Transistoren sind Komponenten in elektronischen Geräten, die den Stromfluss im Gerät steuern und verstärken und gelten als eine der wichtigsten Erfindungen in der Entwicklung moderner Elektronik. Wichtige Transistoreigenschaften, die sich auf die Funktionsweise des Transistors auswirken, umfassen die Verstärkung, Struktur und Polarität des Transistors sowie Konstruktionsmaterialien. Die Transistoreigenschaften können je nach Verwendungszweck des Transistors stark variieren.
Transistoren sind nützlich, weil sie eine kleine Menge Strom als Signal verwenden können, um den Fluss viel größerer Mengen zu steuern. Die Fähigkeit des Transistors, dies zu tun, wird als Transistorverstärkung bezeichnet, die als das Verhältnis des Ausgangs, den der Transistor erzeugt, zu dem Eingang gemessen wird, der zur Erzeugung dieses Ausgangs erforderlich ist. Je höher die Ausgabe relativ zur Eingabe ist, desto höher ist die Verstärkung. Dieses Verhältnis kann in Bezug auf Leistung, Spannung oder Strom des Stroms gemessen werden. Die Verstärkung nimmt mit steigender Betriebsfrequenz ab.
Die Transistoreigenschaften variieren je nach Zusammensetzung des Transistors. Gängige Materialien sind die Halbleiter Silizium, Germanium und Galliumarsenid (GaAs). Galliumarsenid wird häufig für Transistoren verwendet, die mit hohen Frequenzen arbeiten, da seine Elektronenbeweglichkeit, die Geschwindigkeit, mit der sich Elektronen durch das Halbleitermaterial bewegen, höher ist. Es kann auch bei höheren Temperaturen in Silizium- oder Germanium-Transistoren sicher betrieben werden. Silizium hat eine geringere Elektronenbeweglichkeit als die anderen Transistormaterialien, wird jedoch häufig verwendet, da Silizium kostengünstig ist und bei höheren Temperaturen als Germanium betrieben werden kann.
Eine der wichtigsten Transistoreigenschaften ist das Design des Transistors. Ein Bipolartransistor (BJT) hat drei Anschlüsse, die Basis, Kollektor und Emitter genannt werden, wobei die Basis zwischen Kollektor und Emitter liegt. Kleine Elektrizitätsmengen bewegen sich von der Basis zum Emitter, und die kleine Spannungsänderung verursacht viel größere Änderungen des Elektrizitätsflusses zwischen der Emitter- und der Kollektorschicht. BJTs werden bipolar genannt, weil sie sowohl negativ geladene Elektronen als auch positiv geladene Elektronenlöcher als Ladungsträger verwenden.
Bei einem Feldeffekttransistor (FET) wird nur ein Ladungsträgertyp verwendet. Jeder FET hat drei Halbleiterschichten, Gate, Drain und Source genannt, die analog zu BJTs Basis, Kollektor und Emitter sind. Die meisten FETs haben auch einen vierten Anschluss, der als Body, Bulk, Base oder Substrat bezeichnet wird. Ob ein FET Elektronen oder Elektronenlöcher zum Tragen von Ladungen verwendet, hängt von der Zusammensetzung der verschiedenen Halbleiterschichten ab.
Jeder Halbleiteranschluss in einem Transistor kann positive oder negative Polarität haben, je nachdem, mit welchen Substanzen das Haupthalbleitermaterial des Transistors dotiert wurde. Bei der N-Dotierung werden kleine Verunreinigungen von Arsen oder Phosphor hinzugefügt. Jedes Atom des Dotierstoffs hat fünf Elektronen in seiner äußeren Hülle. Die äußere Hülle jedes Siliziumatoms hat nur vier Elektronen, und so liefert jedes Arsen- oder Phosphoratom ein überschüssiges Elektron, das sich durch den Halbleiter bewegen kann und ihm eine negative Ladung verleiht. Bei der P-Dotierung werden stattdessen Gallium oder Bor verwendet, die beide drei Elektronen in ihrer äußeren Hülle haben. Dadurch erhält das vierte Elektron in der äußeren Hülle der Siliziumatome nichts, womit es sich binden kann, wodurch entsprechende positive Ladungsträger entstehen, die als Elektronenlöcher bezeichnet werden, in die sich Elektronen bewegen können.
Transistoren werden auch nach der Polarität ihrer Komponenten klassifiziert. Bei NPN-Transistoren hat der mittlere Anschluss – die Basis bei BJTs, das Gate bei FETs – eine positive Polarität, während die beiden Schichten zu beiden Seiten davon negativ sind. Bei einem PNP-Transistor ist das Gegenteil der Fall.