Współczesny tranzystor elektroniczny jest urządzeniem półprzewodnikowym, powszechnie używanym do wzmacniania lub przełączania sygnałów elektronicznych. Tranzystor jest wykonany z litego kawałka materiału półprzewodnikowego, z co najmniej trzema końcówkami do podłączenia do zewnętrznego obwodu. Napięcie lub prąd przyłożony do jednej pary końcówek tranzystora, zmienia prąd płynący przez inną parę końcówek. Ponieważ moc sterowana (wyjściowa) może być znacznie większa niż moc sterująca (wejściowa), tranzystor zapewnia wzmocnienie sygnału. Tranzystor jest podstawowym elementem konstrukcyjnym nowoczesnych urządzeń elektronicznych i jest stosowany w systemach radiowych, telefonicznych, komputerowych i innych systemach elektronicznych. Niektóre tranzystory są pakowane pojedynczo, ale większość z nich znajduje się w układach scalonych.

Jak to często bywa w przypadku wielu wynalazków, tranzystor jest wynikiem pracy wielu wynalazców, a tylko ostatni, lub najmądrzejszy, zgarnia całą chwałę. W tym przypadku byli to Amerykanie John Bardeen, William Shockley i Walter Brattain, którym w 1956 roku wręczono Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki za wynalezienie tranzystora, który został nazwany najważniejszym wynalazkiem XX wieku

Kto jednak był pierwszy?

Początek badań nad półprzewodnikami wyznacza raport Michaela Faradaya z 1833 roku o ujemnym temperaturowym współczynniku oporu siarczku srebra. Jest to pierwsza obserwacja jakiejkolwiek właściwości półprzewodnika. W swojej pracy z 1833 roku, „Experimental Researches in Electricity” Faraday (patrz pobliski portret) ujawnił tą obserwację. Obserwacja ta była w odróżnieniu od zwykłych właściwości metali i elektrolitów, w których przypadku opór wzrasta z temperaturą.

Kolejny znaczący wkład w dziedzinie półprzewodników jest francuski fizyk eksperymentalny Edmond Becquerel. W 1839 roku zgłosił on obserwację fotowoltażu w elektrodach platynowych pokrytych chlorkiem srebra. W jego eksperymencie elektroda platynowa pokryta AgCl była zanurzona w wodnym roztworze elektrolitu kwasu azotowego. Oświetlenie elektrody generowało fotonapięcie, które zmieniało EMF wytwarzane przez ogniwo, w rzeczywistości wytwarzało redukcyjny (katodowy) fotoprąd na elektrodzie pokrytej AgCl; było to pierwsze odnotowane urządzenie fotowoltaiczne. Fotowoltaż był generowany na styku półprzewodników Ag/AgCl.

W 1873 roku angielski inżynier elektryk Willoughby Smith (1828-1891) (patrz pobliski portret) doszedł do odkrycia fotoprzewodnictwa selenu. Początkowo zajmował się on kablami podmorskimi. Rozpoczął eksperymenty z selenem ze względu na jego wysoką rezystancję, która wydawała się odpowiednia dla jego podmorskiej telegrafii. Różni eksperymentatorzy mierzyli opór prętów selenowych, ale opór mierzony przez nich w różnych warunkach w ogóle się nie zgadzał. Wtedy Smith odkrył, że opór zależy od natężenia padającego światła. Gdy sztabki selenu umieszczono w pudełku z zamkniętą pokrywą, opór był największy. Kiedy na drodze światła umieszczono szkła o różnych kolorach, opór zmieniał się w zależności od ilości światła przechodzącego przez szkło. Ale po zdjęciu pokrywy przewodnictwo wzrastało. Odkrył również, że efekt ten nie wynikał ze zmian temperatury.

W 1874 roku niemiecki fizyk Ferdinand Braun (patrz pobliski portret), 24-letni absolwent Uniwersytetu Berlińskiego, badał na Uniwersytecie w Würzburgu właściwości elektrolitów i kryształów przewodzących prąd. Kiedy Braun badał kryształ galeny (siarczku ołowiu) za pomocą cienkiego metalowego drutu, zauważył, że prąd płynie swobodnie tylko w jednym kierunku. Odkrył efekt prostowniczy w punkcie styku metali i pewnych materiałów krystalicznych.
Braun zademonstrował to urządzenie półprzewodnikowe publiczności w Lipsku 14 listopada 1876 roku, ale nie znalazło ono żadnego użytecznego zastosowania aż do pojawienia się radia na początku 1900 roku, kiedy to zostało użyte jako detektor sygnału w zestawie „radia kryształkowego”. Potoczna nazwa opisowa detektora „wąsik kota” pochodzi od cienkiej metalowej sondy używanej do nawiązywania kontaktu elektrycznego z powierzchnią kryształu. Braun jest bardziej znany ze skonstruowania w 1897 roku oscyloskopu kineskopowego (CRT), znanego jako „lampa Brauna” (po niemiecku Braunsche Röhre). Podzielił Nagrodę Nobla w 1909 r. z Guglielmo Marconim za wkład w rozwój telegrafii bezprzewodowej, głównie za opracowanie przestrajalnych obwodów dla odbiorników radiowych.

Pierwszym człowiekiem, który zastosował półprzewodniki do celów praktycznych, był bengalski polimat Sir Jagadish Chandra Bose (1858-1937). Jagadish Chandra Bose (patrz pobliski portret) był genialnym fizykiem, biologiem, botanikiem, archeologiem, oraz pisarzem science fiction. Do odbioru promieniowania używał szeregu różnych metalowych złączy półprzewodnikowych połączonych szeregowo z bardzo czułym galwanometrem. Wynalazł kilka urządzeń półprzewodnikowych, z których pierwszym był jego detektor galenowy, który wymyślił w latach 1894-1898 i zademonstrował w Royal Institution Discourse w 1900 roku. W urządzeniu tym para styków punktowych (kocich wąsików), w tym przypadku galenowych, połączona była szeregowo ze źródłem napięcia i galwanometrem. Urządzenie to mogło wykrywać każdy rodzaj promieniowania, fale Hertza, fale świetlne i inne promieniowanie. Swój galenowy detektor punktowy nazwał sztuczną siatkówką (bo przez odpowiednie ustawienie można było go zrobić tak, by wykrywał tylko fale świetlne), uniwersalnym radiometrem. Bose uzyskał później pierwszy na świecie patent na urządzenie półprzewodnikowe, a mianowicie na detektor galenowy. Kryształy krzemu z Westinghouse’a dały jedne z najlepszych wyników. 20 sierpnia 1906 r. złożył on wniosek o patent USA „Means for receiving intelligent communication by electric waves” na krzemowy detektor punktowy (diodę), który został przyznany w listopadzie tego samego roku (patrz patent USA nr 836531 Pickarda). Wraz z dwoma wspólnikami Pickard założył firmę Wireless Specialty Apparatus Company, która wprowadzała na rynek kryształowe detektory radiowe typu „koci wąsik”. Była to prawdopodobnie pierwsza firma, która produkowała i sprzedawała krzemowe urządzenia półprzewodnikowe. Inny amerykański wynalazca-Henry Dunwoody otrzymał patent na system wykorzystujący punktowy detektor kontaktowy wykonany z karborundu (węglika krzemu) zaledwie kilka tygodni po Pickardzie.

W 1915 roku amerykański fizyk Manson Benedicks odkrył, że kryształ germanu może być używany do konwersji prądu zmiennego (alternating current) na prąd stały (direct current), tj. właściwości prostownicze kryształów germanu. W ten sposób german został dodany do listy półprzewodników. Do tego czasu była to krótka lista składająca się z krzemu, selenu i telluru.

W 1927 roku Amerykanie L.O. Grondahl i P.H. Geiger wynaleźli prostownik z tlenku miedzi. Patent USA 1640335 został wydany 23 sierpnia 1927 roku dla Grondahla.

W 1925 roku słynny wynalazca Julius Lilienfeld (patrz zdjęcie obok) złożył wniosek patentowy w Kanadzie, a w następnym roku w USA, opisując urządzenie, bardzo podobne do tranzystora MESFET, które nazwał wtedy Method and Apparatus for Controlling Electric Currents (patrz patent USA 1745175 Lilienfelda).
Julius Edgar Lilienfeld (1882-1963) był wybitną postacią w dziedzinie fizyki i elektroniki. Austriacki Żyd Lilienfeld urodził się we Lwowie w Austro-Węgrzech (obecnie Lwów na Ukrainie). Kształcił się (doktorat z fizyki) i mieszkał w Niemczech do połowy lat 20-tych, kiedy to zdecydował się na emigrację do USA. Oprócz wspomnianego wyżej patentu na pierwszy tranzystor, był posiadaczem kilku innych patentów w tej dziedzinie – patent USA 1900018 „Device for controlling electric current” z 1928 r. na cienkowarstwowy tranzystor MOSFET; patent USA 1877140 „Amplifier for electric currents” z 1928 r. na urządzenie półprzewodnikowe, w którym przepływ prądu jest kontrolowany przez porowatą warstwę metalu, półprzewodnikową wersję lampy próżniowej; patent USA 2013564 „Electrolytic condenser” z 1931 r. na pierwszy kondensator elektrolityczny. Kiedy Brattain, Bardeen i Shockley próbowali uzyskać patent na swój tranzystor, większość ich wniosków została odrzucona, a mianowicie z powodu patentów Lilienfelda.

W 1934 roku inny niemiecki naukowiec-Oskar Heil (1908-1994), inżynier elektryk i wynalazca, złożył wniosek o niemiecki patent na wczesne urządzenie podobne do tranzystora, opisując możliwość kontrolowania oporu w materiale półprzewodzącym za pomocą pola elektrycznego, które nazwał Ulepszeniami w lub odnoszącymi się do wzmacniaczy elektrycznych oraz innych układów i urządzeń kontrolnych. W 1935 roku Heil otrzymał patent brytyjski (patrz pobliski rysunek z patentu brytyjskiego), belgijski i francuski na swoje urządzenie.

W 1939 roku William Shockley i Walter Brattain, badacze z Bell Telephone Labs w New Jersey podjęli nieudaną próbę zbudowania wzmacniacza półprzewodnikowego poprzez wprowadzenie maleńkiej siatki sterującej do warstwy tlenku miedzi. Druga wojna światowa położyła kres ich eksperymentom. Jednak w 1947 roku ten sam Brattain, tym razem wraz z Johnem Bardeenem, wynaleźli tranzystor punktowy (patrz zdjęcie obok pierwszego tranzystora wykonanego z germanu). William Shockley (lider zespołu) nie był wtedy obecny i nie otrzymał uznania za wynalazek, co bardzo go wkurzyło. To akurat dobrze. Tranzystor punktowy był trudny w produkcji i niezbyt niezawodny. Nie był to też tranzystor, o jakim marzył Shockley, więc kontynuował pracę nad własnym pomysłem, który doprowadził do powstania tranzystora złączowego, który był łatwiejszy w produkcji i działał lepiej. Bardeen i Brattain złożyli wniosek patentowy 17 czerwca 1948 r., a patent został wydany 3 października 1950 r. (zobacz patent).

William Shockley złożył wniosek o swój pierwszy patent na tranzystor złączowy niemal w tym samym czasie – patent USA nr 2569347 został złożony 26 czerwca 1948 r. i wydany 25 września 1951 r. (zobacz pierwszy patent Shockleya).

John Bardeen (1908-1991), William Bradford Shockley (1910-1989) i Walter Houser Brattain (1902-1987), (patrz dolne zdjęcie), otrzymali Nagrodę Nobla z fizyki w 1956 roku „za badania nad półprzewodnikami i odkrycie efektu tranzystorowego”.

Bardeen (po lewej), Shockley (w środku) i Brattain (po prawej)

Jak działa tranzystor?

Konstrukcja tranzystora pozwala mu działać jako wzmacniacz lub przełącznik. Osiąga się to poprzez wykorzystanie niewielkiej ilości energii elektrycznej do kontrolowania bramki na znacznie większej ilości energii elektrycznej, podobnie jak obracanie zaworu w celu kontrolowania dopływu wody.
Tranzystory składają się z trzech części, zwanych bazą, kolektorem i emiterem. Podstawa jest brama kontroler urządzenie dla większego zasilania elektrycznego. Kolektor jest większe zasilanie elektryczne, a emiter jest wyjściem dla tego zasilania. Wysyłając różne poziomy prądu z bazy, ilość prądu płynącego przez bramkę z kolektora może być regulowana. W ten sposób bardzo mała ilość prądu może być użyta do kontrolowania dużej ilości prądu, jak we wzmacniaczu. Ten sam proces jest używany do tworzenia kodu binarnego dla procesorów cyfrowych, ale w tym przypadku próg napięcia pięciu woltów jest potrzebny do otwarcia bramki kolektora. W ten sposób tranzystor jest używany jako przełącznik z funkcją binarną: pięć woltów – WŁ, mniej niż pięć woltów – WYŁ.

.