Ez volt a múlt század egyik legfontosabb találmánya

John Bardeen a tranzisztor prototípusával 1988-ban.

Hetvenöt éve, 1947. december 23-án mutatták be az amerikai Bell cég New York-i laboratóriumában a múlt század egyik legfontosabb találmánya, a tranzisztor első működőképes példányát.

A három tudós 1956-ban megkapta a fizikai Nobel-díjat

A múlt század közepén még az elektroncső uralta az elektronikai ipart. A nagyméretű, sokat fogyasztó és csak foglalatban használható technológia azonban behatárolta a felhasználási lehetőséget, hordozható eszközökben való alkalmazásáról álmodni sem lehetett. Az első számítógép, az 1947-ben elektroncsövek felhasználásával készült Eniac harminc méter hosszú, háromméter magas volt és harminc tonnát nyomott, ráadásul a csöveket is állandóan cserélni kellett benne.

Akkoriban merész jóslatnak számított, hogy „a jövőben a komputerek súlya másfél tonna alatt lehet".

Az áttörést a Bell Telephone Laboratories három kutató fizikusa, Walter Brattain, William B. Shockley és John Bardeen érte el, akik a negyvenes évek végén kezdtek a félvezetőkkel foglalkozni, hogy az elektroncsövek kiváltására alkalmas eszközt alkossanak.

John Bardeen a tranzisztor prototípusával 1988-ban. Forrás: https://distributedmuseum.illinois.edu/exhibit/john_bardeen/

Brattain 1947. december 16-án germániumba aranylemezt préselt, és ha erre feszültséget kapcsolt, erősítést tapasztalt – a ma már hatalmasnak és ormótlannak tűnő konstrukcióban a műanyag keretre helyezett germánium lapkához nagyméretű arany érintkezők kapcsolódtak.

Viszont működött, s amikor egy zenei erősítőben az elektroncső helyébe építették, Brattain feljegyzése szerint „a beszédhang határozott erősítését lehetett tapasztalni., a minőségben észrevehető változás nem történt". A találmányt egy héttel később, 1947. december 23-án mutatták be a laboratórium vezetőinek. A három tudós 1956-ban megkapta a fizikai Nobel-díjat „a félvezetőkkel kapcsolatos kutatásaiért és a tranzisztor-effektus felfedezéséért".

Teljesen kiszorította az elektroncsöveket

Az új eszköznek ekkor még nem volt neve, a tranzisztor kifejezést (az angol transfer és resistor szavak összevonásából, jelentése: átviteli ellenállás) egy tudományos-fantasztikus irodalommal is foglalkozó kollégájuk javasolta. A tranzisztort 1948. június 17-én szabadalmaztatták, a bejelentést azonban méla közöny fogadta, a lapok legfeljebb kis hírben számoltak be róla.

A helyzet csak azután változott meg, hogy 1951-ben megszületett a könnyebben gyártható és stabilabb rétegtranzisztor, amely az ötvenes évek végére szinte teljesen kiszorította az elektroncsöveket.

Elektroncső. Két vagy több elektródát tartalmazó vákuumcső, amellyel áramkörök áramerőssége szabályozható. A csőben az elektronokat egy izzó katód bocsátja ki. Az elektronokat a pozitív feszültségű anód vonzza magához. Ezt az áramot az anód és katód között elhelyezkedő rácsnak nevezett változtatható feszültségű elektródával szabályozhatjuk. Az elektroncső legegyszerűbb formája a rácsot nem tartalmazó, kételektródás dióda, amelyet egyenirányításra használnak. Régebben az elektroncsöveket az elektronika minden területén használták, mára azonban a legtöbb területről kiszorították őket a félvezetők, pl. a tranzisztorok. Az ábra egy elektroncső és egy "hagyományos" tranzisztor méretarányát szemlélteti. Az integrált áramkörökben egy ilyen tranzisztornyi méretben akár több tízezer tranzisztornak megfelelő áramköri elem helyezhető el. Forrás: http://www.vilaglex.hu/Lexikon/Html/ElektCso_.htm

A kicsi, csekély hőtermelésű és energiafogyasztású, megbízható tranzisztorok kulcsszerepet játszottak a technika fejlődésében. Méretük egyre csökkent: az elsők közül néhány darab még megtöltött egy cipős dobozt, manapság több milliót tudnak összezsúfolni egy kis lapocskán. Az első tranzisztoros rádiót 1954-ben Amerikában kezdték árulni, horribilis áron, a zsebrádiót 1957-ben a japán Sony dobta piacra.

Ez volt az első rádió, amelyet tulajdonosa (igaz, túlméretezett) zsebbe tehetett és kivihetett a lakásból.

Tranzisztort először 1958-ban építettek be számítógépbe, s ma már minden kicsit is bonyolultabb berendezésben van belőlük.

Hasonló méretben és külsővel újra elkészítették

A hatvanas évek végétől az egyes tranzisztorokat felváltották az integrált áramkörök, amelyekben egy apró félvezető lapkán több tranzisztort, diódát és ellenállást alakítanak ki. A Sony már említett, hattranzisztoros rádióját 1989-ben hasonló méretben és külsővel újra elkészítették:

ebben már 31 758 tranzisztorral egyenértékű integrált áramkör volt, teljesítménye, a hang minősége természetesen nem összehasonlítható az eredeti darabbal.

Különböző kialakítású tranzisztorok – az egyes típusok feletti feliratok a tranzisztor tokozását (kialakítását) jelzik Forrás: Wikimedia Commons/Ulfbastel

űAz integrált áramkörökön összezsúfolt tranzisztorok száma az 1965-ben megfogalmazott és még mindig érvényesülő Moore-törvény értelmében mintegy kétévente megkétszereződik, a mai legfejlettebb, 3 nanométeres chipgyártási technológiával negyedmilliárd tranzisztor fér el egy négyzetmilliméteren.

Az Intel számítástechnikai cég becslése szerint 1960 és 2018 között 13 trilliárd (a trilliárd a 10 21-ik hatványa, azaz az egyes után 21 nullát kell írni) készült a világban.

Érdekes elképzelni néhány mai, mindennap használt eszköz méretét akkor, ha tranzisztorok helyett elektroncsövekkel kellett volna megépíteni: egy mobiltelefon a Washington-emlékműnél is nagyobb lenne, egy hordozható számítógép központi tárolója pedig egy felhőkarcolóval vetekedne.

A tranzisztor előnyei és hátrányai

A tranzisztor nemcsak méreteiben, hanem egyéb elektromos jellemzőiben is más, mint az elektroncső, amivel szemben számos előnye és hátránya van.

Szovjet tranzisztorok Forrás: Wikimedia Commons/Dmitry G

A tranzisztor alkalmazásának legfontosabb előnyei:

• kis méret;
• katódfűtés elmaradása;
• kisebb működési feszültség;
• a tranzisztoros készülék bekapcsolás után azonnal üzemkész, nincs szükség bemelegedési időre;
• kisebb teljesítmények miatt telepes (elemes) táplálás is megoldható a méretek miniatürizálásával;
• hosszú élettartam;
• komplementer eszközök gyártásával az áramkörök egyszerűsíthetőek, míg elektroncsőből nem gyártható komplementer elem;
• nagyobb mechanikai stabilitás.

A tranzisztor néhány tulajdonságában hátrányban van az elektroncsővel szemben. Így például:

• nagyfeszültségű vagy nagyteljesítményű alkalmazásokra az elektroncsövek alkalmazása előnyösebb (például mikrosütő klisztron, földi TV-adó nagyteljesítményű egysége stb.);
• a kommersz félvezetők egyes típusai nagyon érzékenyek az elektrosztatikus feltöltődésre, meghibásodhatnak akár egy műszálas ruha feltöltődésétől is;
• a pillanatnyi túlterheléseket az elektroncső jobban elviseli;
• érzékeny a radioaktív és kozmikus sugárzásra;
• nagy torzítása és nemlineáris karakterisztikája miatt nemkívánatos rádióvételi jelenségek, gerjedések keletkez(het)nek, amelyeket külön áramkörrel kell megszüntetni;
• elektroncsöves erősítők hangzása kellemesebb a kevesebb belső torzítás miatt.

Az Oregoni Állami Egyetem (OSU) és a Hewlett-Packard 2004-ben bejelentette, hogy kikísérletezték az anyagok egy teljesen új csoportját, amelyekből olcsó, stabil és környezetbarát tranzisztorok gyárthatók. Az eszközök ráadásul átlátszóak.

A felfedezés lehetővé teszi majd, hogy kijelzővé vagy szkennerré alakíthassanak majd bármilyen üvegfelületet

– mondta Tim Weber, a HP kutatólaboratóriumának igazgatója. – Pár olyan dolog, ami a hollywoodi produkciókban trükkfelvétel volt, hamarosan valósággá válik.

(MTVA Sajtóarchívum, Origó)