transistor. n.m., assemblage compact de semi-conducteurs permettant d'effectuer dans les montages électroniques diverses fonctions d'amplification et de commutation. La découverte, en 1948, par John Bardeen, Walter Brattain et William Shockley, aux laboratoires de la Bell Telephone Company, de l'effet transistor, leur valut non seulement le prix Nobel, mais ouvrit également la porte à l'une des plus importantes révolutions techniques qu'ait connues l'humanité. Il existe une grande variété de transistors qui diffèrent par la nature du semi-conducteur employé (germanium, silicium et différents composés), du dopage, mais aussi par leur structure et leur principe de fonctionnement. On distingue principalement le transistor bipolaire et le transistor à effet de champ. Le principe du transistor bipolaire. Le transistor bipolaire est formé de deux jonctions accolées, obtenues en mettant en sandwich entre deux régions d'un semi-conducteur dopé n (ou p) une étroite zone (environ 10 ` m) du même semi-conducteur, dopé p (ou n). La configuration ainsi obtenue est désignée par l'abréviation npn (ou pnp). On sait (voir diode) qu'une jonction entre deux zones dopées différemment devient le siège d'une différence de potentiel liée au fait que, par diffusion, les électrons mobiles de la région n se déplacent vers la zone p où ils se recombinent avec les trous, chargeant ainsi la zone p négativement, alors que les trous diffusent vers la zone n, où ils se recombinent avec les électrons et chargent cette zone positivement. Cette migration de charges est limitée dans l'espace par le champ électrique qu'elle engendre, lequel, d'une part, confine les charges dans d'étroites couches situées de part et d'autre de la jonction, d'autre part empêche la migration de se poursuivre dès qu'une différence de potentiel caractéristique de la jonction est atteinte. Si on rajoute de l'extérieur une différence de potentiel supplémentaire, l'effet en sera différent suivant qu'elle renforce la différence de potentiel spontanée (polarisation inverse) ou, au contraire, qu'elle s'en retranche (polarisation directe). Dans le premier cas, presque aucun courant ne peut passer ; dans l'autre cas, dès que le potentiel appliqué annule le potentiel spontané, un courant se met à circuler, d'autant plus intense que le potentiel appliqué est plus élevé. Pour décrire le fonctionnement d'un transistor, on va prendre l'exemple d'une structure npn, qui est la plus courante. Chacune des trois régions est nantie d'une connexion électrique permettant la circulation d'un courant. La région p centrale est la base (B), flanquée d'un côté par une région n nommée émetteur (E), de l'autre par l'autre région n appelée collecteur (C). On établit entre l'émetteur et la base une différence de potentiel qui polarise la jonction EB dans le sens direct, et entre le collecteur et la base une différence de potentiel qui polarise la jonction BC en inverse (V C > V B > V E ) . La jonction EB étant polarisée en direct, des électrons passent du collecteur vers la base ; une faible partie (environ 1 %) se recombine avec les trous de la base, laquelle n'en contient, à dessein, que très peu (faible dopage). Le reste de ces électrons traverse la base et rejoint le collecteur. Cela se traduit par un courant I CE intense allant du collecteur à l'émetteur, et un courant beaucoup plus faible IBE allant de la base à l'émetteur, correspondant au faible taux de recombinaison dans la base. On peut donc décrire le fonctionnement du transistor en disant que le courant de base IBE , qui est faible, contrôle le courant de collecteur ICE , qui est beaucoup plus intense : il y a amplification. Cet effet n'est pas linéaire et on observe une saturation du courant I CE au-delà d'une certaine valeur de IBE . Le transistor peut donc se comporter, soit comme un amplificateur de courant, soit comme une porte qui peut être ouverte ou fermée. À partir de ces deux fonctions, il est possible d'en construire une infinité d'autres, qui sont utilisées dans l'immense variété de circuits intégrés disponibles sur le marché. Complétez votre recherche en consultant : Les livres transistor - semi-conducteur dopé négativement, page 5254, volume 10 transistor - semi-conducteur dopé positivement, page 5254, volume 10 transistor bipolaire, page 5254, volume 10 Le principe du transistor à effet de champ. Un transistor à effet de champ (FET) est un barreau supposé parallélépipédique de semi- conducteur ; sur ses faces latérales, de part et d'autre, une couche d'un autre semiconducteur est déposée, formant ainsi deux jonctions en vis-à-vis, une de chaque côté du conducteur. Le courant qui parcourt ce barreau dans sa plus grande dimension passe donc entre les deux jonctions. Les noms des zones du FET diffèrent des noms des zones du transistor bipolaire : l'extrémité par laquelle entre le courant est la source (S), celle par lequel il sort est le drain (D). Les deux jonctions constituent la porte (en anglais gate, G). Le fonctionnement du FET repose entièrement sur les propriétés de la zone G, formée de deux jonctions en vis-à-vis. Chacune de ces jonctions modifie, en la diminuant, la distribution des porteurs sur une certaine épaisseur, d'autant plus grande que le dopage est faible. Le constructeur a choisi un taux de dopage tel que cette épaisseur constitue une fraction importante de celle du barreau. Cela se traduit par le fait que dans la zone G le nombre de porteurs disponibles pour assurer le passage du courant est faible, ce qui limite ce passage. Si on polarise en inverse les deux jonctions, la couche dépourvue de porteurs s'agrandit, d'autant plus que la tension de polarisation est grande : le transistor devient alors de plus en plus isolant. On constate que la tension de porte VG contrôle la valeur du courant de drain ID . Le système ainsi réalisé possède la fonction de contrôle et d'amplification caractéristique du transistor, avec une spécificité : la consommation d'énergie, pour le signal de contrôle, est presque négligeable, ce qui n'était pas le cas du transistor bipolaire. Réalisation et applications des transistors. Compte tenu de l'importance économique des circuits électroniques et de la consommation croissante qui en est faite, la technique des transistors a rapidement évolué. Le transistor isolé, avec ses trois fils de connexion individuels, n'existe quasiment plus aujourd'hui. Seuls existent des circuits intégrés, les « puces », dans lesquels la fonction transistor est présente à plusieurs centaines ou milliers d'exemplaires, ce qui veut dire que chaque fonction occupe une place microscopique. La conception et la réalisation de ces circuits exigent des techniques très délicates, pour lesquelles l'aide de l'ordinateur est indispensable, dont la maîtrise est devenue un des enjeux cruciaux de la concurrence que peuvent se livrer entre elles les grandes puissances. Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats Bardeen John calcul électronique circuit électrique composant électronique diode électricité - Introduction électronique - Les différents composants - Le transistor germanium jonction - 2.PHYSIQUE ordinateur - Historique - La seconde génération : les machines à transistors photoélectricité semi-conducteur Shockley William Bradford télécommunications - Télécommunications et électronique
