Jak zaczęła się rewolucja

Przenieśmy się do roku 1874. Tak, bardzo dużo czasu musiało minąć, zanim pojawiły się tranzystory, jakie znamy. Cofamy się na sam początek historii półprzewodników, ponieważ od 1874 wszystko się zaczęło. W tym roku niemiecki naukowiec Karl Ferdinand Braun odkrył, że pewne kryształy przewodzą prąd tylko w jednym kierunku. Braun nie znalazł zastosowania dla tego zjawiska, ani nawet nie wymyślił nazwy "półprzewodnik" ani "dioda", jednak opisał materiały, które najsilniej wykazują to zjawisko.

Kolejnym bohaterem historii półprzewodników jest indyjski wynalazca Jagadish Chandra Bose, który w 1894 zastosował kryształ germanu w odbiorniku radiowym. Nie spodziewał się, że jego zaskakująco prosty wynalazek będzie używany jeszcze do lat 1970! Półprzewodnik Bose'a składał się z minerału zwanego galena oraz cieniutkiego złotego drucika, który delikatnie wbijał się w jego powierzchnię. 

W późniejszych czasach zaobserwowano, że kluczowym czynnikiem jakości efektu półprzewodnikowego jest czystość kryształu. Z tego powodu zaczęto umieszczać kryształ i drucik w małych szklanych rurkach, z których wypompowywano powietrze. W latach 1940 zaczęto stosować german, który okazał się lepszym półprzewodnikiem. Niedługo później odkryto jak osiągnąć dobrej jakości kryształy krzemowe.

Tak powstała dioda półprzewodnikowa, która przewodziła prąd w jedną stronę. Konkurowała ona wtedy z lampami elektronowymi. Była mniejsza, tańsza, nie potrzebowała grzejnika, by mogła działać. Odkrycie diody półprzewodnikowej było kamieniem milowym, jednak prawdziwa rewolucja półprzewodnikowa jeszcze się nie rozpoczęła...

A gdyby dodać trzecią elektrodę?

Pierwsze eksperymenty z "trzecią elektrodą" poczynił Julius Edgar Lilienfeld w 1925 roku. Próbował on opatentować takie rozwiązanie, jednak wątpliwe jest, by udało mi się stworzyć działający tranzystor. Jego prace można by uznać za teoretyczny opis, jak mógłby działać tranzystor, jednak nie udało się ich wykorzystać w praktyce, przynajmniej nie poza laboratorium.

W 1947 roku dwóch pracowników Bell Labs, John Bardeen, Walter Brattain oraz  William Shockley próbowali usprawnić działanie diody germanowej. Eksperyment polegał na zbudowaniu diody germanowej, jednak z tą różnicą, że w germanowy kryształ wbijano nie drucik, ale trójkątną płytkę. Trójkąt miał dwie krawędzie pokryte złotą folią przyklejoną w taki sposób, bo stworzyć dwie metalowe powierzchnie, nie stykające się ze sobą. W ten sposób została dodana trzecia elektroda. Dokonano przełomowego odkrycia - przepływ prądu przez folię na jednej krawędzi trójkąta powodował zmianę przepływu prądu na drugiej krawędzi. W ten sposób powstał tranzystor ostrzowy. Okazało się, że jeśli odpowiednio uformuje się elektrody, wówczas mały prąd płynący przez jedną z nich, powoduje przepływ dużo większego prądu przez drugą elektrodę. Elektrodę sterującą nazwano bazą, a sterowała ona prądem płynącym między kolektorem i emiterem.

Tranzystor ostrzowy został skomercjalizowany przez Western Electric. Miał wzmocnienie zaledwie kilkukrotne i sterował dość małymi prądami. Choć wczesne tranzystory miały parametry dużo słabsze od powszechnie stosowanych lamp elektronowych to miały kilka istotnych zalet. Aby pracować, lampa musi mieć cały czas włączony żarnik, który pobiera duży prąd i jest najbardziej awaryjnym elementem lampy, powodującym jej krótką żywotność. Tranzystor nie posiadał żarnika, więc jego sprawność była zdecydowanie większa. Wszyscy dostrzeli wielki potencjał w nowym wynalazku.

Kolejnym krokiem było zastąpienie ostrza tranzystora w dość ciekawy sposób. w 1950 roku naukowcy z Bell Labs napylali germanowe płytki różnymi pierwiastkami. Odkryli, że zmieniają ich właściwości półprzewodnikowe. Napylając odpowiednie warstwy, w 1951 roku zbudowano pierwszy "sandwitch transistor", który później nazwana tranzystorem złączowym.

W niedługim czasie rozpoczęto komercyjną produkcję radioodbiorników oraz szereg innych udoskonaleń. Najważniejszym z nich było zastąpienie germanowej płytki kryształem z krzemu. Okazał się mieć zdecydowanie lepsze parametry elektryczne. W roku 1956 panowie John Bardeen, Walter Brattain i William Shockley zostali uhonorowani Nagrodą Nobla. Obecnie wynalezienie tranzystora uważa się za najważniejszy wynalazek XX wieku.