Transistor

Transistor: (Kurzwort aus transfer resistor, englisch, «Übertragungswiderstand») aktives, das heißt verstärkendes Halbleiterbauelement («Kristallverstärker») aus einem Halbleiterkristall (meist Silizium, früher Germanium) mit 3 Anschlüssen (Elektroden). Der Transistor wirkt als nahezu trägheitsloser, stetig steuerbarer Widerstand. Die Verstärkerwirkung kommt zustande, weil zur Steuerung des Ausgangsstromes (Laststrom) wesentlich weniger Leistung erforderlich ist als dem Ausgangskreis entnommen werden kann. Man unterscheidet 2 Hauptgruppen, den Bipolar-Transistor und den Feldeffekt.

Beim Bipolartransistor erfolgt die Steuerung durch Änderung der Spannung von 2 dicht benachbarten pn-Übergängen. Am Stromfluss sind 2 Ladungsträgerarten (Elektronen und Defektelektronen) beteiligt. Je nach Reihenfolge der p- und n-leitenden Schichten unterscheidet man npn- und dazu komplementäre pnp-Transistor. Die Anschlüsse heißen Emitter, Basis (Steuerelektrode) und Kollektor (Sammelektrode). Nach Art und Weise der Realisierung der Zonenfolge unterscheidet man zum Beispiel Planartransistor, Lateraltransistor, Mesa Transistor, gezogener Transistor, Spitzentransistor, Legierungstransistor und Diffusionstransistor. Eine besondere Art stellt dabei der Multiemitter-Transistor (Mehremitter Transistor) dar, der hauptsächlich in der Halbleiterblocktechnik realisiert wird.

Beim Feldeffekttransistor (Abkürzung FET) beziehungsweise Unipolartransistor ist am Stromtransport nur eine Ladungsträgerart beteiligt (Elektronen bei n-Kanal-FET, Defektelektronen bei p-Kanal-FET). Die Funktion der FET beruht auf der Steuerung des Widerstandes eines leitfähigen Kanals zwischen 2 Elektroden, der Quelle (englisch source) und der Senke (englisch drain) durch eine isolierte Steuerelektrode, das Tor (englisch gate). Man unterscheidet entsprechend den beiden unterschiedlichen Mechanismen (Feldeffekt), die für die Änderung des Widerstandes des Kanals zwischen Source und Drain verantwortlich sind, zwischen dem SFET (JFET; Abkürzung von englisch junction field effect transistor, Sperrschicht FET) und dem IGFET (Abkürzung von englisch insulated gate field effect transistor, Oberflächen-FET). Beim SFET erfolgt eine Änderung des Querschnitts des Kanals mit Hilfe von Sperrschichten (die Breite der Raumladungszone wird verändert). Dazu benutzt man auch Schottky-FET und MESFET (Abkürzung von englisch metal Silicon field effect transistor, Metall Silizium-FET). Beim IGFET erfolgt die Veränderung der Ladungsträgerdichte im Kanal mit Hilfe von Influenz. Man unterscheidet beim IGFET je nach dem Aufbau zwischen der Ausführung als Dünnschichttransistor und dem nach dem Verfahren der MIS-Technik hergestellten MISFET (Abkürzung von englisch metal insulator Silicon field effect transistor). Der MISFET wird wegen der fast ausschließliche Verwendung eines Oxids als Isolator meist MOSFET (Abkürzung von englisch metal oxid Silicon field effect transistor) genannt Besondere Arten mit Speicherfunktionen sind MNOSFET (Abkürzung von englisch metal nitride oxide Silicon field effect transistor). Für den speziellen Einsatz als Leistungsverstärker eignet sich auf Grund seines vertikal zum Substrat liegenden Kanals der VFET (Abkürzung von englisch vertical field effect transistor). Neben diesen beiden genannten Hauptgruppen von Transistor müssen noch die oberflächengesteuerten Transistor (SCT-Elemente, Abkürzung von englisch surface controlled transistor) erwähnt werden. Ihre Bedeutung ist aber entsprechend der seltenen Anwendung geringfügig. Transistor werden in zahlreichen technologischen und konstruktiven Varianten produziert. Dabei spielen technologische Verarbeitungsverfahren (Planar Technik, Epitaxie) eine besondere Rolle bei der Herstellung moderner Transistor und Strukturen der Halbleiterblocktechnik. Eine Unterscheidung der Transistor ist weiterhin entsprechend der Verwendung möglich, zum Beispiel NF-Transistor, HF-Transistor, Mikrowellentransistor, Leistungstransistor, Schalttransistor Sonderbauformen sind im Fototransistor, Lawinentransistor und Unijunction-Transistor zu finden. Das Verhalten der Transistor lässt sich gut durch Kennlinien darstellen (Steuer-, Ein- beziehungsweise Ausgangskennlinie). Die Erfindung des Transistor (1948) leitete das Zeitalter der steuerbaren Halbleiterbauelemente ein und ermöglichte die Entwicklung der Mikroelektronik. Gegenüber den früher verwendeten Schaltungen mit Elektronenröhren sind Transistor-Schaltungen zuverlässiger, kleiner, billiger, haben nahezu unbegrenzte Lebensdauer, höhere mechanische Festigkeit, benötigen kleinere Betriebsspannungen, verbrauchen weniger Leistung und sind sofort betriebsbereit.