Die Anwendung des Halbleiter Transistors:
Geschichte:
Der erste funktionierende Transistor wurde in den "Bell Laboratories" 1947 von William Bradford Shockley, John Bardeen und Walter Brattain erfunden. Folglich gab es in den 1950er Jahren einen Wettlauf zwischen der alten Röhre und dem neuen Transistor. Die Chancen des Transistors, die alten, im Gebrauch unkomfortablen, Röhren abzulösen wurden in dieser Zeit als eher gering eingeschätzt - Wie bei vielen technischen Neuerungen. 1956 jedoch bekamen die drei Forscher einen Nobelpreis für ihre Erfindung. Zählt man alle Transistoren zusammen, die bislang in Schaltkreisen verbaut wurden, kommt man zu der Erkenntnis, dass der Transistor die meistverbaute technische Funktionseinheit der Welt ist. Laut Gordon Moore (Mitbegründer der Firma Intel) wurden alleine im Jahr 2002 eine Trillion Transistoren erzeugt.
Der Transistor
Transistoren sind elektronische Halbleiterbauelemente, die im Wesentlichen zum Schalten oder Verstärken von elektrischen Strömen verwendet werden. Das Wort "Transistor" wurde aus dem englischen "Transfer Varistor" bzw. "Transformation Resistor" abgeleitet. Im Großen kann man zwei Arten von Transistoren unterscheiden: Die bipolaren Transistoren und die Feldeffekt-Transistoren. Gegenwärtig verwendet man als Halbleitermaterial hauptsächlich Silizium, man experimentiert aber auch beispielsweise mit organischen Halbleitern.
Der Bipolare Transistor:
Bei Bipolaren Transistoren unterscheidet man zwischen pnp-Typen und npn-Typen. Die Buchstaben geben die Reihenfolge und den Dotierungstyp der Schichtung an. Demnach sind diese Transistoren im Wesentlichen zwei gegeneinander geschaltete Dioden. Die drei Anschlüsse werden Kollektor (C, collector), Basis (B, base) und Emitter (E, emitter) genannt.
Ein einfacher Spruch um sich das Schaltzeichen zu merken: "Tut der Pfeil der Basis weh, handelt's sich um pnp!"
Die Pfeilrichtung kann man auch mit der technischen Stromrichtung erklären, die immer von Plus nach Minus verläuft. Bei npn-Transistor (negativ-positiv-negativ) zeigt der Pfeil also nach außen. Umgekehrt zeigt beim pnp-Transistor (positiv-negativ-positiv) der Pfeil nach innen.
Der Feldeffekttransistor:
Beim Feldeffekttransistor, kurz FET, ist ein unipolarer Transistor, bei dem im Gegensatz zum bipolaren Transistor nur ein Ladungstyp - je nach Bauart entweder Elektronen oder Löcher (Defektelektronen) - am Stromtransport beteiligt ist. So wie alle Transistoren, dient auch der FET zur Stromverstärkung oder Schaltung. Am weitesten verbreitet ist wohl der Metall-Oxid-Halbleiter FET (kurz MOSFET). Auch der FET besitzt drei Anschlüsse, diese werde jedoch anders benannt: Source (engl. für "Zufluss", "Quelle"), Gate (engl. für "Tor", "Gatter") und Drain (engl. für "Abfluss"). Außerdem gibt es beim MOSFET noch einen vierten Anschluss, Bulk (Substrat). Dieser wird in den meisten Fällen jedoch bereits intern mit dem Source-Anschluss verbunden und nicht extra beschaltet. Der Stromfluss zwischen Drain und Source wird durch gezieltes vergrößern bzw. verkleinern leitender bzw. nicht leitender Gebiete des Halbleitermaterials (Substrat) gesteuert oder verstärkt. Dies geschieht, indem man das p und n dotierte Halbleitermaterial durch eine angelegte Spannung bzw. durch das entstehende elektrische Feld verarmt bzw. mit Ladungsträgern anreichert.
Anwendung von Transistoren:
Wie bereits erwähnt, hat der Transistor die alten Elektronenröhren ersetzt. Im Vergleich zu den Röhren ist der Transistor viel kleiner, schneller, benötigt weniger Energie und ist viel weniger störanfällig. Ohne den Transistor würde es all die elektronischen Geräte, die es gegenwärtig gibt, nicht geben. Der Einsatzbereich des Transistors ist breit gefächert: Von kleinen integrierten Schaltungen über Mikrochips, Taschenrechner, Digitalkameras, Computer bis hin zu riesigen Rechenzentren (auch Cluster), überall werden Tausende und abertausende Transistoren benötigt. Laut Intel hat der Serverprozessor "Itanium 2" über 500 Millionen Transistoren. Der Notebook und Desktopprozessor "Dothan" (Centrino Reihe) hat eine Transistorzahl von etwa 140 Millionen, bei einer Strukturbreite von 90nm (0.09 Mikron = 0.09 Mikrometer = 0.09 Tausendstel Millimeter) und das alles auf einer Fläche von etwa 150mm². Der Transistor ist heutzutage in der Elektronik nicht mehr wegzudenken, ohne ihn könnten wir all den technischen Komfort, den wir genießen, nicht haben. Zum Abschluss noch, wie ich finde, ein unvorstellbares Faktum: Es sind bis zum heutigen Tag (Stand: 2000) ca. 200 Billiarden Transistoren im Einsatz.