Транзистор — это ключевой полупроводниковый прибор, основная функция которого заключается в усилении электрических сигналов. Его название образовано от английских слов «transfer» (переносить) и «resistor» (сопротивление), что отражает принцип его работы. Начиная с 1970-х годов транзисторы практически полностью заменили громоздкие и менее эффективные электронные лампы в радиотехнике и электронике, что стало настоящей технологической революцией.
Первые шаги: точечные транзисторы 1940-х
Первые экспериментальные транзисторы появились в 1940-х годах. Это были так называемые точечные транзисторы. Их конструкция была довольно простой: два тонких бронзовых острия, выполнявших роли эмиттера и коллектора, вжимались в кристалл германия с n-проводимостью. В процессе изготовления через эти острия пропускался сильный ток, что вызывало локальное расплавление германия и формирование необходимых контактов.
Научный прорыв в лабораториях Bell
Знаковым событием в истории транзистора стал 1946 год, когда группа ученых под руководством Уильяма Шокли в лаборатории компании «Bell Telephone» начала масштабные исследования полупроводников. Целью было глубокое изучение электрической проводимости в этих материалах. Результатом этой работы стало создание первых практичных трехэлектродных полупроводниковых приборов — транзисторов в том виде, в котором мы их знаем.
Биполярные и полевые транзисторы
Вскоре после открытия появились два основных типа транзисторов, различающихся принципом работы:
- Биполярные транзисторы (от лат. «bis» — дважды). В их работе участвуют носители заряда обоих знаков: отрицательные электроны и положительные «дырки». Их также часто называют обычными транзисторами.
- Униполярные (полевые) транзисторы (от лат. «unus» — один). В них ток создается носителями только одного типа — либо электронами, либо «дырками». Управление током осуществляется с помощью электрического поля, создаваемого входным сигналом.
Принцип работы и значение изобретения
Новый прибор использовал принцип управления током в полупроводнике, что открыло невиданные ранее возможности. Транзистор мог выполнять функции усилителя, генератора и других устройств, эффективно заменяя вакуумные лампы. В типичной конструкции точечного транзистора эмиттер и коллектор представляли собой миниатюрные выпрямители на поверхности кристалла, а третий электрод (база) имел большую площадь. Когда на близко расположенные контакты подавалось напряжение, положительное на эмиттер и отрицательное на коллектор, дырки (носители заряда) из эмиттера притягивались к коллектору, создавая управляемый ток. Это и был базовый принцип усиления сигнала, легший в основу всей современной микроэлектроники.