Транзыстар

Транзыстар (транзістар) (ад па-ангельску: transfer — «пераносіць» і resistor — «супор») — трохэлектродны паўправадніковы электронны прыбор, у якім ток у ланцугу двух электродаў кіруецца трэцім электродам. Кіраваньне тока ў выходным ланцугу ажыцьцяўляецца за кошт зьмяненьня ўваходнага току (у біпалярным транзыстары), або ўваходнай напругі (у МАП-тразыстары). Невялікае зьмяненьне ўваходных велічынь можа прыводзіць да істотна вялікага зьмяненьня выходнай напругі й току. Гэтая ўзмацняльная якасьць транзыстараў выкарыстоўваецца ў аналягавай тэхніцы (аналягавыя ТБ, радыё, сувязь і г. д.). У наш час у аналягавай тэхніцы дамінуюць біпалярныя транзыстары (міждародны тэрмін — BJT, bipolar junction transistor). Іншым важным ужываньнем транзыстараў зьяўляецца лічбавая тэхніка (лёгіка, памяць, працэсары, кампутары, лічбавая сувязь і г. д.).

Уся сучасная лічбавая тэхніка заснавана на МАП (мэтал-аксід-паўправаднік) транзыстарах (МАПТ). Часам іх называюць МДП (мэтал-дыэлектрык-паўправаднік) транзыстары, міжнародны тэрмін — MOSFET (metal-oxide-semiconductor field effect transistor). Транзыстары вырабляюцца ў рамках інтэгральнай тэхналёгіі на адным крэмніявам крыстале (чыпе) і зьяўляюцца элемэнтарнай часткай для пабудовы памяці, працэсара, лёгікі і г. д. Памеры сучасных МАПТ састаўляюць ад 130 до 45 нм. На адным чыпе (звычайна памерам 1—2 см²) зьмяшчаюцца сотні мільёнаў МАПТ. На працягу 60 гадоў адбываецца зьмяншэньне памераў (мініятурызацыя) МАПТ і павялічэньня іх колькасьці на адным чыпе (ступень інтэграцыі), у бліжэйшыя гады чакаецца павялічэньне ступені інтэграцыі да мільярдаў транзыстараў на чыпе. Памяншэньне памераў МАПТ прыводзіць таксама да павялічэньня хуткадзейнасьці працэсараў (тактавай частаты). Кожную сэкунду сёньня ў сьвеце вырабляюць паўмільярда МАП транзыстараў.

Гісторыя

Першыя патэнты на прынцып працы палявых транзыстараў былі зарэгістраваны ў Нямеччыне 1928 на імя Юлій Эдгар Ліліенфэлд. У 1934 нямецкі фізык Оскар Хэйл запатэнтаваў палявы транзыстар. Палявыя транзыстары (у там ліку МАП транзыстары) заснаваны на простым электрастатычным эфэкце поля, па фізыцы яны істотна прасьцей біпалярных транзыстараў, і таму яны прыдуманы і запатэнтаваны задоўга да біпалярных транзыстараў. Тым ня менш, першы МАП транзыстар, які складае аснову сучаснай кампутарнай індустрыі, быў выраблены пасьля біпалярнага транзыстара ў 1960 годзе. Толькі ў 90-х гадах 20 ст. МАП тэхналёгія стала дамінаваць над біпалярнай.

У 1947 Уільям Шоклі, Джон Бардзін і Уолтэр Братэйн у лябараторыях Bell Labs упершыню стваралі дзеючы біпалярны транзыстар, які прадэманстравалі 16 сьнежня. 23 сьнежня адбылося афіцыйнае прадстаўленьне вынаходніцтва і менавіта гэта дата лічыцца днём адкрыцьця транзыстара. Па тэхналёгіі вырабу ён адносіўся да клясу дакладных транзыстараў. У 1956 яны былі ўзнагароджаны Нобэлеўскай прэміяй па фізыцы «за дасьледваньне паўправаднікоў і адкрыцьцё транзыстарнага эфэкту». Цікава, што Джон Бардзін у хуткім часе быў адзначаны Нобэлеўскай прэміяй у другі раз за стварэньне тэорыі звышправоднасьці.

Пазьней транзыстары замянілі вакуўмныя лямпы ў большасьці электронных прыстасаваньняў, скончыўшы тым рэвалюцыю ў стварэньні інтэгральных схемаў і кампутараў.

Bell была патрэбна назва новага прыстасаваньня. Прапаноўвалася назваць яго «паўправадніковы трыёд» (semiconductor triode), «Solid Triode», «Surface States Triode», «крысталічны трыёд» (crystal triode) і «Iotatron», але слова «транзыстар» (transistor), якое прапанаваў Джон Пірс, перамагло ва ўнутраным галасаваньні.

Першапачаткова назва «транзыстар» адносілася да рэзыстараў, якія кіруюцца напругай. Паколькі транзыстар ільга ўявіць як нейкі супор, які рэгулююцца напругай на адным электродзе (у палявых транзыстараў, для якіх гэта аналёгія больш правільна — напругай на засаўцы, у біпалярных транзыстараў — напругай на базе альбо токам базы).

Клясыфікацыя транзыстараў

	p-n-p		канал p-тыпу
	n-p-n		канал n-тыпу
Біпалярныя		Палявыя

Абазначэньне транзыстараў розных тыпаў

Біпалярныя транзыстары
Палявыя транзыстары
Спэцыяльныя тыпы транзыстараў
- Камбінаваныя транзыстары
- Аднапераходныя транзыстары

Прынцып дзеяньня і спосабы ўжываньня транзыстараў істотна залежаць ад іх тыпу. Больш падрабязна аб кожным зь іх глядзіце ў адпаведным артыкуле.

Па тыпу выкарыстоўванага паўправадніка транзыстары класыфікуюць на крэмневыя, германевыя і арсэнід-галіевыя. Іншыя матэрыялы транзыстараў да нядаўняга часу не выкарыстоўваліся. У наш час ёсьць транзыстары на аснове, напрыклад, празрыстых паўправаднікоў для выкарыстоўваньня ў матрыцах дысплэяў. Пэрспэктыўны матэрыял для транзыстараў — поўправадніковыя палімэры. Таксама ёсьць асобныя паведамленьні наконт транзыстараў на аснове вугляродных нанатрубак.

Па магутнасьці выдзяляюць маламагутныя транзыстары (магутнасьць вымяраецца ў мВт), транзыстары сярэдняй магутнасьці (ад 0,1 да 1 Вт расееваемай магутнасьці) і магутная транзыстары (звыш 1 Вт).

Па выкананьню выдзяляюць дыскрэтныя транзыстары (карпусныя і бескарпусныя) і транзыстары ў складзе інтэгральных схем.

Выдзяленьне паводле некаторых характарыстыкаў

Транзыстары BISS (Breakthrough in Small Signal, літаральны — «прарыў у малым сыгнале») — біпалярныя транзыстары з палепшанымі маласыгнальнымі парамэтрамі. Істотнае паляпшэньне парамэтраў транзыстараў BISS дасягнутае за кошт зьмяненьня канструкцыі зоны эмітэра. Першыя разработкі гэтай клясы прыладаў таксама насілі найменьне «мікратокавыя прыборы».

Тразыстары з убудаванымі рэзыстарамі RET (Resistor-equipped transistors) — біяпалярныя транзыстары з убудаванымі ў адзін корпус рэзыстарамі. RET транзыстар агульнага прызначэньня адным ці двума рэзыстарамі. Такая канструкцыя транзыстара дазваляе скаравіць колькасьць навесных кампанэнтаў і мінімізуе неабходную плошчу мантажа. RET транзыстары прымяняюцца для кантроля ўваходнага сыгнала мікрасхемаў ці для пераключэньня меншай нагрузкі на сьветладыёды.

Прымяненьне гетэраперахода дазваляе ствараць высокахуткасныя і высокачастасныя палявыя транзыстары, такія як HEMT.

Прымяненьне транзыстараў

Транзыстары прымяняюцца ў якасьці актыўных (узмацняльных) элемэнтаў ва ўзмацняльных і пераключальных каскадах. Рэле і тырыстары маюць большы каэфіцыент узмацненьня моцнасьці за транзыстары, але працуюць толькі ў ключавым (пераключальным) рэжыму.

Вонкавыя спасылкі

Як працуюць паўправаднікі і транзыстары. WeCanFigureThisOut.org. (анг.)
Transistorized. Public Broadcasting Service. Гістарычная і тэхнічная інфармацыя. (анг.)
Building the digital age. BBC. Фотагісторыя транзыстару. (анг.)
50 гадоў транзыстару. Science Friday. (анг.)
Агульная схема разьмяшчэньня вывадаў. Lakki.iki.fi. (анг.)