[wpfp-link]

Giriş

Ne zamandır transistörler hakkında kapsamlı bir yazı yazmayı düşünüyordum.  Kısmet bugüneymiş. Türkçe elektronik sitelerini şöyle bir taradım. Yazılmış şeyleri tekrar yazmaya gerek duymadan, bu konudaki eksiklikleri tamamlayalım istedim. Sonuçta transistörler hakkında yazılmış en kapsamlı yazılardan birisi çıktı ortaya.

Transistör nedir?

Transistör girişindeki küçük siyal değişimleriyle çıkışında büyük sinyal değişimlerine neden küçük bir elektronik devre elamanıdır. Bu; küçük ve zayıf bir elektrik sinyalinin transistör tarafından yükseltilebileceğini yani kuvvetlendirilebileceği anlamına gelir. Örneğin, havadaki çok zayıf radyo sinyalleri bir anten ile yakalanıp, bir transistör amplifikatörü-yükselteci kullanılarak, insan kulağının duyabileceği kadar kuvvetlendirilebilir.

 

Transistör Tarihi:

Transistör 20 yy ın en önemli icatlarından biridir. Geliştirilirken çok gizli araştırmalar yapılmıştır. Aşağıdaki resim ilk nokta temaslı transistöre ait:

ilk transistor

22 Ekim 1925 yılında transistörler hakkında ilk patent alan etkili transistörler üzerine fizikçi Julius Edgar tarafından Kanadada alındı. Fakat bu yıllarda endüstriyel bir uygulama alanı bulamadı.  1934 yılında Alman fizikçi Oskar Heil alan etkili transistörler üzerine başka bir patent aldı. Bu konudaki en geniş çalışma Bell Labaratuvarları tarafından yapıldı. William Shockley, John Barden  ve Gerald Pearson bu patentlerin uygulama alanları üzerine çalışmalar yaptılar.

 

John Bardeen, William Shockley ve Walter Brattain – Bell Labs, 1948.

Bardeen ve Brattain, radyo ve telefon sinyallerinin alınmasında, güçlendirilmesinde ve yansıtılmasında kullanılan termiyonik kapaklara karşı bir seçenek bulmak için uğraşıyorlardı. Çabuk kırılabilen ve pahalıya mal olan bu lambaların ısınması için belirli bir sürenin geçmesi gerekiyordu. Ayrıca bir hayli de elektrik tüketiyordu.

Ekip ilk transistörü, ince bir germanyum tabakasından yaptı. 1947 Noel´inden iki gün önce, bu transistör bir radyo devresine takıldı ve Brattain, defterine şu satırları yazdı: “Bu devre gerçekten işe yarıyor. Çünkü ses düzeyinde hissedilir bir yükselme sağlandı.” Transistör, tıpkı lamba gibi, ses sinyalini güçlendiriyordu. Ama hem boyut olarak çok daha küçüktü hem de daha az enerjiye ihtiyaç duyuyordu.

Önceleri küçücük bir aygıtın o koca lambaların yerini alabileceğine pek az kimse inandı. Ama Shockley ve ekibi, dört yıl içinde büyük gelişmeler sağladılar. 1952 yılında transistör orijinal boyutlatunun onda birine indirildi ve çok daha güçlendi. 1957´de yılda 30 milyon transistör üretilebilecek aşamaya gelindi. Bu alanda gelişmeler yine de sürdürüldü. Bilim adamları, germanyum tabakası yerine, çok daha büyük sıcaklıklara dayanabilen silisyum kullanmaya başladılar. Akımı saniyenin 100 milyonda biri kadar kısa bir zamanda iletebilen transistörler imal edildi. Bunların sayesinde cep tipi hesap makineleri, dijital saatler yapıldı. Radyo ve TV alıcılarındaki lambaların yerini de transistörler aldı. Eğer bu küçük harika aygıtlar olmasaydı, uydu haberleşmeleri, uzay araçları ve aya insan göndermek de mümkün olmayacaktı.

Elektron lambaları ilk defa 1906’da Londra Üniversite Kolejinde uygulama sahasına konulmuştur. 1925’te Lilien Field ve 1938’de Hilsch ve Pohl tarafından, lambaların yerine geçecek bir katı amplifikatör elemanı bulma konusunda başarısızlıkla sonuçlanan bazı denemeler yapılmıştır. Çalışmaların amacı, lambalarda olduğu gibi katılarda da elektrostatik alan etkisi ile elektron akışını sağlamaktı. Daha sonraları bu çalışmalar bugünkü transistörlerin temelini teşkil etmiştir.

1931-1940 yılları katı maddeler elektroniği hakkında daha ziyade teorik çalışmalar devri olmuştur. Bu sahada isimleri en çok duyulanlar; B.Kayaaltı L. Brillouin, A. H. Wilson, J. C. Slater, F. Seitz ve W. Schottky’dir.

1948 yılında, Walter H. Brattain ve John Bardeen kristal redresör yapmak için Bell laboratuarlarında çalışıyorlar. Esas olarak yapılan; çeşitli kristallere temas eden bir ‘catwhisker’ in tek yönde iletken, diğer yönde büyük bir direnç göstermesi ile ilgili bir çalışmadır. Deneyler sırasında Germanyum kristalinin ters akıma daha çok direnç gösterdiği ve daha iyi bir doğrultma işlemi yaptığı gözlemlendi ve böylece germanyum redresörler ortaya çıktı.

Brattain ve Bardeen germanyum redresör ile yaptıkları deneylerde, germanyum kristali üzerindeki serbest elektron yoğunluğunun, redresörün her iki yöndeki karakteristiğine olan tesirini incelediler ve bu sırada, catwhisker’e yakın bir başka kontak daha yaparak deneylerini sürdürdüler. Bu sırada ikinci whisker de akım şiddetlenmesinin farkına vardılar ve elektronik tarihinin bir dönüm noktasına tekabül eden transistör böylece keşfedilmiş oldu.

Adını ‘Transfer – Resistor’ yani taşıyıcı direnç kelimesinden alan transistör’ün geliştirilmesine daha sonra William Shockley de katıldı ve bu üçlü 1956 yılı nobel fizik ödülüne layık görüldüler.

İlk yapılan transistörler ‘Nokta Kontaklı’ transistörlerdi. Nokta kontaklı transistörler, iki whisker’li bir kristal diyottan ibarettir. Kristale ‘Base’, whiskerlerden birine ‘Emitter’ diğerine de ‘Collector’ adı verilir. Bu transistörlerde N tipi Germanyum kristali base olarak kullanılmıştır. Whiskerler fosforlu bronzdan yapılır, daha doğrusu yapılırdı, bu transistörler artık müzelerde veya eski amatörlerin nostaljik malzeme kutularında bulunurlar. Her iki whisker birbirine çok yakındır ve uçları kıvrık bir yay gibidir, bu kıvrık yay gibi olması nedeni ile kristale birkaç gramlık bir basınç uygular ve bu sayede sabit dururlar. Yani, yalnız temas vardır. Bu transistörlerin Ge kristalleri 0.5 mm kalınlığında ve 1 – 1.5 mm eninde parçalardır. Whisker arası mesafe ise milimetrenin yüzde 3’ü yüzde 5’i kadardır. Bu ilk transistörler PNP tipinde idi, yani kristal N tipi Whiskerler P tipi idi. Daha sonraları ‘Yüzey Temaslı’ transistörler yapıldı. Bu transistörler PNP veya NPN olacak şekilde üç kristal parçası birbirine yapıştırılarak imal edildiler. Yüzey temaslı transistörlerin yapılması ile silisyum transistörler piyasaya çıktı, daha sonraları transistörler kocaman bir aile oluşturdular ve sayıları oldukça arttı.

Shockly Palo Alto da bir yarı iletken şirketi kurdu. Bu şirket kapandı fakat ayrılan çalışanlar intel firmasını kurarakçipi(chip- integrated circuit) icat ettiler. 1960 lara gelindiğinde bütün bilgisayarlar dijital devreler için transistörü kullanıyorlardı. Hafıza için ne kullandıklarını duyunca çok şaşıracaksınız. Demir nüve kullanıyorlardı.

Aşağıdaki resimlerde demir nüveli memory ler görülüyor:

 

 

Daha fazlası için bakınız: Google Images

 

Diğer Notlar:

  • Amerikan patent enstitüsünde transistörlerle ilgili 16000 patent alınmış. Bu patentleri görmek için tıklayınız.
  • Transistöler hakkında ayrıntılı bilgi için tıklayınız.
  • El yapımı transistör resimleri:

photo_setup