Hoe transistors werken
Transistors zijn apparaten die de beweging van elektronen, en dus elektriciteit, regelen. Ze werken ongeveer zoals een waterkraan: ze starten en stoppen niet alleen de stroom, maar ze regelen ook de hoeveelheid stroom. Met elektriciteit kunnen transistors elektronische signalen zowel schakelen als versterken, zodat je de stroom die door een printplaat loopt met precisie kunt regelen.
De transistors die bij Bell Labs werden gemaakt, waren aanvankelijk gemaakt van het element germanium. Wetenschappers daar wisten dat zuiver germanium een goede isolator was. Maar door toevoeging van onzuiverheden (een proces dat doping wordt genoemd) veranderde het germanium in een zwakke geleider, of halfgeleider. Halfgeleiders zijn materialen met eigenschappen die het midden houden tussen isolatoren en geleiders, waardoor elektrische geleiding in verschillende mate mogelijk is.
Advertentie
De timing van de uitvinding van transistors was geen toeval. Om goed te kunnen werken, hebben transistors zuivere halfgeleidermaterialen nodig. Het toeval wilde dat direct na de Tweede Wereldoorlog verbeteringen in de germaniumraffinage en vooruitgang in de dopering germanium geschikt maakten voor halfgeleidertoepassingen.
Afhankelijk van het element dat voor de dopering werd gebruikt, was de resulterende germaniumlaag ofwel van het negatieve type (N-type), ofwel van het positieve type (P-type). In een N-type laag voegt het doteringselement elektronen toe aan het germanium, waardoor het gemakkelijker wordt voor elektronen om naar buiten te stromen. In een P-laag daarentegen zorgden specifieke doteringselementen ervoor dat het germanium elektronen verloor, waardoor elektronen uit aangrenzende materialen ernaartoe stroomden.
Plaats het N-type en het P-type naast elkaar en je creëert een P-N diode. Deze diode laat een elektrische stroom lopen, maar slechts in één richting, een nuttige eigenschap bij de bouw van elektronische schakelingen.
Echte transistoren waren de volgende stap. Om transistors te maken, legden ingenieurs gedopeerd germanium in lagen om twee lagen rug aan rug te maken, in een configuratie van ofwel P-N-P of N-P-N. Het contactpunt werd een junctie genoemd, vandaar de naam junctietransistor.
Wanneer een elektrische stroom op de middelste laag (de basis genoemd) wordt gezet, zullen elektronen van de N-type kant naar de P-type kant bewegen. Het aanvankelijke kleine stroompje werkt als een schakelaar die veel grotere stromen mogelijk maakt. In een elektrisch circuit betekent dit dat transistors zowel als schakelaar en als versterker werken.
Tegenwoordig gebruikt de commerciële elektronica in plaats van germanium op silicium gebaseerde halfgeleiders, die betrouwbaarder en betaalbaarder zijn dan op germanium gebaseerde transistors. Maar toen de technologie eenmaal aansloeg, werden germaniumtransistors meer dan 20 jaar lang op grote schaal gebruikt.