Fue solo parcialmente parte del impulso de su invención. Se conocían las ecuaciones derivadas cuánticas básicas, pero no tanto detalle. Así, por ejemplo, no se esperaban las bases de inyección de portadores minoritarios de BJT. Pero fue suficientemente rápido demostrable.
El comportamiento y los modelos de todos los semiconductores son muy mecánicos cuánticos, por lo que desde la invención del transistor, la mecánica cuántica ha sido muy central.
El comportamiento de los portadores de carga (electrones y agujeros) solo puede explicarse con precisión con la mecánica estadística de Fermi-Dirac. Debido a que la mecánica estadística está parcialmente basada en cuántica, a veces se le llama “modelo semiclásico”. No obstante, el análogo de Boltzmann puramente clásico NO da los resultados correctos, por lo que la mecánica cuántica es bastante esencial a partir de los diodos de unión PN.
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En la década de 1960 hubo una serie de efectos que también eran explicables solo con la mecánica cuántica, como los diodos de túnel.
También durante este tiempo, se dio cuenta de que los tubos de vacío (también conocidos como válvulas en el Reino Unido) también funcionaban según la mecánica cuántica. El obvio es el cátodo de emisión de campo, que es otro nombre para el túnel cuántico Fowler-Nordheim. Además, todos los diversos tratamientos de cátodos utilizados desde finales de la década de 1920, como el tungsteno toriado y los revestimientos de óxido de tierra alcalina, se pueden explicar a través de la física de semiconductores basada en la física cuántica: las capas de óxido de semiconductor redujeron la altura de la barrera entre la función de trabajo del metal y los niveles de energía de vacío.
Desde entonces, con la escala de la ley de Moore de las tecnologías MOSFET, se han descubierto una serie de características de fiabilidad y rendimiento que son puramente mecánicas cuánticas.
La más obvia que todos los que leen esto ha usado personalmente es la memoria Flash. Todos los tipos confían en el túnel cuántico Fowler-Nordheim para borrar o escribir y borrar datos. La física clásica dice que la memoria Flash no debería ser posible, pero la mecánica cuántica dice que sí, y por supuesto nuestra experiencia directa lo demuestra todos los días.
Los óxidos de puerta de geometría mínima también exhiben efectos cuánticos. El primero es, de nuevo, el túnel Fowler-Nordheim con muestras en las curvas IV de todos los espesores de óxido por debajo de 100 nm. A medida que reduce la escala convencionalmente, debe diluir el óxido y, a 30 Å con voltajes operativos convencionales, obtiene un túnel directo además de Fowler-Nordheim. Esta es la razón completa de la necesidad de pilas de compuertas dieléctricas de alto κ utilizadas en nodos antes de FinFET. FinFETs se hizo necesario porque high-k era un “pony de 1 truco” contra el túnel directo.
Entonces, la mecánica cuántica es muy central para los semiconductores y lo ha sido durante 60 años.
