Le transistor épitaxié est le précurseur de nombreux dispositifs semi-conducteurs modernes. Un transistor standard utilise trois morceaux de matériau semi-conducteur fusionnés directement. Les transistors épitaxiaux ressemblent beaucoup à un transistor standard, sauf qu’ils ont une couche très mince de matériau semi-conducteur pur et non chargé déposée entre les sections du transistor pour les isoler les unes des autres. Cela améliore considérablement la vitesse et les performances de l’appareil.
Un transistor standard est composé de trois pièces d’un matériau semi-conducteur, tel que le silicium. Le silicium de ces pièces est mélangé à un additif qui leur confère une charge électrique. Pour un transistor de type NPN, une norme de l’industrie, deux des pièces sont chargées négativement tandis que la troisième est chargée positivement.
Pour construire le transistor, les trois pièces de silicium sont fusionnées, la pièce chargée positivement étant prise en sandwich entre les deux pièces chargées négativement. Une fois ces morceaux fusionnés, un échange d’électrons se produit aux deux endroits où les morceaux se rencontrent, appelés jonctions. L’échange d’électrons se poursuit dans les jonctions jusqu’à ce qu’un équilibre entre les charges négatives et positives soit atteint. Après avoir équilibré les charges électriques, ces deux zones n’ont plus aucune charge et sont appelées régions d’appauvrissement.
Les régions d’épuisement dans un transistor déterminent de nombreuses caractéristiques opérationnelles de l’appareil, telles que la vitesse à laquelle l’appareil peut changer d’état, appelée commutation, et à quelles tensions l’appareil conduira ou tombera en panne, appelée tension de claquage ou d’avalanche. Étant donné que la méthode de création de régions d’appauvrissement dans les transistors standard se produit naturellement, elles ne sont pas d’une précision optimale et ne peuvent pas être contrôlées pour améliorer ou modifier leur structure physique, au-delà de la modification de la force de la charge initialement ajoutée au silicium. Pendant des années, les transistors au germanium ont eu des vitesses de commutation supérieures à celles des transistors au silicium simplement parce que le semi-conducteur au germanium avait tendance à former naturellement des régions d’appauvrissement plus étroites.
En 1951, Howard Christensen et Gordon Teal de Bell Labs ont créé une technologie que nous appelons maintenant le dépôt épitaxial. Cette technologie, comme son nom l’indique, pourrait déposer un film ou une couche très mince de matériau sur un substrat d’un matériau identique. En 1960, Henry Theurer a dirigé l’équipe Bell qui a perfectionné l’utilisation du dépôt épitaxial pour les semi-conducteurs de silicium.
Cette nouvelle approche de la construction des transistors a changé à jamais les dispositifs à semi-conducteurs. Au lieu de s’appuyer sur les tendances naturelles du silicium pour former les régions d’appauvrissement d’un transistor, la technologie pourrait ajouter de très fines couches de silicium pur et non chargé qui agiraient comme des régions d’appauvrissement. Ce processus a donné aux concepteurs un contrôle précis sur les caractéristiques opérationnelles des transistors au silicium et, pour la première fois, des transistors au silicium rentables sont devenus supérieurs à tous égards à leurs homologues au germanium.
Une fois le processus de dépôt épitaxial perfectionné, l’équipe de Bell a créé le premier transistor épitaxial, que l’entreprise a mis immédiatement en service dans son équipement de commutation téléphonique, améliorant à la fois la vitesse et la fiabilité du système. Impressionné par les performances du transistor épitaxial, Fairchild Semiconductors a commencé à travailler sur son propre transistor épitaxial, le légendaire 2N914. Il a lancé l’appareil sur le marché en 1961 et il est resté largement utilisé.
Après la sortie de Fairchild, d’autres sociétés, telles que Sylvania, Motorola et Texas Instruments, ont commencé à travailler sur leurs propres transistors épitaxiaux, et l’âge de la silicium de l’électronique est né. En raison du succès du dépôt épitaxial dans la création de transistors et de dispositifs au silicium en général, les ingénieurs ont cherché d’autres utilisations de la technologie, et elle a rapidement été mise en œuvre avec d’autres matériaux, tels que les oxydes métalliques. Les descendants directs du transistor épitaxié existent dans presque tous les appareils électroniques avancés imaginables : écrans plats, CCD d’appareils photo numériques, téléphones portables, circuits intégrés, processeurs informatiques, puces mémoire, cellules solaires et une myriade d’autres appareils qui constituent les fondements de tous systèmes technologiques modernes.