Radioputki kiinteästä aineesta

Radioputket olivat aikansa menestystuotteita mutta niiden vikaherkkyys yllytti tiedemiehiä ja teollisuutta kehittämään niille vastinetta kiinteistä puolijohteista.

Jo vuonna 1926 Julius E. Lilienfeld esitti patentoivaksi kolmielektronista rakennetta, jossa käytetään puolijohdemateriaalia kuparisulfidia. Patentti myönnettiin Pohjois-Amerikassa 1930.

Saksassa Oskal Heil esitti patentoivaksi vuonna 1934 virtavuon halllintaa puolijohteessa kapasitiivisen elektrodin avulla. Vuonna 1938 Robert Wichard Pohl ja Rudolf Hilsch rakensivat laboratoriossaan yhden ensimmäisenä puolijohdevahvistimista, jolle AEG:n tilaamissa mittauksissa saatiin peräti satakertainen virtavahvistus.

Traagisin transistorin kehittäminen liittyy Leningradin piiritykseen. Jo 1920-luvun lopulla venäläinen itseoppinut tiedemies Oleg Losev julkaisi kansainvälisissä tiederaporteissa diodista löytämänsä luminenssi-ilmiön eli ledin toiminnan perustan.Myöhemmin hän jatkoi tutkimuksiaan löytäen muun muassa puolijohteisen kolmijohtimisen systeemin, josta voisi konstruoida analogian triodiputkelle. Marraskuussa 1941 hän ei onnistunut lähettämään siitä raporttia alan julkaisuun ja hän kuoli Leningradissa nälkään vuonna 1942 vain 39 vuoden ikäisenä.

Jo 1930-luvulla William Shockley aloitti puhelinyhtiö Bellin toimesta etsiä lämpöemissioon perustuvien vikaherkkien radioputkien korvaavaa kiinteään aineeseen perustuvaa triodia. Niitä tarvittiin mantereen laajuisen puhelinverkon linjavahvistimissa.

Toiseen maailmansotaan mennessä asia ei ratkennut mutta sodan aikainen tutkatutkimus tuotti uudenlaisia nopeita diodeja ja niiden perustana olevia tarkasti seostettuja puolijohdemateriaaleja.

Sodan aikana kukaan sittemmin transistorin keksineistä tutkijoista ei ollut aihepiirin tutkimuksessa mukana mutta sodan jälkeen he saattoivat paneutua aiheeseen tuorein näkemyksin.

Vuonna 1945 Shockley luonnosteli ajatuksia eräänlaisista kenttävaikutustransistoreista mutta niitä ei sen aikaisilla tekniikoilla saatu toimimaan. Sen sijaan John Bardeen ja Walter Brattain saivat kärkidiodeista ideoidun kärkitransistorin toimimaan joulukuussa 1947.

Tapaus vei Shockleyn yöunet ja tammikuussa 1948 hän kehitteli uutta ideaa sijoittaa ohut p-tyypin germanium kahden n-tyypin väliin ja tästä hänelle myönnettiin patenttikin. Kuitenkin ensimmäinen liitostransistori saatiin toimimaan vasta 1950 ja ensimmäinen MOS-transistori 1960.

Myös saksalaiset olivat sodan aikaisissa tutkaprojekteissa kehitelleet parempia puolijohteita ja vuonna 1948 saksalaiset Herberg Matare ja Heinrich Welker kehittivät Westinghousen tytäryhtiölle Pariisissa samanlaisen kärkitransistorin kuin Bellilläkin.

Sittemmin transistoreita on kehitetty muovista, timantista, antimonista, suprajohteista ja myös valolla toimivia transistoreita. TKK:n tutkijat ovat rakentaneet lämpövirtaa ohjaavan lämpötransistorin, jolle löytyy käyttöä vaikkapa herkissä antureissa. Uudet plasmatransistorit ovat puolestaan kehitetty värinäyttöjen kirkastamiseksi.

Myös transistori ja laser yhdistettiin laboratoriossa vuonna 2006. Se muuttaa sähköisen tulosignaalin kahdeksi antosignaaliksi, toisen sähköiseksi ja toisen optiseksi.

Yksi erikoisimmista transistoreista on ruotsalaisten tutkijoiden kehittämä ionitransistori. Sen avulla sähköisillä signaaleilla voidaan ohjailla kemiallisia aineita ja erityisesti sille löytyy käyttöä biotieteiden parissa.

Mikroprosessorien valmistajat tutkivat nykyään erilaisia finFET-rakenteita valmistaakseen yhä pienempiä transistoreita. Tyndall National Institute on puolestaan kehittänyt rajapinnattoman Junctionless Nanowire Transistorin (JNT), jossa toiminta perustuu nanolangassa kulkevan virran säätöön sen ympärillä olevalla porttirakenteella.

Yhä pienemmissä mittakaavoissa rajapinnat ovat yhä hankalampia koska ne ovat merkittävä vuotovirtojen lähde ja valmistuksessa on yhä vaikeampi saada aikaan pienten mittojen vaatimia jyrkkiä seostuskonsentraatioita.