Tranzistorul MOS

Electronica este o ramura a stiintei moderne, dar în primul rând este o tehnologie. La rândul sau, tehnologia este o cunoastere a unor actiuni si o practica folosind utilaje organizate în cadrul unor sisteme de productie sau de alta natura.

Conform acestei definitii, tehnologia înglobeaza stiintele tehnice si, mai mult decât atât, este inginerie. Mai precis, electronica este o tehnologie fizico-informationala fundamentala, pentru care prelucrarea semnalelor si a informatiei constituie obiectivul principal.

Electronica se înscrie într-o legitate tendentiala de dezvoltare a tehnologiei fizico-informationale prin ceea ce se numeste diagrama functiune-structura. O tendinta evidenta este aceea a utilizarii de dispozitive (cum este tranzistorul din circuitele VLSI), de dimensiuni din ce în ce mai mici (de la dimensiuni micrometrice spre dimensiuni nanometrice) în structuri de o complexitate din ce în ce mai pronuntata pentru a realiza functiuni apropiate de ale omului, dar amplificate prin precizie si viteza.

Denumirea de electronica provine de la electron, de aceea procesele de deplasare a electronilor în corpul solid, ce stau la baza functionarii dispozitivelor si circuitelor integrate sunt intens si amanuntit investigate. Studiul si implicatiile acestor procese constituie telul comun al monografiilor.

Daca se are în vedere ca pasii in evolutia electronicii coincid cu etapele corespunzatoare dispozitivelor si circuitelor integrate, rezulta cât de importante sunt dispozitivele si circuitele. În Electronica functionala profesorul Mihai Draganescu marcheaza etapele tehnologice ale electronicii:

- etapa tuburilor electrice, 1904-1947 ;

- etapa tranzistoarelor, 1947-1958 ;

- etapa microelectronicii, 1958-2000 ;

- etapa nanoelectronicii, 2000- .

Era microelectronicii, puternic stimulata de aparitia microprocesorului în 1971, fost ulterior revolutionata prin tehnologia CMOS, ce a permis fabricarea de circuite VLSI cu un grad de integrare extrem mare, peste 107 tranzistoare/cip.

Principiul de functionare a triodei cu vid, primul dispozitiv electronic capabil sa “amplifice”, inventat în 1906 de catre Lee De Forest, se bazeaza pe controlul uinui flux de electroni, control realizat prin respingerea partiala a lor de catre un câmp electric. Deoarece electronii sunt respinsi de electrodul de comanda, numit grila, iar suprafata acestuia (de forma unei plase) este mica, intensitatea curentului de grila necesar pentru comanda dispozitivului este practic nula.

Pentru a elimina dezavantajele tuburilor electronice, în anii 1930-1935 se fac încercari de a construi un dispozitiv la care un câmp electric aplicat din exterior sa controleze curentul electric printr-un semiconductor; tehnologia acestor materiale era abia la început si tentativa esueaza.

Tranzistorii au fost conceputi la Laboratoarele Bell Telephone de fizicienii americani Walter Houser Brattain, John Bardeen si William Bradford Shocklez Pentru aceasta realizare cei trei au impartit in 1956 Premiul Nobel in fizica. Shocklez este cunoscut ca initiatorul cercetarilor asupra materialelor semiconductoare ce au dus la descoperirea acestor tipuri de dispozitive. Colegii sai sunt creditati pentru descoperirea diferitor tipuri de tranzistori. Descoperirea lor a determinat dezvoltarea electronicii fiind considerat una din cele mai mari descoperiri ale erei moderne. Evolutia a determinat un grad de integrare foarte ridicat, pe un inch patrat de semiconductor putându-se gasi pâna la 10 milioane de tranzistori, lucrând la viteze apropiate de viteza luminii.

Proprietatile electrice ale materialelor semiconductoare sunt determinate de structura atomica. Într-un cristal pur de germaniu sau de siliciu atomii sunt legati într-un aranjament periodic formând un cub perfect. Fiecare atom din cristal are patru electroni de valenta, fiecare interactioneaza cu electronul din vecinatate pentru a forma o legatura divalenta. Deoarece electronii nu sunt liberi sa se miste materialul pur la temperaturi scazute se comporta ca un izolator.