell Labs
Western Electric
•
Produção artesanal
•
Uso em telefonia
•
1950: US$ 16 a US$ 25 (cada)
Transistor Western Electric, 1950
Aparelho de Surdez Zenith, 1952
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1952: A Western Electric inicia licenciamento de fabricação
Texas Instruments, Dallas, TX
Licensa: US$ 25 mil
Curso de 8 dias
Equipamento detetor de submarinos
por anomalia magnética
Texas Instruments, II Guerra Mundial
Gordon Teal
Bell Labs
TI
1953: US$ 2.50
1954: Transistor de Si
Motorola, Chicago
•
1928: Irmãos Galvin: Carregadores para baterias
•
1930: “Radiola” (RCA) para automóveis: MOTOROLA
•
1935: Equipamento de rádio para a
polícia de Chicago
•
1942: II Guerra Mundial: Handie-Talkie
•
1952: Licença do Transistor
•
1956: Transistores
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Tokyo Tsushin Kogyo Kabushiki Kaisha, Japão
(Tokyo Telecommunications Engineering Corporation)
•
1953: Akio Morita: Licensa do Transistor
•
1954: Leo Esaki: Transitores NPN (Esaki: Prêmio Nobel, 1973)
•
1955: Rádio SONY: US$ 29.95
1955
1957
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Ge
Si
GaAs
•
Ge: temperatura, oxidação, preço elevado
•
Si: necessidade de purificação elevada
•
GaAs: aplicações ópticas
•
Domínio do silício na eletrônica atual
metalóides
1947: Bardeen, Brattain & Shokley inventam o transistor no Bell
Labs
•
1955: Schockley sai do Bell Labs e funda a empresa Shockley
Semiconductor em Palo Alto, CA (cidade natal de Shockley)
•
1956: Bardeen, Brattain & Shokley recebem o prêmio Nobel de
Física pela invenção do transistor
•
Schockley
1957: Robert Noyce e mais 7 colegas saem da Shockley
Semiconductor e vão trabalhar na recém-criada divisão Fairchild
Semiconductor, na empresa Fairchild Camera Corporation
•
1959: Robert Noyce fabrica o primeiro Circuito Integrado na
empresa Fairchild
•
Noyce
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1968: Robert Noyce & Gordon Moore:
saem da Fairchild e fundam a Intel
(+ Andy Grove, investidor)
Robert Noyce
Gordon Moore
Início da Intel: design house de circuitos integrados
1969: Frederico “Fred” Faggin na Fairchild
desenvolve o MOSFET (transistor
metal-óxido-semicondutor com terminal
de gate isolado)
•
•
Fred Faggin
1970: Faggin passa a trabalhar na Intel
1970: Faggin, Marcian “Ted” Hoff & Stanley Mazor:
projeto de CIs para a ETI Busicom Nippon Calculator Co. + Masatoshi Shima,
Engenheiro da Busicom que juntou-se à equipe da Intel nos EUA: primeiro
microprocessador – Intel 4004
•
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Texas Instruments
1958: Jack Kilby
•
Concepção do circuito integrado
•
Fabricação experimental de 2 transistores integrados
•
Não gerou produto industrial imediatamente
Protótipo em Ge
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Fairchild Semiconductor
1958: Jean Hoerni: método epitaxial para fabricação de transistores
1959: Robert Noyce: circuitos integrados em Si
• A pesquisa
de Robert Noyce gerou produtos industrias imediatos
1959: Primeiro CI Fairchild com 4 transistores
aprox. 4 mm x 2 mm
Robert “Bob” Noyce
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