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Referat
Ingenieurwissenschaft

Universität, Schule

Carl Benz Schule Mannheim

Note, Lehrer, Jahr

2010, Note 1, Quellen stehen im Dokument

Autor / Copyright
Konrad D. ©
Metadaten
Preis 9.20
Format: pdf
Größe: 0.17 Mb
Ohne Kopierschutz
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sternsternsternsternstern_0.25
ID# 21199







[GFS Der Transistor]

Schriftliche Ausarbeitung von der GFS zum Thema Transistor


Inhaltsverzeichnis

1.                  Wie alles anfing

1.1.    Das Patent war da

1.2.    Die Umsetzung

1.2.1. Der Punktkontakttransistor
1.3.    Der Kampf gegen die Röhre
1.4.    Der Transistor von Heute
1.5.    Der Transistor von Morgen

2.                  Wie werden sie eigentlich hergestellt?

2.1.    Was sind Halbleiter
2.2.    Dotieren, bitte was?
2.2.1. Die p- und n- Dotierung

3.                  Wozu dient er?

3.1.    Was macht er?

3.2.    Wo ist er denn drin?

4.                  Sonstiges

            4.1.    Quellen
            4.2.    Handout


1.Wie alles anfing

1.1. Das Patent war da

Im Jahre 1925 wurde das erste Patent des Prinzips, eines Feldeffekttransistors (FET) von Julius Edgar Lilienfeld(*18. April 1882 † 28. August 1963) angemeldet, jedoch nicht umgesetzt, weil ihm damals die reinen Halbleiter Materialien fehlen und schwer oder gar unmöglich zu beschaffen waren.


1.2. Die Umsetzung


Die Umsetzung erfolgte in den späten 40er Jahren, von den drei amerikanischen Physikern William Shockley, John Bardeen und Walter Brattain in den Bell Laboratorium. Der Name Transistor kommt von den 2 Wörtern „transfer“ und „resistor“, ihre Begründung lautete: „Weil er ein Widerstand oder ein Halbleiterbauelement ist, welcher elektrische Signale verstärken kann beim Transferieren vom Eingang zum Ausgang.“ Dieser „erste“ Transistor war ein Punktkontakttransistor.

Die drei Wissenschaftler erhielten für ihre Forschungen an Halbleitern und der Entwicklung des Transistors den Nobelpreis in Physik 1962.


1.2.1.   Der Punktkontakttransistor


Der erste Punktkontakttransistor bestand aus einem Germaniumkristalls

der auf einer Metallplatte platziert wurde. Das Germanium war ein n-Typ mit einer sogenannten p-Typ Umkehrungsschicht. Ein Plastikkeil, auf den 2 dünne Goldfolien geklebt wurden, ermöglichte einen punktgenauen Kontakt herzustellen. Zu Beginn versuchten die Wissenschaftler zwei gewöhnliche Metallkontakte auf die Oberfläche zu platzieren, aber der Abstand war zu groß um den Transistoreffekt zu erreichen.

Dieser Schlitz musste 100stel Millimeter klein sein um diesen zu erreichen. Aus diesem Grund nahmen sie Gold weil sie ihm damit erreichten.

Dieser Transistor bestand aus drei Einheiten, die 2 Gold Folien und der Metallbasis. Die Einheit an die, die Spannung angelegt, wird nennt sich Emitter-Elektrode, die andere Kollektor-Elektrode und die dritte nennt sich Basis-Elektrode. (Bei diesem Transistor handelt es sich um einen pnp-Transistor).


1.3.Der Kampf gegen die Röhre


Die Rohre gibt es schon über 100 Jahre, aber bis man sie in Computern einsetzen konnte vergingen viele Jahre. 1940 wurden Computer mit Röhren entwickelt, diese füllten ganze Häuser.


Pro:

-        Die Röhren können eine hohe Leistung erzielen.

-        Bei Audioröhren ist ein besserer Klang


Kontra:

-        Großer Platzverbrauch

-        Braucht mehr .....[Volltext lesen]

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1.5.  Der Transistor von morgen


„Doch ob Röhrchen, Moleküle oder gar einzelne Atome in wenigen Jahrzehnten das Rennen machen, bleibt noch länger offen. Wichtige Faktoren werden vor allem die sichere Reproduzierbarkeit und die Herstellungskosten sein. Aber der Laser-Stempel hat auch gezeigt, dass die Silizium-Technologie vielleicht deutlich weiter reichen könnte, als derzeit vermutet.“1


Nanoröhrchen bestehen aus Kohlenstoff sie sind dünne Kohlenstoffröhrchen die als „Drähte“ in der Nanotechnologie dienen. Sie leiten den Strom und die Wärme gut, das eignet sich gut für die Nanoelektronik.


Molekül Transistoren sind c.a. 100 mal kleiner als heutige Transistoren in Computerchips.

Ein Kohlenstoffmolekül ist zwischen 2 Nanoröhrchen, doch nichts berührt sich. Wenn eine Spannung herrscht sollen sie sich dann berühren und den Strom weiterfließen und verstärken. Das Problem wird es sein die Komponenten im Glied zu behalten weil sich Atome immer bewegen.

„Der Ein-Atom Transistor kann Ströme von neutralen Atomen in durch Licht erzeugten Leitungen steuern. Er ist ein Quantenschalter in dem sich das Atom gleichzeitig in zwei verschiedenen Zuständen befinden kann. Der eine Zustand ist so konstruiert, dass er den Fluss anderer Atome blockiert (aus) und der andere so, dass er diesem Atomstrom gegenüber durchlässig ist (ein).

Die Fähigkeit des Ein-Atom Transistors simultan in beiden Zuständen zu existieren, macht ihn zu einem potentiellen Bauteil für die Konstruktion eines Quantencomputers.„²

2. Wie werden si.....

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Man unterscheidet hierbei starke Dotierung (n+; p+), mittlere Dotierung (n; p) und schwache Dotierung (n–, p–)“³

2.2.1.   Die p- und n-Dotierung


Der wohl häufig dotierte Halbleiter in der Elektronik ist Silicium. Soll die elektrische Leitfähigkeit gezielt verändert werden so unterscheidet man zwischen der p- und der n-Dotierung.

p-Dotierung:

Ein Fremdatom mit 3 Außenelektronen, wie z.B. Aluminium wird in ein Halbleitergitter z.B. Silicium mit 4 Außenelektronen eingebaut. So herrscht in diesem Gitter ein „Loch“ das nur von einem Elektron „gestopft“ werden kann. So springt ein freies Elektron z.B. von einer Batterie in dieses Loch und stopft das, das wiederum ein neues „Loch“ entstehen lässt. Somit kann der Strom fließen.

n-Dotierung:

Ein Fremdatom mit 5 Außenelektronen, wie z.B. Phosphor wird in ein Halbleitergitter z.B. Silizium mit 4 Außenelektronen eingebaut. Dadurch herrscht ein Elektronenüberschuss, aus diesem Grund kann das Elektron nirgends andocken und somit kann der Strom flie.....

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•Der letzte Buchstabe gibt die Genauigkeit der Angabe an, es gibt A, B und C, C ist der genaueste Wert, dieser Transistor hat also einen Stromverstärkungsfaktor von ca. 500.

Eine Bezeichnung für die Polarität des Transistors gibt es nicht.

Schaltzeichen:

Ganz links sieht man wie die Elektroden beschriftet werden, und welche, welche ist.

Im Bild in der Mitte sieht man wie der Transistor aus Dioden aussehen würde.

Und ganz rechts die Beschriftung des Schaltzeichens.


Schaltversuche:

Sollte man versuchen einen Transistor so in eine Schaltung einzubauen, so passiert gar nichts, die LED bleibt aus. Weil der Transistor braucht eine gewisse Basisspannung um durchzuschalten. Im Inneren des Transistors (npn-Transistor) fehlen in der p-Schicht die „gefüllten Löcher“ die, die Elektronen der n-Schichten anziehen und somit ein durchfließen des Stroms erlauben (Zeichnung bei 1.4.)

Wenn man an die Basis nun in die Schaltung mit einbezieht erkennt man wie der Transistor funktioniert. Betätigt man den Schalter so liegt Spannung an der Basis an, (wie bei vielen Halbleiterbauelementen sollte ein Basisvorwiderstand eingebaut werden.) leuchtet die LED. Lässt man ihn wieder los, geht sie wieder aus. Die Spannung an der Basis zieht die Elektronen an den n-Schichten an und somit können sie in die Löcher in der p-Schicht bis die dann gefüllt sind und aus dem Emitter dann raus somit fließt ein „verstärkter“ Strom.

Der Transistor braucht eine bestimmte Schwellspannung die bei jeder Art von Transistor anders ist. Bei diesem Transisto.....

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p- und n-Dotierung:


Nur die p- und n-Dotierungen(lat. ausstatten) werden in der Elektronik genutzt. P-Dotierung heißt „positive“-Dotierung und n-Dotierung „negative“-Dotierung.


Bei der p-Dotierung wird ein Element mit drei Außenelektronen (in diesem Fall Aluminium) in ein Halbleiteratomgitter eingefügt und somit mit einem „Loch“ ausgestattet. Und somit leitend.


Bei der n-Dotierung wird ein Element mit 5 Außenelektronen (in diesem Fall Phosphor) in ein Halbleiteratomgitter eingefügt und somit ist ein freies Elektron vorhanden. Das Gitter wird ebenso leitend.


Funktion des Transistors:


Der Transistor hat 3 Funktionen, einmal den Strom zu verstärken, zu schließen und zu öffnen. Durch die Überschreitung der Schwellspannung schaltet die der Transistor durch und verstärkt den Strom.

Die Basis muss durch einen Vorwiderstand geschützt werden weil er ein empfindlicher Halbleiter ist. Wenn die Basis nicht in der Schaltung geschaltet ist so passiert nichts, erst nach dem zuschalten der Basis kann er durch schalten und somit de.....

Quellen & Links

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