Miten transistorit toimivat
Transistorit ovat laitteita, jotka ohjaavat elektronien liikettä ja siten sähköä. Ne toimivat jotakuinkin kuten vesihanat — ne eivät ainoastaan käynnistä ja pysäytä virran kulkua, vaan ne myös säätelevät virran määrää. Sähkön avulla transistorit voivat sekä kytkeä että vahvistaa elektronisia signaaleja, jolloin piirilevyn läpi kulkevaa virtaa voidaan ohjata tarkasti.
Bell Labsissa valmistetut transistorit valmistettiin alun perin germaniumista. Siellä tutkijat tiesivät, että puhdas germanium oli hyvä eriste. Mutta epäpuhtauksien lisääminen (prosessia kutsutaan dopingiksi) muutti germaniumin heikoksi johtajaksi eli puolijohteeksi. Puolijohteet ovat materiaaleja, jotka ovat ominaisuuksiltaan eristeiden ja johtimien välimaastossa ja mahdollistavat sähkönjohtavuuden eriasteisesti.
Mainos
Transistoreiden keksimisen ajoitus ei ollut sattumaa. Transistorit vaativat toimiakseen kunnolla puhtaita puolijohdemateriaaleja. Sattui vain niin, että heti toisen maailmansodan jälkeen germaniumin jalostuksen parannukset sekä dopingin kehittyminen tekivät germaniumista soveltuvan puolijohdesovelluksiin.
Riippuen siitä, mitä elementtiä dopingissa käytettiin, tuloksena syntynyt germaniumkerros oli joko negatiivista tyyppiä (N-tyyppi) tai positiivista tyyppiä (P-tyyppi). N-tyypin kerroksessa dopingaine lisäsi elektroneja germaniumiin, mikä helpotti elektronien ulosvirtausta. Sitä vastoin P-tyyppisessä kerroksessa tietyt seostuselementit saivat germaniumin menettämään elektroneja, jolloin viereisten materiaalien elektronit virtasivat sitä kohti.
Sijoittamalla N-tyypin ja P-tyypin vierekkäin syntyy P-N-diodi. Tämä diodi sallii sähkövirran virtaamisen, mutta vain yhteen suuntaan, mikä on hyödyllinen ominaisuus elektronisten piirien rakentamisessa.
Täysimittaiset transistorit olivat seuraava askel. Transistoreiden luomiseksi insinöörit kerrostivat seostettua germaniumia siten, että muodostettiin kaksi kerrosta selkä toisensa perään joko P-N-P- tai N-P-N-kokoonpanossa. Kosketuspistettä kutsuttiin liitoskohdaksi, mistä nimi liitostransistori.
Keskimmäiseen kerrokseen (jota kutsutaan emäkseksi) johdetaan sähkövirta, jolloin elektronit siirtyvät N-tyypin puolelta P-tyypin puolelle. Alkuperäinen pieni virtaus toimii kytkimenä, joka sallii paljon suuremman virran kulkemisen. Sähköpiirissä tämä tarkoittaa, että transistorit toimivat sekä kytkimenä että vahvistimena.
Tänä päivänä kaupallisessa elektroniikassa käytetään germaniumin sijasta piipohjaisia puolijohteita, jotka ovat luotettavampia ja edullisempia kuin germaniumiin perustuvat transistorit. Mutta kun tekniikka pääsi läpi, germaniumtransistorit olivat laajassa käytössä yli 20 vuotta.