ترانزستور ذو نقطة اتصال

كان ترانزستور نقطة التلامس أول نوع من الترانزستورات يُعرض بنجاح. ^{[ 1 ]} طُوّر هذا الترانزستور على يد الباحثين جون باردين ووالتر براتين في مختبرات بيل في ديسمبر 1947. ^{[ 2 ] [ 3 ]} عمل الباحثان ضمن فريق بقيادة الفيزيائي ويليام شوكلي . كان الفريق يعمل معًا على تجارب ونظريات تأثيرات المجال الكهربائي في المواد الصلبة ، بهدف استبدال الصمامات المفرغة بجهاز أصغر حجمًا يستهلك طاقة أقل.

تضمنت التجربة الحاسمة، التي أُجريت في 16 ديسمبر 1947، قطعة من الجرمانيوم ، وهو شبه موصل ، مثبت عليها قطبان ذهبيان متقاربان جدًا بواسطة نابض. قام براتين بتثبيت شريط صغير من رقائق الذهب فوق رأس مثلث بلاستيكي - وهو ما يُعرف أساسًا بثنائي التلامس النقطي . ثم قام بقطع الذهب بعناية عند رأس المثلث، مما أدى إلى تكوين قطبين ذهبيين معزولين كهربائيًا متقاربين جدًا.

استُخدمت قطعة من الجرمانيوم ذات طبقة سطحية غنية بالإلكترونات . وعندما انتقلت إشارة كهربائية عبر رقاقة الذهب، حقنت فجوات إلكترونية (نقاط تفتقر إلى الإلكترونات). وقد أدى ذلك إلى تكوين طبقة رقيقة تفتقر إلى الإلكترونات. ^{[ 4 ]}

كان لتطبيق تيار موجب صغير على أحد طرفي التلامس تأثير على التيار المتدفق بين الطرف الآخر والقاعدة التي تُثبّت عليها كتلة الجرمانيوم. في الواقع، تسبب تغيير طفيف في تيار التلامس الأول في تغيير أكبر في تيار التلامس الثاني؛ ولذلك كان بمثابة مُضخِّم . طرف الإدخال ذو التيار المنخفض في ترانزستور التلامس النقطي هو الباعث، بينما طرفا الإخراج ذوا التيار العالي هما القاعدة والمُجمِّع. يختلف هذا عن النوع الأحدث من ترانزستور الوصلة ثنائية القطب الذي اختُرع عام ١٩٥١، والذي يعمل كما تعمل الترانزستورات حتى اليوم، حيث يكون طرف الإدخال ذو التيار المنخفض هو القاعدة ، وطرفا الإخراج ذوا التيار العالي هما الباعث والمُجمِّع.

تم تسويق ترانزستور التلامس النقطي وبيعه من قبل شركة ويسترن إلكتريك وغيرها، لكنه استُبدل لاحقًا بترانزستور الوصلة ثنائية القطب، الذي كان أسهل في التصنيع وأكثر متانة. واستمر إنتاج ترانزستور التلامس النقطي حتى ستينيات القرن العشرين، حين كان ترانزستور السيليكون المستوي يهيمن على السوق.

في حين أن الترانزستورات ذات نقاط التلامس عادة ما تعمل بشكل جيد عندما يتم وضع نقاط التلامس المعدنية بالقرب من بعضها البعض على قاعدة بلورة الجرمانيوم، كان من المرغوب فيه الحصول على أعلى كسب تيار α ممكن.

للحصول على كسب تيار أعلى (α) في ترانزستور ذي نقطة تلامس، استُخدمت نبضة تيار عالية قصيرة لتعديل خصائص نقطة تلامس المُجمِّع، وهي تقنية تُعرف باسم "التشكيل الكهربائي". عادةً ما كان يتم ذلك بشحن مكثف ذي قيمة محددة إلى جهد محدد، ثم تفريغه بين قطبي المُجمِّع والقاعدة. إلا أن عملية التشكيل كانت تُعاني من معدل فشل مرتفع، مما استدعى التخلص من العديد من الترانزستورات التجارية المُغلَّفة. وبينما فُهمت آثار التشكيل تجريبيًا، لم يكن من الممكن دراسة الفيزياء الدقيقة لهذه العملية بشكل كافٍ، وبالتالي لم يتم تطوير نظرية واضحة لتفسيرها أو تقديم إرشادات لتحسينها.

على عكس أجهزة أشباه الموصلات اللاحقة، كان بإمكان الهاوي صنع ترانزستور ذي نقطة تلامس، بدءًا من ثنائي جرمانيوم ذي نقطة تلامس كمصدر للمادة (حتى الثنائي المحترق يمكن استخدامه؛ ويمكن إعادة تشكيل الترانزستور إذا تضرر، عدة مرات إذا لزم الأمر). ^{[ 5 ]}

تختلف بعض خصائص ترانزستورات التلامس النقطي عن ترانزستورات الوصلة التي ظهرت لاحقاً:

• عادةً ما يكون كسب التيار المشترك للقاعدة (أو α ) لترانزستور نقطة التلامس حوالي 2 إلى 3، ^{[ 6 ]} بينما لا يمكن أن يتجاوز α لترانزستور ثنائي القطب (BJT) 1. عادةً لا يتجاوز كسب التيار المشترك للباعث (أو β) لترانزستور نقطة التلامس 1، ^{[ 6 ]} بينما يكون β لترانزستور ثنائي القطب عادةً بين 20 و200.
• المقاومة التفاضلية السالبة . تُظهر ترانزستورات التلامس النقطي الموصولة في تكوين مكبر الباعث المشترك مقاومة خرج سالبة، وهو ما قد يكون غير مرغوب فيه لتطبيقات مكبرات الجهد/التيار. غالبًا ما تعتمد دوائر التبديل القائمة على ترانزستورات التلامس النقطي على المقاومة التفاضلية السالبة. ^{[ 7 ] : 132، 149-163}
• حتى تطوير ترانزستور حاجز السطح في عام 1953، كانت ترانزستورات نقطة الاتصال هي أسرع الترانزستورات المتاحة، ^{[ 7 ] : 71، 267 [ 8 ] : 227} بعضها يعمل في الجزء السفلي من نطاق VHF عندما كانت أسرع ترانزستورات الوصلة بالكاد تعمل عند بضعة ميجاهرتز.
• كان هجوم الرطوبة أقل ضررًا على الترانزستورات ذات نقطة الاتصال مقارنة بالترانزستورات الوصلية، ^{[ 8 ] : 386} لأن مقاومة الانعكاس للمجمع أقل وتيار قطع المجمع أعلى.
• عند استخدامها في الوضع المشبع في المنطق الرقمي ، في بعض تصميمات الدوائر (وليس كلها) يتم تثبيتها في حالة "التشغيل" ، مما يجعل من الضروري إزالة الطاقة لفترة قصيرة في كل دورة آلة لإعادتها إلى حالة الإيقاف.

• راديو كريستالي
• ثنائي
• ترانزستور

• باردين، ج.؛ براتين، و.هـ. (15 يوليو 1948). "الترانزستور، وهو صمام ثلاثي شبه موصل" . مجلة Physical Review . 74 (2). الجمعية الفيزيائية الأمريكية: 230-231 . Bibcode : 1948PhRv...74..230B . doi : 10.1103/physrev.74.230 .

• ترانزستور نقطة التلامس
• مقال PBS