O transistor: um dispositivo que mudou a história da eletrônica para sempre

A consciência de que os transistores mudaram o mundo é um conhecimento comum, mas o que pode não ser conhecido o suficiente é a história das pessoas que promoveram essa mudança . Afinal, o transistor não apareceu da noite para o dia , mas levou anos de tentativa e erro para fazer a transição lenta das válvulas para transistores de germânio e, mais tarde, para transistores de silício. A história da descoberta de transistores é uma história de batalhas entre dois gigantes da tecnologia como Texas Instruments e Bell Labs .

Tudo começou com a invenção do telefone

As patentes de telefone para Alexander Graham Bell em 1906 representam uma mudança significativa na indústria de telecomunicações e permitiu a construção da primeira linha telefônica transcontinental. Essa rede telefônica foi possível graças ao inventor americano De Forest, que criou o aparelho Audion , um tubo de vácuo capaz de amplificar os sinais de uma linha telefônica . Isso permitiu que as comunicações fossem enviadas por um continente inteiro em velocidades inesperadas, desde que houvesse caixas de comutação ao longo do caminho. A invenção de De Forest também é conhecida pelo nome de triodo (1906), um tubo de elétrons que, em vez de ter dois eletrodos como o diodo, possui um terceiro, a chamada grade de controle.

O triodo De Forest tornou possível ter uma conversa telefônica de uma costa da América para a outra . Mas essa solução teve seus problemas. Os tubos de vácuo usavam muita energia, geravam uma grande quantidade de calor e não eram confiáveis. Uma alternativa era necessária, e os cientistas do Bell Labs já tiveram uma ideia graças aos estudos em materiais semicondutores.

O transistor como um substituto para o tubo de vácuo

A pesquisa em materiais semicondutores foi intensificada após a Segunda Guerra Mundial e, naquela época, uma equipe de cientistas foi montada no Bell Labs para fazer uma troca de estado sólido para substituir o tubo de vácuo. Essa equipe era composta por algumas mentes brilhantes da época, incluindo o infame trio Bill Shockley, Walter Brattain e John Bardeen.

A maneira de se relacionar entre os três definitivamente não era otimista. Shockley possuía uma personalidade um tanto rude e, isolando-se do grupo, passava a maior parte de suas horas trabalhando sozinho em casa. Durante seu isolamento, Shockley conseguiu desenvolver seu primeiro projeto para um amplificador semicondutor . O dispositivo não funcionou como esperado e Shockley pediu a Bardeen e Brattain para descobrir o porquê. Os dois começaram um experimento com germânio e em 16 de dezembro de 1947 foram capazes de construir seu primeiro transistor de ponta de contato .

O dispositivo consistia em um triângulo de plástico revestido com uma fina camada de ouro, uma configuração que essencialmente constitui um diodo de contato. No final do triângulo, a folha de ouro foi cuidadosamente cortada para formar dois contatos de ouro muito próximos, mas eletricamente isolados. Os dois contatos apoiados em uma placa de germânio formam um dispositivo com três terminais: o emissor, o coletor e a base . Uma carga elétrica positiva no emissor afetou a condutividade entre o coletor e a base na qual a placa de germânio foi montada. Em particular, foi observada uma amplificação da corrente entre o coletor e a base . Esta descoberta foi uma grande vitória para a equipe de cientistas, no entanto, havia um pequeno problema: Bardeen e Brattain inicialmente deixaram Shockley no escuro.

Só mais tarde os dois ligaram para Shockley para lhe contar o que haviam descoberto. Quando a notícia foi revelada, Shockley ficou chocado por ter sido impedido de acompanhar todo o progresso. Então, Shockley canalizou toda a sua raiva para um projeto pessoal, a fim de surpreender Bardeen e Brattain com uma invenção própria.

Pelas próximas quatro semanas, Shockley se trancou em um quarto de hotel em Chicago e só durante esse tempo ele desenvolveu o que agora é conhecido como um transistor de junção . A invenção de Shockley foi sensacional, fornecendo um design mais forte e fácil de fabricar do que o transistor dos dois colegas.

E assim os três fizeram história ao decretar uma patente , mas o trio logo se separou como um grupo de crianças sensíveis, discutindo sobre o nome que o dispositivo patenteado deveria ter e quem apareceria nas fotos de propaganda.

Em 30 de junho de 1948, a invenção foi apresentada ao mundo inteiro, mas para o desânimo de Shockley, a nova invenção não despertou o interesse de especialistas. Portanto, como qualquer outro inventor teria feito quando sua invenção não obtivesse o interesse que merecia, Shockley deixa a Bell Labs e forma sua própria empresa trazendo com ele um grupo de cientistas talentosos.

A nova empresa, Shockley Semiconductor, teve vida curta devido à forte personalidade de Shockley. Alguns de seus funcionários deixaram a empresa e formaram o que agora é Fairchild Semiconductor e Intel. Assim nasceu a indústria de semicondutores .

Os limites do transistor de germânio

O germânio era o material semicondutor de referência na época da invenção dos transistores, isso tinha aspectos positivos e negativos. Comparado ao silício, ele tinha uma temperatura de fusão mais baixa, uma tensão de limiar mais baixa e fornecia uma resposta de frequência mais alta.

No entanto, a necessidade de encontrar um substituto adequado para o germânio era bastante clara devido à baixa estabilidade térmica . Com o aumento da temperatura, o delicado equilíbrio entre as junções do transistor foi perdido, dificultando o controle dos elétrons livres. Na prática, a corrente aumentou com o aumento da temperatura e, após 75 ° C, o transistor ficou praticamente inútil . Assim, cientistas e técnicos passaram a olhar com renovado interesse para o silício, que tinha um valor insuperável: era muito difundido na natureza, até se encontrava na poeira, então os custos de produção teriam sido significativamente menores.

A corrida pelo silício

A pesquisa de silício estava em andamento desde o início dos anos 1950 no Bell Labs, onde Gordon Teal e Ernie Buehler cultivaram cristais para fazer os primeiros diodos de estado sólido. Mas a estada de Gordon na Bell Labs foi curta, pois seu desejo era voltar para casa no Texas e assim o fez, encontrando um emprego na Texas Instruments Inc.

Gordon teve alguns problemas com o cultivo de silício ; na verdade, esse material tinha níveis de impureza mais altos do que o germânio, e criar um transistor de junção NPN ou PNP bem-sucedido tornou-se um grande desafio. Então, Gordon e sua equipe lutaram com esse problema por mais de um ano. Em abril de 1954, seu árduo trabalho finalmente foi recompensado, conseguindo obter o grau de pureza desejado para o silício. Assim, a equipe de Gordon foi capaz de construir a primeira estrutura de transistor NPN de silício .

O transistor de silício: a apresentação ao público em geral

É 10 de maio de 1954, quando um grupo de engenheiros se reuniu no Instituto de Engenheiros de Rádio (IRE) para uma Conferência Nacional de Eletrônica. Era bastante claro o desafio que todos os cientistas enfrentavam para fazer do silício um material alternativo ao germânio, então naquela conferência Gordon entra em cena e sobe ao palco para anunciar que a Texas Instruments tinha três tipos diferentes de transistores de silício em produção. .

Para provar que era real, Gordon ligou um toca-discos amplificado por transistores de germânio e derramou um copo de óleo quente no aparelho , obviamente a música parou. Em seguida, Gordon fez a demonstração com o toca – discos amplificado pelos transistores de silício. Enquanto ele derramava óleo quente no toca-discos, a música continuava tocando suavemente . E assim o novo transistor de silício foi mostrado ao público presente e a todo o mundo. Hoje, a prova dessa descoberta está ao nosso redor , em nossos smartphones, laptops e nos muitos dispositivos que usamos.

Curadoria de Antonino Pagano

O artigo O transistor: um dispositivo que mudou para sempre a história da eletrônica vem da Tech CuE | Engenharia de Close-up .