Il transistor epitassiale è il precursore di molti moderni dispositivi a semiconduttore. Un transistor standard utilizza tre pezzi di materiale semiconduttore fusi insieme direttamente. I transistor epitassiali sono molto simili a un transistor standard, tranne per il fatto che hanno uno strato di pellicola molto sottile di materiale semiconduttore puro e non caricato depositato tra le sezioni del transistor per isolarle l’una dall’altra. Ciò migliora notevolmente la velocità e le prestazioni del dispositivo.
Un transistor standard è costituito da tre pezzi di un materiale semiconduttivo, come il silicio. Il silicio per questi pezzi è miscelato con un additivo che conferisce loro una carica elettrica. Per un transistor di tipo NPN, uno standard industriale, due dei pezzi sono caricati negativamente mentre il terzo è caricato positivamente.
Per costruire il transistor, i tre pezzi di silicio sono fusi insieme, con il pezzo con carica positiva inserito tra i due pezzi con carica negativa. Una volta che questi pezzi sono fusi insieme, avviene uno scambio di elettroni nei due punti in cui i pezzi si incontrano, chiamati giunzioni. Lo scambio di elettroni continua nelle giunzioni fino a quando non viene raggiunto un equilibrio tra le cariche negative e positive. Dopo aver bilanciato le cariche elettriche, queste due aree non hanno più alcuna carica e sono chiamate regioni di esaurimento.
Le regioni di esaurimento in un transistor determinano molte delle caratteristiche operative del dispositivo, come la velocità con cui il dispositivo può cambiare stato, chiamato commutazione, ea quali tensioni il dispositivo condurrà o si guasterà, chiamato rottura o tensione a valanga. Poiché il metodo per creare regioni di esaurimento nei transistor standard avviene in modo naturale, non sono precisi in modo ottimale e non possono essere controllati per migliorare o alterare la loro struttura fisica, oltre a modificare la forza della carica inizialmente aggiunta al silicio. Per anni, i transistor al germanio hanno avuto velocità di commutazione superiori rispetto ai transistor al silicio semplicemente perché il semiconduttore al germanio tendeva a formare naturalmente regioni di esaurimento più strette.
Nel 1951, Howard Christensen e Gordon Teal dei Bell Labs crearono una tecnologia che ora chiamiamo deposizione epitassiale. Questa tecnologia, come suggerisce il nome, potrebbe depositare un film molto sottile, o uno strato, di materiale su un substrato di un materiale identico. Nel 1960, Henry Theurer guidò il team Bell che perfezionò l’uso della deposizione epitassiale per i semiconduttori di silicio.
Questo nuovo approccio alla costruzione dei transistor ha cambiato per sempre i dispositivi a semiconduttore. Invece di fare affidamento sulle tendenze naturali del silicio per formare le regioni di esaurimento di un transistor, la tecnologia potrebbe aggiungere strati molto sottili di silicio puro e non caricato che fungerebbero da regioni di esaurimento. Questo processo ha dato ai progettisti un controllo preciso sulle caratteristiche operative dei transistor al silicio e, per la prima volta, i transistor al silicio economici sono diventati superiori sotto tutti gli aspetti rispetto alle loro controparti al germanio.
Con il perfezionamento del processo di deposizione epitassiale, il team Bell ha creato il primo transistor epitassiale, che l’azienda ha messo immediatamente in servizio nelle sue apparecchiature di commutazione telefonica, migliorando sia la velocità che l’affidabilità del sistema. Impressionato dalle prestazioni del transistor epitassiale, Fairchild Semiconductors ha iniziato a lavorare sul proprio transistor epitassiale, il leggendario 2N914. Ha rilasciato il dispositivo sul mercato nel 1961 ed è rimasto ampiamente utilizzato.
Dopo il rilascio di Fairchild, altre aziende, come Sylvania, Motorola e Texas Instruments, iniziarono a lavorare sui propri transistor epitassiali e nacque l’era dell’elettronica del silicio. A causa del successo della deposizione epitassiale nella creazione di transistor e dispositivi al silicio in generale, gli ingegneri hanno cercato altri usi per la tecnologia e presto è stata utilizzata con altri materiali, come gli ossidi metallici. I diretti discendenti del transistor epitassiale esistono in quasi tutti i dispositivi elettronici avanzati immaginabili: schermi piatti, CCD per fotocamere digitali, telefoni cellulari, circuiti integrati, processori per computer, chip di memoria, celle solari e una miriade di altri dispositivi che costituiscono le fondamenta di tutti moderni sistemi tecnologici.