Transistor

Transistoren sind aktive elektronische Halbleiterbauelemente, die in Verstärkern, Repeatern, Transpondern und anderen Netz- und Übertragungskomponenten eingesetzt werden; aber auch in Mikroprozessoren und Halbleiterspeichern.


Das Grundprinzip des Transistors wurde 1948 von den Bell Laboratories entwickelt. Bei einem Transistor handelt es sich um ein Halbleiterbauelement, dessen Stromfluss steuerbar ist. Als Basismaterial werden Halbleiter mit verschiedenen Dotierungen benutzt in denen freie Elektronen und Löcher als Ladungsträger zwischen zwei Grenzschichten gesteuert werden. Ein Transistor hat drei Elektroden: den Emitter, den Kollektor und als Steuerelektrode die Basis. Grenzschichten existieren zwischen dem Emitter und der Basis sowie zwischen der Basis und dem Kollektor.

Versuchsaufbau des ersten Transistors 
   von Shockley, Bardeen und Brattain, Foto: IEEE.org

Versuchsaufbau des ersten Transistors von Shockley, Bardeen und Brattain, Foto: IEEE.org

Der Emitter ist die Strom erzeugende Elektrode, der Kollektor die Strom aufnehmende und die Basis die stromsteuernde Elektrode. Der Strom fließt vom Emitter zum Kollektor und wird in seiner Stärke von der Basis gesteuert.

Die Dotierung der Transsistoren

Stromfluss in einem NPN-Transistor

Stromfluss in einem NPN-Transistor

Je nachdem ob die Dotierung einen Überschuss an Elektronen oder Löcher aufweist, spricht man von negativ (n) oder positiv (p) dotiertem Material. In der schmalen Grenzschicht zwischen positiv und negativ dotiertem Material, dem pn-Übergang oder np-Übergang, der die Raumladungszone bildet, spielen sich alle für die Löcher- und Elektronenwanderung entscheidenden Vorgänge ab. Wird ein n-dotierter Bereich mit einer negativen Ladung beeinflusst, so wandern die Elektronen in den Grenzbereich und stellen damit die Leitfähigkeit zwischen beiden Materialien her. Anders ist es, wenn der n-dotierte Bereich mit einer positiven Spannung beeinflusst wird. Dann wandern Elektronen aus dem Grenzbereich ab, wodurch keine Leitfähigkeit mehr vorhanden ist.

Transistoren. Schaltzeichen 
   und Beispiel einer Kennlinienschar

Transistoren. Schaltzeichen und Beispiel einer Kennlinienschar

Aus den Bezeichnungen der zwei Grenzschichten wird der Bipolartransistor, im Englischen der Bipolar Junction Transistor (BJT), abgeleitet: PNP-Transistor oder NPN-Transistor. Beim BJT-Transistor sind die PN-Übergänge homogen. Im Gegensatz dazu sind sie beim Heterojunction Transistor (HJT) heterogen. Neben diesen bipolaren Transistoren gibt es noch unipolare Transistoren, bekannt als Feldeffekttransistor.

Die Entwicklung des Transistors

Die historische Entwicklung des Transistors bis hin zur integrierten Schaltung (IC) reicht vom Spitzentransistor, bei dem Drahtspitzen Emitter und Kollektor bildeten, über den Flächentransistor mit einem flächenhaften Übergang zwischen den pn-Übergängen, bis hin zum Planartransistor im Jahre 1959. Dieser Transistor basiert auf ebenen Dotierungsschichten mittels Diffusion. Bei der Diffusion, bei der Fremdatome in das Material diffundieren, treten Veränderungen im atomaren Gefüge auf, die die eigentlichen Transistoreigenschaften bewirken. Diese, später auf monolithischen Chips angewendete Verfahrenstechnik, bildet die Basistechnologie für die Herstellung die integrierte Schaltung (IC).

Transistoren befinden sich in Transistorgehäusen, die sie gegen Beschädigungen und Beeinträchtigungen schützten. Entsprechende Transistorgehäuse gibt es für Leiterplatten mit Durchstecktechnik und auch für SMT-Technik.

Informationen zum Artikel
Deutsch: Transistor
Englisch: bipolar junction transistor - BJT
Veröffentlicht: 26.02.2017
Wörter: 442
Tags: #Aktive Bauelemente
Links: Basismaterial, Bipolar, Chip, Diffusion, Dotierung