EON_641

EON EWS n . 641 - MAGGIO 2020 3 T ERZA P AGINA to per il controllare correnti elettriche che utilizzava co- me materiale semicondut- tore il solfuro di rame. Nel 1934 un ricercatore tedesco in prestito all’ Università di Cambridge (UK), Oskar Heil, descrisse per primo in termini di elettroni e lacune il funzionamento di un di- spositivo a effetto di campo con elettrodo di controllo ad accoppiamento capacitivo. La struttura, antesignana dei moderni FET, venne bre- vettata nel 1935, cinque an- ni dopo l’approvazione del brevetto di Lilienfeld, ma la tecnologia dell’epoca non permise la realizzazione pratica dei dispositivi ideati. La ricerca sui transistor a ef- fetto di campo venne ripre- sa alla fine degli anni trenta da William Shockley ai la- boratori Bell, ma i progressi in questo campo vennero frustrati dall’imprevedibilità degli effetti superficiali do- vuti alla presenza di conta- minanti e furono prematu- ramente abbandonati per evitare conflitti brevettuali. La scoperta del transistor a punta di contatto e il suc- cessivo boom del transistor a giunzione contribuì a rele- gare in secondo piano le ri- cerche sui FET fino alla se- conda metà degli anni cin- quanta. Nel 1952 Shockley formalizzò la teoria del fun- zionamento dei FET nell’ar- ticolo A unipolar field effect transistor pubblicato sui Pro- ceedings dell’ Institute of Radio Engineers (IRE). La chiave di volta per la realiz- zazione pratica del disposi- tivo venne però fornita da un ingegnere e chimico-fisico di origine egiziana, Moha- I l primo prototipo funzio- nante di transistor a effetto di campo in tecnologia MOS (Metal Oxide Semiconductor) è stato presentato pubblica- mente nel giugno del 1960 alla IRE Solid State Device Research Conference tenu- tasi all’ Università Carnegie Mellon di Pittsburgh. Il pro- cesso di passivazione su- perficiale messo a punto da Mohamed M. Atalla e Dawon Kahng dei Bell Telephone Labs (BTL) per la realizza- zione del dispositivo ha rap- presentato un fondamentale passo avanti per l’industria dei semiconduttori che reso possibile l’introduzione dei primi circuiti integrati e la lo- ro successiva produzione in massa. Il percorso fatto dal- la teorizzazione degli effetti di campo nel controllo della corrente elettrica all’introdu- zione dei circuiti integrati in tecnologia CMOS e ai mo- derni microprocessori è stato tutt’altro che lineare. La prima osservazione spe- rimentale di come il campo elettrico alla superficie po- tesse influenzare la corren- te elettrica in un materiale si può far risalire all’articolo The action of light on sele- nium , pubblicato nel 1876 nei Proceedings della Royal Society da W. G. Adams and R. E. Day. Si dovette at- tendere fino agli anni venti del secolo scorso, però, af- finché venisse teorizzato il primo dispositivo ad effetto di campo: Julius E. Lilienfeld, uno scienziato americano di origine polacca, presentò nel 1926 una richiesta di bre- vetto per Metodo e appara- med M. Atalla (detto John, o Martin). Mentre lavorava in BTL a metodi per migliorare l’affidabilità dei transistor in silicio, Atalla mise a punto nel 1957, con la collabora- zione di Eileen Tannenbaum ed Edwin Scheibner, un pro- cesso di passivazione della superficie per ossidazione termica del silicio. I risulta- ti vennero resi pubblici nel 1958, alla Semiconductor Device Research Confe- rence dell’IRE nel corso di un convegno dell’ Electro- chemical Society . Creando uno strato d’inerte biossido di silicio sulla superficie dei dispositivi, Atalla era riusci- to a isolare il materiale da contaminanti e “trappole” per i portatori di carica, di fatto preservando le carat- teristiche delle giunzioni PN e risolvendo la piaga degli stati superficiali. La tecnica di passivazione di Atalla ha fatto assurgere il silicio a materiale di elezione nella realizzazione dei transistor bipolari, aperto la strada al- la realizzazione dei circuiti integrati con tecnologia pla- nare e, non ultimo, reso fi- nalmente possibile la realiz- zazione dei MOSFET. Il primo FET a gate isola- to per mezzo di uno strato di ossido venne realizzato nel 1959 da Atalla con la collaborazione di un neo- assunto in BTL, il fisico di origine coreana Dawon Kahng. Il brevetto del di- spositivo venne richiesto nel marzo del 1960 e la prima presentazione pub- blica si ebbe a giugno dello stesso anno, alla confe- renza dell’IRE. Il MOSFET non entusiasmò partico- larmente il management di BTL e il testimone della ricerca venne raccolto dai ricercatori di RCA , che nel 1961 realizzarono il primo prototipo di circuito integra- to MOS e nel 1964 misero in commercio i primi MO- SFET: 3N98 e 3N99. Fai- rchild ha ulteriormente affi- nato il processo produttivo grazie agli sforzi di Frank M. Wanlass che per primo, già nel 1963, propose di utilizzare la configurazione CMOS come mattone per la costruzione di circuiti lo- gici ad alta densità e basso consumo. È iniziata così l’era moder- na dei microprocessori e delle memorie digitali. Sessant’anni fa veniva presentato il primo prototipo funzionante di transistor a effetto di campo in tecnologia MOS M ASSIMO G IUSSANI Il MOSFET compie sessant’anni (Fonte: US Patent Office)