Untransistor es un compausantelectronic actiu compausat desemiconductors. Permet de contrarotlar ò d'amplificar detensions ò decorrents electrics. Imaginat durant l'entre doas guèrras, foguèt desvolopat après laSegonda Guèrra Mondiala e plusors familhas diferentas de transistors existisson. Es lo compausant actiu pus important deicircuits electronics modèrnes, en particular dins leicircuits integrats que son la basa de lamicroelectronica actuala. La màger part dei transistors actuaus son fabricats a partir d'unsilici fòrça pur, mai d'autrei materiaus semiconductors a basa degermani, degalli ò d'indi son utilizables per d'aplicacions precisas. Aquò a menat a la creacion d'un important sectorindustriau, principalament basat enExtrèm Orient, per respòndre a la demanda mondiala de transistors.
Lo tèrme « transistor » provèn de l'angléstransfer resistor (« resisténcia de transferiment ») que foguèt seleccionat per un comitat de 26 personas deilaboratòris Bell lo 28 de mai de1948. Per de rasonscomercialas, un nom cort evocant latecnologia deitubes electronics èra cercat. Permetonimia, lo tèrme designèt tanben lei receptorsradiò equipats de transistors.
Lei premiers transistors operacionaus foguèron concebuts per doas còlas independentas après laSegonda Guèrra Mondiala. La premiera èra compausada deJohn Bardeen (1908-1991), deWalter Brattain (1902-1987) e deWilliam Shockley (1910-1989)[5][6]. Trabalhant dins leilaboratòris Bell,Bardeen eBrattain observèron lei proprietats dau dispositiu fach de doas partidas d'aur plaçadas en contacte amb un cristau degermani. Quand lo contacte èra establit entre lei tres elements, un senhau superior au senhau d'intrada èra produch a la sortida dau sistèma.Shockley, lo cap dau departament de Fisica de l'Estat Solid comprenguèt rapidament l'interès d'aquela descubèrta e realizèt plusors descubèrtas suplementàrias sus lo comportament electric deisemiconductors durant lei mes seguents. Aquò menèt a la fabricacion dau premier transistor d'efiech de camp. Pasmens, aqueu dispositiu èra tròp similar ai brevets deLilienfeld. De mai, èra encara tròp complèxe e son foncionament èra mau-segur[7]. Ansin, lei tres òmes privilegièron donc lo depaus d'un premier brevet relatiu a untransistor de contacte en1947.
Lei transistors bipolars degermani dominèron largament l'industria dau transistor durant leisans 1950-1960[2]. Per exemple, equipèron la màger part deisordinators, comprés lei calculators d'IBM. Pasmens, a partir deisans 1960, foguèron remplaçats per lei transistors desilici. Amb lo desvolopament de l'electronica durant la segonda mitat dau sègle XX, la produccion aumentèt fòrça, mai dins leisans 1970, lei transistorsMOSFET remplacèron la màger part dei transistors bipolars utilizats coma comutator[2].
En1955,Carl Frosch (1908-1984) eLincoln Derick descurbiguèron per azard lei proprietats de passivacion d'un jaç dedioxid de silici[13]. Aquò li permetèron de fabricar un premier transistor d'efiech de camp operacionau en1957[14]. Aquò suscitèt un interès novèu per leis oxids de silici[15][16][17]. En1959, aquelei recèrcas sus la passivacion dau jaç extèrne d'un materiau per tractament termic permetèron a l'EgipcianMohamed M. Atalla (1924-2009) de concebre lo premier transistor d'efiech de camp amb una grilha metau-oxid (MOSFET[18])[19]. Foguèt ansin concebut en1960 lo premierMOSFET utilizat dins uncircuit integrat en1963. En parallèl, foguèt desvolopada la tecnica de fabricacionCMOS[20] que permetèt de simplificar la produccion de transistorsMOSFET. Aquelei transistors prenguèron rapidament – e tènon encara – un ròtle centrau dins l'electronica actuala, especialament dins leicircuits integrats numerics. D'efiech, aquò permet de miniaturizar lei transistors e d'aumentar fòrça lor densitat sus un dispositiu, çò qu'es a l'origina de l'aumentacion regulara de la poissança dei processors informatics.
Un transistor es un compausantelectronic que tèn treselectròdes actius. Alimentat per un sinhau feble, es capable de contrarotlar unatension ò uncorrent important. Aquò li permet de complir lei foncions d'amplificator ò d'interruptor[21]. Dos tipes principaus de transistors existisson :
leitransistors bipolars (BJT[22]) que seis electròdes son dichs « basa », « collector » e « emetor ». S'uncorrent feble es aplicat entre la basa e l'emettor, pòu contrarotlar ò commutar un corrent pus important entre lo collector e l'emetor[23].
leitransistors d'efiech de camp (FET[24]) que seis electròdes son dichs « grilha », « dren » e « fònt ». S'unatension electrica es aplicada a la basa, es possible de contrarotlar un corrent electric entre la fònt e lo dren[25].
Lotransistor bipolar es unamplificator de corrent. Quand un corrent es injectat entre la basa e l'emetor, aquò crèa uncorrent multiplicat per lo gasanh dau transistor entre l'emetor e lo collector. Es un dispositiuelectronic a basa desemiconductors que son foncionament es basat sus doasjoncions P-N. N'i a dos tipes que son lei transistors NPN e lei transistors PNP que foncionan d'un biais similar, mai amb de corrents que circulan pas dins lo meteis sens. Pasmens, lei NPN son pus utilizats car an de caracteristicas pus interessantas.
Per descriure lo foncionament d'un transistor bipolar, se considèra generalament un transistor NPN amb de tensionsVBE eVCE e un corrent intrant a la basa,IB, positius. Dins aqueu tipe de transistor, l'emetor, liat a la premiera zòna dopada negativament, es polarizada a una tension inferiora a aquela de basa, liada a la zòna dopada positivament. Lodiòde emetor/basa se tròba donc polarizada en dirècte e un corrent, es a dire una injeccion d'electrons, circula de l'emetor vèrs la basa. En foncionament normau, la joncion basa-collector es polarizada en invèrs, çò que significa que lo potenciau dau collector es ben superior a aqueu de la basa. Leiselectrons, que la màger part s'es difusada fins a la zòna de camp d'aquela joncion, son reculhits per lo contacte collector. Dins una situacion idala, lo corrent eissit de l'emetor se tròba dins lo collector. Aqueucorrent es unafoncionexponenciala de la tension basa-emetor. Una pichona variacion de la tension entraïna ansin una variacion fòrça important dau corrent.
Lo corrent dei lacunas electronicas circulant de la basa vèrs l'emetor ajustat au corrent de recombinason deiselectrons neutralizats dins un trauc de la basa correspònd au corrent de basaIB. Es mai ò mens proporcionau au corrent dau collectorIC. Aquela relacion de proporcionalitat dona l'illusion que lo corrent de basa contraròtla lo corrent dau collector. Per un modèl de transistor donat, lei mecanismes de recombinasons sontecnologicament malaisats de mestrejar e lo gasanhIC/IB pòu solament èsser certificat superior a una certana valor (per exemple, 100 ò 1 000). Lei montatges electronics dèvon tenir còmpte d'aquela incertitud.
Quand la tension basa-collector es pron positiva, la màger part deis electrons es collectada e lo corrent dau collector despend pas d'aquela tension. Aquò correspònd a la « zòna lineara » dau transistor. Dins lo cas contrari, leis electrons estacionan dins la basa, se recombinan e lo gasanh demenís. Aquò es la « zòna de saturacion ». Pasmens, dos autrei mòdes mens frequents son possibles :
lo mòde dubèrt quand la polarizacion dei doasjoncions, considerats coma de diòdes, s'opausan au passatge d'uncorrent electric.
lo mòde actiu-inversat que càmbia lo collector e l'emetor. Pasmens, coma lei transistors bipolars son pas concebuts per aqueu mòde, son utilizacion es rara.
Untransistor d'efiech de camp es un dispositiusemiconductor que sa particularitat es d'utilizar uncamp electric per contrarotlar la forma, e donc laconductivitat, d'un « canau » dins un materiau semiconductor. Son organ de comanda es la grilha que pòu contrarotlar locorrent entre la fònt e lo dren quand unatension es aplicada entre la grilha e la fònt. Lo corrent de la grilha es nul (ò quasi nul) en regim estatic bòrd que la grilha fonciona coma uncondensator de feblacapacitat. Plusors tipes de transistors d'efiech de camp existisson coma lei transistors MOSFET d'enrichiment (lei pus utilizats), lei transistors MOSFET d'apauriment e lei transistors MOSFET de joncion. Dins cada familha, es possible d'utilizar siá un canau dopat negativament siá un canau dopat positivament.
Per lei transistors d'apauriment e de joncion, lo canau dren-fònt esconductor se lo potenciau de la grilha es nul. Per o blocar, fau rendre aqueu potenciau negatiu (per lei canaus dopats negativament) ò positiu (per lei canaus dopats positivament). Au contrari, lei transistors d'enrichiment son blocats quand la grilha a un potenciau nul. Quand la grilha d'un transistor dopats negativament es polarizada per unatension positiva ò quand aquela d'un transistor dopats positivament a unatension negativa, l'espaci fònt-dren dau transistor vèn passanta.
Totei lei transistors d'efiech de camp son caracterizats per una tension lindau que correspònd a la tension de grilha que permet de realizar la transicion entre lo comportament blocat dau transistor e son comportament conductor. Au contrari deitransistors bipolars, que lor tension lindau despend unicament dausemiconductor utilizat (silici,germani, As-Ga, etc.), la tension lindau dei transistors d'efiech de camp despend fòrça de latecnologia e pòu variar d'un biais important au sen d'un meteis lòt :
lo transistor d'efiech de camp d'apauriment amb un canau dopat negativament es lo semiconductor qu'a lei proprietats mai similaras aitubes electronics ancians.
a poissança egala, lei transistors dopats negativament son pus pichons que lei transistors dopats positivament.
a geometria egala, lei transistors dopats negativament son tanben pus rapids que lei transistors dopats positivament car lei portaires de carga majoritaris dins un canau dopat negativament son leiselectrons que se desplaçan pus eficaçament que lei lacunas electronicas.
D'autrei tipes de transistors existisson, mai correspòndon a de prototipes, a de dispositius amb d'aplicacions limitadas ò a de familhas desenant consideradas coma obsolètas. Per exemple, es lo cas dautransistor unijoncion qu'èra utilizat per la creacion d'oscillators de relaxacion durant leisans 1960-1970[27]. Leitransistors bipolars de grilha isolada (IGBT[28]) e leifototransistors son de cas particulars detransistors bipolars aguent de caracteristicas fòrça especificas. Lo premier a un comportament idrid entre un transistor bipolar classic e untransistor d'efiech de camp. Es unicament utilizat dins lo domeni de l'electronica de poissança. Lofototransistor a una joncion basa-collector sensibla a lalutz. Aquò permet de crear un compausant electronic pus sensible a la lutz qu'unfotodiòde gràcias a l'efiech amplificator dau transistor. Enfin, se pòu nòtar l'optoisolator, un fototransistor montat amb undiòde electroluminescent dins una meteissa caisseta. Dins un tau dispositiu, la lutz dau fotodiòde permet d'alimentar lo fototransistor e de crear un dispositiu fòrça isolant (aperaquí 5 kV) que permet d'isolar galvanicament un circuit de comanda d'un circuit de poissança[29].
Un transistor bipolar es compausat de doas partidas de substratsemiconductor dopadas identicament (P ò N) separadas per un jaç fin de semiconductor dopat invèrsament. Aquò permet de fabricar lei dos tipes de transistors bipolars (N-P-N e P-N-P). Untransistor d'efiech de camp de joncion classic es fach d'un barron de semiconductor dopat N (ò pus rarament P) enviroutat d'un anèu d'unsemiconductor dopat invèrsament P (ò pus rarament N). Se parla de FET de canau N ò P segon lodopatge dau barron. Leitransistors d'efiech de camp MOS son egalament constituïts d'un barron de semiconductor P ò N, mai aqueu materiau es cubèrt perepitaxia d'un jaç fin de materiau isolant (per exemple, dedioxid de silici) subremontat d'unelectròdemetallic[33].
La produccion de transistors es un sector centrau de l'economia mondiala amb unachifra d'afaires estimada a 624 miliards dedolars en2024. Podriá passar lei 1 000 miliards en2030. Lei país productors desemiconductors dominan largament la produccion mondiala de transistors. Ansin, lei productors principaus se tròban enExtrèm Orient, mai que mai enTaiwan. D'efiech, l'illa produsiá 60 % dei transistors utilizats dins lo monde. Pasmens, leisEstats Units,China e l'Union Europèa assaian de desvolopar una produccion pus locala per de rasons estrategicas e car la produccion mondiala es actualament pas capabla de respòndre a la demanda.
EnOccitània, l'èst deiBocas de Ròse es una region implicada dins la produccion desemiconductors e de transistors dempuei la fin deisans 1970. En2024, i aviá ansin una importanta usina dau gropSTMicroelectronics aRosset. Plusors companhiás de mendre importància (de quauquei desenaus a quauquei centenaus de trabalhaires) son tanben implantadas dins la region. La pus coneguda es probableGemplus, installada aGèmas, qu'es vengudaGemalto en2008.
Lei dos tipes principaus de transistors permèton de respòndre a de besonhs diferents. Leitransistors bipolars son ansin puslèu utilizats dins lei circuits analogics e dins lei dispositius d'electronica de poissança. Leitransistors d'efiech de camp son privilegiats enelectronica numerica per realizar d'operacionslogicas. Pòdon tanben servir a la fabricacion de circuits de comanda (motors) ò de blòts analogics dins de circuits numerics (per exemple, per fabricar un regulator de tension).
(en) S. W. Amos e M. R. James,Principles of Transistor Circuits, Butterworth-Heinemann, 1999.
(fr) Jacques Dezoteux e Roger Petit-Jean,Les transistors, Presses universitaires de France, 1964, 128 p.
(en) Paul Horowitz e Winfield Hill,The Art of Electronics, Cambridge University Press, 3a edicion, 2015.
(fr) Henri Lilen,La belle histoire des révolutions numériques électronique, informatique, robotique, internet, intelligence artificielle, De Boeck supérieur, 2019.
(fr) Thomas Skotnicki,Transistor MOS et sa technologie de fabrication, referéncia E2430 v2, Éditions Techniques de l'Ingénieur, 2000.
(fr) Alain Vignes,Le silicium, du sable aux puces 1. Composants microélectroniques · Volume 1, ISTE Editions Limited, 2023.
↑I aguèt una controvèrsia entre lei dos òmes per determinar la paternitat de l'invencion. D'efiech, en1904,Fleming aviábrevetat undiòde que foguèt utilizat, tres ans pus tard, perDe Forest per fabricar untriòde en plaçant una grilha entre locatòde e l'anòde. DichAudion, aqueu triòde es generalament considerat coma lo premiertube electronic vertadier.
↑2,02,12,2 et2,3(fr) Alain Vignes,Le silicium, du sable aux puces 1. Composants microélectroniques · Volume 1, ISTE Editions Limited, 2023, pp. 161-164.
↑3,0 et3,1(en) Jean-Pierre Colinge e James C. Greer,Nanowire Transistors. Physics of Devices and Materials in One Dimension, Cambridge University Press, 2016, p. 1.
↑(fr) Henri Lilen,La belle histoire des révolutions numériques électronique, informatique, robotique, internet, intelligence artificielle, De Boeck supérieur, 2019.
↑(en) M. Guarnieri, « Seventy Years of Getting Transistorized »,IEEE Industrial Electronics Magazine, vol. 11, n° 4, 2017, pp. 33-37.
↑(en) Thomas H. Lee, « The Design of CMOS Radio-Frequency Integrated Circuits »,Soldering & Surface Mount Technology, vol. 16, n° 2, 2003, Cambridge University Press.
↑D'efiech, lo drech de la proprietat intellectuala permetiá a Westinghouse d'obtenir un brevet limitat a França, çò qu'èra sufisent per i trobar una aplicacion dins lei telefòns.
↑(en) W. E. Bradley, « The Surface-Barrier Transistor: Part I-Principles of the Surface-Barrier Transistor »,Proceedings of the IRE, vol. 41, n° 12, decembre de 1953, pp. 1702-1706.
↑(en), « Philco Claims Its Transistor Outperforms Others Now In Use »,The Wall Street Journal, 4 de decembre de 1953, p. 4.
↑(fr) Alain Vignes,Le silicium, du sable aux puces 1. Composants microélectroniques · Volume 1, ISTE Editions Limited, 2023, pp. 177-178.
↑(en) Jun-Ichi Nishizawa, « Junction Field-Effect Devices »,Semiconductor Devices for Power Conditioning, 1982, pp. 241-242.
↑(en) Howard Huff e Michael Riordan, « Frosch and Derick: Fifty Years Later (Foreword) »,The Electrochemical Society Interface, vol. 16, n° 3, 2007, p. 29.
↑(en) C. J. Frosch e L. Derick, « Surface Protection and Selective Masking during Diffusion in Silicon »,Journal of the Electrochemical Society, vol. 104, n° 9, 1957, p. 547.
↑(en) J. R. Ligenza e W. G. Spitzer, « The mechanisms for silicon oxidation in steam and oxygen »,Journal of Physics and Chemistry of Solids, n° 14, 1960, pp. 131-136.
↑(en) Bruce E. Deal, « Highlights Of Silicon Thermal Oxidation Technology »,Silicon materials science and technology, The Electrochemical Society, 1998, p. 183.
↑(en) Bo Lojek,History of Semiconductor Engineering, Springer Science & Business Media, 2007, p. 322.
↑(en) E. Kooi, A. Schmitz, "Brief Notes on the History of Gate Dielectrics in MOS Devices" dinsHigh Dielectric Constant Materials: VLSI MOSFET Applications, 2005, Springer Science & Business Media, pp. 33–44.
↑De l'anglésComplementary metal oxide semi-conductor.
↑(fr)Théma Larousse : Sciences et Techniques, Larousse, 1990, p. 222.
↑(fr) Paul Horowitz e Winfield Hill,Traité de l'électronique analogique et numérique, Elektor/Publitronic, Roissy, 1996, vol. 2, capítol 9.
↑Istoricament, logermani foguèt egalament utilizat, mai es desenant considerat coma obsolèt
↑(fr) Daniel Sadarnac,Électronique de puissance - Évolution des concepts et composants magnétiques - Conception, modélisation, optimisation - Application au transfert d’énergie sans contact - Cours et exercices corrigés, Ellipses, 2020, p. 60.
↑(fr) Gilles Dambrine e Sylvain Bollaert,Composants à semiconducteurs pour hyperfréquences, referéncia E2810, Éditions Techniques de l'Ingénieur, 2007.
↑(fr) Thomas Skotnicki,Transistor MOS et sa technologie de fabrication, referéncia E2430 v2, Éditions Techniques de l'Ingénieur, 2000.