Eine stilisierte Nachbildung des Punktkontakttransistors, der am 23. Dezember 1947 in den Bell Labs erfunden wurde.

Der Punktkontakttransistor war der erste erfolgreich demonstrierte Transistortyp . [ 1 ] Er wurde im Dezember 1947 von den Wissenschaftlern John Bardeen und Walter Brattain in den Bell Laboratories entwickelt. [ 2 ] [ 3 ] Sie arbeiteten in einer Gruppe unter der Leitung des Physikers William Shockley . Die Gruppe forschte gemeinsam an Experimenten und Theorien zu elektrischen Feldeffekten in Festkörpermaterialien mit dem Ziel, Vakuumröhren durch ein kleineres und energieeffizienteres Bauelement zu ersetzen .

Das entscheidende Experiment, durchgeführt am 16. Dezember 1947, bestand aus einem Germaniumblock ( einem Halbleiter) , an dem zwei sehr eng beieinander liegende Goldkontakte durch eine Feder befestigt waren. Brattain brachte einen kleinen Goldfolienstreifen über der Spitze eines Kunststoffdreiecks an – eine Anordnung, die im Wesentlichen einer Punktkontaktdiode entspricht . Anschließend schnitt er vorsichtig die Goldfolie an der Spitze des Dreiecks durch. Dadurch entstanden zwei elektrisch isolierte, sehr nahe beieinander liegende Goldkontakte.

Ein frühes Transistormodell.

Das Germaniumstück wies eine Oberflächenschicht mit einem Elektronenüberschuss auf . Beim Durchgang eines elektrischen Signals durch die Goldfolie wurden Elektronenlöcher (Punkte mit Elektronenmangel) injiziert. Dadurch entstand eine dünne Schicht mit Elektronenmangel. [ 4 ]

Ein kleiner positiver Strom, der an einen der beiden Kontakte angelegt wurde, beeinflusste den Stromfluss zwischen dem anderen Kontakt und der Basis, auf der der Germaniumblock montiert war. Tatsächlich bewirkte eine kleine Änderung des Stroms am ersten Kontakt eine größere Änderung des Stroms am zweiten Kontakt; somit wirkte der Transistor als Verstärker . Der Eingang für niedrige Ströme beim Punktkontakttransistor ist der Emitter, während die Ausgänge für hohe Ströme Basis und Kollektor bilden. Dies unterscheidet ihn vom späteren Bipolartransistor, der 1951 erfunden wurde und wie heutige Transistoren funktioniert: Hier ist der Eingang für niedrige Ströme die Basis und die beiden Ausgänge für hohe Ströme sind Emitter und Kollektor.

Der Punktkontakttransistor wurde von Western Electric und anderen Herstellern kommerzialisiert und vertrieben, schließlich aber vom Bipolartransistor abgelöst, der einfacher herzustellen und robuster war. Die Produktion des Punktkontakttransistors hielt sich jedoch bis in die 1960er-Jahre aufrecht, als der Silizium- Planartransistor den Markt bereits dominierte.

Bildung

Ein Modell des ersten kommerziell erhältlichen Punktkontakttransistors
Ein Modell des ersten kommerziell erhältlichen Punktkontakttransistors

Während Punktkontakttransistoren in der Regel gut funktionierten, wenn die Metallkontakte einfach dicht beieinander auf dem Germanium-Basiskristall platziert wurden, war es wünschenswert, eine möglichst hohe α-Stromverstärkung zu erzielen.

Um eine höhere α-Stromverstärkung in einem Punktkontakttransistor zu erzielen, wurde ein kurzer Hochstromimpuls verwendet, um die Eigenschaften des Kollektorkontakts zu modifizieren – ein Verfahren, das als „elektrische Formierung“ bezeichnet wird. Üblicherweise erfolgte dies durch Aufladen eines Kondensators mit einem bestimmten Wert auf eine bestimmte Spannung und anschließendes Entladen zwischen Kollektor und Basis. Die Formierung wies eine hohe Ausfallrate auf, sodass viele kommerzielle, gekapselte Transistoren aussortiert werden mussten. Obwohl die Auswirkungen der Formierung empirisch verstanden wurden, konnte die genaue Physik des Prozesses nie ausreichend untersucht werden, sodass keine eindeutige Theorie entwickelt wurde, die ihn erklärt oder Hinweise zu seiner Verbesserung liefert.

Im Gegensatz zu späteren Halbleiterbauelementen war es auch für einen Amateur möglich, einen Punktkontakttransistor herzustellen, indem er als Ausgangsmaterial eine Germanium-Punktkontaktdiode verwendete (sogar eine durchgebrannte Diode konnte verwendet werden; und der Transistor konnte im Schadensfall mehrmals repariert werden). [ 5 ]

Eigenschaften

Einige Eigenschaften von Punktkontakttransistoren unterscheiden sich von denen der etwas später entwickelten Sperrschichttransistoren:

  • Die Basisstromverstärkung (oder α ) eines Punktkontakttransistors liegt üblicherweise zwischen 2 und 3, [ 6 ] während α eines Bipolartransistors (BJT) nicht größer als 1 sein kann. Die Emitterstromverstärkung (oder β) eines Punktkontakttransistors überschreitet üblicherweise nicht 1, [ 6 ] während β eines BJT typischerweise zwischen 20 und 200 liegt.
  • Negativer differentieller Widerstand . Punktkontakttransistoren in Emitterschaltung weisen einen negativen Ausgangswiderstand auf, was für Spannungs-/Stromverstärkeranwendungen unerwünscht sein kann. Schaltkreise mit Punktkontakttransistoren nutzen häufig den negativen differentiellen Widerstand. [ 7 ] : 132, 149–163
  • Bis zur Entwicklung des Oberflächenbarriere-Transistors im Jahr 1953 waren Punktkontakttransistoren die schnellsten verfügbaren Transistoren, [ 7 ] : 71, 267 [ 8 ] : 227 einige arbeiteten im unteren Teil des VHF- Bandes, als die schnellsten Sperrschichttransistoren noch kaum bei einigen MHz arbeiten konnten.
  • Feuchtigkeitseinwirkung war bei Punktkontakttransistoren weniger schädlich als bei Sperrschichttransistoren, [ 8 ] : 386 weil ihr Kollektor-Rückwärtswiderstand niedriger und ihr Kollektor-Sperrstrom höher ist.
  • Bei Verwendung im Sättigungsmodus in der digitalen Logik verharrten sie in einigen Schaltungsdesigns (aber nicht in allen) im "Ein"-Zustand , sodass es notwendig war, die Stromversorgung für kurze Zeit in jedem Maschinenzyklus zu unterbrechen, um sie wieder in den Aus-Zustand zu versetzen.

Siehe auch

Referenzen

  1. ^ „1947: Erfindung des Punktkontakttransistors | Die Siliziummaschine | Computer History Museum“ . www.computerhistory.org . Abgerufen am 4. Februar 2026 .
  2. ^ Hoddeson, Lillian (1981). „Die Entdeckung des Punktkontakttransistors“. Historical Studies in the Physical Sciences . 12 (1). University of California Press: 41–76 . doi : 10.2307/27757489 . JSTOR 27757489 . 
  3. ^ Cressler, John (2017). Silicon Earth: Einführung in die Mikroelektronik und Nanotechnologie (2. Aufl.). CRC Press. S. 3–22. ISBN 9781351830201Die
  4. ^ „Punktkontakttransistor“ . www.pbs.org . Abgerufen am 4. Februar 2026 .
  5. ^ Selbstgebaute Transistoren: PB Helsdon, Wirless World, Januar 1954. Der Artikel beginnt mit dem Satz: „Es ist durchaus möglich, Punktkontakttransistoren zu Hause herzustellen, die sich durchaus mit denen von professionellen Herstellern vergleichen lassen.“
  6. ^ a b The Bell System Technical Journal Band XXXV Nummer 4, Copyright 1956 American Telephone and Telegraph Company S. 770-771
  7. ^ a b Transistoren: Theorie und Anwendungen Coblenz & Owens Copyright 1955 McGraw Hill S. 71, S. 132, S. 149-163 S. 267
  8. ^ a b Bell Telephone Labs Transistor Technology Volume 1 Bridgers, Staff & Shive Copyright 1958 Van Nostrand Company, Inc.

Weiterführende Literatur