Semiconduttori in germanio e silicioModifica
Mohamed Atalla sviluppò il processo di passivazione superficiale nel 1957 e il transistor MOS nel 1959.
Il primo dispositivo a semiconduttore di silicio fu un rivelatore a cristalli radio di silicio, sviluppato dall’ingegnere americano Greenleaf Whittier Pickard nel 1906. Nel 1940, Russell Ohl scoprì la giunzione p-n e gli effetti fotovoltaici nel silicio. Nel 1941, le tecniche per produrre cristalli di germanio e silicio ad alta purezza furono sviluppate per i rivelatori radar a microonde durante la seconda guerra mondiale. Nel 1955, Carl Frosch e Lincoln Derick ai Bell Labs scoprirono accidentalmente che il biossido di silicio (SiO2) poteva essere coltivato sul silicio, e proposero in seguito che questo potesse mascherare le superfici di silicio durante i processi di diffusione nel 1958.
Nei primi anni dell’industria dei semiconduttori, fino alla fine degli anni 50, il germanio era il materiale semiconduttore dominante per i transistor e altri dispositivi a semiconduttore, piuttosto che il silicio. Il germanio era inizialmente considerato il materiale semiconduttore più efficace, poiché era in grado di dimostrare prestazioni migliori grazie alla maggiore mobilità dei portatori. La relativa mancanza di prestazioni nei primi semiconduttori di silicio era dovuta al fatto che la conduttività elettrica era limitata dagli stati quantici instabili della superficie, dove gli elettroni sono intrappolati sulla superficie, a causa dei legami penzolanti che si verificano perché i legami insaturi sono presenti sulla superficie. Questo impediva all’elettricità di penetrare in modo affidabile nella superficie per raggiungere lo strato di silicio semiconduttore.
Una svolta nella tecnologia dei semiconduttori di silicio è arrivata con il lavoro dell’ingegnere egiziano Mohamed Atalla, che ha sviluppato il processo di passivazione superficiale tramite ossidazione termica ai Bell Labs alla fine degli anni ’50. Egli scoprì che la formazione di uno strato di biossido di silicio cresciuto termicamente riduceva notevolmente la concentrazione di stati elettronici sulla superficie di silicio, e che gli strati di ossido di silicio potevano essere usati per stabilizzare elettricamente le superfici di silicio. Atalla pubblicò le sue scoperte nei memo di Bell nel 1957, e poi le dimostrò nel 1958. Questa fu la prima dimostrazione per mostrare che film isolanti di biossido di silicio di alta qualità potevano essere coltivati termicamente sulla superficie di silicio per proteggere i sottostanti diodi e transistor a giunzione p-n di silicio. Il processo di passivazione superficiale di Atalla ha permesso al silicio di superare la conduttività e le prestazioni del germanio, e ha portato il silicio a sostituire il germanio come materiale semiconduttore dominante. Il processo di passivazione superficiale di Atalla è considerato il progresso più importante nella tecnologia dei semiconduttori al silicio, aprendo la strada alla produzione di massa di dispositivi a semiconduttore al silicio. Entro la metà degli anni ’60, il processo di Atalla per le superfici ossidate del silicio è stato utilizzato per fabbricare praticamente tutti i circuiti integrati e i dispositivi al silicio.
MOSFET (transistor MOS)Modifica
Il MOSFET (transistor MOS) è stato inventato da Mohamed Atalla e Dawon Kahng nel 1959.
Nei tardi anni ’50, Mohamed Atalla utilizzò i suoi metodi di passivazione superficiale e di ossidazione termica per sviluppare il processo metallo-ossido-semiconduttore (MOS), che propose potesse essere usato per costruire il primo transistor a effetto campo funzionante al silicio. Questo portò all’invenzione del MOSFET (MOS field-effect transistor) da parte di Mohamed Atalla e Dawon Kahng nel 1959. È stato il primo transistor veramente compatto che poteva essere miniaturizzato e prodotto in massa per una vasta gamma di usi. Grazie alla sua scalabilità, al consumo di energia molto più basso e alla densità più elevata rispetto ai transistor a giunzione bipolare, il MOSFET è diventato il tipo di transistor più comune nei computer, nell’elettronica e nelle tecnologie di comunicazione come gli smartphone. Lo US Patent and Trademark Office chiama il MOSFET una “invenzione rivoluzionaria che ha trasformato la vita e la cultura in tutto il mondo”.
Il processo CMOS (MOS complementare) è stato sviluppato da Chih-Tang Sah e Frank Wanlass alla Fairchild Semiconductor nel 1963. Il primo rapporto di un MOSFET a porta flottante fu fatto da Dawon Kahng e Simon Sze nel 1967. FinFET (fin field-effect transistor), un tipo di MOSFET 3D multi-gate, è stato sviluppato da Digh Hisamoto e dal suo team di ricercatori all’Hitachi Central Research Laboratory nel 1989.