Co to jest tranzystor krzemowy?

Tranzystor krzemowy to półprzewodnik wykonany na bazie krzemowej. Jest stosowany w wielu różnych urządzeniach elektronicznych, takich jak telewizory i telefony, w celu zmiany przepływu prądu elektrycznego. Krzem w dużej mierze zastąpił german w tranzystorach ze względu na jego zdolność do kontynuowania pracy w wysokich temperaturach. Tranzystor krzemowy ma inne zalety w porównaniu z materiałami alternatywnymi, takimi jak koszt produkcji, a zatem jest obecnie produkowany masowo w krajach uprzemysłowionych.

Tranzystor to urządzenie o pośrednim lub zmiennym przewodnictwie elektrycznym. Służy do wzmacniania i przekierowywania prądów elektrycznych w urządzeniach elektronicznych. Zwykle odbywa się to za pomocą osobnego sygnału wejściowego, który kontroluje przepływ prądu przez tranzystor. Sygnał wejściowy można zmienić, zmieniając jego napięcie. Wiele tranzystorów w pakiecie tworzy obwód scalony.

Amerykańska firma Texas Instruments jako pierwsza wyprodukowała tranzystor krzemowy w 1954 roku. Wcześniej tranzystory były wykonane z elementu germanowego. Tranzystory germanu działały dobrze w niskich temperaturach, ale miały problemy z wyższymi. Gdyby tranzystory się nagrzały, zbyt wiele elektronów uwolniłoby się od atomów germanu. Był to poważny problem, ponieważ tranzystory działają tylko z ograniczoną liczbą poruszających się elektronów.

Tranzystor krzemowy wykazał znacznie większą odporność na ciepło niż jego odpowiednik germanowy. Wystąpił jednak początkowy problem w procesie produkcji tranzystora krzemowego. Surowy krzem ma wady struktury krystalicznej, które zakłócałyby funkcjonowanie tranzystora. Inżynierowie musieli dowiedzieć się, jak przekształcić krzem w pojedynczy kryształ o powtarzającej się strukturze atomowej. W końcu techniki te zostały opracowane, a tranzystor krzemowy został wprowadzony do masowej produkcji.

W rzeczywistości stosowanie krzemu do tworzenia układów scalonych ma inne zalety, w tym niższe koszty produkcji i lepszą obsługę mocy. Zamiast wytwarzać tranzystory indywidualnie, są one „drukowane” wiele naraz na silikonowej podstawie. Każdego roku całkowita liczba wyprodukowanych tranzystorów jest wiele milionów razy większa niż populacja Ziemi. Wiele miliardów dolarów amerykańskich (USD) wydaje się każdego roku na tranzystory krzemowe.

Tranzystory krzemowe można znaleźć w wielu urządzeniach domowych, w tym w komputerach, aparatach cyfrowych i telefonach komórkowych. Można je również znaleźć w niektórych mniej oczywistych miejscach. Samochody, pralki i wiele ekspresów do kawy wykorzystują chipy krzemu do przetwarzania informacji. Urządzenia do kontroli temperatury i bezpieczeństwa często wykorzystują układy scalone do komunikacji z większymi sieciami, takimi jak sieć całego domu, budynku lub kompleksu.