A tranzisztor ( angolul tranzisztor ), a félvezető trióda egy félvezető anyagból készült, általában három vezetékes elektronikus alkatrész [1] , amely kis bemeneti jellel képes a kimeneti áramkörben jelentős áramot vezérelni, ami lehetővé teszi annak használatát. elektromos jelek erősítésére, generálására, kapcsolására és átalakítására. Jelenleg a tranzisztor az elektronikus eszközök és integrált áramkörök túlnyomó többségének áramkörének alapja .
A tranzisztorokat diszkrét elektronikus eszközöknek is nevezik , amelyek egyetlen tranzisztor funkcióját ellátva több elemet tartalmaznak, szerkezetileg integrált áramkörként , például kompozit tranzisztort vagy sok nagy teljesítményű tranzisztort [2] .
A tranzisztorok szerkezetük, működési elvük és paramétereik szerint két osztályba sorolhatók - bipoláris és mező (unipoláris). A bipoláris tranzisztor mindkét vezetőképességű félvezetőt használ, a kristályon két egymáshoz közel lévő pn átmenet kölcsönhatása miatt működik, és a bázis-emitter átmeneten átmenő áram változtatásával vezérelhető, míg az emitter kimenete a „közös emitterben” áramkör közös a vezérlő- és kimeneti áramoknál. Vannak még "közös kollektor (kibocsátó követő)" és "közös alap" áramkörök. A térhatású tranzisztor csak egyfajta vezetőképességű félvezetőt használ, vékony csatorna formájában, amelyre a csatornától elválasztott kapu elektromos tere hat [3] , a vezérlés a feszültség változtatásával történik a kapu és a forrás között. A térhatású tranzisztort, ellentétben a bipoláris tranzisztorral, feszültség, nem áram vezérli. Jelenleg az analóg technológiát a bipoláris tranzisztorok (BT) uralják (nemzetközi kifejezés - BJT, bipoláris junction tranzisztor). A digitális technológiában a mikroáramkörök ( logikai , memória , processzorok , számítógépek , digitális kommunikáció stb.) részeként a bipoláris tranzisztorokat szinte teljesen felváltják a terepi tranzisztorok . Az 1990-es években kifejlesztettek egy új típusú hibrid bipoláris térhatású tranzisztort - az IGBT -t , amelyet ma már széles körben használnak a teljesítményelektronikában.
1956 -ban William Shockley , John Bardeen és Walter Brattain fizikai Nobel-díjat kapott a tranzisztorhatás kutatásáért [4] .
Az 1980-as évekre a tranzisztorok miniatűr méretük, hatékonyságuk, mechanikai igénybevétellel szembeni ellenállásuk és alacsony költségük miatt szinte teljesen felváltották a kisjelű elektronikából származó vákuumcsöveket . A tranzisztorok alacsony feszültségen és nagy áramerősségen való működésük révén csökkentették az elektromágneses relék és mechanikus kapcsolók szükségességét a berendezésekben, miniatürizálhatóságuk és integrálhatóságuk révén pedig lehetővé tették az integrált áramkörök létrehozását , lerakva a mikroelektronika alapjait . Az 1990-es évek óta, az új, nagy teljesítményű tranzisztorok megjelenésével összefüggésben a transzformátorok, az elektromechanikus és tirisztoros kapcsolók a villamosenergia-technikában aktívan felváltottak elektronikus eszközökkel, a frekvencia-vezérelt hajtás és az inverter feszültségátalakítói aktívan fejlődtek . .
A kapcsolási rajzokon a tranzisztort általában "VT" vagy "Q" jelölik , pozícióindex hozzáadásával, például VT12. Az orosz nyelvű irodalomban és dokumentációban a 20. században a 70-es évekig a "T", "PP" (félvezető eszköz) vagy "PT" (félvezető trióda) megjelöléseket is használták.
A tranzisztor feltalálása, amely a 20. század egyik legfontosabb vívmánya [5] , a félvezető elektronika hosszú fejlődésének eredménye volt, amely 1833-ban kezdődött, amikor Michael Faraday angol kísérleti fizikus munkájában " Experimental Research on Electricity" ismertette az ezüst-szulfid elektromos vezetőképességének szokatlan hőmérséklet-függését , amely a hőmérséklet emelkedésével nőtt, míg a fémek vezetőképessége melegítés hatására csökkent. 1838-ra Faraday további 5 hasonló tulajdonságú anyagot fedezett fel [6] . Később az ilyen anyagokat félvezetőknek nevezzük .
Az 1820-1900-as években a francia fizikusok Becquerel- dinasztiája , Antoine Cesar Becquerel , Alexandre Edmond Becquerel és Antoine Henri Becquerel nagymértékben hozzájárult a kristályok különféle tulajdonságainak tanulmányozásához . A kristályok piezoelektromos , termoelektromos tulajdonságait tanulmányozták , 1851-ben Alexander Edmond Becquerel felfedezte a fotovoltaikus hatást az elektrolit -félvezető átmenetben .
Karl Ferdinand Braun német fizikus 1874-ben fedezte fel először azt a jelenséget, hogy egy fémantenna érintkezik egy ólom-szulfid kristállyal, majd más félvezető kristályokkal. Az ezen a jelenségen alapuló pontszerű félvezető detektor diódát 1906-ban szabadalmaztatott a Greenleaf mérnöke, Witter Pickard .
A vákuumdióda 1904-ben John Fleming általi feltalálása, majd Lee de Forest 1906-ban az erősítő vákuumtrióda feltalálása indította el a vákuumelektronika fejlesztését. A stabilan működő és érthető fizikai elveken alapuló vákuumcsövek 50 évre lassították a félvezető elektronika fejlődését a világon. Ebben az időszakban a félvezetők fizikája még kevéssé volt érthető, minden eredmény kísérletek eredménye volt. A tudósok nehezen tudták megmagyarázni, mi történik a kristály belsejében. Gyakran téves hipotéziseket állítottak fel.
William Eccles angol fizikus 1910-ben fedezte fel egyes félvezető diódákban az elektromos rezgések létrehozásának képességét, Oleg Losev mérnök pedig 1922-ben önállóan fejlesztett ki bizonyos előfeszítési feszültségeknél negatív differenciálellenállású diódákat, amelyek segítségével sikeresen alkalmazta az erősítő, ill. félvezetők generátor tulajdonságait ( Kristadinny-effektus ) először saját tervezésű detektoros és heterodin rádióvevőkben.
Ugyanakkor az 1920-as és 1930-as évek fordulóján a rádiótechnikában megkezdődött a vákuumcsövek gyors ipari fejlődésének korszaka, és a rádiótudósok nagy része ebben az irányban dolgozott. A törékeny és szeszélyes, nyitott kialakítású félvezető detektorok, amelyekben fémtűvel kellett kézzel keresni az „aktív pontokat” egy kristályon, az egyedülálló kézművesek és rádióamatőrök sorába kerültek, akik egyszerű rádióvevőket építettek rájuk. Senki sem látta a félvezetők lehetséges kilátásait.
A bipoláris és térhatású tranzisztorok létrehozása különböző módon történt.
A térhatású tranzisztor létrehozásának első lépését Julius Edgar Lilienfeld osztrák-magyar fizikus tette meg , aki egy módszert javasolt a mintában lévő áram szabályozására keresztirányú elektromos tér alkalmazásával, amely a töltéshordozókra hatva szabályozza a vezetőképességet. A szabadalmakat Kanadában ( 1925. október 22. ) és Németországban ( 1928. ) szerezték meg [7] [8] . 1934- ben Oskar Heil német fizikusaz Egyesült Királyságban szintén szabadalmaztatott egy "érintésmentes relét" hasonló elven. 1938-ban R. Pohl és R. Hilsch először kapott erősítést egy prototípus térhatású tranzisztortól, de az erősítés nagyon alacsony volt, és a működési frekvencia nem haladta meg az 1 Hertz-et.
Annak ellenére, hogy a térhatású tranzisztorok egyszerű elektrosztatikus térhatáson alapulnak, és a bennük végbemenő fizikai folyamatokat tekintve egyszerűbbek, mint a bipolárisak (a kísérletezők gyakran próbálták megismételni egy háromelektródos lámpa, egy trióda kialakítását , kristályban), nem lehetett működőképes mintát létrehozni egy térhatású tranzisztorból. Az alkotók nem tudták megkerülni az akkor ismeretlen jelenségeket a félvezető felületi rétegében, ami nem tette lehetővé a kristályon belüli elektromos tér szabályozását az ilyen típusú tranzisztorokban (MIS tranzisztor - fém, dielektrikum, félvezető). A bipoláris tranzisztor felfedezése után működő térhatású tranzisztort hoztak létre. William Shockley 1952-ben elméletileg leírta egy másik típusú térhatású tranzisztor modelljét, amelyben az árammodulációt a korábban javasolt MIS [9] struktúrákkal ellentétben úgy hajtották végre, hogy a vezető csatorna vastagságát tágítással ill. a p-n csomóponti csatorna melletti kimerülési régió szűkítése . Ez akkor történt, amikor a kapudióda blokkoló polaritású vezérlőfeszültségét a csomópontra vezették. A tranzisztort "vezérlő pn átmenettel rendelkező térhatású tranzisztornak" nevezték (a zavaró felületi jelenségeket kiküszöböltük, mivel a vezető csatorna a kristály belsejében volt).
Az első MIS térhatású tranzisztort, amelyet az 1920-as években szabadalmaztattak, és jelenleg a számítógépipar alapját képezi, először 1960 -ban hozták létre az amerikaiak Kang és Atalla munkája nyomán, akik azt javasolták, hogy a legvékonyabb réteget alakítsák ki a kapu dielektrikumból. a szilíciumkristály felülete a szilícium felületének oxidálásával szilícium-dioxid réteget, amely elszigeteli a fémkaput a vezető csatornától, az ilyen szerkezetet MOS szerkezetnek (Metal-Oxide-Semiconductor) nevezik.
Az 1990-es években a MOS technológia kezdett dominálni a bipoláris technológiával szemben [10] .
A terepi tranzisztorral ellentétben az első bipoláris tranzisztort kísérleti úton hozták létre, melynek fizikai működési elvét később fejtették ki.
1929-1933-ban az LPTI -ben Oleg Losev Ioffe akadémikus irányítása alatt kísérletsorozatot végzett egy olyan félvezető eszközzel, amely szerkezetileg megismétli a ponttranzisztort karborundum (SiC) kristályon , de akkor nem sikerült megszerezni. elegendő nyereség. Losev a félvezetők elektrolumineszcencia jelenségeit tanulmányozva mintegy 90 különböző anyagot, különösen a szilíciumot szétválasztva tanulmányozta, majd 1939-ben ismét megemlíti jegyzeteiben a háromelektródos rendszerekkel kapcsolatos munkákat, de a háború kitörését és egy mérnök halálát az ostromlott Leningrádban 1942 telén munkája egy része elveszett, és nem tudni, meddig jutott előre a tranzisztor létrehozásában. Az 1930-as évek elején a kanadai Larry Kaiser és Robert Adams új-zélandi rádióamatőrök is készítettek háromelektródás ponterősítőket, de munkájukat nem szabadalmazták, és nem vetették alá tudományos elemzésnek [5] .
A sikert az American Telephone and Telegraph Bell Telephone Laboratories fejlesztési részlege érte el , 1936 óta Joseph Becker vezetésével tudósok egy csoportja dolgozott benne, kifejezetten szilárdtest-erősítők létrehozására. 1941-ig nem lehetett félvezető erősítő berendezést gyártani (kísérleteket tettek egy térhatású tranzisztor prototípusának létrehozására). A háború után, 1945-ben a kutatás újraindult William Shockley elméleti fizikus vezetésével . Újabb 2 év kudarc után, 1947. december 16-án Walter Brattain kutató , aki egy germániumkristályban próbálta leküzdeni a felületi hatást, és két tűelektródával kísérletezett, megfordította az alkalmazott feszültség polaritását, és váratlanul stabil jelerősítést kapott. A felfedezés későbbi tanulmányozása John Bardeen teoretikussal együtt azt mutatta, hogy nincs térhatás, vannak olyan folyamatok, amelyeket még nem vizsgáltak a kristályban. Nem mező volt, hanem egy korábban ismeretlen bipoláris tranzisztor . 1947. december 23-án került sor a termék jelenlegi modelljének bemutatására a cég vezetése előtt, ezt a dátumot kezdték a tranzisztor születési dátumának tekinteni. A sikerről értesülve a már nyugdíjba vonult William Shockley újra bekapcsolódott a kutatásba, és rövid időn belül megalkotta a bipoláris tranzisztor elméletét, amelyben már felvázolta a pontgyártási technológia felváltását egy ígéretesebb, síkszerűbbre.
Kezdetben az új eszközt "germánium-triódának" vagy "félvezető-triódának" nevezték, a vákuum-trióddal analógiával - egy hasonló szerkezetű elektroncsővel. 1948 májusában a laboratóriumban versenyt rendeztek a találmány eredeti nevére, amelyet John Pierce nyert meg , aki javasolta a "tranzisztor" szót, amely a "transzkonduktivitás" (aktív interelektródák közötti vezetőképesség) és a "változó" kifejezések kombinálásával jött létre. ellenállás" vagy "varistor" (változó ellenállás, varisztor), vagy más változatok szerint a "transzfer" - átvitel és "ellenállás" - ellenállás szavakból.
1948. június 30-án a cég New York-i központjában került sor az új készülék hivatalos bemutatójára, tranzisztorokra szerelték össze a rádióvevőt. A felfedezést azonban nem értékelték, mivel az első ponttranzisztorok a vákuumcsövekhez képest nagyon rossz és instabil tulajdonságokkal rendelkeztek.
1956-ban William Shockley , Walter Brattain és John Bardeen fizikai Nobel -díjat kapott "félvezetőkkel kapcsolatos kutatásaiért és a tranzisztoreffektus felfedezéséért" [11] . Érdekes módon John Bardeen hamarosan megkapta a második Nobel-díjat a szupravezetés elméletének megalkotásáért .
Az amerikai tudósok európai munkájával párhuzamosan a bipoláris tranzisztort Herbert Matare kísérleti fizikus és a teoretikus ( Heinrich Welker ) alkotta meg. 1944-ben a Telefunkennél dolgozó Herbert Matare kifejlesztett egy félvezető "duodiódát" (kettős diódát), amely szerkezetileg hasonló volt a jövőbeli pontszerű bipoláris tranzisztorhoz. A készüléket a radartechnikában keverőként használták, két hasonló paraméterű egyenirányító pont diódaként, ugyanazon germánium kristályon. Ugyanakkor Matare először fedezte fel az egyik dióda áramának hatását egy másik dióda paramétereire, és kutatásokat kezdett ebben az irányban. A háború után Herbert Matare Párizsban találkozott Johann Welkerrel, ahol mindkét fizikus, az amerikai Westinghouse Electric egyik fióktelepében dolgozott , saját kezdeményezésére folytatta a kísérleteket a duodeonon. 1948 júniusának elején, még nem ismerve a Bell Labs Shockley csoportjának kutatási eredményeit, létrehoztak egy stabil bipoláris tranzisztort a duodenum alapján, amelyet "tranzitronnak" neveztek. A találmány 1948 augusztusában elküldött szabadalmi bejelentését azonban a francia szabadalmi hivatal nagyon sokáig vizsgálta, és csak 1952-ben szerezték meg a találmány szabadalmát. A Westinghouse által tömegesen gyártott tranzitronok, annak ellenére, hogy minőségben sikeresen versenyeztek a tranzisztorokkal, szintén nem sikerült meghódítaniuk a piacot, az ezirányú munka hamarosan megszűnt [5] .
Kicsinyességük és hatékonyságuk ellenére az első tranzisztorokat magas zajszint, alacsony teljesítmény, a jellemzők időbeli instabilitása és a paraméterek erős hőmérsékletfüggősége jellemezte. A ponttranzisztor, mivel nem monolit szerkezet, érzékeny volt az ütésekre és a rezgésekre. A Bell Telephone Laboratories megalkotója nem becsülte meg az új készülék kilátásait, nyereséges katonai megrendelés nem várható, így a találmány licencét hamarosan 25 ezer dollárért kezdték el árulni mindenkinek. 1951-ben létrehoztak egy sík tranzisztort, amely szerkezetileg egy monolit félvezető kristály, és nagyjából ugyanekkor jelentek meg az első szilícium alapú tranzisztorok. A tranzisztorok jellemzői gyorsan javultak, és hamarosan elkezdtek aktívan versenyezni a vákuumcsövekkel.
A 30 éves fejlesztés során a tranzisztorok szinte teljesen felváltották a vákuumcsöveket, és a félvezető integrált áramkörök alapjává váltak , ennek köszönhetően az elektronikus berendezések sokkal gazdaságosabbak, funkcionálisabbak és miniatűrebbek lettek. A tranzisztorok és az ezekre épülő integrált áramkörök okozták a számítástechnika rohamos fejlődését . A 21. század elején a tranzisztor az emberiség egyik legnagyobb tömegben gyártott terméke lett. 2013-ban a Föld minden lakosára körülbelül 15 milliárd tranzisztort gyártottak (többségük integrált áramkör) [12] .
Az integrált áramkörök megjelenésével megkezdődött a küzdelem az elemi tranzisztor méretének csökkentéséért. 2012-ben a legkisebb tranzisztorok néhány atomot tartalmaztak [13] . A tranzisztorok a számítógépek és más digitális eszközök elengedhetetlen részévé váltak. Egyes processzortervekben számuk meghaladta az egymilliárd darabot.
Az alábbiakban a tranzisztorok formális osztályozása látható, ahol az áramot a töltéshordozók áramlása állítja elő, és az állapotokat, amelyek között a készülék kapcsol, a jel nagysága határozza meg: kis jel - nagy jel, zárt állapot - nyitott állapot, bekapcsolva amelyen a tranzisztor bináris logikája valósul meg. A modern technika nemcsak elektromos töltéssel, hanem mágneses momentumokkal, az egyes elektron spinjével, fononokkal és fénykvantumokkal, általános esetben kvantumállapotokkal is képes működni.
A fő félvezető anyagon kívül, amelyet általában egykristály formájában használnak egyes részeiben adalékolt, a tranzisztor fém vezetékeket, szigetelő elemeket és tokot (műanyag, fém-üveg vagy fémkerámia) tartalmaz. . Néha kombinált neveket használnak, amelyek részben leírják a technológiai változatokat (például "szilícium a zafíron" vagy "fém-oxid-félvezető"). A fő besorolás azonban a felhasznált félvezető anyagokat jelzi - szilícium , germánium , gallium-arzenid stb.
A tranzisztorokhoz más anyagokat a közelmúltig nem használtak. Jelenleg léteznek olyan tranzisztorok, amelyek például átlátszó félvezetőkön alapulnak, és amelyeket megjelenítőmátrixokban használnak. A tranzisztorok egyik ígéretes anyaga a félvezető polimerek. Külön jelentések vannak a szén nanocsöveken alapuló tranzisztorokról [14] és a grafén térhatású tranzisztorokról .
| tranzisztorok | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Kétpólusú | terület | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| pnp | npn | Pn csomópontos kapuval | Hőszigetelt kapu | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| n-csatornával | p-csatornával | Beépített csatornával | Indukált csatornával | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| n-csatornával | p-csatornával | n-csatornával | p-csatornával | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
A tranzisztorok működési elve és alkalmazási módjai jelentősen függenek típusuktól és belső felépítésüktől.
A hő formájában disszipált teljesítmény szerint megkülönböztetik:
A BISS (Breakthrough in Small Signal) tranzisztorok javított kis jelparaméterekkel rendelkező bipoláris tranzisztorok . A BISS tranzisztorok paramétereinek jelentős javulását az emitter zóna kialakításának megváltoztatásával sikerült elérni. Ennek az eszközosztálynak az első fejlesztéseit "mikroáramú eszközöknek" is nevezték.
A RET beépített ellenállású tranzisztorok (Resistor-equipped tranzisztorok) olyan bipoláris tranzisztorok, amelyek ellenállásai egy kristállyal ellátott házba vannak beépítve. A RET egy általános célú tranzisztor, beépített egy vagy két ellenállással. Ez a tranzisztoros kialakítás csökkenti a külső kiegészítő alkatrészek számát és minimalizálja a szükséges felszerelési területet. A RET tranzisztorokat a mikroáramkörök kimeneteihez való közvetlen csatlakoztatásra használják áramkorlátozó ellenállások használata nélkül.
A heterojunkciók használata lehetővé teszi nagy sebességű és nagyfrekvenciás térhatású tranzisztorok létrehozását, mint például a HEMT .
Ahhoz, hogy az áramkörbe kerüljön, a tranzisztornak négy kimenettel kell rendelkeznie - két bemenettel és két kimenettel. De szinte minden fajta tranzisztorának csak három terminálja van. A három érintkezős eszköz bekapcsolásához az egyik érintkezőt közösként kell hozzárendelni, és mivel csak három ilyen kombináció lehet, három fő tranzisztoros kapcsolóáramkör létezik.
A pn-átmenettel (csatorna) és MOS-szal (MIS) is rendelkező térhatású tranzisztorok a következő kapcsolóáramkörekkel rendelkeznek:
A "nyitott kollektor (lefolyó)" egy tranzisztor beépítése egy közös emitter (forrás) áramkör szerint egy elektronikus modul vagy mikroáramkör részeként , ha a kollektor (lefolyó) kimenet nincs csatlakoztatva a modul (mikroáramkör) többi eleméhez. , de közvetlenül kimenetre kerül ( a modul csatlakozójára vagy a chip kimenetére). A tranzisztor terhelés és a kollektor (leeresztő) áram megválasztása a modult vagy mikroáramkört tartalmazó végső áramkör fejlesztőjére van bízva. Egy ilyen tranzisztor terhelése különösen a modul/mikroáramkör tápfeszültségénél nagyobb vagy alacsonyabb feszültségű tápegységhez csatlakoztatható. Ez a megközelítés jelentősen kibővíti egy modul vagy mikroáramkör alkalmazhatóságát a végső áramkör enyhe komplikációja miatt. Nyitott kollektoros (lefolyó) tranzisztorokat használnak TTL logikai elemekben , nagy teljesítményű kulcskimeneti fokozatokkal rendelkező mikroáramkörökben, szintátalakítókban , buszformázókban (meghajtókban) .
A fordított csatlakozást ritkábban használják - nyitott emitterrel (forrás). Lehetővé teszi továbbá a tranzisztor terhelésének kiválasztását külső alkatrészek cseréjével, hogy az emittert/lefolyót a fő áramkör tápfeszültségével ellentétes polaritású feszültséggel látja el (például negatív feszültség npn bipoláris tranzisztoros vagy N áramkörök esetén -csatornás térhatású tranzisztorok).
A tranzisztor típusától függetlenül alkalmazásának elve ugyanaz:
Ez a helyzet nem mindig igaz: például egy közös kollektoros áramkörben a kimeneti áram β-szor nagyobb, mint a bemeneten, míg a kimeneti feszültség valamivel alacsonyabb, mint a bemeneten; közös alapáramkörben a kimeneti feszültség nő a bemenethez képest, de a kimeneti áram valamivel kisebb, mint a bemeneti. Így egy közös kollektoros áramkörben az erősítés csak áramban, az OB áramkörben pedig csak a feszültségben történik. A tápegység ellenőrzött vezérlése miatt a jelerősítés vagy árammal, vagy feszültséggel, vagy teljesítménnyel (közös emitteres áramkörök) történik.
A tranzisztort a következőkben használják:
Kísérleti fejlesztések folynak a DAC-on alapuló, nagy teljesítményű tranzisztorokból álló teljesen digitális erősítőkről [22] [23] . Az ilyen erősítőkben lévő tranzisztorok kulcs módban működnek.
A tranzisztorokat aktív (erősítő) elemként használják erősítő és kapcsolási fokozatokban .
A relék és tirisztorok teljesítményerősítése nagyobb, mint a tranzisztoré, de csak kulcsos (kapcsolási) üzemmódban működnek.
Minden modern digitális technológia főként terepi MOS (metal-oxide-semiconductor) tranzisztorokra (MOSFET) épül, mint a BT-khez képest gazdaságosabb elemekre. Néha MIS (fém-dielektromos-félvezető) tranzisztoroknak nevezik őket. A nemzetközi kifejezés a MOSFET (fém-oxid-félvezető térhatású tranzisztor). A tranzisztorok integrált technológia keretein belül, egyetlen szilíciumkristályon (chipen) készülnek, és elemi „téglát” képeznek a logikai, memória-, processzor- stb. mikroáramkörök építéséhez.
Jelenleg egy 1-2 cm² területű modern kristály több (eddig csak néhány) milliárd MOSFET befogadására képes. Az elmúlt 60 év során a MOSFET-ek méretének csökkenése (miniatürizálása) és egy chipen lévő számuk növekedése (integrációs fok), a következő években a tranzisztorok integráltsági fokának további növekedése. chipen várható (lásd Moore törvénye ). A MOSFET méretének csökkentése a processzorok sebességének növekedéséhez, az energiafogyasztás és a hőleadás csökkenéséhez is vezet.
Jelenleg az Intel mikroprocesszorokat háromdimenziós tranzisztorokra (3d tranzisztorokra) szerelik össze, amelyeket Tri-Gate-nek neveznek. Ez a forradalmi technológia jelentősen javította a processzorok meglévő jellemzőit. Meg kell jegyezni, hogy a 22 nm-es gyártási folyamattal rendelkező 3D tranzisztorokra való átállás lehetővé tette a processzor teljesítményének 30%-os növelését (az Intel szerint) és az energiafogyasztás csökkentését. . Figyelemre méltó, hogy a gyártási költségek mindössze 2-3%-kal nőnek, vagyis az új processzorok nem lesznek lényegesen drágábbak, mint a régiek. . Ennek a technológiának az a lényege, hogy egy speciális High-K dielektrikum halad át a tranzisztor kapuján, ami csökkenti a szivárgási áramokat.
A tranzisztorok kifejlesztése előtt a vákuum (elektronikus) csövek (vagy egyszerűen csak "csövek") voltak az elektronikus berendezések fő aktív alkotóelemei. A szabályozási elv szerint a térhatású tranzisztor leginkább az elektronikus lámpához kapcsolódik, számos, a lámpák működését leíró összefüggés alkalmas a térhatású tranzisztorok működésének leírására is. A csövekhez tervezett áramkörök közül sokat tranzisztorokra alkalmaztak, és azért alakultak ki, mert a vákuumcsöveknek csak egyfajta vezetése van, az elektron, és a tranzisztorok lehetnek elektronok vagy lyukak (a képzeletbeli "pozitroncső" megfelelője). Ez a komplementer áramkörök (CMOS) széles körű elterjedéséhez vezetett.
A fő előnyök, amelyek lehetővé tették a tranzisztorok számára elődeik (vákuumcsövek) helyettesítését a legtöbb elektronikus eszközben:
| Tranzisztoros erősítők | ||
|---|---|---|
| Bipoláris tranzisztorok | ||
| FET-ek |
| |
| Tranzisztor fokozatok | ||