– Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Videresend til en ven Resize Print Bookmark and Share

Niels Bohr Institutet > Hvem, Hvad, hvor > > Fysikkens Spinoffs > Transistoren

11. juni 2010

 

TRANSISTOREN

Da kvantefysikken havde beskrevet, hvordan elektroner fordeler sig i forskellige energiniveauer rundt om atomkernen, forstod forskerne blandt andet, hvordan man kunne fremstille transistoren - informationsteknologiens nervecelle.

Transistorer findes i masser af forskellige elektriske apparater overalt omkring os; fra lommeregnere og høreapparater til robotter og rumraketter. Men de er specielt nyttige i informationsteknologien. Transistorer har for alvor gjort det muligt for os at kommunikere ved hjælp af elektricitet. Faktisk er transistorer også kendt som 'informationsteknologiens nerveceller'.

I alle telefoner, radioer og tv-apparater sidder der transistorer og forstærker det elektriske signal. I computere er der endnu flere af dem. En enkelt computerchip kan indeholde flere millioner transistorer, og hver især kontrollerer de et lille elektrisk signal, som computeren skal bruge for at fungere.

Transistorens historie begynder længe før computeren. I starten af århundredet var det ved at blive almindeligt at bruge elektricitet til for eksempel belysning, og til at drive maskiner med. På det tidspunkt vidste fysikerne, at kobber er godt til at lave ledninger af. Men de vidste ikke, hvorfor elektricitet løber igennem nogle stoffer, og ikke igennem andre.

Niels Bohr (7. oktober 1885-18. november 1962).

Bohrs atommodel

I 1913 offentliggjorde Niels Bohr sin atommodel, og så blev det klart, hvad det er, der sker i en ledning. Atomerne i nogle stoffer har nemlig en enkelt elektron, som sidder længere væk fra atomkernen end de andre elektroner. De yderste, enlige elektroner kan nemt rykke sig løs, og skabe en elektrisk strøm i metallet.

I begyndelsen af det 19. århundrede arbejdede fysikere og ingeniører også på at forbedre radioen. Allerede i slutningen af 1800-tallet var Hertz, Marconi og andre fysikere begyndt at sende radiosignaler, men de tabte kraft undervejs og nåede ikke længere væk end et par kilometer. Bølgerne kunne man opfange ved hjælp af en krystal, som var indbygget i gammeldags radioer.

 

Radiorør forstærker signaler

Radiorør kaldes også elektronrør, og af udseende minder det lidt om en klar glødelampe.

Men radiosignaler er meget svage. Og radioen var ikke rigtig effektiv, før radiorøret blev opfundet. Det kunne forstærke lyden meget ved at bruge det svage, elektriske signal fra radiobølgen til at fremkalde et andet, stærkere signal. Signalet, der rammer en radioantenne, skal nemlig helst forstærkes mellem 100 og 1.000.000 gange, for at vi kan høre radiokanalen i radioens højttalere.
Men radiorør var upraktiske; de brugte for meget strøm og blev alt for varme, de fyldte for meget, var for dyre og gik tit i stykker. Derfor arbejdede forskerne på at finde en bedre måde at forstærke signaler på.

Nu, hvor man vidste hvorfor elektricitet bliver ledt igennem nogle typer af materiale, kunne man arbejde mere målrettet. I Bell-laboratorierne ledte forskerne også efter en løsning på forstærker-problemet igennem 30'erne og 40erne, uden noget godt resultat. Men de tre forskere Brattain, Bardeen og Shockley fortsatte med at eksperimentere med forskellige materialer og metoder, og efterhånden regnede de ud, hvordan det kan lade sig gøre at forstærke et elektrisk signal på en nem og effektiv måde. I 1948 præsenterede de deres nye opfindelse: Transistoren.

Transistorens udvikling

Brattain, Bardeen og Shockley havde fundet ud af, at de kunne bruge det, som vi kalder for halvledere. En halvleder er et materiale, som egentlig ikke har nogen løse elektroner, der kan danne en strøm. Men det er blevet forurenet en lille bitte smule med to forskellige slags stoffer. Det ene stof har løse elektroner, og det andet stof tiltrækker dem. Det var sådan et materiale, krystallerne i de gamle krystalapparater var lavet af.

Brattain, Bardeen og Shockley.



Hvis man laver en brik af to lag krystal, som er forurenet med hver sit stof, og sætter en lille ledning på hver side, så kan krystallen lede strøm i den ene retning. Det er det, der kaldes en diode. Hvis man sætter to dioder sammen, så de vender hver sin vej, så kan der kun løbe strøm igennem dem, hvis den bliver sat i gang af en lille strøm, som løber ind i midten af krystallen. Derfor har en transistor altid tre små ledninger, eller ben. Den stærke strøm løber igennem de to yderste ben, men kun når det midterste ben får et lille elektrisk signal. Derfor tænder og slukker den stærke strøm i takt med det svage signal, og på den måde bliver det til en stærkere kopi af signalet. Sådan kan det lille radiosignal for eksempel dirigere den strøm der skal til, for at fremkalde lyden i radioen.

Fra kostbar til ekstremt billig

I starten lavede man krystallen i transistorerne af germanium, og de små ben var guld. Materialet var kostbart, og desuden blev transistorerne lavet i hånden, så de var meget dyre; i nutidens penge ville de koste mere end tusind kroner stykket. Nu er transistorer som regel lavet af silicium. De koster under en krone stykket, og når de sidder sammen i computerchips er de endnu billigere.

Transistorerne er også blevet mindre med årene. Der findes allerede transistorer, som er så små, at de kun kan ses med et mikroskop. Men forskerne forsøger at fremstille nogle der er endnu mindre; de vil lave transistorer, der kun består af ét enkelt atom hver. Hvis det lykkes, vil man kunne lave en helt ny slags computere.

Næste side >>