miniatura|Réplica do primeiro transistor Un transistor é un dispositivo semicondutor usado para amplificar, conmutar, oscilar, rectificar ou modular os sinais electrónicos. O transistor é o compoñente principal de toda a electrónica moderna e permitiu o desenvolvemento da informática.
Nos circuítos analóxicos os transistores úsanse como amplificadores, exemplos son os amplificadores de son, as fontes de alimentación estabilizadas e os amplificadores de frecuencia.
Nos circuítos dixitais o transistor utilízase como un interruptor eléctrico moi rápido, e a organización sistemática dos transistores permite que funcionen como portas lóxicas, memorias tipo RAM e microprocesadores.
O transistor bipolar inventárono nos Laboratorios Bell dos Estados Unidos John Bardeen, Walter Houser Brattain e William Bradford Shockley en decembro de 1947 e substituíu a válvula termoiónica de tres eléctrodos ou tríodo. A primeira utilización práctica e popular deste dispositivo foi na fabricación de aparellos de radio AM/FM polo que impropiamente pasaron a recibir o nome de transistores.
Historia miniatura|277x277px|O tamaño dun transistor garda relación coa potencia que é capaz de manexar. O físico austro-húngaro Julius Edgar Lilienfeld solicitou no Canadá no ano 1925 unha patente para o que el denominou "un método e un aparello para controlar correntes eléctricas" e que se considera o antecesor dos actuais transistores de efecto campo, xa que estaba destinado a ser unha substitución de estado sólido do tríodo. Lilienfeld tamén solicitou patentes nos Estados Unidos nos anos 1926 e 1928. Con todo, Lilienfeld non publicou ningún artigo de investigación sobre os seus dispositivos nin as súas patentes citan algún exemplo específico dun prototipo de traballo. Debido a que a produción de materiais semicondutores de alta calidade non estaba dispoñible por entón, as ideas de Lilienfeld sobre amplificadores de estado sólido non atoparon un uso práctico nos anos 1920 e 1930, aínda que un dispositivo deste tipo xa se construíra.
En 1934, o inventor alemán Oskar Heil patentou en Alemaña e Gran Bretaña un dispositivo similar. Catro anos despois, os tamén alemáns Robert Pohl e Rudolf Hilsch efectuaron experimentos na Universidade de Göttingen, con cristais de bromuro de potasio, usando tres eléctrodos, cos cales lograron a amplificación de sinais de 1 Hz, pero as súas investigacións non conduciron a usos prácticos. Mentres tanto, a experimentación nos Laboratorios Bell con rectificadores a base de óxido de cobre e as explicacións sobre rectificadores a base de semicondutores por parte do alemán Walter Schottky e do inglés Nevill Mott, levaron a pensar en 1938 a William Shockley que era posible lograr a construción de amplificadores a base de semicondutores, no canto de tubos de baleiro.
Desde o 17 de novembro de 1947 ata o 23 de decembro de 1947, os físicos estadounidenses John Bardeen e Walter Houser Brattain dos Laboratorios Bell levaron a cabo diversos experimentos e observaron que cando dous contactos puntuais de ouro eran aplicados a un cristal de xermanio, producíase un sinal cunha potencia de saída maior que a de entrada. O líder do Grupo de Física do Estado Sólido William Shockley viu o potencial deste feito e, nos seguintes meses, traballou para ampliar en gran medida o coñecemento dos semicondutores. O termo "transistor" foi suxerido polo enxeñeiro estadounidense John R. Pierce, baseándose en dispositivos semicondutores xa coñecidos entón, como o termistor e o varistor e baseándose na propiedade de transrresistencia que mostraba o dispositivo. Segundo unha biografía de John Bardeen, Shockley propuxera que a primeira patente para un transistor dos Laboratorios Bell debía estar baseada no efecto de campo e que el fose nomeado como o inventor. Tendo redescuberto as patentes de Lilienfeld que quedaron no esquecemento anos atrás, os avogados dos Laboratorios Bell desaconsellaron a proposta de Shockley porque a idea dun transistor de efecto de campo non era nova. No seu lugar, o que Bardeen, Brattain e Shockley inventaron en 1947 foi o primeiro transistor de contacto de punto, cuxa primeira patente solicitaron os dous primeiros nomeados, o 17 de xuño de 1948, á cal seguiron outras patentes acerca de aplicacións deste dispositivo. En recoñecemento a este logro, Shockley, Bardeen e Brattain foron galardoados conxuntamente co Premio Nobel de Física de 1956 "polas súas investigacións sobre semicondutores e o seu descubrimento do efecto transistor".
En 1948, o transistor de contacto foi inventado independentemente polos físicos alemáns Herbert Mataré e Heinrich Welker, mentres traballaban na Compagnie des Freins et Signaux, unha subsidiaria francesa da estadounidense Westinghouse. Mataré tiña experiencia previa no desenvolvemento de rectificadores de cristal de silicio e de xermanio mentres traballaba con Welker no desenvolvemento dun radar alemán durante a segunda guerra mundial. Usando este coñecemento, comezou a investigar o fenómeno da "interferencia" que observara nos rectificadores de xermanio durante a guerra. En xuño de 1948, Mataré produciu resultados consistentes e reproducibles utilizando mostras de xermanio producidas por Welker, similares ao que Bardeen e Brattain lograran anteriormente en decembro de 1947. Ao darse conta de que os científicos dos Laboratorios Bell xa inventaran o transistor antes que eles, a empresa apresurouse a pór en produción o seu dispositivo chamado "transistron" para o seu uso na rede telefónica de Francia. O 26 de xuño de 1948, Wiliam Shockley solicitou a patente do transistor bipolar de unión e o 24 de agosto de 1951 solicitou a primeira patente dun transistor de efecto de campo, tal e como se declarou nese documento, no que se mencionou a estrutura que agora posúe. Ao ano seguinte, George Clement Dacey e Ian Ross, dos Laboratorios Bell, tiveron éxito ao fabricar este dispositivo, cuxa nova patente foi solicitada o 31 de outubro de 1952. Meses antes, o 9 de maio dese ano, o enxeñeiro Sidney Darlington solicitou a patente do arranxo de dous transistores coñecido actualmente como transistor Darlington.
O primeiro transistor de alta frecuencia foi o transistor de barreira de superficie de xermanio desenvolvido polos estadounidenses John Tiley e Richard Williams de Philco Corporation en 1953, capaz de operar con sinais de ata 60 MHz. Para fabricalo, usouse un procedemento creado polos xa mencionados inventores mediante o cal eran gravadas depresións nunha base de xermanio tipo N de ambos os lados con chorros de sulfato de indio ata que tivese unhas dez milésimas de polgada de espesor. O Indio electroprateado nas depresións formou o colector e o emisor. O primeiro receptor de radio para automóbiles que foi producido en 1955 por Chrysler e Philco; usou estes transistores nos seus circuítos e tamén foron os primeiros axeitados para as computadoras de alta velocidade desa época.
O primeiro transistor de silicio operativo foi desenvolvido nos Laboratorios Bell en xaneiro de 1954 polo químico Morris Tanenbaum. O 20 de xuño de 1955, Tanenbaum e Calvin Fuller, solicitaron unha patente para un procedemento inventado por ambos para producir dispositivos semicondutores. O primeiro transistor de silicio comercial foi producido por Texas Instruments en 1954 grazas ao traballo do experto Gordon Teal quen traballara previamente nos Laboratorios Bell no crecemento de cristais de alta pureza. O primeiro transistor MOSFET foi construído polo coreano-estadounidense Dawon Kahng e o exipcio Martin Atalla, ambos enxeñeiros dos Laboratorios Bell, en 1960.
Importancia O transistor é considerado por moitos como o máis grande invento do século XX. É o compoñente activo clave en practicamente toda a moderna electrónica. A súa importancia na sociedade actual baséase na súa capacidade de ser producido en masa mediante un proceso altamente automatizado (de fabricación de semicondutores), que consegue baixos custos por transistor.
Aínda que varias empresas producen cada unha máis de mil millóns de elementos individuais (coñecidos como transistores discretos) cada ano a gran maioría dos transistores prodúcese para circuítos integrados, microchips ou simplemente chips, xunto con díodos, resistencias, condensadores e outros compoñentes electrónicos para producir circuítos electrónicos completos. Unha porta lóxica componse de ata unha vintena de transistores mentres que un microprocesador avanzado, o 2006, podía utilizar ata 1,7 millóns de transistores (MOSFETs).Desenvolvemento da arquitectura dun procesador Intel multi-core . "Ao redor de 60 millóns de transistores construíronse no ano ... por cada home, muller e neno que hai na Terra".Turley, J. (18 de decembro de 2002). A solución do dous por cento
O baixo custo dun transistor, a súa flexibilidade e fiabilidade fixeron del un dispositivo único. Os circuítos transistorizados substituíron os dispositivos electromecánicos no control dos aparellos e maquinaria. A miúdo é máis fácil e máis barato utilizar un microcontrolador, e escribir un programa de ordenador para levar a cabo unha función de control que o deseño dunha función de control mecánica equivalente.
Uso miniatura|150px|BJT utilizado como un conmutador electrónico, na configuración terra-emisor. O transistor bipolar de unión, ou BJT, foi o primeiro transistor inventado, e ata a década de 1970, foi o máis comunmente utilizado. Mesmo despois de que o MOSFET estivese dispoñible, o BJT mantívose como o transistor que se usaba para moitos circuítos analóxicos como sinxelo amplificador debido á súa maior linealidade e facilidade de fabricación. As propiedades dos MOSFETs, como a súa utilidade en dispositivos de baixa potencia, xeralmente en configuración CMOS, permitiunos capturar case toda a cota de mercado para todos os circuítos dixitais. Os MOSFETs, máis recentemente, alcanzaron a maioría das aplicacións analóxicas, por exemplo circuítos analóxicos de reloxos, reguladores de voltaxe, amplificadores, transmisores de enerxía, controladores de motor etc.
A utilidade fundamental dun transistor vén da súa capacidade para utilizar un pequeno sinal aplicado entre un par de terminais para controlar un sinal moito máis grande noutro par de terminais. Esta propiedade denomínase ganancia. Un transistor pode controlar a súa saída en proporción ao sinal de entrada, é dicir, pode actuar como un amplificador electrónico. Ou ben, o transistor pódese utilizar para activar ou desactivar a corrente nun circuíto de control eléctrico como un conmutador, onde a cantidade de corrente está determinada por outros elementos do circuíto.
Base química do funcionamento dun transistor Estrutura atómica dos semicondutores As propiedades eléctricas dun material semicondutor están determinadas pola súa estrutura atómica. Nun cristal puro de xermanio ou de silicio, os átomos están unidos entre si en disposición periódica, formando unha reixa cúbica tipo diamante perfectamente regular. Cada átomo do cristal ten catro electróns de valencia, cada un dos cales interacciona co electrón do átomo veciño formando unha ligazón covalente. Ó non ter os electróns liberdade de movemento, a baixas temperaturas e en estado cristalino puro, o material actúa como un illante.
Papel das impurezas esquerda|Díodo semicondutor.|miniatura Pero os cristais de xermanio ou de silicio conteñen pequenas cantidades de impurezas que permiten conducir a electricidade, mesmo a baixas temperaturas. Segundo o tipo de impureza, hai dous efectos no cristal: As impurezas de fósforo, antimonio ou arsénico denomínanse impurezas doantes porque achegan un exceso de electróns. Este grupo de elementos teñen cinco electróns de valencia, dos cales só catro establecen ligazóns cos átomos de xermanio ou silicio. Por tanto, cando se aplica un campo eléctrico, os electróns restantes das impurezas doantes quedan libres para desprazarse a través do material cristalino.