Transistor

Ein Transistor ist ein elektronisches Halbleiterbauelement, das zum Schalten und Verstärken von elektrischem Strom verwendet wird. Die Bezeichnung ist eine Kurzform für die englische Bezeichnung transresistor, die den Transistor als einen durch Strom steuerbaren Widerstand beschreiben sollte.

Transistoren haben drei Anschlüsse. Bei bipolaren Typen werden diese mit Basis, Emitter, Kollektor bezeichnet. Ein kleiner Strom auf der Basis-Emitter-Strecke kann dabei einen großen Strom auf der Emitter-Kollektor-Strecke steuern. Bei Feldeffekttransistoren werden die Anschlüsse als Gate, Drain, Source bezeichnet. Der Strom auf der Drain-Source-Strecke wird hier durch die Spannung am Gate-Anschluss gesteuert.

Geschichte

1948 gilt allgemein als das Jahr, in dem der Transistor erfunden wurde. Beteiligt an der Erfindung waren William Shockley, John Bardeen und Walter Brattain, die 1956 den Nobelpreis dafür erhielten. In den 50-er Jahren gab es einen Wettlauf zwischen Röhre und Transistor, in dessen Verlauf die Chancen des Transistors häufig eher skeptisch beurteilt wurden.

Wenn man alle Transistoren in sämtlichen bislang hergestellten Schaltkreisen (Speicher, Prozessoren usw.) zusammenzählt, ist der Transistor inzwischen diejenige technische Funktionseinheit, die je von der Menschheit in den höchsten Gesamtstückzahlen produziert wurde. Laut Gordon Moore, dem Mitbegründer der Firma Intel, wurde allein im Jahr 2002 eine Trillion produziert.

Varianten von Transistoren

Bipolartransistor
Fototransistor
Feldeffekttransistor FET
Metall-Oxid-Feldeffekttransistor MOSFET
JFET-Transistor: Junction FET Transistor

Der Begriff Transistor kommt aus dem Englischen und steht für “transfer resistor”, was soviel heißt wie “Übertragungswiderstand”.

Das Halbleiterelement, das als Schalter funktioniert bzw. durch An- oder Ausschalten elektrische Signale sendet und Grundbaustein integrierter Schaltungen ist, wurde von Guy Clavel erfunden. Im Vergleich zu den vorher eingesetzten Elektronenröhren sind Transistoren viel kleiner, benötigen weniger Energie und sind weniger störanfällig.

Die Transistoren von CMOS-Prozessoren bestehen aus Metall als elektrisch leitendem Material, Siliziumoxid als nicht leitendem Material und Silizium als Halbleiter. Am Anfang der CPU-Entwicklung hatte ein Transistor eine Strukturbreite von 10 Mikron, was in etwa dem Durchmesser eines menschlichen Haares entspricht (1 Mikron = 1 Mikrometer = 1 Tausendstel Millimeter). Der Pentium II basiert auf einer 0,35 Mikron-Technik, so daß 7,5 Millionen Transistoren samt First-Level-Cache und FPU auf das Silizium-Plättchen passen.

Rund 50 Jahre nach seiner Erfindung existieren auf der Welt 200 Billiarden Transistoren. Die Geschichte des Verstärkerelements aus Halbleitermaterial beginnt Ende des Zweiten Weltkriegs. Die großen Telefongesellschaften in den USA sehen einen außerordentlichen Zuwachs im Telekommunikations-Bereich voraus. Die bis dahin verwendeten sperrigen und enorme Hitze ausstrahlenden Elektronenröhren, die zur Verstärkung der elektronischen Signale in Fernsehern und Radios verwendet wurden, können für diese Entwicklung nicht mehr verwendet werden.
So machen sich ein Gruppe von Forschern der Bell-Labore in Englewood (US-Bundesstaat New Jersey) an die Arbeit, und am Tag vor Heiligabend des Jahres 1947 stellen John Bardeen, Walter Brattain und William Schockley den ersten Prototyp vor. Bestehend aus einer kleinen Klammer, zwei schmalen Plättchen aus Gold und dem Halbleitermaterial Germanium wird der Transistor geboren. Die Erfindung, von Mitschöpfer Schockley als “nervöse Zelle” der modernen Welt bezeichnet, findet seine erste Anwendung umgehend im Telefon. Zunächst dient der Transistor als Spannungsverstärker für die Hörer der Telefonistinnen. Von 1952 an wird der Mini-Verstärker im Zentralsystem der Telefongesellschaft Bell eingebaut. Und von nun an sind überregionale Telefonate auch ohne Hilfe des “Fräuleins vom Amt” möglich. Heutzutage verfügt ein einfacher digitaler Telefonapparat über fünf Millionen Transistoren.
Zwei Jahre später kündigt der US-Elektronikkonzern IBM seinen ersten mit Transistoren vollständig ausgerüsteten Computer an. Im selben Jahr wird mit großem Werbeaufwand der “Transistor” vorgestellt. Hinter dieser Bezeichnung verstecken sich die Radiogeräte, die mit der neuen Technologie ausgestattet sind und die alten Riesenradiogeräte schnell verdrängen. Fernseher, HiFi-Stereoanlagen, Fotoapparate sowie Uhren und Radarsysteme kommen in den folgenden Jahren ohne das technische Wunderwerk nicht mehr aus. Die Bell-Laboratorien perfektionierten in der Folgezeit ihre Erfindung, und zu Beginn der 60er Jahre waren integrierten Schaltungen mit hunderten von Transistoren weit verbreitet.

Heute ist Verkleinerung eines der Schlüsselworte in der Geschichte der Transistoren. Würde eines der heute gängigen Mobiltelefone mit dem alten Elektronenröhren-System gebaut, so hätte es ungefähr die Höhe des Kölner Doms, der rund 160 Meter mißt. Neueste Transistoren, mit denen heute experimentiert wird, messen 0,03 Mikrometer und sind somit tausend mal kleiner und feiner als ein Haar.

Mit der Massenproduktion des Transistors von einer halben Milliarde Stück pro Sekunde purzelten auch die Preise des Verstärkerelements. Anfang der 50er Jahre kostete er noch 45 Dollar. Gegenwärtig sind Transistoren für den Bruchteil eines US-Cents zu haben.