Breve História do Desenvolvimento dos Dispositivos Electrónicos. Introdução à Ferramenta de Simulação SPICE. Percurso Tecnológico Moderno

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1 Breve História do Desenvolvimento dos Dispositivos Electrónicos Introdução à Ferramenta de Simulação SPICE 1 Thomas Edison Primeira lâmpada incandescente Thomas Edison, entre outros, na origem de toda a electrónica moderna. Durante a sua pesquisa para construir um lâmpada fez uma experiência, à qual não deu importância e que mais tarde veio a originar o díodo. Observou que se colocasse um fio metálico no topo da lâmpada, ligado a um potencial positivo, detectava-se fluxo de electrões (corrente), cujo fluxo dependia de quão quente estava o filamento incandescente. Com potencial negativo o fluxo cessava. 2 1

2 Sir John Ambrose Fleming Válvula Díodo Fleming teve oportunidade de observar o efeito de díodo aquando de uma visita ao lab. de Edison. Mais tarde, e como consultor da British Marconi, descobriu que as lâmpadas funcionavam muito bem como rectificadores RF. Era um componente interessante pois não precisava de ajustes mecânicos e era de resposta contínua. Apesar de tudo não teve muito sucesso: precisavam de muita potência, a vida do filamento era curta, o receptor resultante possuía muito baixa sensibilidade e era caro. 3 Lee De Forest A invenção do tríodo, com a sua capacidade de amplificação, permitiu a construção de detectores RF muito sensiveis. Válvula amplificadora Audion (tríodo) 4 2

3 Edwin H. Armstrong Armstrong foi, no entanto, a primeira pessoa a compreender bem o funcionamento do tríodo. Armstrong está na base das comunicações. Foi inventor do: Circuito regenerativo (feedback), circuito super heteródino, circuito super regenerativo e pelo sistema FM completo. Descobriu também que se o nível de feedback (positivo) fosse razoavelmente elevado então o circuito oscilaria, permitindo assim que a válvula fosse utilizada tanto na recepção como na transmissão. 5 Percurso Tecnológico John Bardeen, William Shockley e Walter Brattain Primeiro transístor em ponto-contacto de germânio O primeiro transístor foi concebido em 1947 nos Bell Labs. Este transístor surgiu um pouco por acaso. O que realmente estavam à procura era de um método para construir (MOS)FET, idealizado por Shockly (que no entanto, também já tinha sido proposto por Lilienfeld nos anos 30). 6 3

4 O transístor não foi, no entanto, o primeiro componente activo em estado sólido. A galena foi de facto o primeiro díodo feito à custa de ponto-contacto de um metal com um cristal. Acharya Jagadish Chandra Bose Galena 7 Gordan Teal & Morgan Sparks (puseram em prática a ideia de Shockley para um transístor de junção) Em 1952 Geoffry Dummer publica o conceito de circuito integrado. No entanto não conseguiu tornar a ideia uma realidade. Em 1954 a Texas Instruments anuncia um transístor comercial de junção e em silício. Transístores de silício eram mais baratos de produzir sendo capazes de operar a temperaturas mais elevadas que os de germânio. No mesmo ano no Bell Labs desenvolveram-se os processos de oxidação e difusão por fotomáscara. Primeiro Trans. de Junção Bell Labs. 8 4

5 O primeiro circuito integrado, isto é, dispositivo com múltiplos componentes electrónicos, baseados no mesmo substrato, foi inventado, nos anos 50 do século 20, na Texas Inst. Jack St. Clair Kilby (oscilador simples com 5 componentes integrados em germânio) Primeiro IC (cortesia da Texas Inst.) 9 O primeiro transístor bipolar planar, inventado por Jean Hoerni na recente criada Fairchild Semiconductor, foi de facto aquele que permitiu a concepção de ICs tal como hoje são conhecidos Rapidamente Robert Noyce (co-fundador da INTEL) percebeu que a nova metodologia permitiria a interligação metálica pelo topo dos dispositivos sem curto-circuitar as junções (isolando as camadas com SiO 2 que fazia parte do processo proposto por Hoerni). Assim nasceu o processo de desenho de ICs modernos. Primeiro circuito IC planar (Silicío - Fairchild-1961) Flip-flop O primeiro MOS foi construído em 1959 por Kahng e Atalla. Primeiro MOSFET (PMOS Lucent) 10 5

6 Primeiro µp da Intel k3 transístores, 108kHz, 13,5mm 2 µp da Intel Pentium IV. 55M transistores, 1,8GHz, 131mm