Wie Transistoren funktionieren
Transistoren sind Geräte, die die Bewegung von Elektronen und damit die Elektrizität steuern. Sie funktionieren ähnlich wie ein Wasserhahn – sie starten und stoppen nicht nur den Stromfluss, sondern steuern auch die Stromstärke. Mit Hilfe von Elektrizität können Transistoren elektronische Signale sowohl schalten als auch verstärken, so dass man den Strom, der durch eine Leiterplatte fließt, präzise steuern kann.
Die in den Bell Labs hergestellten Transistoren wurden zunächst aus dem Element Germanium hergestellt. Die Wissenschaftler dort wussten, dass reines Germanium ein guter Isolator ist. Durch das Hinzufügen von Verunreinigungen (ein Prozess, der Dotierung genannt wird) wurde das Germanium jedoch zu einem schwachen Leiter, einem Halbleiter. Halbleiter sind Materialien, deren Eigenschaften zwischen denen von Isolatoren und Leitern liegen und die elektrische Leitfähigkeit in unterschiedlichem Maße ermöglichen.
Werbung
Der Zeitpunkt der Erfindung von Transistoren war kein Zufall. Um richtig zu funktionieren, benötigen Transistoren reine Halbleitermaterialien. Es war ein Zufall, dass gleich nach dem Zweiten Weltkrieg Verbesserungen in der Germaniumveredelung sowie Fortschritte bei der Dotierung Germanium für Halbleiteranwendungen geeignet machten.
Abhängig von dem zur Dotierung verwendeten Element war die resultierende Germaniumschicht entweder vom negativen Typ (N-Typ) oder vom positiven Typ (P-Typ). In einer N-Typ-Schicht fügte das Dotierungselement dem Germanium Elektronen hinzu, so dass es für die Elektronen leichter war, herauszuspringen. Umgekehrt bewirken bestimmte Dotierungselemente in einer P-Typ-Schicht, dass das Germanium Elektronen verliert, so dass Elektronen aus benachbarten Materialien zu ihm hinströmen.
Schaltet man den N-Typ und den P-Typ nebeneinander, entsteht eine P-N-Diode. Diese Diode lässt einen elektrischen Strom fließen, aber nur in eine Richtung, eine nützliche Eigenschaft bei der Konstruktion elektronischer Schaltungen.
Vollständige Transistoren waren der nächste Schritt. Zur Herstellung von Transistoren schichteten die Ingenieure dotiertes Germanium in zwei Schichten, entweder in einer P-N-P- oder einer N-P-N-Konfiguration, Rücken an Rücken. Der Kontaktpunkt wurde als Übergang bezeichnet, daher der Name Übergangstransistor.
Wenn ein elektrischer Strom an die mittlere Schicht (Basis genannt) angelegt wird, bewegen sich Elektronen von der N-Typ-Seite zur P-Typ-Seite. Das anfängliche kleine Rinnsal wirkt wie ein Schalter, der einen viel größeren Strom fließen lässt. In einem elektrischen Schaltkreis bedeutet dies, dass Transistoren sowohl als Schalter als auch als Verstärker fungieren.
Heutzutage werden in der kommerziellen Elektronik anstelle von Germanium Halbleiter auf Siliziumbasis verwendet, die zuverlässiger und kostengünstiger sind als Transistoren auf Germaniumbasis. Aber als sich die Technologie durchsetzte, waren Germanium-Transistoren mehr als 20 Jahre lang weit verbreitet.