ТРАНЗИСТОР, раздел «Физик»

Транзистор — полупроводниковый прибор, предназначенный для усиления, генерирования и коммутации электрических сигналов и имеющий обычно три внешних вывода.

Различают два вида транзистора: биполярный и полевой.

Принцип работы биполярного транзистора основан на использовании двух электронно-дырочных переходов. Один из них обычно включен в прямом направлении (эмиттерный переход), а второй — в обратном (коллекторный переход). Эти два перехода разделены областью базы. Толщина этой области (т. е. расстояние между эмиттерным и коллекторным переходами) измеряется единицами или десятыми долями микрометра. Эмиттер «впрыскивает» (инжектирует) в базу неосновные носители тока, а коллектор «отделяет» их от основных. Так эмиттерный переход управляет током через коллекторный переход. В зависимости от последовательности чередования типа электропроводности в слоях эмиттера, базы и коллектора различают транзисторы типа n — р — n и транзисторы р — n — р, которые отличаются обратными знаками напряжений, подводимых к их электродам.

Принцип работы полевого транзистора основан обычно на эффекте управления проводимостью приповерхностного слоя в МДП-структуре («металл — диэлектрик — полупроводник») . Электрический ток протекает в таком транзисторе от электрода, называемого истоком, к электроду, называемому стоком, через короткую (единицы и доли микрометра) область, называемую каналом. Над каналом расположен металлический управляющий электрод — затвор, с помощью которого можно изменить проводимость канала.

Возможны и иные варианты полевого транзистора: вместо структуры МДП может быть использован р — n переход или контакт «металл— полупроводник» (барьер Шоттки).

В основе работы биполярного транзистора лежит обязательное использование носителей обоих знаков — электронов и дырок. Полевые транзисторы в принципе используют носители одного какого-либо знака и поэтому называются иногда униполярными.

Транзисторный эффект был открыт в 1948 г. американскими учеными Дж. Бардином и У. Браттейном. Несколько позже У. Шокли сформулировал идею биполярного плоскостного транзистора. За короткое время транзистор из прибора, работавшего только в диапазоне звуковых частот при мощностях в десятки милливатт, прошел эволюционный путь, приведший к созданию мощных (десятки и сотни ватт) и сверхвысокочастотных (до диапазона длин волн 2—3 см) транзисторов.

Кремний — основной материал для изготовления транзисторов и интегральных схем с ними. В последнее время для быстродействующих и сверхвысокочастотных транзисторов все чаще используется арсенид галлия.

Ряд положительных качеств транзистора (высокая надежность, малая потребляемая мощность, малые габариты и масса) позволил ему почти полностью вытеснить из электроники электронную лампу.

Использование транзисторов способствовало развитию интегральной электроники. В интегральной электронике на одном кристалле полупроводника одновременно изготовляется большое количество транзисторов и соединений между ними, которые представляют вполне законченное электронное устройство — интегральную микросхему. Количество транзисторов в такой схеме может быть самым различным и зависит от объема функций, выполняемых этой схемой. Так, число транзисторов на одном кристалле электронных наручных часов может составлять 1 — 3 тыс., в электронных клавишных вычислительных машинах (калькуляторах) — от 6 до 40 тыс.