I en krafttransistor tar halvledermaterialet liten plass. Selve transistorhuset må til gjengjeld ha stor overflate for å kunne lede vekk varme ved høye effekter. På bildet er transistordekselet fjernet. Bildet er hentet fra papirleksikonet Store norske leksikon, utgitt 2005-2007.
Transistor. En transistor kan ha vidt forskjellig ytre form og være innkapslet i vidt forskjellig materiale, alt etter hva den skal brukes til. Bildet viser også noen eldre typer som ikke lenger er i bruk. Bildet er hentet fra papirleksikonet Store norske leksikon, utgitt 2005-2007.
Transistor er et halvleder-forsterkerelement som baserer sin virkemåte på fysikalske forhold ved overganger fra et område inne i en halvleder med overskudd av elektroner til et område med underskudd av elektroner. Det er to slike overgangsområder i en transistor.
Transistorer brukes innen elektronikk til forsterkning, kontroll og generering av elektriske signaler.
Et område med overskudd av elektroner kommer i stand ved at halvledermaterialet, vanligvis krystallinsk silisium, tilsettes små mengder av et stoff (for eksempel fosfor) med flere elektroner i sitt ytre elektronskall enn de fire som silisiumatomene har. Halvlederen kalles da N-type, fremmedatomene er donorer. Tilsvarende vil tilsetning av et stoff (for eksempel bor) med færre elektroner forårsake plasser i krystallstrukturen der det mangler et elektron. En slik tom plass kalles et hull. Man betrakter hull som bevegelige idet et elektron fra et naboatom kan flytte seg og okkupere et hull, og derved selv etterlate seg et nytt hull. Hullene kan betraktes som positive ladningsbærere, og halvlederen sies å være av P-type. Fremmedatomene kalles akseptorer.
Betrakter man først bare ett overgangsområde, uten at noen ytre spenning er påtrykt, vil man se at de frie elektronene i N-typematerialet nær overgangen vil bli frastøtt av de faste, negative ladningene i det tilgrensende P-typematerialet. Fremmedatomene, som ble tilsatt P-typematerialet, er nemlig selv blitt negativt ladet ved at hullene er ledet vekk. Tilsvarende blir de frie hullene i P-typematerialet frastøtt av de faste positive ladningene i N-typematerialet. De faste romladningene i overgangsområdet setter således opp et elektrisk felt som hindrer ladningsbevegelsen gjennom overgangen.
Påtrykker man nå en P-N-overgang en liten spenning fra et utvendig batteri, motvirkes det interne feltet og elektroner strømmer mot høyre, hull mot venstre. N-typematerialet har vanligvis meget større konsentrasjon av donorer enn P-typen har av akseptorer, slik at de ladningsbærere som krysser P-N-overgangen hovedsakelig er elektroner. N-typematerialet kalles transistorens emitter, P-typematerialet dens base. Hvis bare basen hadde vært der, ville elektronene diffundere inn i den og etter hvert nøytralisere seg med hullene der. Nå eksisterer imidlertid et tredje halvlederområde (av N-type) i nærheten av emitter-base-overgangen. Dette kalles kollektoren, og er forspent slik i forhold til basen at den interne spenningsbarrieren øker. I dette overgangsområdet vil det da være et kraftig elektrisk felt som trekker base-elektronene over P-N-overgangen og gjennom kollektor-halvledermaterialet til kollektorterminalen. Basen er gjort så tynn at så få elektroner som mulig skal rekke å nøytralisere seg med hull før de samles opp av kollektoren.
Den strømmen som ble injisert ved den lave emitter-base-spenningen (mindre enn én volt), leveres så ut fra base-kollektor-kretsen som er forspent med høy spenning. Følgelig har man fått effektforsterkning.
1) Prinsippmessig struktur. 2) Konstruksjon.
Enkelttransistoren lages i en skiveformet struktur. Utgangsmaterialet er for eksempel N-type silisium formet som en ¼ mm tykk skive med regulær krystallstruktur. Basen og emitteren fremkommer ved å la fremmedatomer trenge inn i skiven. Dette skjer ved diffusjon. Derved kan materialet i et avgrenset volum som grenser mot skivens overflate, forandres fra for eksempel N-type til P-type halvleder. Kollektoren er den del av den opprinnelige skiven som er ubehandlet. Kontakter til base og emitter dannes ved pådampet aluminium. Resten av skivens overflate beskyttes med et lag silisiumdioksid. Kontakt til kollektor fås ved skivens underside, idet denne legeres til en ledende holder for transistoren.
Ved fremstilling av elektroniske konstruksjoner ble tidligere transistoren loddet fast sammen med andre elektroniske komponenter til et kort med trykt ledningsføring. I dag lager man ved utvidelse av den prosess som er beskrevet for fremstilling av en transistor også andre komponenter som dioder, motstander og kondensatorer. Disse fremstilles samtidig med transistoren i én og samme silisiumskive. De enkelte elementer har alle kontaktflater ut til skivens overflate hvor de kobles sammen ved et pådampet og etset metallisk ledningsmønster. Man får således en fullstendig krets, bestemt til å oppvise en komplisert funksjon, som et udelelig legeme. Dette betegnes som en integrert krets. Se også mikroelektronikk, mikroprosessor og felteffekttransistor.
Transistorer benyttes også til styring av store effekter, og kalles da krafttransistorer. Transistoren brukes i slike sammenhenger ofte som en svitsj, det vil si som en elektrisk styrt bryter som enten leder eller ikke leder. Eksempel på slike anvendelser er i en vekselretter.
Styrt likeretter, ofte kalt tyristor, er et halvlederelement som består av tre P-N-overganger. Den kan utføre en AV/PÅ-bryterfunksjon med mindre tap enn en transistor. Tyristoren har en styre-elektrode som gjør det mulig å kontrollere den tid den skal være åpen for strømgjennomgang. Strømmen kan så gå gjennom tyristoren bare én vei. Tyristoren kan foruten til likeretting også brukes til å omdanne likestrøm til vekselstrøm (vekselretting) samt til fase- og frekvenskontroll.
Transistoren ble oppfunnet 1948 av amerikanerne J. Bardeen, W. H. Brattain og W. Shockley. De fikk Nobelprisen for oppfinnelsen 1956.
Etter at transistoren ble tilgjengelig i det kommersielle markedet fra slutten av 1950-tallet har den overtatt de fleste bruksområder som til da hadde vært basert på bruk av elektronrør (radiorør). I dag er transistoren den viktigste komponenten i praktisk talt all moderne elektronikk, og mange anser den som en av det 20. århundrets største oppfinnelser. Mens den tidligere ble produsert som individuelle komponenter blir det store flertallet av transistorene i dag produsert som en viktig komponent i integrerte kretser (brikker) sammen med dioder, motstandere, kondensatorer og andre elektriske komponenter, som til sammen utgjør komplette elektroniske kretser. Den blir brukt i nesten alt elektronisk utstyr fra radioer og TV-er og til datamaskiner. Dens betydning i dagens samfunn hviler på dens evne til å bli masseprodusert i store volumer til svært lave kostnader per transistor ved hjelp av automatiserte prosesser.
Årlig produksjon av transistorer når stadig nye høyder. I dag produseres det brikker som hver er utstyret med flere milliarder transistorer. Bare i Intels fabrikker blir det produsert 5 milliarder transistorer per sekund som tilsvarer 150 billiarder (150×10¹⁵) transistorer per år.
Kommentarer (1)
skrev andreas rambøll
Kommentarer til artikkelen blir synlig for alle. Ikke skriv inn sensitive opplysninger, for eksempel helseopplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan. Det kan ta tid før du får svar.
Du må være logget inn for å kommentere.