Транзи́стор ( — «переносити» і — «опір») — напівпровідниковий елемент електронної техніки, який дозволяє керувати струмом, що протікає крізь нього, за допомогою зміни вхідної напруги або струму, поданих на базу, або інший електрод. Невелика зміна вхідних величин, може призводити до суттєво більшої зміни вихідної напруги та струму.
Транзистори є основними елементами сучасної електроніки. Зазвичай вони застосовуються в підсилювачах і логічних електронних схемах. У мікросхемах в єдиний функціональний блок об'єднані тисячі й мільйони окремих транзисторів.
На принципових електричних схемах, транзистори біля умовних графічних позначень за ГОСТ 2.730-73ГОСТ 2.730-73 Единая система конструкторской документации. Обозначения условные графические в схемах. Приборы полупроводниковые. додатково позначаютьГОСТ 2.710-81 Единая система конструкторской документации. Обозначения буквенно-цифровые в электрических схемах. літерно-цифровими позначками, що складаються з дволітерного коду VT та числа-порядкового номера елемента у схемі, наприклад: VT1, VT24 тощо.
За будовою та принципом дії, транзистори поділяють на два великі класи: біполярні транзистори (БТ) й польові транзистори (ПТ). До кожного з цих класів входять численні типи транзисторів, що відрізняються за будовою і характеристиками.
Принцип дії біполярного транзистора
Транзистор носить назву «біполярний» () оскільки у його роботі одночасно беруть участь два типи носіїв заряду — негативні (електрони) та позитивні (дірки) електричні заряди. Цим він відрізняється від уніполярного (польового) транзистора, в роботі якого, бере участь лише один тип носіїв заряду.
В біполярному транзисторі носії заряду рухаються від емітера через тонкий шар бази до колектора. База відділена від емітера й колектора p-n переходами. Струм протікає крізь транзистор лише тоді, коли носії заряду інжектуються з емітера до бази через p-n перехід. В базі вони є неосновними носіями заряду й легко проникають через інший p-n перехід між базою й колектором, та пришвидшуються при цьому. В самій базі, носії заряду рухаються за рахунок дифузійного механізму, тож база повинна бути досить тонкою. Управління струмом між емітером і колектором здійснюється зміною напруги між базою і емітером, від якої залежать умови інжекції носіїв заряду в базу.
Принцип дії польового транзистора
Польовий (уніполярний) транзистор () — транзистор, у якому сила струму, що протікає крізь нього, керується зовнішнім електричним полем, тобто напругою. Це є принциповою різницею між ним і біполярним транзистором, де сила струму у вихідному колі регулюється струмом керування.
В польовому транзисторі струм протікає від витоку до стоку через канал під затвором. Канал існує в легованому напівпровіднику в проміжку між затвором і нелегованою підкладкою, в якій немає носіїв заряду, й вона не може проводити струм. Безпосередньо під затвором існує область збіднення, в якій теж немає носіїв заряду завдяки утворенню між легованим напівпровідником і металевим затвором контакту Шотткі. Таким чином ширину каналу обмежено простором між підкладкою та областю збіднення. Прикладена до затвора напруга збільшує чи зменшує ширину області збіднення, а тим самим ширину каналу, контролюючи струм.
Історія
Перший патент на польовий транзистор отримав у 1925 році в Канаді уродженець Львова Юліус Едгар ЛілієнфельдLilienfeld, Julius Edgar, «Method and apparatus for controlling electric current». US patent 1745175, 1930-01-28 (filed in Canada 1925-10-22, in US 1926-10-08)., однак він не оприлюднив жодних досліджень, пов'язаних із своїм винаходом. У 1934 році німецький фізик Оскар Гайль запатентував ще один польовий транзисторHeil, Oskar, «Improvements in or relating to electrical amplifiers and other control arrangements and devices», Patent No. GB439457, European Patent Office, filed in Great Britain 1934-03-02, published 1935-12-06 (originally filed in Germany 1934-03-02). У 1947 році Джон Бардін та Волтер Браттейн із AT&T Bell Labs відкрили ефект підсилення в кристалі германію. Вільям Шоклі побачив у цьому явищі значний потенціал. Завдяки власній роботі над новим явищем, він може вважатися батьком транзистора. Термін «транзистор» запропонував Джон Пірс.
у 1956 році Бардін, Шоклі і Браттейн отримали за винахід транзистора Нобелівську премію.
Перший кремнієвий транзистор виготовили в Texas Instruments у 1954J. Chelikowski, «Introduction: Silicon in all its Forms», Silicon: evolution and future of a technology (Editors: P. Siffert, E. F. Krimmel), p.1, Springer, 2004 ISBN 3-540-40546-1.. Це зробив Гордон Тіл, фахівець із вирощування кристалів високої чистоти, який раніше працював у Bell LabsGrant McFarland, Microprocessor design: a practical guide from design planning to manufacturing, p.10, McGraw-Hill Professional, 2006 ISBN 0-07-145951-0.. Перший МОН-транзистор зробили Канг та Аталла в Bell Labs у 1960W. Heywang, K. H. Zaininger, «Silicon: The Semiconductor Material», Silicon: evolution and future of a technology (Editors: P. Siffert, E. F. Krimmel), p.36, Springer, 2004 ISBN 3-540-40546-1..
У 50-х та 60-х роках 20 ст., транзистори швидко витіснили вакуумні лампи майже з усіх областей застосування, завдяки своїй компактності, технологічності, довговічності та можливості інтегрування у великі й надвеликі електронні схеми.
Різновиди
|- align = "center" | || PNP || || P-канальний |- align = "center" | || NPN || || N-канальний |- align = "center" | Біполярні || || Польові ||
|- align = "center" | || || || || P-канальний |- align = "center" | || || || || N-канальний |- align = "center" | Польові || colspan="2"| Метал-оксидні збагачення || Метал-оксидні збіднення
Окрім поділу на біполярні та польові транзистори, існує багато різних типів, специфічних за своєю будовою.
Біполярні транзистори розрізняються за полярністю: вони бувають p-n-p та n-p-n типу. Середня літера в цих позначеннях відповідає типу провідності матеріалу бази. Знайшли переважне застосування в аналоговій електроніці.
Польові транзистори поділяються на два типи — польові транзистори з керувальним p-n переходом () та польові транзистори з ізольованим затвором (транзистори типу метал-діелектрик-напівпровідник — МДН, ) і розрізняються за типом провідності в каналі: p-канальні (основний тип провідності — дірковий) та n-канальні — основний тип провідності електронний. Польові транзистори знайшли переважне застосування у цифровій електроніці.
Серед польових транзисторів найпоширенішими є транзистори типу метал-оксид-напівпровідник, які можуть використовувати або область збагачення, або область збіднення. Свою назву МДН-транзистор (метал-діелектрик-напівпровідник) отримав завдяки тому, що в ньому металевий затвор, відділений від напівпровідника шаром діелектрика. Для транзисторів на основі кремнію цим діелектриком є діоксид кремнію, що технологічно утворюється при вибірковому окисненні напівпровідника.
Своєрідним гібридом біполярного та польового транзистора є IGBT-транзистор ( — біполярний транзистор з ізольованим переходом), що знайшов широке використання в силовій електроніці.
Існують як окремі IGBT, так і силові збірки (модулі) для керування мережами трифазного електричного струму. Діапазон використання — від десятків до 1200 ампер по струму та від сотень вольт до 10 кВ за напругою.
Фототранзистор — транзистор (зазвичай, біполярний), у якому використовується фотоелектричний ефектДСТУ 2449-94 Прилади напівпровідникові. Терміни та визначення.]]. Служить для перетворення світлових сигналів на електричні з одночасним підсиленням останніх. Фототранзистор являє собою монокристалічну напівпровідникову пластину з германію або кремнію, в якій створено три області, що мають назву, як і у звичайному транзисторі — емітер, колектор і база, причому остання, на відміну від транзистора, виводу може і не мати. Кристал вбудовується в захисний корпус з прозорим вхідним вікном так, що зона бази є доступною для світлового опромінення. При освітленні бази, в ній відбувається фотогенерування носіїв зарядів. Неосновні носії заряду йдуть у колектор через закритий колекторний перехід, а основні скупчуються в базі, підвищуючи тим самим відкриваючу дію емітерного переходу. Струм емітера, а отже, струм колектора зростає. Значить, управління колекторним струмом фототранзистора, здійснюється струмом бази транзистора, за рахунок чого, з'являється можливість керувати підсиленням струму за допомогою оптичного випромінювання. На фототранзистор можна подавати оптичні і електричні сигнали. Без вхідного електричного сигналу, який зазвичай необхідний для зміщення емітерного переходу, фототранзистор працює як фотодіод з високою інтегральною чутливістю.
|- align = "center"
|- align = "center"
Одноперехідний транзистор (ОПТ) або двобазовий діод — напівпровідниковий прилад з трьома електродами і одним p-n переходом, що належить до сімейства напівпровідникових приладів з вольт-амперною характеристикою, яка має ділянку з від'ємним диференціальним опором. Основою транзистора є кристал напівпровідника (наприклад n-типу), який називається базою. На кінцях кристала є омічні контакти Б1 і Б2, між якими розташовується область, що має випрямний контакт Е з напівпровідником p-типу, котрий виконує роль емітера.
Одноперехідні транзистори, знайшли використання у різноманітних пристроях автоматики, імпульсної та вимірювальної техніки — генераторах, порогових пристроях, дільниках частоти, реле часу тощо. Через відносно великий обсяг бази, одноперехідні транзистори поступаються біполярним за частотними характеристикамиВ. В. Пасынков, Л. К. Чиркин Полупроводниковые приборы: Учебник для вузов — 4-е изд. — М.: Высшая школа, 1987. — 478 с. ил..
Багатоемітерний транзистор — це біполярний транзистор, що має декілька емітерних областей. Розрізняють багатоемітерні транзистори у яких емітерні області об'єднані одним зовнішнім виводом, і транзистори, у котрих кожна емітерна область має окремий зовнішній вивід. Останні використовуються у транзисторно-транзисторній логіці як логічний елемент «І». Багатоемітерні транзистори з об'єднаними емітерними областями, характеризуються великим значенням відношення периметра емітера до його площі, що забезпечує малий опір бази транзистора та високі значення щільності його емітерного струму. Такі транзистори застосовують переважно як потужні ВЧ та НВЧ елементи.
Транзистор Шотткі — електронний компонент, що є будовою з біполярного транзистора та діода Шотткі. Транзистор Шотткі отримується приєднанням діода Шотткі між базою і колектором біполярного транзистора, причому для створення n-p-n транзистора Шотткі, до біполярного n-p-n транзистора, діод Шотткі приєднується анодом до бази, а катодом до колектора, а p-n-p транзистор Шотткі — приєднанням до біполярного p-n-p транзистора, діода Шотткі катодом до бази й анодом до колектора.
Транзистор Шотткі застосовується в мікросхемах транзисторно-транзисторної логіки Шотткі (ТТЛШ), при цьому досягається швидкодія ТТЛШ значно вища від звичайної ТТЛ на базі багатоемітерного транзистора.
У флеш-пам'яті використовуються польові транзистори з плавним затвором — ізольованою діелектриком провідною областю всередині каналу, яка може захоплювати носії заряду й зберігати їх, і таким чином, створювати можливість для запису й зчитування інформації.
Транзистори розрізняються також за матеріалом, за максимальною потужністю, найбільшою частотою, за призначенням, за типом корпуса.