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Transistor de unión difusa

Un transistor de unión difusa es un transistor formado por la difusión de dopantes en un sustrato semiconductor . El proceso de difusión se desarrolló después de los procesos de unión de aleación y de unión desarrollada para fabricar transistores de unión bipolar (BJT).

Bell Labs desarrolló el primer prototipo de transistores bipolares de unión difusa en 1954. [1]

Transistor de base difusa

Los primeros transistores de unión difusa eran transistores de base difusa . Estos transistores todavía tenían emisores de aleación y, a veces, colectores de aleación como los primeros transistores de unión de aleación. Solo la base se difundía en el sustrato. A veces, el sustrato formaba el colector, pero en transistores como los transistores de unión difusa de microaleación de Philco , el sustrato era la mayor parte de la base.

Doble difusión

En los Laboratorios Bell, Calvin Souther Fuller desarrolló una comprensión física básica de un método para formar directamente el emisor, la base y el colector mediante doble difusión. El método se resumió en una historia de la ciencia en Bell: [2]

"Fuller había demostrado que los aceptores de bajo peso atómico se difunden más rápidamente que los donantes , lo que hizo posible las estructuras n–p–n por difusión simultánea de donantes y aceptores de concentraciones superficiales apropiadamente diferentes. La primera capa n (el emisor) se formó debido a la mayor concentración superficial del donante (por ejemplo, antimonio ). La base se formó más allá de ella debido a la difusión más rápida del aceptor (por ejemplo, aluminio ). El límite interno (colector) de la base apareció donde el aluminio difundido ya no sobrecompensaba el dopaje de fondo de tipo n del silicio original . Las capas de base de los transistores resultantes tenían un espesor de 4 μm. ... Los transistores resultantes tenían una frecuencia de corte de 120 MHz".

Transistor de mesa

Comparación de las tecnologías de mesa (izquierda) y planar (Hoerni, derecha). Las dimensiones se muestran esquemáticamente.

Texas Instruments fabricó los primeros transistores de silicio con unión desarrollada en 1954. [3] El transistor de mesa de silicio difuso fue desarrollado en Bell Labs en 1955 y comercializado por Fairchild Semiconductor en 1958. [4]

Estos transistores fueron los primeros en tener bases y emisores difusos. Desafortunadamente, como todos los transistores anteriores, el borde de la unión colector-base estaba expuesto, lo que lo hacía sensible a fugas por contaminación de la superficie, por lo que se requerían sellos herméticos o pasivación para evitar la degradación de las características del transistor con el tiempo. [5]

Transistor planar

Sección transversal simplificada de un transistor de unión bipolar npn planar

El transistor planar fue desarrollado por el Dr. Jean Hoerni [6] en Fairchild Semiconductor en 1959. El proceso planar utilizado para fabricar estos transistores hizo posible la producción en masa de circuitos integrados monolíticos .

Los transistores planares tienen una capa de pasivación de sílice para proteger los bordes de la unión de la contaminación, lo que hace posible un empaquetado plástico económico sin correr el riesgo de degradar las características del transistor con el tiempo.

Los primeros transistores planares tenían una velocidad de conmutación mucho menor que los transistores de unión de aleación de la época, pero como podían producirse en masa, y los transistores de unión de aleación no, costaban mucho menos y las características de los transistores planares mejoraron muy rápidamente, superando rápidamente las de todos los transistores anteriores y haciendo que los primeros quedaran obsoletos.

Referencias

  1. ^ Prototipo de triodo de base difusa de Bell Labs, Museo del Transistor, Galería de fotografías históricas de transistores.
  2. ^ S. Millman, editor (1983) Una historia de la ingeniería y la ciencia en el sistema Bell , volumen 4: Ciencias físicas, Bell Labs ISBN  0-932764-03-7 pág. 426
  3. ^ Lécuyer, Christophe; Brock, David C. (2010). Los creadores del microchip: una historia documental de Fairchild Semiconductor. MIT Press. ISBN 9780262014243., pág. 11.
  4. ^ Lécuyer y Brock 2010, págs. 10-22
  5. ^ Riordan, Michael (diciembre de 2007). «La solución del dióxido de silicio: cómo el físico Jean Hoerni construyó el puente entre el transistor y el circuito integrado». IEEE Spectrum . IEEE. Archivado desde el original el 15 de febrero de 2011. Consultado el 28 de noviembre de 2012 .
  6. ^ Fairchild 2N1613, Museo del Transistor, Galería de fotografías históricas de transistores.