Transistor heisst ein elektronisches Schaltelement, das auf Halbleiter beruht. Transistoren haben die Röhren und Relais als Schaltelemente ersetzt. Sie wurden rasch sehr klein gebaut und schliesslich in integrierten Schaltungen aufgehoben. Die Bilder zeigen einen kommerziellen und den berühmten ersten Transistor, mit welchem Wiliam Shockley, John Bardeen und Walter Brattain einen Nobelpreis abholten. (Wie zu allen patentierten Erfindungen gibt es dazu im Internet die unglaublichsten Geschichten). Zum Ausdruck "Transistor": Umgangssprachlich nenne ich den Transitor Verstärker. Der Transistor macht Transitionen.

Bildquelle: Wikipedia Prinzipieller Aufbau eines n-Kanal-MOSFETs im Querschnitt

Zur Funktionsweise als Relais: Im sogenannten Gate wird durch einen - sekundären - Strom der Schalter zwischen der Quelle und der Senke geschlossen, so dass der - primäre - Strom fliessen kann. Den sekundären Strom bezeichne ich als Information, auf dieser Konstruktion beruht jede Regelung. Eine konstruktive Eigenheit des Transistors gegenüber dem Relais besteht darin, dass die beiden Stromkreise eine Leitung gemeinsam nutzen, so dass im Prinzip nur drei Anschlüsse nötig sind. Transistoren haben drei Beine. Mich interessiert hier vor allem die Verwendung des Transistors in Prozessoren von Computern (Computertechnik).

Prinzipieller Aufbau eines n-Kanal-MOSFETs im QuerschnittBildquelle: Wikipedia

Prinzipielle Funktionsweise, die auch gut zeigt, warum es nur drei Beine braucht QuerschnittBildquelle: Wikipedia

Hinweis:
Es gibt unzählige technische Varianten, einige haben sich vor allem deshalb durchgesetzt, weil sie günstig zu produzieren sind.
Die physikalisch beschriebenen Verhältnisse, etwa welche Elektronen(typen) sich wann wo bewegen, sind sehr kompliziert, aber für die Relaisfunktion, die hier gemeint ist, unerheblich.

Zur Funktionsweise als Relais: Vermutung: Das Relais wird gemeinhin als Verstärker benutzt, das bedeutet es sich 2 Stromstärken im Spiel Der Tansistor wird - im Computer - nicht als Verstärker benutzt: es ist nur 1 Stromstärke im Spiel Beim Transistoer brauche ich nur 3 Leitungen Die Steuerleitung und die gesteuerte Leitung verwende dieselbe Senke. Warum geht das bei Relais nicht? Das geht beim Relais auch !! Nur beim Verstärken muss ich nochmals schauen ! Das Wasser-Modell

Prinzipielle Funktionsweise, die auch gut zeigt, warum es nur drei Beine braucht QuerschnittBildquelle: Wikipedia

December 23, 1947 John Bardeen, Walter Brattain and William Shockley demonstrate the transistor at Bell Laboratories in NJ. It's been called the most important invention of the 20th century. The transistor is a semiconductor device that can amplify or switch electrical signals. Eine kurze Transistor-Historie Der erste Transistor wurde in den USA entwickelt, 16(23).12.1947 by Bell Labs. Andere Quellen nennen Robert Denk, Deutschland, 1947-1948. Vorteil des Transistors gegenueber der Roehre: Keine Heizung, geringe Betriebsspannung, geringe Waerme-Entwicklung, kompakte Bauweise, lange Lebensdauer. Der Transistor revolutionierte die gesamte Elektronik des vorigen Jahrhunderts. Die ersten Transistoren konnten nur Niederfrequenz verarbeiten. Aber schon bald wurde auch Hochfrequenz-Verstaerkung bis ca 3 MHz moeglich. Die ersten UKW Transistoren kamen schon um 1960 auf den Markt. Die ersten UKW-Portables mit Transistoren gab es in Deutschland ab 1961.

Später wurden Silizium-Transistoren entwickelt. Diese Transistoren waren weniger hitzeempfindlich und konnten mit hoeheren Spannungen arbeiten.

Erfinder: John Bardeen, William Schockley, Walter Brattain (Funkschau, Heft 24,1948), zivile Produktion seit 1951-52. Fruehe Transistoren wurden von Bell Labs, Raytheon, WE, STC, etc. Die ersten Typen waren Spitzen-Kontakt-Typen, spaeter kam der Flächen-Kontakt-Typ in Gebrauch. Bekannte Typen in den USA: CK703 von Raytheon, G11 von GE (General Electric), 2N32 von RCA, 2N21 by WE (Western Electric).

Die englische Firma GEC hatten im Juli 1948 ebenfalls einen Transistor gebaut. Phillips in den Niederlanden auch?

In Frankreich konstruierten auch Matare und Welker einen Transistor (Transitron Triode), 1948.

Der erste deutsche Serientransistor wurde von SAF im Winter 1952 hergestellt, Typ VS200 (Funkschau, Heft 1 1953 und Heft 12, 1953). Dieser Transistor kostete 15 DM, eine Menge Geld damals.

CSF, NSF, Rost und Intermetall waren ebenfalls in Deutschland aktiv.

Der Begriff kommt aus dem Englischen und steht für "transfer resistor", was soviel heißt wie "Übertragungswiderstand".

Das Halbleiterelement, das als Schalter funktioniert bzw. durch An- oder Ausschalten elektrische Signale sendet und Grundbaustein integrierter Schaltungen ist, wurde von Guy Clavel erfunden. Im Vergleich zu den vorher eingesetzten Elektronenröhren sind Transistoren viel kleiner, benötigen weniger Energie und sind weniger störanfällig.

Die Transistoren von CMOS - Prozessoren bestehen aus Metall als elektrisch leitendem Material, Siliziumoxid als nicht leitendem Material und Silizium als Halbleiter. Am Anfang der CPU-Entwicklung hatte ein Transistor eine Strukturbreite von 10 Mikron, was in etwa dem Durchmesser eines menschlichen Haares entspricht (1 Mikron = 1 Mikrometer = 1 Tausendstel Millimeter). Der Pentium II basiert auf einer 0,35 Mikron-Technik, so daß 7,5 Millionen Transistoren samt First-Level-Cache und FPU auf das Silizium-Plättchen passen.

Rund 50 Jahre nach seiner Erfindung existieren auf der Welt 200 Billiarden Transistoren. Die Geschichte des Verstärkerelements aus Halbleitermaterial beginnt Ende des Zweiten Weltkriegs. Die großen Telefongesellschaften in den USA sehen einen außerordentlichen Zuwachs im Telekommunikations-Bereich voraus. Die bis dahin verwendeten sperrigen und enorme Hitze ausstrahlenden Elektronenröhren, die zur Verstärkung der elektronischen Signale in Fernsehern und Radios verwendet wurden, können für diese Entwicklung nicht mehr verwendet werden.
So machen sich ein Gruppe von Forschern der Bell-Labore in Englewood (US-Bundesstaat New Jersey) an die Arbeit, und am Tag vor Heiligabend des Jahres 1947 stellen John Bardeen, Walter Brattain und William Schockley den ersten Prototyp vor. Bestehend aus einer kleinen Klammer, zwei schmalen Plättchen aus Gold und dem Halbleitermaterial Germanium wird der Transistor geboren. Die Erfindung, von Mitschöpfer Schockley als "nervöse Zelle" der modernen Welt bezeichnet, findet seine erste Anwendung umgehend im Telefon. Zunächst dient der Transistor als Spannungsverstärker für die Hörer der Telefonistinnen. Von 1952 an wird der Mini-Verstärker im Zentralsystem der Telefongesellschaft Bell eingebaut. Und von nun an sind überregionale Telefonate auch ohne Hilfe des "Fräuleins vom Amt" möglich. Heutzutage verfügt ein einfacher digitaler Telefonapparat über fünf Millionen Transistoren.
Zwei Jahre später kündigt der US-Elektronikkonzern IBM seinen ersten mit Transistoren vollständig ausgerüsteten Computer an. Im selben Jahr wird mit großem Werbeaufwand der "Transistor" vorgestellt. Hinter dieser Bezeichnung verstecken sich die Radiogeräte, die mit der neuen Technologie ausgestattet sind und die alten Riesenradiogeräte schnell verdrängen. Fernseher, HiFi-Stereoanlagen, Fotoapparate sowie Uhren und Radarsysteme kommen in den folgenden Jahren ohne das technische Wunderwerk nicht mehr aus. Die Bell-Laboratorien perfektionierten in der Folgezeit ihre Erfindung, und zu Beginn der 60er Jahre waren integrierten Schaltungen mit hunderten von Transistoren weit verbreitet.

Heute ist Verkleinerung eines der Schlüsselworte in der Geschichte der Transistoren. Würde eines der heute gängigen Mobiltelefone mit dem alten Elektronenröhren-System gebaut, so hätte es ungefähr die Höhe des Kölner Doms, der rund 160 Meter mißt. Neueste Transistoren, mit denen heute experimentiert wird, messen 0,03 Mikrometer und sind somit tausend mal kleiner und feiner als ein Haar.

Mit der Massenproduktion des Transistors von einer halben Milliarde Stück pro Sekunde purzelten auch die Preise des Verstärkerelements. Anfang der 50er Jahre kostete er noch 45 Dollar. Gegenwärtig sind Transistoren für den Bruchteil eines US-Cents zu haben.

Intel-Forscher stellen weltweit kleinsten Transistor vor
(New York Times, 15.12.2000)

Forscher des führenden Chip-Herstellers Intel haben den weltweit kleinsten und schnellsten Transistor im Dezember 2000 auf einer Fachtagung in San Francisco vorgestellt. Mit Hilfe der winzigen Prozessor-Bausteine will Intel künftig kleine, aber zehn Mal schnellere Microchips als bisher fertigen, teilte das Unternehmen mit. "Unsere Transistoren werden die nächste Stufe im Computer-Bereich einläuten", sagte Andreas Dott, Spezialist für Microprozessoren bei Intel. Künftig könnten PCs und mobile Geräte so leistungsfähig sein, dass speicherintensive Funktionen wie sprachgesteuerte Menüführung oder sogar Simultan-Übersetzungen kein Problem mehr darstellten. "Die Sprache wird statt der Tastatur die Schlüsselfunktion werden", sagte Dott.

"Mit diesem Durchbruch wird Intel weiter die Leistungsfähigkeit der Computer steigern und zugleich die Kosten für Microprozessoren verringern können", sagte Sunlin Chou von Intel. Künftige Prozessoren werden aus 400 Millionen und mehr Transistoren bestehen und mit einer Taktfrequenz von 10 GHz arbeiten können, sagte Dott. Auf den heutigen Pentium-4 -Prozessoren, die mit maximal 1,5 GHz arbeiten, finden dagegen "nur" 42 Millionen Transistoren Platz. Für die nächsten Jahre erwartet Dott, dass die Software-Entwickler zahlreiche neue Anwendungen entwickeln, die diese Leistungsfähigkeit nutzen.

Transistoren sind die Bausteine eines jeden Mikroprozessors und senden durch An- oder Ausschalten elektrische Signale. Dabei wird ein Elektron durch das so genannte Transistor-Tor (Gate) geschickt. Die neuen Intel-Transistoren sollen eine Breite von nur noch 0,03 Mikrometer haben. Ein Stapel von 100.000 Transistor-Toren wäre gerade einmal so dick wie ein Blatt Papier. 12 Millionen Transistor-Tore kämen übereinander gelegt damit auf eine Höhe von einem Zentimeter. Die ersten Transistoren der neuen Generation sollen Intel zufolge im Jahr 2005 in die Massenproduktion gehen.

Motorola meldet den dünnsten Transistor
(Meldung von ZDNet News am 3.12.1999)

Motorola hat nach eigenen Angaben den weltweit dünnsten Transistor entwickelt. Wenn die Technik konsequent angewendet würde, hätten PCs bald die Größe eines Handys, sagte der Entwickler Jerry Hallmark aus den Motorola-Labors in Tempe, Arizona.

Die Schrumpfung um gut das Vierfache gegenüber üblichen Transistoren sei durch den Einsatz von Perovskit anstelle von Silizium möglich. In Massen sollen Chips mit der neuen Technik ab 2004 / 2005 produziert werden können.

Im November 1999 hatte der Professor für Elektrotechnik Chenming Hu von der University of California in Berkeley einen neuen Halbleitertyp namens "Finfet" vorgestellt, der Chips mit 400mal mehr Transistoren herstellen könne. Das Besondere an dem Halbleiter: Er verändert das Design des "Gate" des Transistors, der den Stromfluß kontrolliert. Normalerweise ist dieses Gate ein flacher Leiter, der nur eine Seite bedient. Das Team aus Berkeley hat den Leiter nun gegabelt, so daß beide Seiten kontrolliert werden können.

Die Chipindustrie wartet bereits seit längerem auf einen Durchbruch bei der Verkleinerung von Halbleitern. In den vergangenen drei Jahrzehnten wurden die Chips immer kleiner und leistungsfähiger - man ging von einer Verdopplung der Zahl an Transistor en auf einem Chip alle 18 Monate aus. Dieser Vorgang würde irgendwann an seine physikalischen Grenzen stoßen - wenn nicht ein "Durchbruch" im Design von Prozessoren neue Wege erlauben würde

1947 W. Shockley entwickelt den ersten Transistor auf dem Grundstoff Germanium.
1953 Texas Instruments eröffnet ein Halbleiterlabor in Dallas.
1954 Die Vorstellung des ersten Transistors aus Silizium.
W. Shockley öffnet ein Labor nah der Stanford University in Palo Alto, die als Keimzelle von Silicon Valley gilt. In diesem Jahr begann auch der Wettstreit um den besseren Grundstoff: Germanium oder Silizium.
1956 W. Shockley erhält einen Nobelpreis W. Shockley hält Germanium für den besseren Grundstoff; seine Schüler Silizium.
1957 Shockley’s Schüler trennen sich von W. Shockley. Sie werden als "acht Verräter" bezeichnet: Eugene Klinger, Jay Last, Victor Ginrich, Jean Hoerni, Sheldon Roberts, Julius Blank, Gordon E. Moore, Robert N. Noyce.
Die "acht Verräter" bilden mit einem Wagniskapital die "Fairchild Semiconductor Corp."
1958 Fairchild Semiconductor Corp. stellen den ersten Transistor basierend auf dem Grundstoff Silium vor.
1959 Jack Kilby * (Texas Instuments) und Robert N. Noyce (Mitgründer von Fairchild Semiconductor) erfinden den "integrierten Schalkreis" (IC).
Robert N. Noyce und Gordon Moore bilden in Santa Clara die Firma „Intel“. Andrew Grove baut "Intel" in den 1990er Jahren zum größten Halbleiterunternehmen der Welt aus.
1960 Jean Hoerni revolutioniert mit dem, von ihm erfundenen „Planar-Verfahren“ die Halbleiterherstellung.
Seit den 60er Jahren wurden über 1000 Milliarden Dollar in die Chipforschung investiert!

Der Transistor und seine Folgen

1947 erfanden Wiliam Shockley, John Bardeen und Walter Brattain den Transistor.Zunächst wurde er nur als Verstärker benutzt, aber bald erkannte man seine Eignung als schneller Schalter.Anfang der 50er Jahre wurde der Transistor dann in Massen produziert, und Hauptabnehmer war das Militär.

Shockley und seine Kollegen erhielten 1956 den Nobelpreis für die Erfindung des Transistors.Kurz davor gründete Shockley seine Firma Schockley Semiconductor Laboratory . Er stellte acht Ingenieure, vor allem von der Ostküste Amerikas, ein - die sog. Shockley Eight.Als Firmen- und Wohnsitz suchte er sich Palo Alto aus, weil ihm das Klima und die Universitätsnähe zusagten und weil seine Mutter von dort stammte und er somit ein wenig ortskundig war.

Doch bereits 1957 verließen Ingenieure wegen Unstimmigkeiten über die Produktlinie Shockley und gründeten eine eigene Firma: Fairchild Semiconductors .Es war die erste Firma, die ausschließlich Siliziumhalbleiter produzierte.Ihre Gründer waren Robert Noyce  und Gordon Moore. Bei Fairchild wurden für die Halbleiterherstellung bedeutende Ding wie der Planarprozeß erfunden.

Danach erfolgten explosionsartig immer neue Firmengründungen.Fast alle kann man auf Shockley/Fairchild zurückführen.Selbst die Anfänge bekannter Firmen wie National Semiconductors oder Advanced Microcomputer Devices (AMD) sind bei Fairchild zu finden.

1968 zog sich Robert Noyce aus Fairchild zurück und gründete Intel  (Integrated Technology)[ 1 ].

Texas Instruments  und Motorola   sind zwei der wenigen großen Halbleiterfirmen, die nicht im Silicon Valley entstanden sind.Fast der gesamte Rest der Halbleiterhersteller Nordamerikas begann im Silicon Valley.

 
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