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segunda-feira, 8 de setembro de 2014

A História do transistor

A História do transistor

Foto do primeiro Transistor, onde se pode ver a estrutura elementar .


Entre as 10 invenções mais importantes do milênio, o transistor ocupa um lugar de destaque. Se hoje temos computadores pessoais, telefones celulares, e muitos outros equipamentos eletrônicos compactos e baratos é graças a invenção deste componente. No entanto, poucos conhecem sua história real e quem trabalha com eletrônica não pode deixar de saber como surgiu o mais importante de todos os componentes eletrônicos.
Os diodos semicondutores (de estado sólido) como, por exemplo, os retificadores de óxido de cobre já eram conhecidos antes mesmo de 1920.
Com a invenção da válvula triodo, a partir da válvula diodo, muitos pesquisadores passaram a trabalhar com a possibilidade de se controlar a corrente num retificador de estado sólido (um diodo semicondutor), a partir de algum eletrodo colocado na sua estrutura. Isso permitiria elaborar um dispositivo de estado sólido capaz de amplificar correntes da mesma forma que faz a válvula triodo. No entanto, apesar de haver uma certa validade na idéia, nenhum dos pesquisadores teve sucesso justamente porque os materiais usados na fabricação dos diodos semicondutores não eram apropriados. Foi somente depois da segunda guerra mundial  que o germânio e o silício passaram a ser usados em diodos detectores de micro-ondas para radares e que se desenvolveu uma teoria completa que permitia entender os estados quânticos dos portadores de carga nestes materiais.

 Diversos nomes de pesquisadores apareceram então com trabalhos que permitiram levar a uma estrutura de materiais semicondutores capazes de realizar funções equivalentes às da válvula triodo. O primeiro nome importante foi o de  GEORGE CLARKE SOUTHWORTH, nascido em 1890 e morto em 1972. Este pesquisador nasceu numa pequena cidade da Pennsylvania e se formou no Grove City College indo para a Universidade de Yale onde recebeu seu PhD. Trabalhou depois nos laboratórios da Bell desde sua fundação em 1934 até se aposentar.
   George Southworth trabalhou principalmente com guias de ondas para microondas, com ênfase para suas aplicações no Radar quando verificou que as válvulas triodo não funcionavam com frequências muito altas como as usadas nesta aplicação.  Ele então teve de apelar para os diodos de cristal conseguindo estes componentes nas sucatas de rádios antigos das lojas de Manhattan.
   O trabalho com diodos semicondutores em circuitos de altas frequências feitos por este pesquisador foram importantes para o desenvolvimento da tecnologia que levou ao transistor. Temos a seguir o pesquisador que é considerado o "homem esquecido" na invenção do transistor. Trata-se de RUSSEL SHOEMAKER OHL que nasceu em 1898 e morreu em 1987. 
   Russel Ohl foi treinado em eletroquímica e graduado na Penn State University em 1918. Em 1927 ele foi trabalhar nos laboratórios da Bell em Holmdel.  Em 1940 durante a realização de investigações sobre as propriedades dos cristais usados nos detectores para radar, Ohl convocou a ajuda de químicos da Bell para preparar silício com alto grau de pureza. No processo eles foram capazes de produzir lingotes com regiões N e P de silício na mesma barra. Ohl descobriu então o fotodetector de silício (e a junção PN) quando a uma seção do lingote foi acidentalmente cortada numa fronteira invisível entre regiões P e N. Este dispositivo foi mostrado a Brattain que admitiu que a retificação estava sendo feita numa superfície interna do dispositivo.

   Temos a seguir o trabalho de KARL LARK-HOROVITZ que nasceu em 1892 e morreu em 1958. Ele era um professor assistente da Universidade de Viena indo para os Estados Unidos em 1926 onde se naturalizou em 1936 tornando-se professor de física na Universidade de Purdue. Em 1942, ele e seu grupo começaram a trabalhar na extração de cristais purificados de germânio para serem usados em detectores de micro-ondas de radares. Eles começaram também a dopar o germânio com outros elementos de modo a determinar como as propriedades retificadoras eram afetadas. Em 1943 eles conseguiram fabricar uma unidade que passou a ser fabricada em massa.  Os pesquisadores da Purdue passaram as informações para os laboratórios da Bell sem saber que eles também trabalhavam no mesmo projeto. Segundo se acredita, se a Bell não tivesse descoberto o transistor, em poucos meses o pessoal da Purdue teriam chegado ao transistor por sua conta e os inventores seriam outros! 
   
   Chegamos finalmente aos que levaram a fama começando por WILLIAM BRADFORD SHOCKLEY (foto) que nasceu em 1910 e morreu em 1989.


William Bradford Shockley (1910-1989) – Um dos inventores do transistor
 
   Nascido em Londres,  mas criado na Califórnia ele foi educado no Cal Tech e no MIT. Entrou para o "staff" do Bell Telephone Laboratories em 1936, começando em 1939. Shockley começou seu trabalho procurando um meio de converter um retificador de cristal em um dispositivo amplificador. A guerra interrompeu seu trabalho, mas ele voltou em 1945 aos laboratórios como co-líder do grupo de pesquisa de física do estado sólido. Este grupo incluía os pesquisadores Bardeen e Brattain que juntamente com ele inventaram o transistor de contacto de ponto.
Shockley inventou o transistor de junção algumas semanadas mais tarde.

   WALTER H. BRATTAIN, (foto) nascido em 1902 e morto em 1987, nasceu na China, filho de um professor de uma escola de Amoy. Foi criado num rancho em Washington tendo recebido sua graduação no Whitman College na Universidade de Oregon e na Universidade de Minnesota.

Walter H. Brattain (1902 - 1987) – O segundo nome do transistor.

   Em 1929 foi trabalhar nos laboratórios da Bell investigando o funcionamento dos retificadores cobre-óxido até ser interrompido pela guerra quando foi convocado para ajudar no desenvolvimento de detectores de silício para aplicações no Radar.  
Quando voltou ao trabalho normal, passou a integrar  o grupo de Shockley e Bardeen onde juntamente com Bardeen inventou o transistor de contacto de ponto. Brattain era um investigador prático enquanto que Bardeen era o teórico, mas trabalhavam em perfeita harmonia no laboratório.

   Finalmente temos JOHN BARDEEN que nasceu em 1908 e morreu em 1991 (foto)


John Bardeen (1908-1991) – O terceiro nome do transistor.


  Filho do Deão da Escola de Medicina da Universidade do Wiscosin ele recebeu seu PhD em física - matemática na Universidade de Princeton e foi o principal físico no Naval Ordnance Laboratory durante a segunda guerra mundial. Depois da guerra ele foi para os laboratórios da Bell para trabalhar em problemas teóricos da física do estado sólido. O ponto fundamental que permitiu a invenção do transistor de contacto de ponto ocorreu em 1948 quando Bardeen desenvolveu a teoria dos estados quânticos superficiais dos elétrons levando a conclusão de que uma camada de cargas livres existia na superfície dos semicondutores. Bardeen deixou os laboratórios da Bell em 1951 para se tornar professor de engenharia elétrica e física na Universidade do Illinois.
   Em 1956 ele compartilhou o prêmio Nobel  com Shockley e Brattain pela invenção do transistor. Ele também recebeu o prêmio Nobel em 1972 por ter desenvolvido juntamente com Cooper e Schrieffer a teoria da Supercondutividade tendo sido o primeiro a receber duas vezes esta láurea.



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