Semicondutor

Um material semicondutor tem um valor de condutividade elétrica entre o de um condutor, como cobre, ouro, etc., e um isolante, como o vidro. Sua resistência diminui à medida que a temperatura aumenta, comportamento oposto ao de um metal. Suas propriedades condutoras podem ser alteradas de maneiras úteis pela introdução deliberada e controlada de impurezas (“doping”) na estrutura cristalina. Onde duas regiões dopadas diferentemente existem no mesmo cristal, uma junção semicondutora é criada. O comportamento dos portadores de carga, que incluem elétrons, íons e buracos de elétrons nessas junções, é a base de diodos, transistores e todos os eletrônicos modernos.

Os dispositivos semicondutores podem exibir uma variedade de propriedades úteis, como passar a corrente mais facilmente em uma direção que na outra, mostrando resistência variável e sensibilidade à luz ou ao calor. Como as propriedades elétricas de um material semicondutor podem ser modificadas por doping, ou pela aplicação de campos elétricos ou luz, dispositivos feitos de semicondutores podem ser usados ​​para amplificação, comutação e conversão de energia.

A condutividade do silício é aumentada pela adição de uma pequena quantidade de átomos pentavalentes (antimônio, fósforo ou arsênio) ou trivalentes (boro, gálio, índio) (parte em 108). Esse processo é conhecido como doping e os semicondutores resultantes são conhecidos como semicondutores dopados ou extrínsecos.

A compreensão moderna das propriedades de um semicondutor depende da física quântica para explicar o movimento de portadores de carga em uma rede cristalina. O doping aumenta consideravelmente o número de portadores de carga dentro do cristal. Quando um semicondutor dopado contém principalmente buracos livres, ele é chamado de “tipo p” e, quando contém principalmente elétrons livres, é conhecido como “tipo n”. Os materiais semicondutores usados ​​em dispositivos eletrônicos são dopados sob condições precisas para controlar a concentração e regiões de dopantes tipo p e n. Um único cristal semicondutor pode ter muitas regiões do tipo p e n; as junções p – n entre essas regiões são responsáveis ​​pelo comportamento eletrônico útil.

Embora alguns elementos puros e muitos compostos exibam propriedades semicondutoras, o silício, [melhor fonte necessária] germânio, e compostos de gálio são os mais amplamente utilizados em dispositivos eletrônicos. Elementos próximos à chamada “escada metálica”, onde os metalóides estão localizados na tabela periódica, são geralmente usados ​​como semicondutores.

Algumas das propriedades dos materiais semicondutores foram observadas ao longo das 19 e primeiras décadas do século XX. A primeira aplicação prática de semicondutores em eletrônica foi o desenvolvimento de 1904 do detector de bigodes de gato, um diodo semicondutor primitivo amplamente usado nos primeiros receptores de rádio. Desenvolvimentos em física quântica, por sua vez, permitiram o desenvolvimento do transistor em 1947 e do circuito integrado em 1958.

Propriedades

Condutividade variável
Os semicondutores em seu estado natural são maus condutores porque uma corrente requer o fluxo de elétrons, e os semicondutores têm suas bandas de valência preenchidas, impedindo o fluxo de entrada de novos elétrons. Existem várias técnicas desenvolvidas que permitem que materiais semicondutores se comportem como materiais condutores, como doping ou gating. Essas modificações têm dois resultados: tipo-n e tipo-p. Estes se referem ao excesso ou escassez de elétrons, respectivamente. Um número desequilibrado de elétrons faria com que uma corrente fluísse através do material.

Heterojunções
Heterojunções ocorrem quando dois materiais semicondutores dopados diferentemente são unidos. Por exemplo, uma configuração pode consistir em germânio dopado com n e dopado com n. Isso resulta em uma troca de elétrons e buracos entre os materiais semicondutores diferentemente dopados. O germânio dopado com n teria um excesso de elétrons, e o germânio dop teria um excesso de buracos. A transferência ocorre até que o equilíbrio seja alcançado por um processo chamado de recombinação, que faz com que os elétrons migrantes do tipo n entrem em contato com os buracos migratórios do tipo p. Um produto desse processo é o carregamento de íons, que resultam em um campo elétrico.

Elétrons excitados
Uma diferença no potencial elétrico em um material semicondutor faria com que ele deixasse o equilíbrio térmico e criasse uma situação de não-equilíbrio. Isso introduz elétrons e buracos no sistema, que interagem por meio de um processo chamado difusão ambipolar. Sempre que o equilíbrio térmico é perturbado em um material semicondutor, o número de buracos e elétrons muda. Tais rupturas podem ocorrer como resultado de uma diferença de temperatura ou fótons, que podem entrar no sistema e criar elétrons e buracos. O processo que cria e aniquila elétrons e buracos é chamado de geração e recombinação.

Emissão de luz
Em certos semicondutores, os elétrons excitados podem relaxar emitindo luz em vez de produzir calor. Esses semicondutores são usados ​​na construção de diodos emissores de luz e pontos quânticos fluorescentes.

Conversão de energia térmica
Os semicondutores possuem grandes fatores de energia termoelétrica, tornando-os úteis em geradores termoelétricos, bem como altos valores termoelétricos de mérito, tornando-os úteis em resfriadores termoelétricos.

Materiais
Um grande número de elementos e compostos tem propriedades semicondutoras, incluindo:

Certos elementos puros são encontrados no Grupo 14 da tabela periódica; os mais importantes comercialmente desses elementos são silício e germânio. O silício e o germânio são usados ​​aqui efetivamente porque eles têm 4 elétrons de valência em sua camada mais externa, o que lhes dá a habilidade de ganhar ou perder elétrons igualmente ao mesmo tempo.
Compostos binários, particularmente entre elementos nos grupos 13 e 15, tais como arsenieto de gálio, grupos 12 e 16, grupos 14 e 16, e entre diferentes elementos do grupo 14, por exemplo carboneto de silício.
Certos compostos ternários, óxidos e ligas.
Semicondutores orgânicos, feitos de compostos orgânicos.

Os materiais semicondutores mais comuns são sólidos cristalinos, mas os semicondutores amorfos e líquidos também são conhecidos. Estes incluem silício amorfo hidrogenado e misturas de arsênio, selênio e telúrio em uma variedade de proporções. Esses compostos compartilham com os semicondutores mais conhecidos as propriedades da condutividade intermediária e uma variação rápida da condutividade com a temperatura, bem como a resistência negativa ocasional. Tais materiais desordenados carecem da estrutura cristalina rígida dos semicondutores convencionais, como o silício. Eles são geralmente usados ​​em estruturas de filme fino, que não requerem material de maior qualidade eletrônica, sendo relativamente insensível a impurezas e danos por radiação.

Preparação de materiais semicondutores
Quase toda a tecnologia eletrônica atual envolve o uso de semicondutores, com o aspecto mais importante sendo o circuito integrado (CI), que é encontrado em laptops, scanners, telefones celulares, etc. Semicondutores para ICs são produzidos em massa. Para criar um material semicondutor ideal, a pureza química é fundamental. Qualquer pequena imperfeição pode ter um efeito drástico na forma como o material semicondutor se comporta devido à escala na qual os materiais são usados.

Um alto grau de perfeição cristalina também é necessário, uma vez que falhas na estrutura do cristal (como deslocamentos, gêmeos e falhas de empilhamento) interferem nas propriedades semicondutoras do material. Falhas cristalinas são uma das principais causas de dispositivos semicondutores defeituosos. Quanto maior o cristal, mais difícil é conseguir a perfeição necessária. Os atuais processos de produção em massa usam lingotes de cristal entre 100 e 300 mm (3,9 e 11,8 pol.) De diâmetro que são cultivados como cilindros e fatiados em wafers.

Há uma combinação de processos que é usada para preparar materiais semicondutores para CIs. Um processo é chamado de oxidação térmica, que forma dióxido de silício na superfície do silício. Isso é usado como isolante de porta e óxido de campo. Outros processos são chamados fotomáscaras e fotolitografia. Este processo é o que cria os padrões no circuito do circuito integrado. A luz ultravioleta é usada junto com uma camada fotoresistente para criar uma alteração química que gera os padrões para o circuito.

Gravura é o próximo processo que é necessário. A parte do silício que não foi coberta pela camada foto-resistente do passo anterior pode agora ser gravada. O processo principal normalmente usado hoje é chamado de condicionamento com plasma. O ataque com plasma geralmente envolve um gás de condicionamento bombeado em uma câmara de baixa pressão para criar plasma. Um gás corrosivo comum é o clorofluorocarboneto, ou Freon, mais comumente conhecido. Uma alta tensão de radiofreqüência entre o cátodo e o ânodo é o que cria o plasma na câmara. A bolacha de silício está localizada no cátodo, o que faz com que ela seja atingida pelos íons carregados positivamente que são liberados do plasma. O resultado final é o silício que é gravado anisotropicamente.

O último processo é chamado de difusão. Este é o processo que dá ao material semicondutor suas propriedades semicondutoras desejadas. Também é conhecido como doping. O processo introduz um átomo impuro no sistema, que cria a junção pn. A fim de obter os átomos impuros incorporados na bolacha de silício, a bolacha é primeiro colocada em uma câmara de 1.100 graus Celsius. Os átomos são injetados e eventualmente se difundem com o silício. Após o processo estar completo e o silício ter atingido a temperatura ambiente, o processo de dopagem é feito e o material semicondutor está pronto para ser usado em um circuito integrado.

Física de semicondutores

Bandas de energia e condução elétrica
Os semicondutores são definidos pelo seu comportamento condutivo elétrico único, em algum lugar entre o de um condutor e um isolante. As diferenças entre esses materiais podem ser entendidas em termos dos estados quânticos de elétrons, cada um dos quais pode conter zero ou um elétron (pelo princípio de exclusão de Pauli). Esses estados estão associados à estrutura de banda eletrônica do material. A condutividade elétrica surge devido à presença de elétrons em estados que são deslocalizados (estendendo-se através do material), no entanto, para transportar elétrons, um estado deve ser parcialmente preenchido, contendo um elétron apenas uma parte do tempo. Se o estado está sempre ocupado com um elétron, então ele é inerte, bloqueando a passagem de outros elétrons através desse estado. As energias desses estados quânticos são críticas, uma vez que um estado é parcialmente preenchido apenas se sua energia estiver próxima do nível de Fermi (ver estatísticas de Fermi-Dirac).

Alta condutividade em um material provém de muitos estados parcialmente preenchidos e muita deslocalização do estado. Os metais são bons condutores elétricos e possuem muitos estados parcialmente preenchidos com energias próximas ao seu nível de Fermi. Os isolantes, em contraste, têm poucos estados parcialmente preenchidos, seus níveis de Fermi ficam dentro de intervalos de bandas com poucos estados de energia a serem ocupados. É importante ressaltar que um isolante pode ser conduzido aumentando sua temperatura: o aquecimento fornece energia para promover alguns elétrons através do gap, induzindo estados parcialmente preenchidos na banda de estados abaixo do gap (banda de valência) e na faixa de estados acima o gap de banda (banda de condução). Um semicondutor (intrínseco) tem um intervalo de bandas que é menor do que o de um isolador e à temperatura ambiente um número significativo de elétrons pode ser excitado para atravessar o intervalo da banda.

Um semicondutor puro, no entanto, não é muito útil, pois não é um isolante muito bom nem um condutor muito bom. No entanto, uma característica importante dos semicondutores (e alguns isoladores, conhecidos como semi-isolantes) é que sua condutividade pode ser aumentada e controlada por dopagem com impurezas e gating com campos elétricos. O doping e o gating movem a banda de condução ou de valência muito mais próxima do nível de Fermi e aumentam grandemente o número de estados parcialmente preenchidos.

Alguns materiais semicondutores de intervalo de banda mais larga são às vezes referidos como semi-isoladores. Quando não dopados, estes têm condutividade elétrica mais próxima da dos isoladores elétricos, no entanto, eles podem ser dopados (tornando-os tão úteis quanto os semicondutores). Os semi-isoladores encontram aplicações de nicho em microeletrônica, como substratos para HEMT. Um exemplo de um semi-isolador comum é o arseneto de gálio. Alguns materiais, como dióxido de titânio, podem até mesmo ser usados ​​como materiais isolantes para algumas aplicações, enquanto são tratados como semicondutores de grande abertura para outras aplicações.

Portadores de carga (elétrons e buracos)
O preenchimento parcial dos estados na parte inferior da banda de condução pode ser entendido como adição de elétrons a essa banda. Os elétrons não permanecem indefinidamente (devido à recombinação térmica natural), mas podem se mover por algum tempo. A concentração real de elétrons é tipicamente muito diluída, e assim (ao contrário dos metais) é possível pensar nos elétrons na banda de condução de um semicondutor como uma espécie de gás ideal clássico, onde os elétrons voam livremente sem estarem sujeitos a o princípio de exclusão de Pauli. Na maioria dos semicondutores, as bandas de condução têm uma relação de dispersão parabólica, e assim esses elétrons respondem a forças (campo elétrico, campo magnético etc.) da mesma forma que no vácuo, embora com uma massa efetiva diferente. Como os elétrons se comportam como um gás ideal, também se pode pensar em condução em termos muito simplistas, como o modelo Drude, e introduzir conceitos como a mobilidade eletrônica.

Para preenchimento parcial no topo da banda de valência, é útil introduzir o conceito de um buraco de elétrons. Embora os elétrons na banda de valência estejam sempre em movimento, uma banda de valência completamente cheia é inerte, não conduzindo nenhuma corrente. Se um elétron é retirado da banda de valência, então a trajetória que o elétron normalmente teria tomado está perdendo sua carga. Para efeitos de corrente elétrica, essa combinação da banda de valência total, menos o elétron, pode ser convertida em uma imagem de uma banda completamente vazia contendo uma partícula carregada positivamente que se move da mesma maneira que o elétron. Combinado com a massa negativa efetiva dos elétrons no topo da banda de valência, chegamos a uma imagem de uma partícula carregada positivamente que responde a campos elétricos e magnéticos exatamente como uma partícula normal positivamente carregada faria no vácuo, novamente com algum positivo massa efetiva. Essa partícula é chamada de buraco, e a coleta de furos na banda de valência pode ser novamente entendida em termos clássicos simples (como os elétrons na banda de condução).

Geração e recombinação de operadoras
Quando a radiação ionizante atinge um semicondutor, pode excitar um elétron para fora de seu nível de energia e, conseqüentemente, deixar um buraco. Esse processo é conhecido como geração de pares de elétrons e furos. Os pares de elétrons e buracos são gerados constantemente a partir de energia térmica, na ausência de qualquer fonte de energia externa.

Pares de elétrons-furos também estão aptos a se recombinar. A conservação de energia exige que esses eventos de recombinação, nos quais um elétron perde uma quantidade de energia maior que o gap, sejam acompanhados pela emissão de energia térmica (na forma de fônons) ou radiação (na forma de fótons).

Em alguns estados, a geração e a recombinação de pares de elétrons-furos estão em equilíbrio. O número de pares de elétrons-furos no estado estacionário em uma determinada temperatura é determinado pela mecânica estatística quântica. Os mecanismos mecânicos quânticos precisos de geração e recombinação são governados pela conservação de energia e conservação do momento.

Como a probabilidade de elétrons e buracos se encontrarem em conjunto é proporcional ao produto de seus números, o produto está em estado estacionário quase constante a uma dada temperatura, desde que não exista campo elétrico significativo (que possa “descarregar” portadores de ambos os tipos, ou movê-los de regiões vizinhas contendo mais deles para se encontrarem juntos) ou geração de pares orientados externamente. O produto é uma função da temperatura, como a probabilidade de obter energia térmica suficiente para produzir um par aumenta com a temperatura, sendo aproximadamente exp (−EG / kT), onde k é a constante de Boltzmann, T é a temperatura absoluta e EG é gap .

A probabilidade de reunião é aumentada por armadilhas transportadoras – impurezas ou deslocamentos que podem prender um elétron ou buraco e mantê-lo até que um par seja completado. Essas armadilhas de transporte são algumas vezes adicionadas propositadamente para reduzir o tempo necessário para atingir o estado estacionário.

Doping
A condutividade dos semicondutores pode ser facilmente modificada pela introdução de impurezas em sua rede cristalina. O processo de adicionar impurezas controladas a um semicondutor é conhecido como doping. A quantidade de impureza, ou dopante, adicionada a um semicondutor intrínseco (puro) varia seu nível de condutividade. Os semicondutores dopados são referidos como extrínsecos. Ao adicionar impureza aos semicondutores puros, a condutividade elétrica pode variar por fatores de milhares ou milhões.

Uma amostra de 1 cm3 de um metal ou semicondutor tem da ordem de 1022 átomos. Em um metal, cada átomo doa pelo menos um elétron livre para condução, portanto 1 cm3 de metal contém da ordem de 1022 elétrons livres, enquanto uma amostra de 1 cm3 de germânio puro a 20 ° C contém cerca de 4,2 × 1022 átomos, mas apenas 2.5 × 1013 elétrons livres e 2.5 × 1013 buracos. A adição de 0,001% de arsênio (uma impureza) doa um extra de 1017 elétrons livres no mesmo volume e a condutividade elétrica é aumentada em um fator de 10.000.

Os materiais escolhidos como contaminantes adequados dependem das propriedades atômicas do dopante e do material a ser dopado. Em geral, os dopantes que produzem as mudanças controladas desejadas são classificados como aceitadores de elétrons ou doadores. Os semicondutores dopados com impurezas doadoras são chamados de tipo-n, enquanto os semicondutores com impurezas aceitadoras são conhecidos como tipo-p. As designações do tipo n e p indicam qual transportador de carga atua como o portador majoritário do material. O transportador oposto é chamado de portador minoritário, que existe devido à excitação térmica a uma concentração muito menor em comparação com o portador majoritário.

Por exemplo, o silício semicondutor puro tem quatro elétrons de valência que ligam cada átomo de silício aos seus vizinhos. Em silício, os dopantes mais comuns são os elementos do grupo III e do grupo V. Todos os elementos do Grupo III contêm três elétrons de valência, fazendo com que eles funcionem como aceitadores quando usados ​​para dopar o silício. Quando um átomo aceitador substitui um átomo de silício no cristal, um estado vago (um “buraco” de elétron) é criado, o qual pode se mover ao redor da rede e funcionar como um portador de carga. Os elementos do Grupo V possuem cinco elétrons de valência, o que lhes permite atuar como um doador; A substituição desses átomos por silício cria um elétron extra-livre. Portanto, um cristal de silício dopado com boro cria um semicondutor do tipo p, enquanto um dopado com fósforo resulta em um material do tipo n.

Durante a fabricação, os contaminantes podem ser difundidos no corpo semicondutor pelo contato com compostos gasosos do elemento desejado, ou a implantação iônica pode ser usada para posicionar com precisão as regiões dopadas.

História antiga de semicondutores
A história da compreensão dos semicondutores começa com experimentos sobre as propriedades elétricas dos materiais. As propriedades do coeficiente de resistência negativa, retificação e sensibilidade à luz foram observadas a partir do início do século XIX.

Thomas Johann Seebeck foi o primeiro a notar um efeito devido aos semicondutores, em 1821. Em 1833, Michael Faraday relatou que a resistência dos espécimes de sulfeto de prata diminui quando eles são aquecidos. Isso é contrário ao comportamento de substâncias metálicas como o cobre. Em 1839, Alexandre Edmond Becquerel relatou a observação de uma tensão entre um eletrólito sólido e um eletrólito líquido quando atingido pela luz, o efeito fotovoltaico. Em 1873, Willoughby Smith observou que os resistores de selênio exibem uma resistência decrescente quando a luz incide sobre eles. Em 1874, Karl Ferdinand Braun observou a condução e a retificação em sulfetos metálicos, embora esse efeito tenha sido descoberto muito antes por Peter Munck em Rosenschold para o Annalen der Physik und Chemie em 1835, e Arthur Schuster descobriu que uma camada de óxido de cobre os fios possuem propriedades de retificação que cessam quando os fios são limpos. William Grylls Adams e Richard Evans Day observaram o efeito fotovoltaico no selênio em 1876.

Uma explicação unificada desses fenômenos exigia uma teoria da física do estado sólido que se desenvolveu muito na primeira metade do século XX. Em 1878, Edwin Herbert Hall demonstrou a deflexão de transportadores de carga fluindo por um campo magnético aplicado, o efeito Hall. A descoberta do elétron por JJ Thomson em 1897 levou a teorias de condução baseada em elétrons em sólidos. Karl Baedeker, observando um efeito Hall com o sinal reverso em metais, teorizou que o iodeto de cobre tinha portadores de carga positiva. Johan Koenigsberger classificou materiais sólidos como metais, isolantes e “condutores variáveis” em 1914, embora seu aluno Josef Weiss já introduzisse o termo Halbleiter (semicondutor no significado moderno) em tese de PhD em 1910. Felix Bloch publicou uma teoria do movimento de elétrons através de atômica redes em 1928. Em 1930, B. Gudden afirmou que a condutividade em semicondutores foi devido a pequenas concentrações de impurezas. Em 1931, a teoria da banda de condução foi estabelecida por Alan Herries Wilson e o conceito de lacunas de bandas foi desenvolvido. Walter H. Schottky e Nevill Francis Mott desenvolveram modelos da barreira de potencial e das características de uma junção metal-semicondutor. Em 1938, Boris Davydov desenvolveu uma teoria do retificador de óxido de cobre, identificando o efeito da junção p-n e a importância de portadores minoritários e estados de superfície.

A concordância entre as previsões teóricas (baseadas no desenvolvimento da mecânica quântica) e os resultados experimentais foi por vezes fraca. Isto foi explicado mais tarde por John Bardeen devido ao comportamento extremo “sensível à estrutura” dos semicondutores, cujas propriedades mudam drasticamente com base em pequenas quantidades de impurezas. Os materiais comercialmente puros da década de 1920, contendo diferentes proporções de contaminantes vestigiais, produziram resultados experimentais diferentes. Isso estimulou o desenvolvimento de técnicas aprimoradas de refino de materiais, culminando em refinarias modernas de semicondutores produzindo materiais com pureza de partes por trilhão.

Os dispositivos que usam semicondutores foram inicialmente construídos com base no conhecimento empírico, antes que a teoria de semicondutores fornecesse um guia para a construção de dispositivos mais capazes e confiáveis.

Alexander Graham Bell usou a propriedade sensível à luz do selênio para transmitir som sobre um feixe de luz em 1880. Uma célula solar funcional, de baixa eficiência, foi construída por Charles Fritts em 1883 usando uma placa de metal revestida com selênio e uma camada fina de ouro; o dispositivo tornou-se comercialmente útil em fotômetros fotográficos na década de 1930. Os retificadores de contato por micro-contatos pontuais feitos de sulfeto de chumbo foram usados ​​por Jagadish Chandra Bose em 1904; o detector de bigodes de gato usando galena natural ou outros materiais tornou-se um dispositivo comum no desenvolvimento do rádio. No entanto, foi um pouco imprevisível na operação e exigiu ajuste manual para melhor desempenho. Em 1906, a HJ Round observou a emissão de luz quando a corrente elétrica passava pelos cristais de carboneto de silício, o princípio por trás do diodo emissor de luz. Oleg Losev observou emissão de luz similar em 1922, mas na época o efeito não teve uso prático. Os retificadores de potência, usando óxido de cobre e selênio, foram desenvolvidos na década de 1920 e se tornaram comercialmente importantes como uma alternativa aos retificadores de tubo a vácuo.

Nos anos que antecederam a Segunda Guerra Mundial, os dispositivos de detecção e comunicação por infra-vermelho levaram à pesquisa de materiais de sulfeto de chumbo e seleneto de chumbo. Esses dispositivos foram usados ​​para detectar navios e aeronaves, para telêmetros infravermelhos e para sistemas de comunicação de voz. O detector de cristal de contato de ponto tornou-se vital para os sistemas de rádio de microondas, já que os dispositivos de tubo de vácuo disponíveis não poderiam servir como detectores acima de cerca de 4000 MHz; sistemas de radar avançados dependiam da resposta rápida dos detectores de cristal. Pesquisa considerável e desenvolvimento de materiais de silício ocorreram durante a guerra para desenvolver detectores de qualidade consistente.

Detectores e retificadores de potência não puderam amplificar um sinal. Muitos esforços foram feitos para desenvolver um amplificador de estado sólido e foram bem sucedidos no desenvolvimento de um dispositivo chamado transistor de contato de ponto que poderia amplificar 20db ou mais. Em 1922, Oleg Losev desenvolveu amplificadores de resistência negativa de dois terminais para rádio, e ele pereceu no cerco de Leningrado após a conclusão bem-sucedida. Em 1926, Julius Edgar Lilienfeld patenteou um dispositivo parecido com um transistor de efeito de campo moderno, mas não era prático. R. Hilsch e RW Pohl em 1938 demonstraram um amplificador de estado sólido usando uma estrutura semelhante à grade de controle de um tubo de vácuo; embora o dispositivo exibisse ganho de energia, ele tinha uma frequência de corte de um ciclo por segundo, muito baixa para qualquer aplicação prática, mas uma aplicação efetiva da teoria disponível. Na Bell Labs, William Shockley e A. Holden começaram a investigar amplificadores de estado sólido em 1938. A primeira junção p-n em silício foi observada por Russell Ohl por volta de 1941, quando se descobriu que uma amostra era sensível à luz, com um limite nítido. entre a impureza do tipo p em uma extremidade e o tipo n na outra. Um corte de fatia da amostra no limite p-n desenvolveu uma voltagem quando exposto à luz.

Na França, durante a guerra, Herbert Mataré observou amplificação entre contatos pontuais adjacentes em uma base de germânio. Depois da guerra, o grupo de Mataré anunciou seu amplificador “Transistron” apenas pouco depois que a Bell Labs anunciou o “transistor”.