E8 Dispositivos semicondutores avançados

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Os transistores são os componentes ativos fundamentais da eletrônica moderna, e existem duas famílias principais com princípios de funcionamento distintos. O transistor de efeito de campo metal-óxido-semicondutor (MOSFET) controla uma corrente relativamente alta entre dois de seus terminais aplicando uma tensão a um terceiro terminal, o gate, com praticamente nenhuma corrente fluindo para o gate. Em seu modo mais útil como amplificador, essa corrente controlada cresce muito mais rápido do que o excesso de tensão acima do limiar necessário para ligar o transistor.

A redução contínua no tamanho físico desses transistores — hoje apenas alguns nanômetros nos chips mais avançados — tem sido a força motriz por trás de toda a indústria de semicondutores, embora nessas escalas comecem a aparecer efeitos indesejáveis, incluindo a limitação da densidade de corrente já prevista pelo modelo da lei de Ohm local.

O transistor de junção bipolar (BJT), a outra família principal, controla uma corrente de saída por meio de uma corrente de entrada muito menor, com uma taxa de amplificação característica para cada transistor. Ele geralmente é mais linear do que o MOSFET, mas, diferentemente do MOSFET, consome alguma corrente em seu terminal de controle. Além do silício convencional, os semicondutores de banda proibida larga — como o nitreto de gálio ou o carbeto de silício — suportam tensões, temperaturas e frequências de operação muito mais elevadas do que o silício tradicional, reforçando assim a mesma relação entre a largura da banda proibida e o comportamento do material estabelecida pelo modelo anterior. Esses semicondutores são agora a tecnologia-chave por trás da eletrônica de potência moderna: veículos elétricos, carregadores rápidos e sistemas de energia renovável.

Portanto, este módulo, que começa distinguindo duas famílias de transistores com base em qual terminal controla qual, conclui mostrando que o limite de miniaturização de cada família não é uma escolha arbitrária de engenharia, mas uma consequência direta da mesma física da densidade de corrente que este catálogo já estabeleceu como fundamento.

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