טרנזיסטור
הטרנזיסטור הינו התקן אלקטרוני הנחשב לאחת ההמצאות הגדולות של המאה ה-20. על גילויו קבלו שלושת המפתחים וילאם שוקלי, ג'ון ברדין ווולטר ברטיין פרס נובל לפיזיקה בשנת 1956. הטרנזיסטור מתפקד כמתג כאשר זרם או מתח חשמלי שולט על מעבר זרם דרך הרכיב. בתעשיית האלקטרוניקה המודרנית הוא משמש כרכיב מפתח כמתג חשמלי, כבסיס לשערים לוגיים, כמגבר ועוד. הטרנזיסטור החליף כמעט לחלוטין את שפורפרות הריק אשר גודלן היה אחד החסרונות הבולטים שלהן, כיום מעבד מחשב אחד מכיל כמליארד טרנזיסטורים. בניסוי זה נכיר את אופן פעולתו של הטרנזיסטור, ונלמד את תכונותיהם של שני סוגי טרנזיסטורים: הטרנזיסטור הביפולרי (Bipolar junction transistor-BJT) וטרנזיסטור תוצא שדה (Field effect transistor-FET).
רקע תיאורטי
מוליכים למחצה
הטרנזיסטור עשוי מחומר מוליך למחצה. מוליך למחצה הינו חומר בעל מוליכות המשתנה כפונקציה של טמפרטורה, אור וכד'. המוליכות בחומרים אלו טובה יותר ממבודדים אך נמוכה יחסית לחומרים מוליכים. ניתן לשפר מוליכות של חצי מוליך באמצעות זיהום שמשמעותו השתלת אטום זר לגביש. באופן זה ניתן לייצר חומר שניתן לשלוט לא רק בכמות נושאי המטען שלו אלא גם בסימנם. ניתן ליצור חומרים בעלי רוב של נושאי מטען שלילים (אלקטרונים), מוליכים אלו המכונים n-type. כמו כן, ניתן ליצור חומרים בעלי רוב נושאי מטען חיוביים (חורים) המכונים p-type.
כאשר מחברים חומר מסוג n עם חומר מסוג p מקבלים צומת p-n. צומת זו מאופיין ברוב נושאי מטען שליליים בצד אחד וברוב נושאי מטען חיוביים בצד שני, ראו איור 1. כאשר מצמידים את שני החומרים, מתבצעת דיפוזיה של אלקטרונים לחומר מסוג p ונושאי המטען החיוביים (החורים) יבצעו דיפוזיה לחומר מסוג n. תהליך זה ייָנן את האטומים בגבול שבין שני החומרים, ויגיע לשיווי משקל כתוצאה מאיזון של הדיפוזיה על ידי השדה החשמלי הנוצר בעקבות היינון.
כאשר מחברים אל הצומת מקור מתח חיצוני, נקבל כי הצומת משמש כדיודה המעבירה זרם רק בכיוון אחד. במקרה של ממתח קדמי (איור 2-1) נושאי המטען משני הסוגים ידחפו לצומת ויחצו אותו, ונקבל מעבר זרם. במקרה של ממתח אחורי (איור 2-2) המתח יעצור את נושאי המטען מלעבור את הצומת ולא יהיה מעבר זרם בכיוון זה.