Capítulo 1 Tecnologia CMOS

O conceito geral dos transistores de efeito de campo (FET2) foram concebidos por Edgar Lilienfeld em 1925 (History and Wiki 2017). Foi exatamente na patente registrada por Lilienfeld (Julius 1925) que estabeleceu o chamado \(\boldsymbol{efeito\ transistor}\), embora não com esse nome. E, embora tenha sido concebido antes dos transistores de contato (junction transistors), levou tempo até que se tornasse tão popular quanto o é nos dias de hoje. Certamente sofreu diversas modificações de lá para cá.

Lilienfeld certamente não imaginaria, naquela época, que a sua invenção levaria aos processadores ultrarrápidos e câmeras digitais com o elevado poder de detecção e processamento. O próprio conceito de processador não existia e nem o de sistema digital. E o transistor de efeito de campo, que se popularizou com o nome de uma de suas versões efetivamente aprimorada, o MOSFET. O MOSFET, que tornou o efeito de campo realmente popular, foi inventado em 1959 por Dawon Kahng e Martin M. Attala (Laws 2013).

Hoje, enquanto o silício ainda é a base de produção dos circuitos integrados no mundo, esse dispositivo que se popularizou e também já sofreu diversas modificações é fabricado sob a sigla genérica \(\boldsymbol{CMOS}\): Complementary MOS ou Metal-Óxido-Semicondutor Complementar. Vários elementos e materiais compõem a cadeia produtiva dos MOSFETs hoje em dia e eles não são mais Metal, Óxido e Semicondutor como na concepção original, mas o efeito de campo ainda é o comandante.

O “transistor” de Lilienfeld hoje é conhecido como MESFET: Metal Semiconductor Field Effect Transistor, pois, apesar de já apresentar o efeito de campo, não possuía uma porta isolada e ainda contava com um contato não-ôhmico (metal-semicondutor), o que produzia um diodo schotky parasita. Mas, conseguia fazer o que a patente prometia: controle de corrente elétrica. Que não é tudo o que representa o efeito transistor, mas é parte do conceito.

Nesse capítulo serão detalhes alguns aspectos importantes dos MOSFETs:

  • Aspectos ligados ao processo de fabricação: entender como os dispositivos são fabricados é importante para estabelecer relação entre os fenômenos observados e também limitações e potencialidades que nele se observam e se esperam, respectivamente.

  • O princípio de funcionamento: como o dispositivo se comporta dependendo das suas condições de contorno e temperatura de funcionamento. As relações entre corrente e tensões do dispositivo são entendidas sem o auxílio de equações ou modelagens, apenas pela análise de princípios físicos.

  • As curvas características: com base na análise dos fenômenos físicos analisados anteriormente, as relações entre corrente e tensões do dispositivo são mostradas de forma gráfica e as bases para a análise dos modelos de simulação e análises são levantadas.

  • Modelos de dispositivo: alguns dos principais modelos matemáticos que são usados para explicar o funcionamento dos mosfets serão apresentados e relacionados com as curvas e o princípio de funcionamento já apresentados.

  • Elementos Parasitas: extensão dos modelos de análise para inclusão de elementos parasitas que modificam o funcionamento do dispositivo com o aumento da frequência de trabalho.

Referências

History, Engineering Technology, and Wiki. 2017. “A Very Early Conception of a Solid State Device.” Edited by IEEE. Engineering; Technology History Wiki. https://ethw.org/A_Very_Early_Conception_of_a_Solid_State_Device.

Julius, Edgar Lilienfeld. 1925. “Method and Apparatus for Controlling Electric Currents.” Canadá: United States Patent Office. https://worldwide.espacenet.com/patent/search/family/035202468/publication/US1745175A?q=pn%3DUS1745175.

Laws, David. 2013. “Who Invented the Transistor?” Computer History Museum. https://computerhistory.org/blog/who-invented-the-transistor/?key=who-invented-the-transistor.


  1. Do Inglês: Field Effect Transistor.↩︎