Transistor de contacto puntual

El transistor de contacto puntual fue el primer tipo de transistor que se demostró con éxito. ^{[ 1 ]} Fue desarrollado por los científicos investigadores John Bardeen y Walter Brattain en los Laboratorios Bell en diciembre de 1947. ^{[ 2 ] [ 3 ]} Trabajaron en un grupo liderado por el físico William Shockley . El grupo había estado trabajando en conjunto en experimentos y teorías de efectos de campo eléctrico en materiales de estado sólido , con el objetivo de reemplazar los tubos de vacío con un dispositivo más pequeño que consumiera menos energía.

El experimento crucial, realizado el 16 de diciembre de 1947, consistió en un bloque de germanio , un semiconductor , con dos contactos de oro muy próximos entre sí, sujetos mediante un resorte. Brattain colocó una pequeña tira de lámina de oro sobre la punta de un triángulo de plástico, una configuración que es esencialmente un diodo de contacto puntual . Luego, cortó cuidadosamente el oro en la punta del triángulo. Esto produjo dos contactos de oro eléctricamente aislados y muy próximos entre sí.

La pieza de germanio utilizaba una capa superficial con un exceso de electrones . Cuando una señal eléctrica viajaba a través de la lámina de oro, inyectaba huecos de electrones (puntos que carecen de electrones). Esto creaba una capa delgada con escasez de electrones. ^{[ 4 ]}

Una pequeña corriente positiva aplicada a uno de los dos contactos influía en la corriente que fluía entre el otro contacto y la base sobre la que estaba montado el bloque de germanio. De hecho, un pequeño cambio en la corriente del primer contacto provocaba un cambio mayor en la corriente del segundo contacto; por lo tanto, se trataba de un amplificador . El terminal de entrada de baja corriente del transistor de contacto puntual es el emisor, mientras que los terminales de salida de alta corriente son la base y el colector. Esto difiere del tipo posterior de transistor de unión bipolar inventado en 1951, que funciona como los transistores actuales, con el terminal de entrada de baja corriente como base y los dos terminales de salida de alta corriente como emisor y colector.

El transistor de contacto puntual fue comercializado por Western Electric y otras empresas, pero finalmente fue reemplazado por el transistor de unión bipolar, que era más fácil de fabricar y más robusto. El transistor de contacto puntual se siguió fabricando hasta la década de 1960, momento en el que el transistor planar de silicio ya dominaba el mercado.

Si bien los transistores de contacto puntual generalmente funcionaban bien cuando los contactos metálicos simplemente se colocaban muy juntos sobre el cristal base de germanio, era deseable obtener la mayor ganancia de corriente α posible.

Para obtener una mayor ganancia de corriente α en un transistor de contacto puntual, se utilizaba un breve pulso de alta corriente para modificar las propiedades del punto de contacto del colector, una técnica denominada «formación eléctrica». Generalmente, esto se realizaba cargando un condensador de un valor específico a un voltaje determinado y luego descargándolo entre el colector y los electrodos de la base. La formación tenía una tasa de fallos significativa, por lo que muchos transistores encapsulados comerciales debían desecharse. Si bien los efectos de la formación se comprendían empíricamente, la física exacta del proceso nunca pudo estudiarse adecuadamente y, por lo tanto, nunca se desarrolló una teoría clara para explicarla o proporcionar orientación para mejorarla.

A diferencia de los dispositivos semiconductores posteriores, era posible que un aficionado fabricara un transistor de contacto puntual, partiendo de un diodo de germanio de contacto puntual como material (incluso se podía usar un diodo quemado; y el transistor podía reformarse si se dañaba, varias veces si era necesario). ^{[ 5 ]}

Algunas características de los transistores de contacto puntual difieren de las de los transistores de unión, que aparecieron un poco más tarde:

• La ganancia de corriente de base común (o α ) de un transistor de contacto puntual suele estar entre 2 y 3, ^{[ 6 ]} mientras que α de un transistor de unión bipolar (BJT) no puede exceder 1. La ganancia de corriente de emisor común (o β) de un transistor de contacto puntual no suele exceder 1, ^{[ 6 ]} mientras que β de un BJT suele estar entre 20 y 200.
• Resistencia diferencial negativa . Los transistores de contacto puntual conectados en configuración de amplificador de emisor común presentan resistencia de salida negativa, lo cual puede ser indeseable para aplicaciones de amplificadores de voltaje/corriente. Los circuitos de conmutación basados ​​en transistores de contacto puntual suelen depender de la resistencia diferencial negativa. ^{[ 7 ] : 132, 149–163}
• Hasta el desarrollo del transistor de barrera superficial en 1953, los transistores de contacto puntual eran los transistores más rápidos disponibles, ^{[ 7 ] : 71, 267 [ 8 ] : 227} algunos operando en la parte inferior de la banda VHF cuando los transistores de unión más rápidos todavía apenas podían operar a unos pocos MHz.
• El ataque de humedad fue menos dañino para los transistores de contacto puntual que para los transistores de unión, ^{[ 8 ] : 386} porque su resistencia inversa del colector es menor y la corriente de corte del colector es mayor.
• Cuando se utilizan en modo saturado en lógica digital , en algunos diseños de circuitos (pero no en todos) se quedan en estado "encendido" , lo que hace necesario cortar la alimentación durante un breve período en cada ciclo de máquina para que vuelvan al estado apagado.

• Radio de cristal
• Duodiodo
• Transistor

• Bardeen, J.; Brattain, W.H. (15 July 1948). "The Transistor, A Semiconductor Triode". Physical Review. 74 (2). American Physical Society: 230–231. Bibcode:1948PhRv...74..230B. doi:10.1103/physrev.74.230.

• The Point-contact Transistor
• PBS article