miniatura|300x300px| Model de transistors puntuals de Bardeen i Brattain. El triangle del mig és un prisma transparent, al llarg de les vores del qual s'enganxen tires de làmina: els cables del col·lector i de l'emissor. La base és metàl·lica sobre la qual hi ha muntat un cristall de germani.
Un transistor és un dispositiu semiconductor amb almenys tres terminals per connectar-se a un circuit elèctric. En el cas comú, el tercer terminal controla el flux de corrent entre els altres dos terminals. Això es pot utilitzar per a l'amplificació, com en el cas d'un receptor de ràdio, o per a la commutació ràpida, com en el cas dels circuits digitals. El transistor va substituir el tríode de vàlvula de buit, també anomenat vàlvula (termiònica), que era molt més gran i utilitzava molta més potència per funcionar. El primer transistor es va demostrar amb èxit el 23 de desembre de 1947 als Laboratoris Bell de Murray Hill, Nova Jersey. Bell Labs era la branca d'investigació d'American Telephone and Telegraph (AT&T). Les tres persones a qui se li atribueix la invenció del transistor van ser William Shockley, John Bardeen i Walter Brattain. La introducció del transistor sovint es considera un dels invents més importants de la història.
Els transistors es classifiquen en dues categories generals: transistors d'unió bipolar (BJT) i transistors d'efecte de camp (FET).
El principi d'un transistor d'efecte de camp va ser proposat per Julius Edgar Lilienfeld el 1925. John Bardeen, Walter Brattain i William Shockley van inventar els primers transistors funcionals als Laboratoris Bell, el transistor de contacte puntual el 1947. Shockley va introduir el transistor de unió bipolar millorat el 1948, que va entrar en producció a principis dels anys cinquanta i va conduir al primer ús generalitzat de transistors.
El MOSFET va ser inventat als Laboratoris Bell entre 1955 i 1960, després que Frosch i Derick descobrissin la passivació superficial pel diòxid de silici i utilitzessin la seva troballa per crear els primers transistors planars, els primers en què el dren i la font eren adjacents a la mateixa superfície. Aquest avenç va conduir a la producció en massa de transistors MOS per a una àmplia gamma d'usos, convertint-se en la base dels processadors i les memòries sòlides. El MOSFET s'ha convertit des de llavors en el dispositiu més fabricat de la història
Orígens del concepte de transistor miniatura|Julius Edgar Lilienfeld, c. 1934 miniatura|John Bardeen, William Shockley i Walter Brattain als Laboratoris Bell, 1948 +Línia temporal de la tecnologia dels transistors (resum)AnyTecnologiaOrganització1947Contacte de puntsBell Labs1948Cruïlla cultivadaBell Labs1951Unió d'aliatgeGeneral Electric1953Barrera superficialPhilco1953JFETBell Labs1954Base difusaBell Labs1954MesaBell Labs1959PlanarFairchild1959MOSFETBell Labs La primera patent per al principi del transistor d'efecte de camp va ser presentada al Canadà pel físic austrohongarès Julius Edgar Lilienfeld el 22 d'octubre de 1925, però Lilienfeld no va publicar cap article de recerca sobre els seus dispositius i el seu treball va ser ignorat per la indústria. El 1934, el físic alemany Dr. Oskar Heil va patentar un altre transistor d'efecte de camp. No hi ha proves directes que aquests dispositius es van construir, però treballs posteriors a la dècada de 1990 mostren que un dels dissenys de Lilienfeld va funcionar tal com es va descriure i va donar un guany substancial. Els documents legals de la patent de Bell Labs mostren que William Shockley i un col·laborador de Bell Labs, Gerald Pearson, havien construït versions operatives a partir de les patents de Lilienfeld, tot i que els seus dissenys finals de transistors es basaven en principis diferents.
El treball del Laboratori Bell sobre el transistor va sorgir dels esforços en temps de guerra per produir díodes mescladors de "cristall" de germani extremadament purs, utilitzats en unitats de radar com a element mesclador de freqüències en receptors de radar de microones. Un projecte paral·lel sobre díodes de germani a la Universitat Purdue va aconseguir produir els cristalls semiconductors de germani de bona qualitat que es van utilitzar als Laboratoris Bell.Bray, Ralph "The Origin of Semiconductor Research at Purdue". Purdue University, Department of Physics. Els primers circuits basats en vàlvules no canviaven prou ràpid per a aquesta funció, cosa que va portar l'equip de Bell a utilitzar díodes d'estat sòlid.
Després de la guerra, Shockley va decidir intentar construir un dispositiu semiconductor semblant a un tríode. Va aconseguir finançament i espai al laboratori, i es va posar a treballar en el problema amb Bardeen i Brattain. John Bardeen va desenvolupar finalment una nova branca de la mecànica quàntica coneguda com a física de superfícies per explicar el comportament "estrany" que van veure, i Bardeen i Walter Brattain finalment van aconseguir construir un dispositiu funcional.
La clau per al desenvolupament del transistor va ser la comprensió més profunda del procés de mobilitat dels electrons en un semiconductor. Es va adonar que si hi havia alguna manera de controlar el flux dels electrons des de l'emissor fins al col·lector d'aquest díode recentment descobert (descobert el 1874; patentat el 1906), es podria construir un amplificador. Per exemple, si es col·loquessin contactes a banda i banda d'un sol tipus de cristall, el corrent no hi fluiria. Tanmateix, si un tercer contacte pogués "injectar" electrons o forats al material, el corrent fluiria.
De fet, fer això semblava molt difícil. Si el cristall fos d'una mida raonable, el nombre d'electrons (o forats) que caldria injectar hauria de ser molt gran, cosa que el faria menys útil com a amplificador, ja que requeriria un gran corrent d'injecció per començar. Dit això, la idea general del díode de cristall era que el cristall en si mateix pogués proporcionar els electrons a una distància molt petita, la regió d'esgotament. La clau semblava ser col·locar els contactes d'entrada i sortida molt a prop l'un de l'altre a la superfície del cristall a banda i banda d'aquesta regió.
Brattain va començar a treballar en la construcció d'un dispositiu d'aquest tipus, i a mesura que l'equip treballava en el problema, van continuar apareixent indicis temptadors d'amplificació. De vegades el sistema funcionava, però després deixava de funcionar inesperadament. En un cas, un sistema que no funcionava va començar a funcionar quan es va submergir a l'aigua. Els electrons de qualsevol tros del cristall migrarien a causa de les càrregues properes. Els electrons dels emissors, o els "forats" dels col·lectors, s'agruparien a la superfície del cristall, on podrien trobar la seva càrrega oposada "flotant" a l'aire (o a l'aigua). Tot i això, es podrien allunyar de la superfície amb l'aplicació d'una petita quantitat de càrrega des de qualsevol altre lloc del cristall. En lloc de necessitar un gran subministrament d'electrons injectats, un nombre molt petit al lloc correcte del cristall aconseguiria el mateix.
La seva comprensió va resoldre fins a cert punt el problema de necessitar una àrea de control molt petita. En lloc de necessitar dos semiconductors separats connectats per una regió comuna, però petita, serviria una única superfície més gran. Els cables de l'emissor i del col·lector es col·locarien molt a prop l'un de l'altre a la part superior, amb el cable de control col·locat a la base del cristall. Quan s'aplicava corrent al cable "base", els electrons o forats eren empesos cap a fora, a través del bloc de semiconductor, i s'acumulaven a la superfície més allunyada. Sempre que l'emissor i el col·lector estiguessin molt a prop, això hauria de permetre que hi hagués prou electrons o forats entre ells per permetre que comencés la conducció.
Un dels primers testimonis del fenomen va ser Ralph Bray, un jove estudiant de postgrau. Es va unir a l'esforç del germani a la Universitat Purdue el novembre de 1943 i se li va encomanar la difícil tasca de mesurar la resistència d'expansió en el contacte metall-semiconductor. Bray va trobar moltes anomalies, com ara barreres internes d'alta resistivitat en algunes mostres de germani. El fenomen més curiós va ser la resistència excepcionalment baixa observada quan s'aplicaven polsos de tensió. Aquest efecte va romandre un misteri perquè ningú no es va adonar, fins al 1948, que Bray havia observat la injeccióde portadors l'efecte que William Shockley va identificar als Bell Labs i va fer realitat el transistor.
Bray va escriure: "Aquest va ser l'únic aspecte que vam passar per alt, però fins i tot si haguéssim entès la idea de la injecció de portadors de minories... hauríem dit: 'Oh, això explica els nostres efectes.'Potser no hauríem dit necessàriament, 'Comencem a fer transistors', obrim una fàbrica i els venem... En aquell moment, el dispositiu important era el rectificador d'alta tensió".R. Bray, interview with P. Henriksen, 14 May 1982, Niels Bohr Library, American Institute of Physics, New York.
L'equip de recerca de Shockley inicialment va intentar construir un transistor d'efecte de camp (FET), intentant modular la conductivitat d'un semiconductor, però no va tenir èxit, principalment a causa de problemes amb els estats superficials, l'enllaç penjant i els materials compostos de germani i coure. En el curs dels seus intents d'entendre les misterioses raons darrere del seu fracàs a l'hora de construir un FET funcional, això els va portar a inventar els transistors bipolars de contacte puntual i d'unió.
Primer transistor funcional miniatura|Una rèplica estilitzada del primer transistor L'equip de Bell va fer molts intents per construir un sistema d'aquest tipus amb diverses eines, però generalment van fracassar. Les configuracions on els contactes eren prou propers eren invariablement tan fràgils com ho havien estat els detectors de bigotis de gat originals, i només funcionaven breument, si és que ho feien. Finalment van aconseguir un avenç pràctic. Es va enganxar un tros de làmina d'or a la vora d'una falca triangular de plàstic i, a continuació, es va tallar la làmina amb una navalla a la punta del triangle. El resultat van ser dos contactes d'or molt propers. Quan el plàstic es pressionava cap avall sobre la superfície d'un cristall i s'aplicava voltatge a l'altre costat (a la base del cristall), el corrent començava a fluir d'un contacte a l'altre a mesura que el voltatge de base empenyia els electrons lluny de la base cap a l'altre costat, a prop dels contactes. S'havia inventat el transistor de contacte.
Segons l'entrada del quadern de laboratori de Walter Brattain del 15 de desembre de 1947, "Quan els punts estaven molt a prop, es va obtenir un amperatge de voltatge d'aproximadament 2, però no un amperatge de potència. Aquesta amplificació de voltatge era independent de la freqüència de 10 a 10.000 cicles".W. H. Brattain, entry of 15 December 1947, laboratory notebook, case 38139-7. Bell Laboratories archives.
A les notes del 16 de desembre de 1947, "Utilitzant aquest contacte de doble punt, es va fer contacte amb una superfície de germani que havia estat anoditzada a 90 volts, es va rentar l'electròlit amb H2O i després s'hi van evaporar algunes taques d'or. Els contactes d'or es van pressionar contra la superfície nua. Tots dos contactes d'or a la superfície es van rectificar bé... La separació entre els punts era d'uns 4 × 10−3 cm. Un punt es va utilitzar com a reixa i l'altre com a placa. La polarització (CC) de la reixa havia de ser positiva per obtenir amplificació... guany de potència 1,3 guany de voltatge 15 en una polarització de placa d'uns 15 volts".Brattain, entry of 16 December 1947 (ibid)