Un transistor es un dispositivo semiconductor con al menos tres terminales para conexión a un circuito eléctrico . En el caso común, el tercer terminal controla el flujo de corriente entre los otros dos terminales. Este puede usarse 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 válvulas de vacío , también llamado válvula (termiónica), que era mucho más grande y consumía mucha más energía para funcionar. El primer transistor se demostró con éxito el 23 de diciembre de 1947 en los Laboratorios Bell en Murray Hill, Nueva Jersey. Bell Labs era el brazo de investigación de American Telephone and Telegraph (AT&T). Los tres individuos a los que se atribuye 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 en términos generales 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 funcionales en Bell Labs , el transistor de contacto puntual en 1947. Shockley introdujo el transistor 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 metálico), también conocido como transistor MOS, fue inventado por Mohamed Atalla y Dawon Kahng en Bell Labs en 1959. Los MOSFET consumen aún 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.
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La primera patente [5] para el principio del transistor de efecto de campo fue presentada en Canadá por el físico austrohúngaro Julius Edgar Lilienfeld el 22 de octubre de 1925, pero Lilienfeld no publicó ningún artículo 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 fueran 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 Shockley y un compañero de trabajo de Bell Labs, Gerald Pearson, habían construido versiones operativas de las patentes de Lilienfeld, pero nunca hicieron referencia a este trabajo en ninguno de sus trabajos de investigación o artículos históricos posteriores. [7]
El trabajo del Bell Lab 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 . Los investigadores del Reino Unido habían producido modelos utilizando un filamento de tungsteno sobre un disco de germanio, pero eran difíciles de fabricar y no particularmente robustos. [8] La versión de Bell era un diseño monocristalino que era a la vez más pequeño y completamente sólido. Un proyecto paralelo sobre diodos de germanio en la Universidad Purdue logró producir cristales semiconductores de germanio de buena calidad que se utilizaron en los laboratorios Bell. [9] Los primeros circuitos basados en válvulas no conmutaban lo suficientemente rápido para esta función, lo que llevó al equipo de Bell a utilizar diodos de estado sólido en su lugar.
Después de la guerra, Shockley decidió intentar construir un dispositivo semiconductor similar a un triodo . Consiguió financiación y espacio para el 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 observaron, y Bardeen y Walter Brattain finalmente lograron construir un dispositivo que funcionara.
La clave para el desarrollo del transistor fue la mayor comprensión del proceso de movilidad de los electrones en un semiconductor. Se comprendió que si había alguna manera 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 se colocaran contactos a cada lado 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 fuera de 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 requeriría una gran corriente de inyección para empezar. Dicho esto, la idea del diodo de cristal era que el propio cristal pudiera proporcionar electrones en 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 dicho dispositivo 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 agua. Los electrones en cualquier pieza del cristal migrarían debido a las cargas cercanas. Los electrones de los emisores, o los "agujeros" de los colectores, se agruparían en la superficie del cristal, donde podrían encontrar su carga opuesta "flotando" en el aire (o el agua). Sin embargo, podrían alejarse de la superficie con la aplicación de una pequeña cantidad de carga desde cualquier otro lugar 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 hasta cierto punto el problema de la necesidad de un área de control muy pequeña. 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 agujeros serían expulsados, a través del bloque de semiconductor, y se acumularían en la superficie más lejana. Siempre que el emisor y el colector estuvieran muy juntos, esto debería permitir que haya suficientes electrones o huecos 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 del germanio en la Universidad Purdue en noviembre de 1943 y se le asignó la difícil tarea de medir la resistencia a la dispersión en el contacto metal-semiconductor. Bray encontró muchas anomalías, como barreras internas de alta resistividad en algunas muestras de germanio. El fenómeno más curioso fue la resistencia excepcionalmente baja observada cuando se aplicaron pulsos de voltaje. Este efecto siguió siendo un misterio porque nadie se dio cuenta, hasta 1948, de que Bray había observado la inyección de portadores minoritarios, el efecto que fue identificado por William Shockley en los Laboratorios Bell y que hizo realidad el transistor.
Bray escribió: "Ese fue el único aspecto que pasamos por alto, pero incluso si hubiéramos entendido la idea de la inyección de portadores minoritarios... habríamos dicho: 'Oh, esto explica nuestros efectos'. No necesariamente habríamos seguido adelante y dicho: 'Empecemos a fabricar transistores', abrimos una fábrica y los vendemos... En aquel momento el dispositivo importante era el rectificador de alto voltaje". [10]
El equipo de investigación de Shockley inicialmente intentó construir un transistor de efecto de campo (FET), intentando 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. . Mientras intentaban comprender las misteriosas razones detrás de su fracaso en construir un FET que funcionara, esto los llevó a inventar los transistores bipolares de unión y de contacto puntual . [11] [12]
El equipo de Bell hizo muchos intentos de construir un sistema de este tipo con diversas herramientas, pero en general fracasó. Las configuraciones donde los contactos estaban lo suficientemente cerca eran invariablemente tan frágiles como lo habían sido los detectores de bigotes de gato originales, y funcionaban brevemente, si es que funcionaban. Al final consiguieron 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 próximos entre sí. Cuando se empujó el plástico 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 de la base empujó los electrones lejos de la base hacia el otro lado cerca de los contactos. Se había inventado el transistor de contacto puntual .
El 15 de diciembre de 1947, "Cuando los puntos estaban muy juntos, obtuve un amperaje de voltaje de aproximadamente 2, pero no un amperaje de potencia. Esta amplificación de voltaje era independiente de la frecuencia de 10 a 10.000 ciclos". [13]
El 16 de diciembre de 1947, "Usando este contacto de doble punto, se hizo contacto con una superficie de germanio que había sido anodizada a 90 voltios, se lavó el electrolito con 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 con la superficie rectificaron muy bien... La separación entre puntos fue de aproximadamente 4x10 −3 cm. Un punto se usó como rejilla y el otro como placa. El sesgo (DC) en la rejilla 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 directivos de los Laboratorios Bell en la tarde del 23 de diciembre de 1947, fecha que a menudo se indica como la fecha de nacimiento del transistor. El "transistor de germanio de contacto puntual PNP" funcionó como 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 honrados con el Premio Nobel de Física "por sus investigaciones sobre los semiconductores y su descubrimiento del efecto transistor".
Se menciona a doce personas directamente involucradas en la invención del transistor en el Laboratorio Bell. [15]
Al mismo tiempo, algunos científicos europeos se dejaron llevar por la idea de los amplificadores de estado sólido. El físico alemán Herbert F. Mataré (1912-2011) había realizado experimentos en Telefunken con lo que llamó " Duodiodo " (doble diodo) desde 1942, cuando observó por primera vez efectos de transconductancia con diodos de silicio fabricados para equipos de radar alemanes durante la Segunda Guerra Mundial . Finalmente, el 13 de agosto de 1948, Mataré y Heinrich Welker (1912-1981), que trabajaban en la Compagnie des Freins et Signaux Westinghouse en Aulnay-sous-Bois , Francia , solicitaron una patente para un amplificador basado en el proceso de inyección de portadores minoritarios al que llamaron "Transistrón". [16] [17] [18] [19] El dispositivo se mostró públicamente el 18 de mayo de 1949. Se fabricaron transistores comercialmente para la compañía telefónica y el ejército franceses, y en 1953 se demostró en el Museo un receptor de radio de estado sólido con cuatro transistrones. Feria de la Radio de Düsseldorf .
Como Bell Labs no hizo un anuncio público de su transistor antes de junio de 1948, el transistrón fue un descubrimiento y desarrollo paralelo independiente.
Bell Telephone Laboratories necesitaba un nombre genérico para el nuevo invento: "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] El fundamento del nombre se describe en el siguiente extracto del Memorándum Técnico de la empresa que convoca a votaciones:
Transistor. Esta es una combinación abreviada de las palabras " transconductancia " o "transferencia" y " varistor ". El dispositivo pertenece lógicamente a la familia de los 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 — Memorando técnico (28 de mayo de 1948)
Pierce recordó el nombre de manera algo diferente:
La forma en que proporcioné el nombre fue pensando 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 "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]
Shockley estaba molesto porque el dispositivo se le atribuyó a Brattain y Bardeen, quienes, en su opinión, lo habían construido "a sus espaldas" para llevarse la gloria. Las cosas empeoraron cuando los abogados de Bell Labs descubrieron que algunos de los escritos del propio Shockley sobre el transistor eran lo suficientemente parecidos a los de una patente anterior de 1925 de Julius Edgar Lilienfeld que pensaron que era mejor que su nombre no figurara en la solicitud de patente.
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 et al. Los laboratorios Bell [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 de forma independiente en Texas Instruments , desarrolló un dispositivo similar. Ambos dispositivos se fabricaron controlando el dopaje de cristales de silicio individuales mientras crecían a partir de silicio fundido. Morris Tanenbaum y Calvin S. Fuller desarrollaron un método superior en los Laboratorios Bell a principios de 1955 mediante la difusión gaseosa de impurezas donadoras 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 . Inicialmente, el germanio se consideró el material semiconductor más eficaz, ya que podía demostrar un mejor rendimiento debido a una mayor movilidad de los portadores . [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 penetrara de manera confiable en la superficie para alcanzar la capa de silicio semiconductor. [29] [30]
En 1955, Carl Frosch y Lincoln Derick de Bell Telephone Laboratories (BTL) descubrieron accidentalmente que se podía cultivar dióxido de silicio (SiO2) sobre silicio. Demostraron que la capa de óxido impedía que ciertos dopantes entraran en la oblea de silicio, mientras permitía la entrada de otros, descubriendo así el efecto pasivador de la oxidación en la superficie del semiconductor. [31] En la década de 1950, Mohamed Atalla , retomado el trabajo de Frosch sobre la oxidación, investigó las propiedades superficiales de los semiconductores de silicio en los Laboratorios Bell , 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 que se encuentra debajo, superando los estados superficiales que impedían que la electricidad alcanzara la capa semiconductora. Esto se conoce como pasivación de superficies , un método que se volvió fundamental 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 1957 memorandos BTL. [32] El método de pasivación de superficies de Atalla fue más tarde la base para dos inventos en 1959: el transistor MOS de Atalla y Dawon Kahng , y el proceso planar de Jean Hoerni . [33]
En una reunión de la Sociedad Electroquímica de 1958 , Atalla presentó un artículo sobre la pasivación superficial de uniones PN mediante 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 pasivador del dióxido de silicio sobre la superficie del silicio, Hoerni propuso fabricar transistores protegidos por una capa de dióxido de silicio. [32]
El proceso planar fue desarrollado por Jean Hoerni mientras trabajaba en Fairchild Semiconductor , con una primera patente emitida en 1959. [34] [35] El proceso planar utilizado para fabricar estos transistores hizo posible la producción en masa de circuitos integrados de silicio monolítico .
En 1959, se introdujo el MOSFET y en 2020 seguía 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).
La primera línea de producción de transistores comerciales del mundo estuvo 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 tonos para señalización multifrecuencia del sistema de conmutación Crossbar 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 utilizaba en algunos productos, como audífonos y centrales telefónicas , pero todavía había problemas importantes que impedían su aplicación más amplia, como la sensibilidad a la humedad y la fragilidad de los cables unidos 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 lleno de granos, ahora torpe, pero con un vigor futuro prometedor? ¿O ha llegado a la madurez, plenamente desarrollado?". ¿De languidez, rodeado de decepciones? [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 y difícil de fabricar en masa , lo que lo limitaba a una serie de aplicaciones especializadas. [39]
Se demostraron prototipos de receptores de radio AM totalmente transistorizados, pero en realidad eran sólo curiosidades de laboratorio. Sin embargo, en 1950 Shockley desarrolló un tipo radicalmente diferente de amplificador de estado sólido que pasó a ser conocido como transistor de unión bipolar , que funciona según un principio completamente diferente al del transistor de contacto puntual . Morgan Sparks convirtió el transistor de unión bipolar en un dispositivo práctico. [40] [41] Estos también fueron licenciados a otras compañías 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 sólo eran adecuados para aplicaciones de baja potencia y baja frecuencia, pero a medida que se desarrolló el diseño de los transistores, estos problemas se fueron superando lentamente.
Hay numerosos pretendientes al título de la primera empresa en producir radios de transistores prácticas. Texas Instruments había demostrado radios AM totalmente de transistores ya en 1952, pero su rendimiento estaba muy por debajo del de los modelos equivalentes de válvulas de vacío. En agosto de 1953 , la empresa alemana Intermetall presentó en la Feria de la Radio de Düsseldorf una radio funcional totalmente de transistores . Fue construido con cuatro transistores hechos a mano por 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), sólo 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 Regency de IDEA (Industrial Development Engineering Associates). ) de Indianápolis, Indiana, que fue la primera radio de transistores práctica. [ cita necesaria ] 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 500 dólares estadounidenses en dólares del año 2020) y vendió alrededor de 150.000 unidades. [ cita necesaria ]
El TR-1 usaba cuatro transistores NPN de Texas y tenía 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 hacerlos funcionar 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 al estilo de los primeros reproductores MP3 .
Aún así, aparte de su rendimiento mediocre, el TR-1 era un producto muy avanzado para su época, que utilizaba placas de circuito impreso y lo que entonces se consideraban componentes microminiatura.
Masaru Ibuka , cofundador de la firma japonesa Sony , se encontraba 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 empresa presentó su propia radio de bolsillo de cinco transistores, la TR-55, bajo la nueva marca Sony . A este producto pronto le siguieron diseños más ambiciosos, pero en general se considera que marca el comienzo del crecimiento de Sony hasta convertirse en una superpotencia manufacturera.
El TR-55 era bastante similar al Regency TR-1 en muchos aspectos, 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 innovadora radio de bolsillo para 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 fue también el primer radio de transistores que utilizó todos los componentes en miniatura. (El término "bolsillo" era una cuestión de interpretación, ya que Sony supuestamente tenía camisetas especiales hechas con bolsillos de gran tamaño para sus vendedores).
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 totalmente de transistores del mundo. [43] Chrysler puso a disposición la radio para automóvil totalmente de transistores, modelo Mopar 914HR, como "opcional" en el otoño de 1955 para su nueva línea de automóviles Chrysler e Imperial de 1956, que llegó a la sala de exhibición el 21 de octubre de 1955. La radio de transistores para el automóvil era una opción de $ 150. [44] [45] [46]
El Sony TR-63, lanzado en 1957, fue el primer radio de transistores producido en masa, lo que condujo a la penetración masiva de los radios de transistores en el mercado. [47] El TR-63 llegó 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 a los tubos de vacío como tecnología electrónica dominante a fines de la década de 1950. [50]
El primer transistor de unión de bajo costo disponible para el público en general fue el CK722 , una pequeña unidad de señal de germanio PNP introducida por Raytheon a principios de 1953 por 7,60 dólares cada una. 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 para aficionados al publicar "Transistor Applications" y "Transistor Applications- Volumen 2" a mediados de la década de 1950.
La primera computadora con transistores del mundo se construyó 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 más tarde 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 único cristal de germanio con dos finos alambres, parecidos al cristal y al bigote de gato de los años 20. 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]
IBM 7070 (1958), IBM 7090 (1959) y CDC 1604 (1960) fueron las primeras computadoras (como productos a la venta) basadas en transistores.
A partir de su método de pasivación de superficies de silicio , Mohamed Atalla desarrolló el proceso semiconductor de óxido metálico (MOS) a finales de los años cincuenta. [29] Propuso que el proceso MOS podría usarse para construir el primer transistor de efecto de campo (FET) de silicio funcional, en el que comenzó a trabajar con la ayuda de Dawon Kahng en Bell Labs . [29]
El transistor de efecto de campo semiconductor de óxido metálico (MOSFET) fue inventado por Atalla y Kahng en Bell Labs. [55] [56] Fabricaron el dispositivo en noviembre de 1959, [57] y lo presentaron como el "dispositivo de superficie inducido por campo de silicio-dióxido de silicio" 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 (CI) de alta densidad , [61] permitiendo la integración de más de 10,000 transistores en un solo CI. [62]
El primer transistor de efecto de campo de puerta Schottky de arseniuro de galio ( MESFET ) fue fabricado por Carver Mead y presentado 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 sextillones de transistores MOS. [sesenta y cinco]
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]
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]
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 los primeros MOSFET de puerta autoalineada (puerta de silicio) . Circuito integrado MOS de puerta . [70]
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] Desde entonces, el MOSFET se ha convertido 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] Cada día se fabrican miles de millones de transistores MOS, a partir de 2013. [61]
General Microelectronics introdujo los primeros circuitos integrados MOS comerciales en 1964, que constaban 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 MOS IC con puerta de silicio. . [70]
En 1972, los circuitos MOS LSI ( integración a gran escala ) se comercializaban 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 . [79]
Las primeras celdas de memoria modernas se introdujeron en 1965, cuando John Schmidt diseñó la primera MOS SRAM ( RAM estática ) de 64 bits . [80] 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 . [81]
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 ). [82] 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 y borrable), EEPROM (ROM programable y borrable eléctricamente) y memoria flash .
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 múltiples chips MOS LSI. El primer microprocesador comercial de un solo chip, el Intel 4004 , fue desarrollado por Federico Faggin , utilizando su tecnología MOS IC de puerta de silicio, con los ingenieros de Intel Marcian Hoff y Stan Mazor , y el ingeniero de Busicom Masatoshi Shima . [83] Con la llegada de los microprocesadores CMOS en 1975, el término "microprocesadores MOS" comenzó a referirse a chips fabricados enteramente a partir de lógica PMOS o fabricados enteramente a partir de lógica NMOS , en contraste con los "microprocesadores CMOS" y los "procesadores bipolares de corte de bits ". [84]
Uno de los primeros productos electrónicos de consumo influyentes habilitados por 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. [85] En 1967, Texas Instruments Cal-Tech fue el primer prototipo de calculadora electrónica de mano , con tres chips MOS LSI, y luego se lanzó como Canon Pocketronic en 1970. [86] La calculadora de escritorio Sharp QT-8D fue la primera calculadora LSI MOS producida en masa en 1969, [85] y la Sharp EL-8 que usaba cuatro chips MOS LSI fue la primera calculadora electrónica de mano comercial en 1970. [86] La primera calculadora de bolsillo electrónica verdadera fue la Busicom LE-120A HANDY LE, que utilizaba una única calculadora en un chip MOS LSI de Mostek y se lanzó en 1971. [86]
En la década de 1970, el microprocesador MOS fue la base de las computadoras domésticas , microcomputadoras (micros) y computadoras personales (PC). Esto dio lugar al inicio de lo que se conoce como revolución de los ordenadores personales o revolución de los microordenadores . [87]
El MOSFET de potencia es el dispositivo de potencia más utilizado en el mundo. [88] Las ventajas sobre los transistores de unión bipolar en la electrónica de potencia incluyen que los MOSFET no requieren un flujo continuo de corriente de accionamiento para permanecer en el estado ON, lo que ofrece mayores velocidades de conmutación, menores pérdidas de potencia de conmutación, menores resistencias de encendido y una susceptibilidad reducida a la fuga térmica. [89] El MOSFET de potencia tuvo un impacto en las fuentes de alimentación , permitiendo frecuencias operativas más altas, reducción de tamaño y peso y mayor volumen de producción. [90]
El MOSFET de potencia, que se utiliza comúnmente en electrónica de potencia , se desarrolló a principios de los años 1970. [91] El MOSFET de potencia permite una potencia de accionamiento de compuerta baja, una velocidad de conmutación rápida y una capacidad avanzada de conexión en paralelo. [88]
A finales de abril de 2023, investigadores de la Universidad de Linköping y el Real Instituto de Tecnología KTH desarrollaron con éxito el primer transistor de madera del mundo, lo que podría allanar el camino para una electrónica más sostenible e incluso el control de plantas electrónicas, según un artículo en Hackster.io. El equipo creó un transistor funcional para conmutar señales electrónicas utilizando electrolitos a base de celulosa y semiconductores orgánicos derivados de lignina . Este avance podría conducir a más investigaciones para crear dispositivos electrónicos respetuosos con el medio ambiente y explorar la posibilidad de integrar la electrónica en plantas vivas con fines de seguimiento y control. [92]
El 1 de octubre de 1951, se puso en funcionamiento la primera línea de producción de transistores comerciales del mundo en la planta de Western Electric en Union Boulevard en Allentown.
El MOSFET de Si ha revolucionado la industria electrónica y, como resultado, impacta nuestra vida diaria en casi todas las formas imaginables.
El transistor de efecto de campo semiconductor de óxido metálico (MOSFET) es el dispositivo activo más utilizado en la integración a gran escala de circuitos integrados digitales (VLSI). Durante la década de 1970, estos componentes revolucionaron el procesamiento de señales electrónicas, los sistemas de control y las computadoras.
Actualmente, en virtud de contratos con unas 20 empresas importantes, estamos trabajando en casi 30 programas de productos: aplicaciones de la tecnología MOS/LSI para automóviles, camiones, electrodomésticos, máquinas comerciales, instrumentos musicales, periféricos de ordenador, cajas registradoras, calculadoras, equipos de transmisión de datos y telecomunicaciones.
La relativa simplicidad y los bajos requisitos de energía de los MOSFET han fomentado la revolución actual de las microcomputadoras.
