segunda-feira, 17 de dezembro de 2012

Como o transistor revolucionou a tecnologia 65 anos atrás


O transistor é um elemento onipresente em todos os circuitos eletrônicos, então você pode imaginar como sua vida seria diferente se ele não existisse. Temos três figuras a agradecer por essa invenção, que fez 65 anos ontem: William Shockley (1910-1989), John Bardeen (1908-1991) e Walter Brattain (1902-1987).
O dispositivo é conjuntamente creditado a esses três cientistas, mas foram Bardeen e Brattain que operaram o primeiro transistor funcional, durante um experimento realizado em 16 de dezembro de 1947.

A necessidade

O transistor surgiu em um tempo em que eram utilizadas válvulas. O foco das pesquisas da época era justamente o aperfeiçoamento e redução do tamanho dessas válvulas, além do aumento de sua eficiência, pois elas consumiam muita energia.
Em novembro de 1947, Bardeen e Brattain, trabalhando no laboratório da Bell Telephone, descobriram o transistor. Eles verificaram que, quando aplicada certa tensão a um dos terminais do componente, o sinal que saía no outro terminal era amplificado.
Sendo assim, o transistor se tornou o responsável pela amplificação de sinal, além de servir como um controlador que interrompe ou libera a passagem de corrente elétrica.

A verdadeira história

Este dispositivo tem uma história que remonta a meados de 1920 (ver “Cronologia”).
Foi William Shockley quem primeiro propôs o desenho de um transistor de efeito de campo, que seria feito de fatias finas de semicondutores diferentes, incluindo silício, coladas juntas. Infelizmente, ele não conseguiu fazer o dispositivo funcionar da maneira como sua matemática previu.
Mais ou menos na mesma época, o trabalho da equipe do laboratório da Bell começou na década de 1930. Bardeen e Brattain escolheram investigar um efeito mais simples do transistor do que Shockley.
Eles produziram o primeiro transistor de ponto de contato, anexando duas folhas de contatos de ouro a um pedaço de germânio, montado em uma base de metal. As folhas de ouro foram mantidas separadas por um plástico.
Desta vez, o dispositivo funcionou, e Bardeen e Brattain foram capazes de estender seu aparelho com um circuito capaz de amplificar sinais sonoros. A empresa então produziu o dispositivo, anunciando-o para o público em 1 de julho de 1948. Um pouco antes, em maio, a Bell escolheu o nome “transistor” para o aparelho, em uma combinação abreviada de “transcondutância” ou “transferência”, e “varistor” (componente eletrônico).
Nessa época, no entanto, Shockley já havia desenvolvido um projeto alternativo e sucessor do dispositivo de ponto de contato: o transistor de junção bipolar. Sua invenção, construída e testada em janeiro de 1948, tinha um design mais compacto e provou ser mais fácil de se fabricar do que o transistor de ponto de contato.
Sendo assim, passou a se tornar a base para todos os transistores usados em produtos eletrônicos até o uso amplo da tecnologia CMOS (sigla em inglês para semicondutor metal-óxido complementar) no final da década de 1960, após a descoberta de John Atalla e Dawon Kahng, também da Bell, em 1959.
A Bell foi capaz de colocar o transistor de junção bipolar de Shockley em produção em massa em 1952, e mais tarde licenciou o projeto para outras empresas, mais notadamente uma nova pequena empresa japonesa chamada Sony. Dois anos mais tarde, Bell substituiu o germânio utilizado nos seus transistores por silício.
Shockley, Bardeen e Brattain ganharam o Prêmio Nobel de Física em 1956, por suas pesquisas sobre semicondutores e sua descoberta do efeito transistor, quase dois anos após seus trabalhos resultarem no lançamento do primeiro rádio transistor.

Aplicações

Os transistores iniciais eram usados principalmente para amplificar um sinal analógico, que eles eram mais capazes de alcançar, e certamente em um espaço muito menor, do que circuitos baseados em válvulas.
Só muito mais tarde, depois de Jack Kilby (1923-2005) e Robert Noyce (1927-1990) combinarem transistores no primeiro chip de circuito integrado, em 1958, a capacidade do transistor de operar como um interruptor começou a ser estudada.
Todo transistor possui três terminais. Um dos terminais recebe a tensão elétrica e o outro envia o sinal amplificado. O terminal do meio é o responsável pelo controle desse processo, pois a corrente elétrica entra e sai pelos outros dois terminais somente quando é aplicada tensão elétrica ao terminal do meio.
Quando transistores operando como interruptores foram combinados para formar portas lógicas, os fundamentos básicos dos circuitos digitais modernos nasceram. Várias dessas “portas” juntas em um circuito integrado formam a base para um computador. Com o suficiente delas, você tem um microprocessador, que a Intel lançou em 1971.

Cientistas esquecidos?

Anos antes do trabalho de Shockley, Bardeen e Brattain, o físico alemão Julius Edgar Lilienfeld (1881-1963) obteve três patentes americanas que cobriam os princípios em que o transistor de efeito de campo operava.
Alguns anos mais tarde, o físico alemão Oskar Heil (1908-1994) patenteou o dispositivo de efeito de campo como de sua autoria.
Lilienfeld e Heil deveriam, então, ser creditados como os pais do transistor?
Dispositivos de Lilienfeld já foram feitos para mostrar que funcionam conforme ele previu, mas não se sabe se ele mesmo chegou a fazer um. Ou Heil. Nós provavelmente nunca saberemos se eles chegaram a fazer algum dispositivo funcionar, o que deixa Bardeen e Brattain creditados como os homens que fizeram o primeiro transistor funcional.
Estes aplicaram uma patente para proteger a sua descoberta em 17 de junho de 1948, que foi concedida em 3 de outubro de 1950.
Há uma suspeita de que Shockley estava ciente do trabalho de Lilienfeld, e até de que construiu uma versão funcional de seu transistor, mas ele mesmo nunca se referiu a Lilienfeld ou Heil em sua pesquisa.
E depois há os físicos alemães Herbert Mataré (1912-2011) e Heinrich Welker (1912-1981), que criaram um transistor de ponto de contato durante 1948. Em junho daquele ano, eles obtiveram uma amplificação consistente, apenas para descobrir um mês mais tarde que a equipe do laboratório da Bell tinha feito o mesmo cerca de seis meses antes.
Isso não os impediu de colocar seu “transistron” em produção, mas, da mesma maneira que o projeto de Bardeen e Brattain, logo seria substituído pelo transistor de junção de Shockley.

Cronologia

8 de outubro de 1926: Julius Edgar Lilienfeld pede patente do “método e aparelho para controlar correntes elétricas”
28 de março de 1928: Lilienfeld pede segunda patente, do “dispositivo para controlar corrente elétrica”
28 de janeiro de 1930: Julius Edgar Lilienfeld ganha patente do “método e aparelho para controlar correntes elétricas”
7 de março de 1933: segunda patente de Lilienfeld é concedida
4 de março de 1935: Oskar Heil pede patente do que seria um transistor de ponto de contato
6 de dezembro de 1935: Reino Unido concede patente a Heil
16 de dezembro de 1947: Bardeen e Brattain operam o primeiro transistor funcional
17 de junho de 1948: Bardeen e Brattain pedem patente para proteger sua descoberta do transistor funcional
Janeiro de 1948: Shockley cria transistor de junção bipolar
Maio de 1948: nome “transistor” é escolhido
1 de julho de 1948: Bell anuncia transistor de ponto de contato para o público
1948: Herbert Mataré e Heinrich Welker criam um transistor de ponto de contato
3 de outubro de 1950: patente de Bardeen e Brattain é concedida
1952: produção em massa do transistor de junção bipolar
1956: Shockley, Bardeen e Brattain ganham o Prêmio Nobel de Física
1958: Jack Kilby e Robert Noyce combinam transistores no primeiro chip de circuito integrado
1959: descoberta do semicondutor metal-óxido por John Atalla e Dawon Kahng
1971: primeiro microprocessador da Intel, o 2300-transistor 4004[TheRegisterTecMundo]

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