Como funcionava o primeiro transistor

Mesmo seus inventores não entenderam completamente o transistor de ponto de contato

Uma foto publicitária da AT&T de 1955 mostra [na palma, da esquerda] um fototransistor, um transistor de junção e um transistor de ponto de contato.

O triodo de tubo de vácuo não tinha nem 20 anos quando os físicos começaram a tentar criar seu sucessor, e as apostas eram enormes. O triodo não apenas tornou possível a telefonia de longa distância e o som do cinema, como também estava impulsionando todo o empreendimento do rádio comercial, uma indústria que valia mais de um bilhão de dólares em 1929. Mas as válvulas a vácuo eram frágeis e famintas por energia. Se uma alternativa mais robusta, confiável e eficiente ao triodo pudesse ser encontrada, as recompensas seriam imensas.

O objetivo era um dispositivo de três terminais feito de semicondutores que aceitaria um sinal de baixa corrente em um terminal de entrada e o usaria para controlar o fluxo de uma corrente maior fluindo entre dois outros terminais, amplificando assim o sinal original. O princípio subjacente a tal dispositivo seria algo chamado efeito de campo - a capacidade dos campos elétricos de modular a condutividade elétrica de materiais semicondutores. O efeito de campo já era bem conhecido naquela época, graças aos diodos e pesquisas relacionadas a semicondutores.

Este artigo faz parte de nossa reportagem especial sobre o 75º aniversário da invenção do transistor.

Mas a construção de tal dispositivo provou ser um desafio intransponível para alguns dos principais físicos do mundo por mais de duas décadas. As patentes para dispositivos semelhantes a transistores foram registradas a partir de 1925, mas a primeira instância registrada de um transistor funcional foi o lendário dispositivo de ponto de contato construído nos laboratórios de telefonia da AT&T Bell no outono de 1947.

Embora o transistor de ponto de contato tenha sido a invenção mais importante do século 20, não existe, surpreendentemente, nenhum relato claro, completo e confiável de como a coisa realmente funcionou. Transistores planares e de junção modernos e mais robustos dependem da física da maior parte de um semicondutor, em vez dos efeitos de superfície explorados no primeiro transistor. E relativamente pouca atenção tem sido dada a essa lacuna nos estudos.

Na foto cortada de um ponto de contato, dois condutores finos são visíveis; estes se conectam aos pontos que fazem contato com uma pequena placa de germânio. Um desses pontos é o emissor e o outro é o coletor. Um terceiro contato, a base, é anexado ao verso do germânio. AT&T ARCHIVES AND HISTORY CENTER

Era um conjunto desajeitado de germânio, plástico e folha de ouro, tudo encimado por uma mola ondulada. Seus inventores foram um teórico de fala mansa do Meio-Oeste, John Bardeen, e um experimentalista volúvel e "um tanto volátil", Walter Brattain. Ambos trabalhavam para William Shockley, um relacionamento que mais tarde se tornaria contencioso. Em novembro de 1947, Bardeen e Brattain foram bloqueados por um problema simples. No semicondutor de germânio que estavam usando, uma camada superficial de elétrons parecia bloquear um campo elétrico aplicado, impedindo-o de penetrar no semicondutor e modular o fluxo de corrente. Sem modulação, sem amplificação de sinal.

Em algum momento no final de 1947, eles chegaram a uma solução. Apresentava dois pedaços de folha de ouro mal separados, gentilmente empurrados por aquela mola ondulada na superfície de uma pequena placa de germânio.

Livros didáticos e relatos populares tendem a ignorar o mecanismo do transistor de ponto de contato em favor de explicar como seus descendentes mais recentes operam. De fato, a edição atual daquela bíblia de alunos de graduação, The Art of Electronics de Horowitz e Hill, não faz nenhuma menção ao transistor de ponto de contato, encobrindo sua existência afirmando erroneamente que o transistor de junção foi um "Prêmio Nobel". invenção vencedora em 1947." Mas o transistor que foi inventado em 1947 era o ponto de contato; O transistor de junção foi inventado por Shockley em 1948.