Transistor
Transịstor[engl., Kw. aus transfer »Übertragung« und resistor »elektr. Widerstand«, also »Übertragungswiderstand«] der, aktives elektron. Bauelement, das aus einem Halbleiterkristall mit Zonen unterschiedl. Störstellenleitung besteht und mindestens drei Elektroden besitzt. Das Ausgangsmaterial für T. ist meist Silicium, für spezielle Anwendungen auch Germanium und Galliumarsenid. Der T. 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 zwei Hauptgruppen, den Bipolar-T. und den Feldeffekt-T. - Beim Bipolar-T. erfolgt die Steuerung durch Änderung der Spannung von zwei dicht benachbarten pn-Übergängen. Am Stromfluss sind zwei Ladungsträgerarten (Elektronen und Defektelektronen) beteiligt. Je nach Reihenfolge der p- und n-leitenden Schichten unterscheidet man npn-T. und dazu komplementäre pnp-T. Die Anschlüsse heißen Emitter, Basis (Steuerelektrode) und Kollektor (Sammelelektrode). Je nachdem, welche Elektrode für das Eingangs- und Ausgangssignal als Grundschaltung dient, wird zw. Basisschaltung (Emitterschaltung) und Kollektorschaltung unterschieden. Eine besondere Art stellt dabei der pnp-T. (Mehremitter-T.) dar, der v. a. in der Halbleiterblocktechnik realisiert wird.Beim Feldeffekt-T. (Abk. FET) bzw. Unipolar-T. ist am Stromtransport nur eine Ladungsträgerart beteiligt (Elektronen bei n-Kanal-FET, Defektelektronen bei p-Kanal-FET). Die Funktion des FET beruht auf der Steuerung des Widerstands eines leitfähigen Kanals zw. zwei Elektroden, der Quelle (engl. source) und der Senke (engl. drain), durch eine isolierte Steuerelektrode, das Tor (engl. gate). Man unterscheidet entsprechend den beiden unterschiedl. Mechanismen, die für die Änderung des Kanalwiderstands zw. Source und Drain verantwortlich sind, zw. dem JFET (Abk. von engl. junction field effect transistor, Sperrschicht-FET) und dem IGFET (insulated gate field effect transistor, Oberflächen-FET). Beim JFET erfolgt eine Änderung des Querschnitts des Kanals mithilfe von Sperrschichten (die Breite der Raumladungszone wird verändert). Dazu benutzt man auch Schottky-FET und MESFET (metal silicon field effect transistor, Metall-Silicium-FET). Beim IGFET erfolgt die Veränderung der Ladungsträgerdichte im Kanal mithilfe von Influenz. Man unterscheidet beim IGFET je nach dem Aufbau zw. der Ausführung als Dünnschicht-T. und dem nach dem Verfahren der MIS-Technik hergestellten MISFET (metal insulator silicon field effect transistor). Der MISFET wird wegen der fast ausschließl. Verwendung eines Oxids als Isolator meist als MOSFET (metal oxide silicon field effect transistor) bezeichnet. Besondere Arten mit Speicherfunktionen sind MNOSFET und MASFET. Für den speziellen Einsatz als Leistungsverstärker eignet sich aufgrund seines vertikal zum Substrat liegenden Kanals der VFET (vertical field effect transistor). - Neben diesen beiden genannten Hauptgruppen von T. müssen noch die oberflächengesteuerten T. (SCT-Elemente, Abk. von engl. surface controlled transistor) erwähnt werden. Ihre Bedeutung ist aber entsprechend der seltenen Anwendung gering. - T. werden in zahlr. technolog. und konstruktiven Varianten produziert. Dabei spielen technolog. Verarbeitungsverfahren (Planartechnik, Epitaxie) eine besondere Rolle bei der Herstellung moderner T. und Strukturen der Halbleiterblocktechnik. Eine Unterscheidung der T. ist weiterhin entsprechend der Verwendung möglich, z. B. Niederfrequenz-T., Hochfrequenz-T., Mikrowellen-T. Das Verhalten der T. lässt sich gut durch Kennlinien darstellen (Steuer-, Ein- bzw. Ausgangskennlinie). - Die Erfindung des T. (1947/48) durch J. Bardeen, W. H. Brattain und W. Shockley in den Bell Laboratories leitete das Zeitalter der steuerbaren Halbleiterbauelemente ein und ermöglichte die Entwicklung der Mikroelektronik. Gegenüber den früheren Schaltungen mit Elektronenröhren sind T.-Schaltungen zuverlässiger, kleiner, billiger, haben nahezu unbegrenzte Lebensdauer, höhere mechan. Festigkeit, benötigen kleinere Betriebsspannungen, verbrauchen weniger Leistung und sind sofort betriebsbereit.
▣ Literatur:
Nührmann, D.: Professionelle Halbleitertechnik in der Praxis. T. u. Operationsverstärker verstehen u. erfolgreich anwenden. Poing 1995.