Cada vez que você pega o telefone, você toca em um transistor. Você pisca na tela do computador. A Internet depende de milhões de usuários para mantê-la funcionando. Mas o que exatamente são eles?
Pense no transistor como uma derivação muito precisa. Não se trata apenas de ligar ou desligar o trânsito. Ele controla quanta água passa. No mundo da eletricidade, “água” é o fluxo de elétrons. Os transistores controlam esse fluxo com muita precisão, permitindo que os circuitos liguem e desliguem os sinais ou os amplifiquem para que possam viajar mais longe.
Sem esse controle, os dispositivos eletrônicos modernos não seriam apenas desajeitados, mas também deixariam de existir.
O momento acidental do antecessor do silício
A invenção do transistor não foi um ato genial aleatório. Requer materiais que só podem ser produzidos cientificamente em determinados momentos da história.
Os primeiros transistores criados nos Laboratórios Bell foram feitos de germânio. Os cientistas sabem que o germânio puro é um isolante e impede o fluxo de eletricidade. No entanto, descobriu-se que a adição de pequenas impurezas através de um processo denominado dopagem o transformava em um condutor fraco. Isso levou ao nascimento dos semicondutores.
Os semicondutores estão em algum ponto intermediário. Eles não são condutores perfeitos como o cobre e não são isolantes perfeitos como o vidro. Eles podem ser ajustados.
Por que isso aconteceu logo após a Segunda Guerra Mundial? tempo. O esforço de guerra estimulou grandes avanços no refinamento do germânio puro e no aprimoramento das técnicas de doping. De repente, as matérias-primas necessárias para fabricar os transistores finalmente atingiram a pureza necessária. Antes disso, essas coisas não existiam de forma utilizável.
Junções PN: a rua de mão única da eletrônica
O doping determina o comportamento dos semicondutores. Dependendo de quais elementos são adicionados ao germânio, pode acontecer uma das seguintes situações:
- Tipo N: Aditivos adicionam elétrons extras. Por terem carga negativa, o material tenta empurrar os elétrons para fora.
- Tipo P: O dopante remove um elétron e cria um “buraco” onde o elétron costumava estar. Isso faz com que o material fique carregado positivamente e atraia elétrons de materiais próximos.
Colocar uma camada do tipo N próxima a uma camada do tipo P cria um diodo PN.
Este cruzamento tem tráfego elétrico de mão única. A eletricidade flui facilmente em uma direção, mas é bloqueada na outra direção. Esta propriedade é a base da retificação, que converte corrente alternada (CA) em corrente contínua (CC) e é o alicerce de todos os circuitos complexos.
De diodos a transistores de junção
Os diodos são úteis, mas os transistores também são poderosos. Para conseguir isso, os engenheiros colocaram esses materiais em camadas, um após o outro.
O resultado final é uma estrutura P-N-P ou N-P-N. A camada intermediária é chamada de base. O ponto onde as camadas se cruzam é chamado de junções. Portanto, o dispositivo original costuma ser chamado de transistor de junção.
Há magia aqui. Ao direcionar uma pequena corrente para esta camada base, correntes muito maiores podem ser direcionadas através do resto do dispositivo.
Quando uma pequena corrente é aplicada à base, a porta se abre e os elétrons se movem do lado tipo N para o lado tipo P. Essa pequena entrada funciona como um interruptor. Uma grande corrente pode passar por ele. Quando a entrada é interrompida, a grande corrente para.
Devido a essa dupla função, os transistores são a espinha dorsal da computação. Eles atuam como interruptores de porta lógica (0 ou 1, ligado ou desligado). Eles atuam como amplificadores (amplificando sinais fracos) para rádios, áudio e sensores.
A mudança do silício
Por mais de 20 anos, os transistores de germânio estão por toda parte. Eles funcionaram nos primeiros rádios, computadores e televisões.
No entanto, o germânio também tem as suas desvantagens. É sensível ao calor e mais difícil de refinar de forma consistente. Eventualmente, a indústria mudou para semicondutores baseados em silício. O silício é abundante, barato de manusear e muito mais confiável sob temperaturas variadas.
Atualmente, poucas pessoas usam germânio para fabricar novos eletrônicos comerciais. Mas o princípio é o mesmo. As camadas tipo N e tipo P ainda dançam juntas, trocando corrente e amplificando o sinal. O material mudou. A física não.
Passamos de blocos volumosos de germânio para
