Quelltext der Seite Transistor

{{Dieser Artikel|beschreibt das elektronische Bauelement. Zum gleichnamigen Computerspiel siehe [[Transistor (Computerspiel)]].}}
[[Datei:Transistors-white.jpg|mini|hochkant=1.3|Auswahl an diskreten Transistoren in verschiedenen [[Through Hole Technology|THT]]-Gehäuseformen]]
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Ein '''Transistor''' ist ein [[Elektrisches Bauelement|elektronisches]] [[Halbleiter]]-[[Bauteil (Technik)|Bauelement]] zum [[Elektronik|Steuern]] oder Verstärken meistens [[Kleinspannung|niedriger]] elektrischer [[Elektrische Spannung|Spannungen]] und [[Elektrischer Strom|Ströme]]. Er ist der weitaus wichtigste „aktive“ Bestandteil [[Elektronische Schaltung|elektronischer Schaltungen]], der beispielsweise in der [[Nachrichtentechnik]], der [[Leistungselektronik]] und in [[Computer]]systemen eingesetzt wird. Besondere Bedeutung haben Transistoren – zumeist als Ein/Aus-Schalter – in [[Integrierter Schaltkreis|integrierten Schaltkreisen]], was die weit verbreitete [[Mikroelektronik]] ermöglicht.
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Die Bezeichnung „Transistor“ ist ein [[Kofferwort]] des englischen {{lang|en|'''''trans'''fer res'''istor'''''}},<ref>[http://nobelprize.org/educational_games/physics/transistor/function/firsttransistor.html ''The First Transistor''] Information zur Herkunft des Wortes „Transistor“ auf der Website der ''The Nobel Foundation''.</ref><ref name="Pierce1998" /> was in der Funktion einem durch eine angelegte elektrische Spannung oder einen elektrischen Strom steuerbaren [[Elektrischer Widerstand|elektrischen Widerstand]] entspricht. Die Wirkungsweise ähnelt der einer entsprechenden Elektronenröhre, nämlich der [[Elektronenröhre#Triode|Triode]].

== Geschichte ==
[[Datei:Nachbau des ersten Transistors.jpg|mini|hochkant|Nachbau des ersten Transistors von Shockley, Bardeen und Brattain von 1947/48 im [[Heinz Nixdorf MuseumsForum|Nixdorf-Museum]]]]
[[Datei:Computer Transistor 1964 Collector.jpg|mini|hochkant|Nahaufnahme eines Germaniumtransistors aus den 1960er Jahren mit zentraler Germaniumscheibe und in der Mitte die „Indiumpille“ als Kontakt]]
Die ersten Patente auf das Prinzip des Transistors meldete [[Julius Edgar Lilienfeld]] im Jahr 1925 an.<ref>{{Patent|Land=CA|V-Nr=272437|Erfinder=Julius Edgar Lilienfeld|Titel=Electric Current Control Mechanism|V-Datum=1927-07-19|Kommentar=<!--Erstanmeldung am 22. Oktober 1925 (unbestätigt),-->Eintrag beim [http://brevets-patents.ic.gc.ca/opic-cipo/cpd/eng/patent/272437/summary.html kanadischen Patentamt]}}</ref> Lilienfeld beschreibt in seiner Arbeit ein elektronisches Bauelement, das Eigenschaften einer [[Elektronenröhre]] aufweist und im weitesten Sinne mit dem heute als [[Feldeffekttransistor]] (FET) bezeichneten Bauelement vergleichbar ist. Zu dieser Zeit war es technisch noch nicht möglich, Feldeffekttransistoren praktisch zu realisieren.<ref>Reinhold Paul: ''Feldeffekttransistoren&nbsp;– physikalische Grundlagen und Eigenschaften.'' Verlag Berliner Union, Stuttgart 1972, ISBN 3-408-53050-5.</ref>

Im Jahr 1934 ließ der Physiker [[Oskar Heil]] den Aufbau eines Feldeffekttransistors patentieren, bei dem es sich um einen Halbleiter-FET mit isoliertem Gate handelt.<ref>{{Patent |Land=GB|V-Nr=439457|Erfinder=Oskar Heil|Titel=Improvements in or relating to electrical amplifiers and other control arrangements and devices|Kommentar=Erstanmeldung am 2. März 1934 in Deutschland}}</ref> Die ersten praktisch realisierten Sperrschicht-Feldeffekttransistoren [[Sperrschicht-Feldeffekttransistor|JFET]]s mit einem [[p-n-Übergang]] (positiv-negativ) und einem Gate als Steuerelektrode gehen auf [[Herbert Mataré|Herbert F. Mataré]], [[Heinrich Welker]] sowie parallel dazu [[William Bradford Shockley|William Shockley]] und [[Walter H. Brattain]] aus dem Jahr 1945 zurück.<ref>{{Literatur |Autor=Bo Lojek |Titel=The MOS Transistor |Sammelwerk=History of Semiconductor Engineering |Verlag=Springer |Ort=Berlin |Datum=2007 |ISBN=978-3-540-34257-1 |Seiten=317 ff.}}</ref> Der Feldeffekttransistor wurde somit historisch vor dem [[Bipolartransistor]] realisiert, konnte sich damals aber noch nicht praktisch durchsetzen. Damals wurden diese Bauelemente noch nicht als Transistor bezeichnet; den Begriff „Transistor“ prägte [[John R. Pierce]] im Jahr 1948.<ref name="Pierce1998">{{Literatur |Autor=J.R. Pierce |Titel=The naming of the transistor |Sammelwerk=Proceedings of the IEEE |Band=86 |Nummer=1 |Datum=1998 |Seiten=37–45 |DOI=10.1109/5.658756}}</ref>

Ab 1942 experimentierte Herbert Mataré bei [[Telefunken]] mit dem von ihm als [[Diode|Duodiode]] (Doppelspitzendiode) bezeichneten Bauelement im Rahmen der Entwicklung eines [[Strahlungsdetektor|Detektors]] für Doppler-Funkmess-Systeme. Die von Mataré dazu aufgebauten Duodioden waren Punktkontakt-Dioden auf Halbleiterbasis mit zwei sehr nahe beieinanderstehenden Metallkontakten auf dem Halbleitersubstrat. Mataré experimentierte dabei mit [[polykristall]]inem [[Silizium]] (kurz: Polysilizium), das er von [[Karl Seiler (Physiker)|Karl Seiler]] aus dem Telefunken-Labor in [[Breslau]] bezog, und mit [[Germanium]], das er von einem Forschungsteam der [[Luftwaffe (Wehrmacht)|Luftwaffe]] bei München (in dem auch Heinrich Welker mitwirkte) erhielt. Bei den Experimenten mit Germanium entdeckte er Effekte, die sich nicht als zwei unabhängig arbeitende Dioden erklären ließen: Die Spannung an der einen Diode konnte den Strom durch die andere Diode beeinflussen. Diese Beobachtung bildete die Grundidee für die späteren [[Spitzentransistor]]en, eine frühe Bauform des Bipolartransistors.

In den [[Bell Laboratories]] in den [[Vereinigte Staaten|Vereinigten Staaten]] entwickelte die Gruppe um [[John Bardeen]], [[William Bradford Shockley|William Shockley]] und [[Walter Brattain]] den ersten funktionierenden Bipolartransistor in Form eines Spitzentransistors, der am 23. Dezember 1947 erstmals firmenintern präsentiert werden konnte.<ref>Walter H. Brattain: Laboraufzeichnungen vom 24. Dezember 1947. {{Webarchiv |url=http://www.porticus.org/bell/pdf/brattain_lab_notebook.pdf |text=porticus.org |format=PDF; 2,2&nbsp;MB |wayback=20120725100038}}</ref><ref>{{Literatur |Autor=I. M. Ross |Titel=The invention of the transistor |Sammelwerk=Proceedings of the IEEE |Band=86 |Nummer=1 |Datum=1998 |Seiten=7–28 |DOI=10.1109/4.643644}}</ref><ref>{{Literatur |Autor=J. Bardeen, W. H Brattain |Titel=The Transistor |TitelErg=A Semi-Conductor Triode |Sammelwerk=Physical Review |Band=74 |Nummer=2 |Datum=1948 |ISSN=0031-899X |Seiten=230–231 |DOI=10.1103/PhysRev.74.230}}</ref> Für die Erfindung des Bipolartransistors erhielten John Bardeen, William Shockley und Walter Brattain 1956 den [[Nobelpreis für Physik]]. Da Shockley mit seinem Team einen Bipolartransistor realisiert hatte, der nicht auf dem Funktionsprinzip eines Feldeffekttransistors basiert, finden sich in dem US-Patent auch keine Referenzen auf die theoretischen Vorarbeiten von Lilienfeld und Heil aus den 1920er Jahren.<ref>{{Patent|Erfinder=J. Bardeen, W. Brattain, W. Shockley |Titel=Three-Electrode Circuit Element Utilizing Semiconductive Materials|Land=US|V-Nr=2524035|A-Datum=1948-06-27|V-Datum=1950-10-03}}</ref><ref>{{Literatur |Autor=R.G. Arns |Titel=The other transistor: early history of the metal-oxide semiconductor field-effect transistor |Sammelwerk=Engineering Science and Education Journal |Band=7 |Nummer=5 |Datum=1998-10 |Seiten=233–240 |DOI=10.1049/esej:19980509}}</ref>

Unabhängig von den Arbeiten in den USA entwickelten die beiden Wissenschaftler [[Herbert Mataré]] und [[Heinrich Welker]] in Frankreich ebenfalls einen funktionsfähigen Bipolartransistor. Sie waren einige Monate später erfolgreich und meldeten dafür am 13.&nbsp;August 1948 in Paris ein Patent an.<ref>{{Patent|Land=FR|V-Nr=1010427|Erfinder=H. F. Mataré, H. Welker|Titel=Nouveau système cristallin à plusieurs électrodes réalisant des effects de relais électroniques|A-Datum=1948-08-13}}</ref><ref>{{Patent|Land=US|V-Nr=2673948|Erfinder=H. F. Mataré, H. Welker|Titel=Crystal device for controlling electric currents by means of a solid semiconductor|Kommentar=französische Priorität 13. August 1948}}</ref><ref name="Dormael-CHE-2004">Armand van Dormael: ''The “French” Transistor''. In: ''Proceedings of the 2004 IEEE Conference on the History of Electronics.'' Bletchley Park, June 2004; {{Webarchiv |url=http://www.ieeeghn.org/wiki/images/e/e6/VanDormael.pdf |text=ieeeghn.org |format=PDF; 3,2&nbsp;MB |wayback=20160624090123}}</ref> Am 18. Mai 1949 wurde diese Entwicklung unter dem Kunstwort „Transistron“ der Öffentlichkeit vorgestellt. Dieser neue Begriff fand aber in Folge keine wesentliche Verbreitung.<ref>[https://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1948-European.html Foto des Transistrons.] [[Computer History Museum]].</ref>

In den Folgejahren folgten weitere technologische Verbesserungen. So gelang der Gruppe um [[Gordon Teal]], [[Morgan Sparks]] und William Shockley bei den Bell Labs im Jahr 1951 die Herstellung eines [[Flächentransistor]]s, der aus nur einem Kristall besteht. Bis dahin waren Bipolartransistoren als Spitzentransistoren aufgebaut.<ref>[https://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1951-First.html 1951 – First Grown-Junction Transistors Fabricated.] [[Computer History Museum]].</ref>

In den 1950er Jahren gab es einen Wettlauf zwischen der [[Elektronenröhre]] und den damals üblichen Bipolartransistoren, in dem die Chancen des Bipolartransistors wegen der vergleichsweise niedrigen [[Transitfrequenz]]en häufig eher skeptisch beurteilt wurden. Die geringe Größe, der geringe Energiebedarf und später die zunehmenden Transitfrequenzen der Transistoren führten jedoch dazu, dass in den 1960er Jahren die Elektronenröhren als Signalverstärker auf fast allen technischen Gebieten abgelöst wurden.

Sperrschicht-Feldeffekttransistoren spielten im praktischen Einsatz, im Gegensatz zu den ersten Bipolartransistoren, in den 1950er bis in die späten 1960er Jahre noch kaum eine Rolle, obwohl deren theoretische Grundlagen länger bekannt waren. Feldeffekttransistoren ließen sich mit den damaligen Kenntnissen nicht wirtschaftlich fertigen und waren wegen der [[Spannungsdurchschlag|Durchschlagsgefahr]] des Gates durch unbeabsichtigte [[elektrostatische Entladung]] umständlich zu handhaben. Zur Lösung der bei bipolaren Transistoren auftretenden Probleme wie Leistungsbedarf und Anforderungen für [[integrierte Schaltung]]en beschäftigten sich Entwickler ab etwa 1955 eingehender mit den Halbleiteroberflächen und fanden Fertigungsverfahren wie die [[Planartechnik]], die die Feldeffekttransistoren im Folgejahrzehnt zur Serienreife brachten.

Im Jahre 1959 entwickelten [[Martin M. Atalla]] und [[Dawon Kahng]], damals beide bei den Bell Labs angestellt, den ersten [[Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor]] (MOSFET), der miniaturisiert und in Massenproduktion hergestellt werden kann und die Grundlage der [[CMOS-Technik]] darstellt. Der MOSFET ermöglicht dank seiner Skalierbarkeit, geringer Leistung und hoher Dichte die Entwicklung von hochintegrierten Schaltungen von weit über einigen tausend MOSFETs.<ref name="computerhistory">{{cite journal|url=https://www.computerhistory.org/siliconengine/metal-oxide-semiconductor-mos-transistor-demonstrated/|title=Metal Oxide Semiconductor (MOS) Transistor Demonstrated, 1960 |journal=The Silicon Engine|publisher=[[Computer History Museum]]}}</ref><ref name="computer history-transistor">{{cite web |title=Who Invented the Transistor? |url=https://www.computerhistory.org/atchm/who-invented-the-transistor/ |website=[[Computer History Museum]] |date=2013-12-04 |access-date=2019-07-20}}</ref>

Die ersten handelsüblichen Bipolartransistoren wurden aus dem Halbleitermaterial [[Germanium]] hergestellt und ähnlich wie Elektronenröhren in winzige Glasröhrchen eingeschmolzen. Die verschiedenen [[Dotierung|dotierten]] Zonen entstanden mit einem zentralen Germaniumplättchen, in das von beiden Seiten „[[Indium]]pillen“ anlegiert waren.<ref>Heinz Richter: ''[https://www.generalatomic.com/teil1/B-IV-4.html Immer noch wichtig – der Transistor].'' In: ''Telekosmos-Praktikum Teil 1.'' 1966</ref><ref>{{enS|indium blobs}}. {{Literatur |Autor=Nigel Calder |Titel=The Transistor 1948–58 |Sammelwerk=New Scientist |Band=86 |Nummer=4 |Datum= |Seiten=342–345 |Online={{Google Buch |BuchID=HbeNzI6HhscC |Seite=343}}}}</ref> Letztere drangen damit tief in das Grundmaterial ein, in der Mitte blieb aber eine Basisstrecke gewünschter Dicke frei. Im Jahr 1954 kamen Bipolartransistoren aus [[Silizium]] auf den Markt (Gordon Teal bei [[Texas Instruments]] und [[Morris Tanenbaum]] an den Bell Labs). Dieses Grundmaterial war einfacher verfügbar und preisgünstiger. Seit den späten 1960er Jahren kamen großteils Metall- oder Kunststoffgehäuse zur Anwendung. Einsatzbereiche lagen zunächst in der [[Analogtechnik|analogen Schaltungstechnik]] wie den damals aufkommenden [[Transistorradio]]s. Das Basismaterial Germanium wurde in Folge verstärkt durch das technisch vorteilhaftere Silizium ersetzt, das einen größeren Arbeitstemperaturbereich bei wesentlich geringeren Restströmen abdeckte und durch die [[Passivierung|Siliziumdioxid-Passivierung]] langzeitstabiler in den elektrischen Kennwerten gegenüber Germanium ist.

Der erste auf [[Galliumarsenid]] basierende Feldeffekttransistor, der sogenannte [[MESFET]], wurde 1966 von [[Carver Mead]] entwickelt.<ref>{{Literatur |Autor=Carver A. Mead |Titel=Schottky barrier gate field effect transistor |Sammelwerk=Proceedings of the IEEE |Band=54 |Nummer=2 |Datum=1966 |Seiten=307–308 |DOI=10.1109/PROC.1966.4661}}</ref> [[Dünnschichttransistor]]en (engl. {{lang|en|''thin film transistor''}}, abgekürzt ''TFT'') wurden bereits 1962 von [[Paul K. Weimer]] entwickelt, konnten aber erst rund 30&nbsp;Jahre später im Bereich heute üblicher farbiger [[Flüssigkristallanzeige|TFT-Displays]] einen Anwendungsbereich finden.<ref>{{Literatur |Autor=P. K. Weimer |Titel=The TFT – A New Thin-Film Transistor |Sammelwerk=Proceedings of the IRE |Band=50 |Nummer=6 |Datum=1962 |Seiten=1462–1469 |DOI=10.1109/JRPROC.1962.288190}}</ref>

Werden alle Transistoren in sämtlichen bislang hergestellten Schaltkreisen wie [[Arbeitsspeicher]], [[Prozessor]]en usw. zusammengezählt, ist der Transistor inzwischen diejenige technische Funktionseinheit, die von der Menschheit in den höchsten Gesamtstückzahlen produziert wurde und wird. Moderne [[integrierte Schaltung]]en, wie die in [[Personal Computer]]n eingesetzten [[Mikroprozessor]]en, bestehen aus vielen Millionen bis Milliarden Transistoren, so besitzt die 2022 veröffentlichte Grafikkarte RTX 4090 76,3 Milliarden Transistoren.<ref>{{Internetquelle |autor=Threza Gabriel |url=https://www.techgoing.com/nvidia-rtx-40-graphics-cards-transistor-count-of-three-gpus/ |titel=Nvidia RTX 40 graphics cards transistor count of three GPUs |werk=TechGoing |datum=2022-09-23 |sprache=en-US |abruf=2022-10-06}}</ref>

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== Typen ==
Es gibt zwei wichtige Gruppen von Transistoren, nämlich Bipolartransistoren und Feldeffekttransistoren (FET), die sich durch die Art der Ansteuerung voneinander unterscheiden.
Eine Liste mit einer groben Einordnung bzw. Gruppierung der Transistoren sowie weiteren Transistorenvarianten findet sich unter [[Liste elektrischer Bauelemente#Diskrete Halbleiter und Leistungshalbleiter|Liste elektrischer Bauelemente]].

=== Bipolartransistor ===
{{Hauptartikel|Bipolartransistor}}
{{Mehrere Bilder
 | Kopfzeile   = Schaltsymbole des Bipolartransistors
 | unten       = 1
 | Breite      = 100
 | Bild1       = BJT NPN symbol-fr.svg
 | Untertitel1 = '''npn'''
 | Bild2       = BJT PNP symbol-fr.svg
 | Untertitel2 = '''pnp'''
}}
[[Datei:NPN transistor basic operation.svg|mini|hochkant=1.3|Schema eines [[npn-Transistor]]s, der im Verstärkungsbereich betrieben wird. Im Halbleiterkristall wird elektrischer Strom durch Löcher und Elektronen übertragen.]]

Bei ''bipolaren Transistoren'' tragen sowohl bewegliche negative Ladungsträger, die [[Elektron]]en, als auch positive Ladungsträger, sogenannte [[Defektelektron]]en, zur Funktion bzw. zum Ladungstransport bei. Defektelektronen, auch als ''Löcher'' bezeichnet, sind unbesetzte Zustände im [[Valenzband]], die sich durch [[Rekombination (Physik)#Rekombination im Halbleiter|Generation und Rekombination]] von Elektronen im Kristall bewegen. Zu den bipolaren Transistoren gehören unter anderem der [[IGBT]] und der [[HJBT]]. Der wichtigste Vertreter ist jedoch der Bipolartransistor (engl.: {{lang|en|bipolar junction transistor}}, BJT).

Der Bipolartransistor wird durch einen [[Elektrischer Strom|elektrischen Strom]] angesteuert. Die Anschlüsse werden mit ''Basis'', ''Emitter'', ''Kollektor'' bezeichnet (im Schaltbild abgekürzt durch die Buchstaben B, E, C). Ein kleiner Steuerstrom auf der Basis-Emitter-Strecke führt zu Veränderungen der [[Raumladungszone]]n im Innern des Bipolartransistors und kann dadurch einen großen Strom auf der Kollektor-Emitter-Strecke steuern. Je nach [[Dotierung]]sfolge im Aufbau unterscheidet man zwischen ''npn''- (negativ-positiv-negativ) und ''pnp''-Transistoren (positiv-negativ-positiv). Dotierung bedeutet in diesem Zusammenhang das Einbringen von Fremdatomen bei dem Herstellungsprozess in eine Schicht des hochreinen Halbleitermaterials, um die Kristallstruktur zu verändern.
Bipolartransistoren sind grundsätzlich immer ''selbstsperrend'': Ohne Ansteuerung mittels eines kleinen Stromes durch die Basis-Emitter-Strecke sperrt der Transistor auf der Kollektor-Emitter-Strecke.

Im Schaltsymbol ist der Anschluss ''Emitter'' (E) in beiden Fällen mit einem kleinen Pfeil versehen: Bei einem npn-Transistor zeigt dieser vom Bauelement weg, beim pnp-Transistor weist er zu dem Bauelement hin.<ref>Merkregel: „Tut der Pfeil der Basis weh – handelt’s sich um PNP.“</ref> Der Pfeil beschreibt die [[Elektrische Stromrichtung|technische Stromrichtung]] (Bewegung gedachter positiver Ladungsträger) am ''Emitter''. In frühen Jahren wurde in [[Schaltplan|Schaltplänen]] bei den damals oft eingesetzten diskreten Transistoren zur Kennzeichnung des Transistorgehäuses ein Kreis um das jeweilige Symbol gezeichnet. Die Kreissymbole sind durch den heutigen vorherrschenden Einsatz integrierter Schaltungen unüblich geworden.

Die Verknüpfung zweier Bipolartransistoren mit Vor- und Hauptverstärkung zu einer Einheit wird als [[Darlington-Transistor]] oder als Darlington-Schaltung bezeichnet. Durch diese Verschaltung kann eine deutlich höhere [[Stromverstärkung]] erreicht werden als mit einem einzelnen Transistor. Weitere Details zu den Besonderheiten und Ansteuerungen finden sich in dem eigenen Artikel über [[Bipolartransistor]]en und in der [[Mathematische Beschreibung des Bipolartransistors|mathematischen Beschreibung des Bipolartransistors]]. Einfache Schaltungsbeispiele finden sich in dem Artikel über [[Transistorgrundschaltungen]] und bei den [[Ersatzschaltungen des Bipolartransistors]].

{{Absatz}}

=== Feldeffekttransistor ===
{{Hauptartikel|Feldeffekttransistor}}

Feldeffekttransistoren, abgekürzt FET, oder auch als unipolare Transistoren bezeichnet, werden durch eine Spannung gesteuert. Besonders für FETs ist ein sehr hoher [[Eingangswiderstand]] im statischen Betrieb und die daher fast [[Leistung (Physik)|leistungslose]] Ansteuerung typisch.

Die drei Anschlüsse werden als ''Gate'' (dt. Tor, Gatter), das ist der Steueranschluss, ''Drain'' (dt. Senke, Abfluss) und ''Source'' (dt. Quelle, Zufluss) bezeichnet. Bei [[MOSFET]]s ([[Metalloxid]]schicht) kommt noch ein weiterer Anschluss, das ''Bulk'' oder ''Body'' (dt. Substrat), hinzu, das meist mit dem ''Source''-Anschluss verbunden wird. Der Widerstand und somit der Strom der Drain-Source-Strecke wird durch die [[Elektrische Spannung|Spannung]] zwischen Gate und Source und das dadurch entstehende [[Elektrisches Feld|elektrische Feld]] gesteuert. Die Steuerung ist im statischen Fall fast stromlos. Der gesteuerte Strom im Drain-Source-Kanal kann, im Gegensatz zum Kollektorstrom von Bipolartransistoren, in beiden Richtungen fließen.

Die Klasse der Feldeffekttransistoren unterteilt sich in Sperrschicht-FETs (JFETs) und in die FETs, die mit einem durch einen Isolator getrennten Gate (MISFET, MOSFET) versehen sind. Unterschieden wird bei Feldeffekttransistoren darüber hinaus je nach Dotierung des Halbleiters zwischen n- und p-FETs, die sich bei den MOSFETs weiter in selbstleitende und selbstsperrende Typen aufteilen.

Bei den Unipolartransistoren ist immer nur eine Ladungsträgerart, negativ geladene Elektronen oder positiv geladene Defektelektronen, am Ladungsträgertransport durch den Transistor beteiligt.

==== Sperrschicht-Feldeffekttransistor ====
{{Mehrere Bilder
 | Kopfzeile   = Schaltsymbole von JFETs
 | unten       = 1
 | Breite      = 100
 | Bild1       = JFET N-dep symbol.svg
 | Untertitel1 = '''n-Kanal'''
 | Bild2       = JFET P-dep symbol.svg
 | Untertitel2 = '''p-Kanal'''
}}
{{Hauptartikel|Sperrschicht-Feldeffekttransistor}}

Bei Sperrschicht-FETs (engl. {{lang|en|''junction FET''}}, JFET) wird die elektrisch isolierende Schicht zum ''Gate'' durch eine in Sperrrichtung betriebene [[Diode]] und deren unterschiedlich große [[Raumladungszone]] gebildet. Sperrschicht-FETs sind in der Grundform immer selbstleitende Transistoren: Ohne Spannung am ''Gate'' sind sie zwischen ''Source'' und ''Drain'' leitend. Durch das Anlegen einer ''Gate''-Spannung geeigneter [[Polarität (Physik)|Polarität]] wird die Leitfähigkeit zwischen ''Source'' und ''Drain'' reduziert.
Es gibt allerdings auch spezielle Varianten, die ohne Gate-Spannung keinen Source-Drain-Strom aufweisen (selbstsperrende JFET, engl. {{lang|en|normally-off JFET}}).<ref>{{Literatur |Autor=Stefanos Manias |Titel=Power Electronics and Motor Drive Systems |Verlag=Academic Press |Datum=2016 |ISBN=978-0-12-811814-6 |Seiten=742}}</ref>

Auch JFETs gibt es in zwei Arten: n-Kanal und p-Kanal. Im Schaltsymbol wird bei einem n-Kanal der Pfeil zu dem Transistor gezeichnet und auf dem Gate-Anschluss eingezeichnet, wie in nebenstehender Abbildung dargestellt. Beim p-Kanal-Typ ist die Pfeilrichtung umgekehrt. Sperrschicht-FETs finden wegen der etwas komplizierteren Ansteuerung nur in speziellen Anwendungen, wie [[Mikrofonverstärker]]n, Anwendung.

==== Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor ====
[[Datei:MISFET-Transistor Symbole.svg|mini|Schaltsymbole von MOSFETs]]
[[Datei:N-Kanal-MOSFET (Schema).svg|mini|Prinzipieller Aufbau eines n-Kanal-[[MOSFET]]s im Querschnitt]]
{{Hauptartikel|Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor}}

Der Überbegriff MISFET leitet sich von der englischen Bezeichnung {{lang|en|[[Metall-Isolator-Halbleiter-Struktur|metal insulator semiconductor]] field-effect transistor}} (Metall-Isolator-Halbleiter-Feldeffekttransistor) ab. Sie stellen die andere große Gruppe dar, die Feldeffekttransistoren mit einem durch einen Isolator getrennten Gate ({{enS|isolated gate field-effect transistor}}, [[IGFET]]).
Aus historischen Gründen wird statt MISFET oder IGFET meist die Bezeichnung MOSFET synonym verwendet. MOSFET steht für englisch {{lang|en|Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor}} ([[Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor]]) und geht auf die Ursprünge der Halbleitertechnik zurück; damals wurde als [[Metallische Gate-Elektrode|Gate-Material Aluminium]] und als Isolator Siliziumdioxid verwendet.

Wie der Name schon andeutet, wird ein MOSFET vor allem durch den Aufbau des Gate-Schichtstapels definiert. Dabei ist ein „metallisches“ Gate durch ein Oxid (Isolator) vom stromführenden Kanal (Halbleiter) zwischen Source und Drain elektrisch isoliert. Mit Technologiestand im Jahr 2008 wurde vornehmlich hochdotiertes [[Polysilizium]] als Gate-Material eingesetzt, womit die Bezeichnung MISFET bzw. MOSFET nicht korrekt ist. In Verbindung mit dem Substratmaterial Silizium bietet sich Siliziumdioxid als Isolationsmaterial an, da es sich technologisch einfach in den Herstellungsprozess integrieren lässt und gute elektrische Eigenschaften aufweist. Eine Ausnahme stellt die [[High-k+Metal-Gate-Technik]] dar, bei der ein metallisches Gate in Verbindung mit [[High-k-Dielektrikum|High-k-Materialien]] aus Metalloxiden eingesetzt wird.

Ein Vorteil der MOSFET-Technik ist, dass durch den Einsatz eines Isolators im Betrieb keine Raumladungszone als Trennschicht, wie beim Sperrschicht-FET mit entsprechender Ansteuerungspolarität, gebildet werden muss. Der ''Gate''-Anschluss kann somit in bestimmten Bereichen mit sowohl positiven als auch negativen Spannungen gegen den ''Source''-Anschluss beaufschlagt werden.

Je nach Dotierung des Grundmaterials lassen sich sowohl n- als auch p-Kanal-MOSFETs herstellen. Diese können auch in Form selbstleitender oder selbstsperrender Typen im Rahmen der Herstellungsprozesse konfiguriert werden. Die Schaltsymbole umfassen damit vier mögliche Variationen wie in nebenstehender Abbildung dargestellt. Dabei ist erkennbar, dass die selbstleitenden MOSFETs, auch als Verarmungstyp bezeichnet, eine durchgezogene Linie zwischen den Anschlüssen ''Drain'' und ''Source'' aufweisen. Diese Linie ist bei den selbstsperrenden Typen, auch als Anreicherungstyp bezeichnet, unterbrochen. Der Pfeil wird bei diesen Transistoren am ''Bulk''-Anschluss eingezeichnet und bei einem n-Kanal-Typ zu dem Transistorsymbol orientiert, bei einem p-Kanal vom Transistor weg gezeichnet. Der ''Bulk''-Anschluss ist oft fest mit dem ''Source''-Anschluss direkt am Halbleiter verbunden.

Wegen der größeren Vielfalt und der leichteren elektrischen Steuerbarkeit sind MOSFETs die heute mit großem Abstand am meisten produzierten Transistoren. Möglich wurde dies vor allem durch die [[Complementary Metal Oxide Semiconductor|CMOS]]-Technologie, bei der n- und p-MOSFETs kombiniert werden. Erst der Einsatz dieser Technologie erlaubte die Realisierung hochkomplexer, integrierter Schaltungen mit einer deutlich reduzierten Leistungsaufnahme, die mit anderen Transistortypen nicht möglich wäre.

{{Absatz}}

=== Spezielle Transistortypen ===
[[Datei:Fototransb.jpg|mini|Nahaufnahme eines [[Fototransistor]]s (kleines quadratisches Plättchen in der Bildmitte)]]

Neben den Transistorgrundtypen gibt es einige weitere Varianten für spezielle Anwendungsbereiche wie den [[Bipolartransistor mit isolierter Gateelektrode]], abgekürzt IGBT. Diese Transistoren finden seit Ende der 1990er&nbsp;Jahre vor allem in der Leistungselektronik Anwendung und stellen eine Kombination aus MOS- und Bipolartechnologie in einem gemeinsamen Gehäuse dar. Da diese Leistungstransistoren Sperrspannungen bis zu 6&nbsp;kV aufweisen und Ströme bis zu 3&nbsp;kA schalten können, ersetzen sie in der Leistungselektronik zunehmend [[Thyristor]]en.

[[Fototransistor]]en sind optisch empfindliche bipolare Transistoren, wie sie unter anderem in [[Optokoppler]]n Verwendung finden. Die Steuerung dieser Transistoren erfolgt nicht durch einen kleinen Basis-Emitter-Strom – mitunter wird der Basisanschluss auch weggelassen –, sondern ausschließlich durch den Einfall von [[Licht]] (beispielsweise angewendet in Lichtschranken). Licht hat in der Raumladungszone des p-n-Überganges des Bipolartransistors eine ähnliche Wirkung wie der Basisstrom, der normalerweise an der Basis(B), auf engl. Gate(G), geschaltet wird. Deswegen sollten herkömmliche Transistoren, bei denen dieser Effekt unerwünscht ist, in einem lichtundurchlässigen Gehäuse untergebracht sein.

Ein heute kaum noch verwendeter Transistor ist der [[Unijunctiontransistor]], abgekürzt UJT. Er ähnelt in seiner Funktion eher Thyristoren bzw. den [[Diac]]s, wird historisch aber zu den Transistoren gezählt. Seine Funktion, beispielsweise in Sägezahngeneratoren, wird heute großteils durch integrierte Schaltungen realisiert.

In manchen [[Flüssigkristallbildschirm]]en, den meist farbfähigen TFT-Displays, kommen pro [[Pixel]] im aktiven Bildbereich bis zu drei [[Dünnschichttransistor]]en (engl. {{lang|en|Thin Film Transistor}}, TFT) zu Anwendung. Diese Feldeffekttransistoren sind praktisch durchsichtig. Sie werden zur Ansteuerung der einzelnen Pixel verwendet und ermöglichen im Vergleich zu den transistorlosen, farbfähigen LC-Displays einen höheren Kontrast. Je nach Größe des TFT-Display können pro Bildschirm bis zu einigen Millionen Dünnfilmtransistoren eingesetzt werden.

In elektrisch programmierbaren [[Festwertspeicher]]n wie [[Erasable Programmable Read-Only Memory|EPROMs]] und [[EEPROM]]s finden spezielle MOSFET mit einem sogenannten [[Floating Gate]] als primäres Speicherelement Anwendung. Durch die im Floating Gate gespeicherte elektrische Ladung ist der Transistor permanent ein- bzw. ausgeschaltet und kann den Informationsgehalt eines [[Bit]]s speichern. Das Beschreiben, und bei einigen Typen auch das Löschen, wird mittels des quantenmechanischen [[Tunneleffekt]]es ermöglicht.

In integrierten Schaltungen werden weitere spezielle Formen wie der [[Multiemitter-Transistor]] eingesetzt, der bei [[Logikgatter]]n in der [[Transistor-Transistor-Logik]] die eigentliche logische Verknüpfung der Eingangssignale durchführt.

==== Thermotransistoren ====
2023 stellten Forschende der [[University of California, Los Angeles|UCLA]] einen „thermischen Transistor“ (''thermal transistor'') vor, der durch die Gate-Schaltung des elektrischen Feldes den [[Wärmestrom|Wärmefluss]] im Bauelement verändern kann.<ref>{{Literatur |Autor=Man Li, Huan Wu, Erin M. Avery, Zihao Qin, Dominic P. Goronzy, Huu Duy Nguyen, Tianhan Liu, Paul S. Weiss, Yongjie Hu |Titel=Electrically gated molecular thermal switch |Sammelwerk=Science |Band=382 |Nummer=6670 |Datum=2023-11-03 |ISSN=0036-8075 |Seiten=585–589 |Online=https://www.science.org/doi/10.1126/science.abo4297 |Abruf=2023-12-27 |DOI=10.1126/science.abo4297}}</ref> Im Gegensatz zu früheren [[Proof of Concept|Proofs of Concept]]<ref>{{Internetquelle|url=https://www.weltderphysik.de/gebiet/materie/nachrichten/2007/geschaltete-hitze-transistor-fuer-waermefluss-entwickelt/ |titel=Geschaltete Hitze: Transistor für Wärmefluss entwickelt |werk=Welt der Physik |datum=2006-12-14 |sprache=de |abruf=2023-12-27}}</ref> ist das Bauteil über eine Million Schaltvorgänge hinweg funktionsfähig, was Anwendungsfälle wie effizienzsteigernde [[Kühlung]] und [[Energy Harvesting]] suggeriert.<ref>{{Internetquelle |autor=Gwendolyn Rak |url=https://spectrum.ieee.org/thermal-transistor |titel=Thermal Transistors Handle Heat With No Moving Parts |werk=IEEE Spectrum |datum=2023-11-13 |sprache=en |abruf=2023-12-27}}</ref>{{Absatz}}

== Bauformen ==

[[Datei:DualTransistor-1970.jpg|mini|Doppeltransistor, Gehäuse geöffnet (1970er Jahre)]]

Im Laufe der Geschichte der Mikroelektronik wurde – im Hinblick auf den funktionalen inneren Aufbau – eine Vielzahl von Transistorbauformen entwickelt, die sich vor allem in der Herstellung der pn-Übergänge und der Anordnung der dotierten Bereiche unterscheiden. Der erste praktisch realisierte Transistor war 1947 der [[Spitzentransistor]]. Darauf folgten zahlreiche Versuche, die Herstellung einfacher und somit auch günstiger zu machen. Wichtige Bauformen bipolarer Einzel-Transistoren sind: der [[Gezogener Transistor|gezogene Transistor]], der [[Legierungstransistor]], der [[Drifttransistor]], der [[Diffusionstransistor]], der diffundiert-legierte [[Mesatransistor]], der [[Epitaxialtransistor]] und der [[Overlay-Transistor]]. Die wohl wichtigste Bauform ist jedoch der 1960 von [[Jean Hoerni]] entwickelte [[Planartransistor]], der sowohl einen wirksamen Schutz des sensiblen pn-Übergangs als auch eine parallele Massenfertigung auf einem Substrat (Wafer) erlaubte – was die Entwicklung von [[Integrierter Schaltkreis|integrierten Schaltkreisen]] (ICs) wesentlich beeinflusste.

Für u.&nbsp;a. [[Differenzverstärker]] ist es wichtig, dass deren beide Eingangstransistoren möglichst isotherm betrieben werden. Unter anderem dafür werden Doppeltransistoren hergestellt, zwei Transistoren in einem Gehäuse. Auf dem nebenstehenden Bild deutlich erkennbar sind die einzelnen Transistoren auf einem kleinen Messingplättchen, die wiederum auf einem keramischen und elektrisch isolierenden Bock liegen. Moderne Typen in [[Liste von Halbleitergehäusen#Gehäuse für Oberflächenmontage (SMD)|SO-Gehäusen]] basieren teilweise auf zwei Transistoren auf einem [[Die (Halbleitertechnik)|Die]], auch gibt es integrierte Transistorarrays (z.&nbsp;B. CA 3086) oder vollkommen integrierte Differenzverstärker in Form von [[Operationsverstärker]]n und [[Komparator (Analogtechnik)|Komparatoren]].

Die erst später praktisch realisierten [[Feldeffekttransistor]]en können in ähnlich vielen Bauformen realisiert werden. Die wichtigsten Formen sind der planare [[Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor]], der [[Nanodrahttransistor]] sowie der [[FinFET]].

Ging es in der Anfangsphase der Mikroelektronik noch darum, überhaupt funktionsfähige Transistoren mit guten elektrischen Eigenschaften herzustellen, so wurden später zunehmend Bauformen für spezielle Anwendungen und Anforderungen entwickelt, beispielsweise [[Hochfrequenztransistor|Hochfrequenz-]], [[Leistungstransistor|Leistungs-]] und [[Hochspannungstransistor]]en. Diese Unterteilung gilt sowohl für Bipolar- als auch für Feldeffekttransistoren. Für einige Anwendungen wurden auch spezielle Transistortypen entwickelt, die typische Eigenschaften der beiden Haupttypen vereinen, z.&nbsp;B. der [[Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode]] (IGBT).

{{Absatz}}

== Werkstoffe ==
[[Datei:Transistor-die-KSY34.jpg|mini|Nahaufnahme eines Halbleiter&shy;plättchens (englisch ''die'') mit einem Bipolar&shy;transistor von oben und den Anschlussdrähten]]

Bipolare Transistoren wurden in der Anfangszeit aus dem Halbleiter [[Germanium]] gefertigt, während heute überwiegend der Halbleiter [[Silizium]] sowohl bei Feldeffekttransistoren als auch Bipolartransistoren verwendet wird. Der schrittweise Ersatz des Germaniums durch Silizium im Laufe der 1960er und 1970er Jahre geschah unter anderem aus folgenden Gründen (vgl. [[Thermische Oxidation von Silizium#Anwendung|Thermische Oxidation von Silizium]]):<ref>{{Literatur |Autor=H. R. Huff, U. Gosele, H. Tsuya |Titel=Semiconductor Silicon |Verlag=Electrochemical Society |Datum=1998 |ISBN=1-56677-193-5 |Seiten=179–189}}</ref>
# Silizium besitzt ein stabiles, nichtleitendes Oxid (Siliziumdioxid), hingegen ist Germaniumoxid wasserlöslich, was unter anderem die Reinigung komplizierter macht.
#* Siliziumdioxid eignet sich zur Oberflächenpassivierung der Halbleiter, wodurch die Umgebung (Verschmutzungen, Oberflächenladungen usw.) die elektrischen Eigenschaften der Bauelemente deutlich weniger beeinflussten und somit reproduzierbarer wurden.
#* Mit der ''thermischen Oxidation von Silizium'' existierte ein einfacher Herstellungsprozess von Siliziumdioxid auf einkristallinem Silizium. Die dabei entstehende Silizium-Siliziumdioxid-Grenzfläche zeigt eine geringe Anzahl an Grenzflächenladungen, was unter anderem die praktische Umsetzung von Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate ermöglichte.
# Silizium ist genauso wie Germanium ein [[Elementhalbleiter]]. Bei Silizium ist die Gewinnung und Handhabung einfacher als bei Germanium.

Für Spezialanwendungen werden weitere Materialien eingesetzt. So besitzen einige [[Verbindungshalbleiter]] wie das giftige [[Galliumarsenid]] bessere Eigenschaften für hochfrequente Anwendungen, sind aber teurer zu fertigen und benötigen andere Fertigungseinrichtungen. Um diese praktischen Nachteile des Galliumarsenids zu umgehen, existieren verschiedene Halbleiterkombinationen wie [[Siliziumgermanium]], die für höhere Frequenzen verwendbar sind. Für Hochtemperaturanwendungen kommen für die Herstellung von Transistoren spezielle Halbleitermaterialien wie [[Siliziumcarbid]] (SiC) zur Anwendung. Diese Transistoren können beispielsweise direkt an einem [[Verbrennungsmotor]] bei Temperaturen bis zu 600&nbsp;°C eingesetzt werden.<ref>A. K. Agarwal et al.: ''SiC Electronics.'' In: ''International Electron Devices Meeting.'' Dezember 1996, S. 225–230.</ref><ref>P. G. Neudeck, G. M. Beheim, C. S. Salupo: [http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20000033844.pdf ''600&nbsp;°C Logic Gates Using Silicon Carbide JFET's''] (PDF; 954&nbsp;kB) In: ''Government Microcircuit Applications Conference Technical Digest'', Anaheim, März 2000, S. 421–424.</ref> Bei siliziumbasierenden Halbleitern liegt die maximale Betriebstemperatur im Bereich von 150&nbsp;°C.

{{Absatz}}

== Anwendungsbereiche ==
Transistoren werden heutzutage in nahezu allen elektronischen Schaltungen verwendet. Der Einsatz als einzelnes ([[Diskretes Bauelement|diskretes]]) [[Elektrisches Bauelement|Bauelement]] spielt dabei eine nebensächliche Rolle. Sogar in der Leistungselektronik werden zunehmend mehrere Transistoren auf einem Substrat gefertigt; dies geschieht hauptsächlich aus Kostengründen.

Eine ältere Typisierung von Transistoren erfolgte nach den Einsatzgebieten:
* Kleinsignaltransistoren – einfache, ungekühlte Transistoren für analoge [[Niederfrequenz|NF]]-Technik für Leistungen bis ca. 1&nbsp;W
* Leistungstransistoren – robuste, kühlbare Transistoren für Leistungen oberhalb 1&nbsp;W
* Hochfrequenztransistoren – Transistoren für [[Frequenz]]en oberhalb 100&nbsp;kHz, bei Frequenzen jenseits der 100&nbsp;MHz wird auch die äußere Gestaltung beispielsweise in [[Streifenleitung|Streifenleitertechnik]] ausgeführt
* Schalttransistoren – Transistoren mit günstigem Verhältnis von Durchlass- zu Sperrstrom, bei denen die Kennlinie nicht besonders linear zu sein braucht, in Varianten für kleine und für große Leistungen. Bipolare Transistoren im Kleinleistungsbereich mit integrierten Vorschaltwiderständen werden auch als [[Digitaltransistor]] bezeichnet.

Differenziert wird inzwischen noch mehr nach dem Anwendungsgebiet. Die Maßstäbe haben sich ebenfalls verschoben, die Grenze von 100&nbsp;kHz für HF-Transistoren würde heute ca. um den Faktor 1000 höher angesetzt werden.

=== Digitale Schaltungstechnik ===
Ausgehend von der Zahl der gefertigten Bauelemente ist das Hauptanwendungsgebiet der Transistoren in der [[Digitaltechnik]] der Einsatz in [[Integrierte Schaltung|integrierten Schaltungen]], wie beispielsweise [[Random Access Memory|RAM-Speichern]], [[Flash-Speicher]]n, [[Mikrocontroller]]n, [[Mikroprozessor]]en und [[Logikgatter]]n. Dabei befinden sich in hochintegrierten Schaltungen über eine Milliarde Transistoren auf einem Substrat, das meistens aus Silizium besteht und eine Fläche von einigen Quadratmillimetern aufweist. Der im Jahr 2009 noch exponentielle Anstieg der Transistorenanzahl pro Fläche in integrierten Schaltkreisen wird auch als [[Mooresches Gesetz]] bezeichnet. Jeder dieser Transistoren wird dabei als eine Art elektronischer Schalter eingesetzt, um einen Teilstrom in der Schaltung ein- oder auszuschalten. Mit dieser immer höheren Transistoranzahl je Chip wird dessen Speicherkapazität größer oder seine Funktionsvielfalt, indem bei modernen Mikroprozessoren beispielsweise immer mehr Aktivitäten in mehreren [[Prozessorkern]]en ''[[Mehrkernprozessor|parallel]]'' abgearbeitet werden können. Alles dies steigert in erster Linie die Arbeitsgeschwindigkeit; weil die einzelnen Transistoren innerhalb der Chips dabei aber auch immer kleiner werden, sinkt auch deren jeweiliger Energieverbrauch, so dass die Chips insgesamt auch immer energiesparender (bezogen auf die Arbeitsleistung) werden.

Die Größe der Transistoren (Gate-Länge) bei hochintegrierten Chips beträgt im Jahr 2009 oft nur noch wenige Nanometer. So beträgt beispielsweise die Gate-Länge der Prozessoren, die in der sogenannten [[45-nm-Technik]] gefertigt wurden, nur rund 21&nbsp;nm; Die 45&nbsp;nm bei der 45-nm-Technik beziehen sich auf die Größe der kleinsten lithographisch fertigbaren Struktur, die sogenannte {{lang|en|Feature Size}}, was in der Regel der unterste Metallkontakt mit den Drain-Source-Gebieten ist. Die Halbleiterunternehmen treiben diese Verkleinerung voran; so stellte Intel im Dezember 2009 die neuen 32-nm-Testchips vor.<ref name="Golem091216">{{Internetquelle |autor=Nico Ernst |url=http://www.golem.de/0912/71925.html |titel=Intel zeigt Details zu CPUs mit 32 und 22 Nanometern |werk=Golem.de |datum=2009-12-16 |abruf=2009-12-17}}</ref> Neben dem Bereich der Mikroprozessoren und Speicher sind an der Spitze der immer kleineren Strukturgrößen auch [[Grafikprozessor]]en und [[Field Programmable Gate Array]]s (FPGAs).<ref name="nvidia1" />

In nachfolgender Tabelle ist beispielhaft die Anzahl der auf einigen verschiedenen [[Integrierter Schaltkreis|Mikrochips]] eingesetzten Transistoren und [[Technologieknoten]] angegeben:
{| class="wikitable zebra" style="text-align:center"
|-
! Mikrochip
! Anzahl der<br />Transistoren
! Technologie-<br />knoten
! Entwicklungs-<br />jahr
|-
| [[Intel 4004]]
|style="text-align:right"| 2.300
| 10000 [[Nanometer|nm]]
| 1971
|-
| [[Pentium#P5 (A80501)|Intel Pentium (P5)]]
|style="text-align:right"| 3.100.000
| 800 nm
| 1993
|-
| [[Intel Core 2 (Desktop)#Yorkfield|Intel Core 2 (Yorkfield)]] pro [[Die (Halbleitertechnik)|Die]]
|style="text-align:right"| 410.000.000
| 45 nm
| 2007
|-
| [[Intel Itanium 2]] Tukwila
|style="text-align:right"| 2.046.000.000
| 65 nm
| 2010
|-
| [[AMD-Radeon-HD-7000-Serie#Grafikprozessoren|AMD Tahiti]] XT<ref>{{Internetquelle |autor= |url=https://www.heise.de/newsticker/meldung/Radeon-HD-7970-Mit-2048-Kernen-an-die-Leistungsspitze-1399905.html |titel=Radeon HD 7970: Mit 2048 Kernen an die Leistungsspitze |werk=heise online |datum=2011-12-22 |abruf=2011-12-22}}</ref>
|style="text-align:right"| 4.312.711.873
| 28 nm
| 2011
|-
| [[Nvidia Tesla#Prozessoren|Nvidia Kepler GK110]]<ref name="nvidia1">{{Internetquelle |autor= |url=https://www.heise.de/newsticker/meldung/GTC-2012-GK110-Grafikchip-hat-bis-zu-2880-Shader-Kerne-1576464.html |titel=GTC 2012: GK110-Grafikchip hat bis zu 2880 Shader-Kerne |werk=heise online |datum=2012-05-15 |abruf=2012-11-20}}</ref>
|style="text-align:right"| 7.100.000.000
| 28 nm
| 2012
|-
| [[AMD Epyc]] – 32-Kern-Prozessor<ref>[https://www.mb.uni-siegen.de/lot/studium/lehrveranstaltungen/dss/2019mdss-kap.1.pdf Materialwissenschaft dünner Schichten und Schichtsysteme.] (PDF) mb.uni-siegen.de</ref>
|style="text-align:right"| 19.200.000.000
| 14 nm
| 2017
|}

=== Analoge Schaltungstechnik ===
In der analogen Schaltungstechnik finden sowohl Bipolartransistoren als auch Feldeffekttransistoren in Schaltungen wie dem [[Operationsverstärker]], [[Signalgenerator]]en oder als hochgenaue [[Spannungsquelle|Referenzspannungsquelle]] Anwendung. Als Schnittstelle zu digitalen Anwendungen fungieren [[Analog-Digital-Umsetzer]] und [[Digital-Analog-Umsetzer]]. Die Schaltungen sind dabei im Umfang wesentlich kleiner. Die Anzahl der Transistoren pro Chip bewegen sich im Bereich von einigen 100 bis zu einigen 10.000 Transistoren.

In Transistorschaltungen zur [[Signalverarbeitung]] wie [[Vorverstärker]] ist das [[Rauschen (Physik)|Rauschen]] eine wesentliche Störgröße. Es spielt dabei vor allem das [[Thermisches Rauschen|thermische Rauschen]], das [[Schrotrauschen]] sowie das [[1/f-Rauschen]] eine Rolle. Bei dem MOS-Feldeffekttransistor ist das 1/f-Rauschen bereits unter ca. 1&nbsp;MHz besonders groß. Das unterschiedliche Rauschverhalten bestimmt ebenfalls die möglichen Einsatzbereiche der Transistortypen, beispielsweise in Niederfrequenzverstärkern oder in speziellen rauscharmen [[Rauscharmer Signalumsetzer|Hochfrequenzumsetzern]].

In der analogen Schaltungstechnik werden auch heute noch diskrete Transistoren unterschiedlichen Typs eingesetzt und mit anderen elektronischen Bauelementen auf [[Leiterplatte]]n verbunden, so es für diese Anforderungen noch keine fertigen integrierten Schaltungen bzw. Schaltungsteile gibt. Ein weiterer Einsatzbereich für den Einsatz diskreter Transistorschaltungen liegt im qualitativ höheren Segment der [[Audiotechnik]].

{{Absatz}}

=== Leistungselektronik ===
{{Hauptartikel|Leistungstransistor}}
[[Datei:2N3055 NPN Transistor.jpg|mini|Leistungstransistor vom Typ ''2N3055'' im ''TO-3''-Gehäuse, durch eine [[Glimmer]]scheibe elektrisch isoliert, auf einem [[Aluminium]]-[[Kühlkörper]] aufgeschraubt]]

Transistoren werden in unterschiedlichen Bereichen der Leistungselektronik eingesetzt. Im Bereich von [[Leistungsverstärker]]n finden sie sich in [[Endstufe]]n. Im Bereich der geregelten Stromversorgungen wie bei [[Schaltnetzteil]]en finden [[Leistungs-MOSFET]]s oder [[IGBT]]s Anwendung – sie werden dort als Wechselrichter und synchroner [[Gleichrichter]] verwendet. IGBT und Leistungs-MOSFETs dringen zunehmend in Bereiche vor, die bisher größeren [[Thyristor]]en vorbehalten waren, bspw. in [[Wechselrichter]]n oder Motorsteuerungen. Der Vorteil der Leistungstransistoren gegenüber Thyristoren ist die Möglichkeit, Transistoren jederzeit ein- oder ausschalten zu können. Herkömmliche Thyristoren können zwar jederzeit eingeschaltet (gezündet) werden, aber nicht bzw. nur mit zusätzlichem Schaltungsaufwand wieder ausgeschaltet werden. Ein Umstand, der vor allem bei Gleichspannungsanwendungen von Nachteil ist.

Aufgrund der in der Leistungselektronik auftretenden [[Verlustleistung]]en kommen meist größere [[Transistorgehäuse]] wie TO-220 oder TO-3 zur Anwendung, die zusätzlich eine gute thermische Verbindung zu [[Kühlkörper]]n ermöglichen.

{{Absatz}}

== Gehäuse und Aussehen ==

Transistoren haben normalerweise drei Anschlüsse, die als Drähte, Stifte, Bleche typisch nur an einer Seite des Gehäuses parallel herausgeführt werden. Die Lötflächen an [[Surface-mounted device|SMD]]-Gehäusen liegen jedoch zumindest an zwei Seiten der Kontur. Insbesondere bei Leistungstransistoren, die fest mit einer Kühlfläche verschraubt werden, kommt es vor, dass der zu verschraubende Metallteil auch einen der drei Transistor Anschlüsse elektrisch herausführt, sodass nur zwei (weitere) Pole als Stifte o. Ä. zu finden sind. Kommen hingegen vier Drähte aus dem Gehäuse, kann einer die Funktion „S“ Schirm/Abschirmung haben. Enthält ein Gehäuse mehrere Transistoren, können –&nbsp;vgl. [[Darlingtontransistor]]&nbsp;– entsprechend viele Kontakte herausführen.

Es gibt individuell ausgesuchte Paare von Exemplaren mit möglichst ähnlichen Eigenschaften zum Einbau in entsprechend anspruchsvolle Schaltungen. Zudem gibt es sogenannte Komplementär-Paare (Typen) mit ähnlichen Eigenschaften, jedoch vertauschter Polarität, also ein npn- und ein pnp-Typ.

Der im Inneren unter Umständen filigrane Aufbau des Bauteils wird von einem vergleichsweise robusten Gehäuse gehaltert und zugleich umschlossen.

Aufgaben des Gehäuses und der Zuleitungen im Allgemeinen:
* Möglichst dichtes Abschließen:
** Gasdicht gegen Zutritt von Sauerstoff und anderen chemisch-physikalischen Reagentien, um eine möglichst [[inert]]e und saubere Umgebung für die hochreinen Halbleitersubstanzen zu schaffen. Halbleiter können auch mit Isolierschichten beschichtet sein.
** Lichtdicht
** Abschirmen gegen ionisierende Strahlung (besonders bedeutsam bei Höhenflug, Raumfahrt, radioaktiv heißer Umgebung)
** Elektrische und magnetische (Wechsel-)felder
* Geringer Wärmeflusswiderstand für die im Halbleiter (und seinen Zuleitungen) im Betrieb produzierte Wärme hin zum Kühlkörper als Wärmesenke. Gehäuse sind typisch mit Silikon-Wärmeleitpaste gefüllt.
* Seitliche Ableitung von über die elektrischen Kontakte während eines Lötvorgangs ankommende Wärme. Kleine Germaniumtransistoren sind mitunter mit dünnen Anschlussdrähten aus Eisen ausgestattet, die Wärme – aber auch elektrischen Strom – schlechter leiten als Kupfer.
* Durchleitung elektrischer Ströme unter geringem Spannungsabfall und geringer Wärmeerzeugung (Joulsche Wärme).

Im Sonderfall des Fototransistors als Sensor soll Licht in den Halbleiter selbst eindringen können.<!--Wie sieht es bei TFT-Display aus?-->

Materialien der Gehäuseschale:
* Glas, geblasen, schwarz lackiert
* Alublech, tiefgezogen
* Bleche aus [[Kupfer]]werkstoffen (dünne Kuppel über dicker, gelochter Platte), galvanisiert, verlötet oder verschweißt
* [[Duroplast]]

Einbettung der Kontakte:
* Glas
* Klebstoff
* Duroplast
* Keramik

== Bezeichnung ==
{{Hauptartikel|Kennbuchstaben von Halbleiterbauelementen}}
Zur Bezeichnung von Transistor-Typen gab es zunächst unterschiedliche Bezeichnungen der einzelnen Hersteller (wie OC71 für einen Valvo-Germanium-Transistor). Dann wurden unterschiedliche Normen eingeführt: z.&nbsp;B. Pro Electron in Europa, JEDEC in den USA und JIS in Japan. Um vergleichbare Typen unterschiedlicher Bezeichnungs-Schemata zu finden, gibt es ''Vergleichstabellen''.

Bei Pro Electron beschreibt der erste Buchstabe das verwendete Halbleitermaterial (z.&nbsp;B. „A“: Germanium, „B“: Silicium) und der zweite die Funktion (z.&nbsp;B. „A“: Diode, „F“: HF-Transistor). JEDEC bezeichnet Dioden mit „1N“ und Transistoren mit „2N“.

== Literatur ==
* {{Literatur
   |Autor=[[Ulrich Tietze]], Christoph Schenk
   |Titel=Halbleiter-Schaltungstechnik
   |Auflage=12.
   |Verlag=Springer
   |Ort=Berlin
   |Datum=2002
   |ISBN=3-540-42849-6}}
* {{Literatur
   |Autor=Kurt Hoffmann
   |Titel=Systemintegration: Vom Transistor zur großintegrierten Schaltung
   |Auflage=2.
   |Verlag=Oldenbourg
   |Datum=2006
   |ISBN=3-486-57894-4}}
* {{Literatur
   |Autor=Ulrich Hilleringmann
   |Titel=Silizium-Halbleitertechnologie: Grundlagen mikroelektronischer Integrationstechnik
   |Auflage=6.
   |Verlag=Springer Vieweg
   |Datum=2014
   |ISBN=978-3-8348-1335-0}}
* {{Literatur
   |Autor=[[Stefan Goßner]]
   |Titel=Grundlagen der Elektronik
   |Auflage=11.
   |Verlag=Shaker
   |Datum=2019
   |ISBN=978-3-8440-6784-2}}
* [[Alfred Kirpal]]: ''Die Entwicklung der Transistorelektronik. Aspekte einer militärischen und zivilen Technik''. In: ''Technikgeschichte.'' Band 59, Heft, 1992, S. 353–369.

== Weblinks ==
{{Commonscat|Transistors|Transistoren}}
{{Wiktionary}}
* {{Internetquelle
   |url=https://www.electronicsplanet.ch/bauteile/standard-transistoren.htm
   |titel=Liste mit Standardtransistoren
   |werk=electronicsplanet.ch
   |abruf=2014-12-07}}
* {{Internetquelle
   |autor=Thomas Krueger
   |url=https://www.dieelektronikerseite.de/Lections/Der%20Transistor%20-%20Ein%20Tausendsassa.htm
   |titel=Der Transistor – Ein Tausendsassa
   |werk=dieelektronikerseite.de
   |datum=2009-04-20
   |abruf=2009-06-22
   |kommentar=Einige Transistor-Grundschaltungen}}
* {{Internetquelle
   |autor=Thomas Schaerer
   |url=https://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/powsw1.htm
   |titel=Schalten und Steuern mit Transistoren
   |werk=elektronik-kompendium.de
   |datum=2008-02-13
   |abruf=2009-06-22}}
* {{Internetquelle
   |autor=Kai Janßen
   |url=http://www.kjanssen.de/Studium/Forschungen/Diplomarbeit/da/weTEiS/weteis.htm
   |titel=weTEIS – interaktives Tutorial zu Lehrveranstaltung Entwurf integrierter Schaltungen
   |werk=kjanssen.de
   |datum=1999-11-03
   |abruf=2010-01-19}}

== Einzelnachweise ==
<references responsive />

{{Gesprochene Version
|datei   = De-Transistor-article.ogg
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}}

{{Lesenswert|21. August 2009|63603949}}

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[[Kategorie:Transistor| ]]
[[Kategorie:Kofferwort]]
[[Kategorie:Technikgeschichte (20. Jahrhundert)]]