10.3 - DO DIODO AO TRANSISTOR - O CRISTAL FEITO PELO HOMEM
Por meio da Física do estado sólido, os pesquisadores descobriram então, que a estrutura atômica de certos materiais como o Germânio ou o Silício continha alguns elétrons livres os quais escapavam, deixando buracos ou vacâncias de cargas na matriz do cristal.
Ilustração do princípio de operação do diodo semicondutor onde:
a) estrutura cristalina
b) junção P-N
c) curva mostrando função operacional
Assim formatada a chamada camada de contorno ou junção P-N, permitia o fluxo da corrente em apenas uma direção após a aplicação de uma corrente alternada entre os dois pontos de contatos no cristal.
Macrofotografia mostrando detalhes de um diodo de Germânio de contato pontual.

Basicamente, este tipo de diodo feito pelo homem consiste em conformar a estrutura atômica do Germânio adicionando-se a sua matriz pequenas quantidades de impurezas conhecidas como DOPE.
Estas impurezas são átomos de diversos elementos químicos, geralmente metais, os quais tem a sua própria configuração eletrônica. Assim, por exemplo, enquanto alguns elementos químicos como o Fósforo, o Arsênico, e o Antimônio tem 5 elétrons na sua órbita externa por outro lado o Alumínio, o Índio, o Gálio ou o Boro somente 3.
Estes átomos são chamados de doadores ou receptores respectivamente devido a sua capacidade de doar ou receber elétrons.
Ao adicionar-se estas impurezas na matriz do cristal de Germânio, obtêm-se dois tipos de estrutura cristalina: uma mistura contendo excesso de elétrons livres, também chamada de Germânio negativo e, outra com falta de elétrons, chamada de Germânio positivo.
Ilustração do primeiro diodo termiônico inventado pro Fleming em 1904.
Agora, ou juntar-se estes dois tipos de estrutura ou seja, o Germânio P e N, ocorre uma transferência de carga elétrica na camada de contorno da junção P-N. Desta forma, o cristal P e N tem um excesso e falta de elétrons respectivamente. Estas cargas repelem-se entre si evitando-se uma posterior difusão de elétrons e buracos no cristal, gerando ao mesmo tempo, uma diferença de potencial.
Na realidade este tipo de arranjo cristalino opera como um retificador, ou seja quando uma tensão positiva em relação ao cristal P é aplicada ao cristal N, a mesma é aumentada sem qualquer fluxo de corrente. Por outro lado, se uma
Aspectos da evolução do diodo a cristal onde:
a) cristal de galena
b) detector de carborundum
c) Um primitivo diodo de Germânio pontual
tensão negativa é aplicada ao cristal N, é neutralizada, permitindo o aparecimento de uma pequena tensão de forma que a mesma induz o movimento de elétrons continuamente. Tem-se, assim, a formação de um diodo cujo cristal ou material semicondutor é o Germânio.
Em princípio, o diodo de contato pontual era quase idêntico aos primitivos detectores a cristal. Sua estrutura consistia de uma pequena bolacha de Germânio, onde em sua face plana era feito o contato por meio de um fio de Tungstênio espiralado, semelhante ao princípio do bigode de gato inventado por Pickard. Fig 249
O diodo de Germânio quando comparado ao seu congênere termiônico, tinha várias vantagens como ausência do filamento, tamanho e custo reduzido, uma vez que podia atuar tanto como elemento detector como comutador. Assim foi largamente empregado nos primeiros tipos de televisores e computadores.
Entretanto, como visto o diodo contato pontual nada mais era do que uma versão melhorada do primitivo detector a cristal.
Desta maneira, foram logo substituídos por dispositivos mais avançados, os chamados diodos sem contato, cujo principio operacional estava agora intimamente ligado na conformação de espessuras uniformes das junções, diretamente no material semicondutor.
Primitivos tipos de diodos de Germânio usados em circuitos de alta freqüência para Radar, fabricados no final da década de 1940.
Macrofotografia do diodo de Germânio tipo 1N38A.

O diodo de Germânio para uso geral tipo 1N38A.