Texto Base

Eletrônica e Física do Estado Sólido

Trechos do 1º Capítulo do livro "Materiais e Dispositivos Eletrônicos" de Sérgio M. Rezende.

A eletrônica é o ramo da tecnologia mais marcante do século XX. Ela surgiu em 1906 com a invenção, por Lee de Forest, nos Estados Unidos, da válvula triodo, um dispositivo que tornou possível a amplificação de sinais elétricos.  Há outros tipos de válvulas como o diodo e os pentodos. O funcionamento de todas elas é baseado no controle do movimento dos elétrons entre os eletrodos por meio da ação de um campo elétrico sobre sua carga elétrica. Essa é a origem do nome ELETRÔNICA.

O principal produto da Eletrônica na primeira metade do século XX foi o rádio, que possibilitou a comunicação e a difusão de comunicação e a difusão de informações a distância, através da voz e da música. Mais tarde foi desenvolvido o sistema para transmissão à distância de imagens em movimento: a televisão. Depois vieram os computadores e também uma grande variedade de equipamentos para diversas finalidades.

Porém, a Eletrônica baseada nas válvulas a vácuo tinha grandes limitações e inconveniências. As válvulas eram grandes, frágeis, aqueciam muito, tinham vida curta e fabricação dispendiosa, além de várias desvantagens técnicas. Por esta razão, desde antes da Segunda Grande Guerra, procurava-se um dispositivo que pudesse substituí-las em dispositivos eletrônicos.  O grande passo nesta direção foi dado em 1947 por J. Bardeen, W. Brattain e W. Shockley, três físicos dos laboratórios da Bell Telephone que estudavam propriedades de condução eletrônica em semicondutores, inventando o transistor.

Durante a década de 50, o transistor foi aperfeiçoado, tornando-se um dispositivo confiável, com aplicações nos mais diversos equipamentos eletrônicos e com custos de fabricação cada vez mais baixos. Na década de 60, assistimos a miniaturização da eletrônica, com o desenvolvimento dos circuitos integrados, contendo inúmeros transistores e diodo, interligados com resistores e capacitores, fabricados na mesma pastilha de semicondutor. A fabricação de circuitos integrados com elementos de dimensões da ordem de alguns micrômetros (10^-6 metros) deu origem a tecnologia da microeletrônica, e como consequência os microprocessadores, na década de 70, sendo possível fabricar os microcomputadores.

A produção de circuitos integrados e microprocessadores cada vez mais rápidos e com maior número de elementos está produzindo uma constante evolução na Eletrônica. Esta evolução provocou uma enorme mudança nos costumes da sociedade, proporcionada pelos modernos sistemas de comunicação, a ampla utilização dos computadores, a automação dos meios de produção, e os mais variados equipamentos utilizados em nossa vida diária. Por esta razão, a Eletrônica tornou-se um dos principais fatores de desenvolvimento no final do século XX e início do século XXI.

Além dos diodos, transistores, circuitos integrados e microprocessadores, cuja operação é baseada nas propriedades de transporte eletrônicos dos semicondutores, existe um grande número de outros dispositivos que dão á eletrônica uma enorme variedade de aplicações. Eles são baseados em diversas propriedades ópticas, térmicas, magnéticas, etc. de materiais sólidos. A descoberta desses dispositivos só foi possível graças ao conhecimento acumulado com atividades de pesquisa em Física do Estado Sólido. Até a década de 50, os trabalhos nesta área estavam concentrados em nos sólidos cristalinos, que são aqueles cujos átomos ou íons constituintes têm um arranjo ordenado periódico. Devido a esta periodicidade, alguns fenômenos nestes materiais podem ser interpretados pelas leis físicas com mais facilidade. Com o progresso das técnicas de investigação, esta área se estendeu a materiais mais complexos, como vidros, polímeros orgânicos diversos, ligas amorfas e até mesmo os líquidos, passando a ser conhecida como Física da Matéria Condensada.

Nesta área da Física trabalham atualmente mais de 40% dos físicos de todo o mundo e a cada ano surgem novas linhas de pesquisa, impulsionadas pela descoberta de novas propriedades, novos fenômenos e novos materiais artificiais. Estes, por sua vez, abrem o potencial para o desenvolvimento de novos dispositivos que encontram aplicações nos mais nos mais variados segmentos tecnológicos e cujo interesse econômico impulsiona as pesquisas básica e aplicada.