晶體管（transistor）是一種固體半導(dǎo)體器件，具有檢波、整流、放大、開(kāi)關(guān)、穩(wěn)壓、信號(hào)調(diào)制等多種功能。晶體管作為一種可變電流開(kāi)關(guān)，能夠基于輸入電壓控制輸出電流。與普通機(jī)械開(kāi)關(guān)（如Relay、switch）不同，晶體管利用電訊號(hào)來(lái)控制自身的開(kāi)合，而且開(kāi)關(guān)速度可以非?？欤瑢?shí)驗(yàn)室中的切換速度可達(dá)100GHz以上。
嚴(yán)格意義上講，晶體管泛指一切以半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)的單一元件，包括各種半導(dǎo)體材料制成的二極管、三極管、場(chǎng)效應(yīng)管、可控硅等。晶體管有時(shí)多指晶體三極管。
晶體管主要分為兩大類：雙極性晶體管（BJT）和場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FET）。
晶體管有三個(gè)極；雙極性晶體管的三個(gè)極，分別由N型跟P型組成發(fā)射極（Emitter）、基極（Base） 和集電極（Collector）;場(chǎng)效應(yīng)晶體管的三個(gè)極，分別是源極（Source）、柵極（Gate）和漏極（Drain）。
晶體管因?yàn)橛腥N極性，所以也有三種的使用方式，分別是發(fā)射極接地（又稱共射放大、CE組態(tài)）、基極接地（又稱共基放大、CB組態(tài)）和集電極接地（又稱共集放大、CC組態(tài)、發(fā)射極隨耦器）。
晶體管是一種半導(dǎo)體器件，放大器或電控開(kāi)關(guān)常用。晶體管是規(guī)范操作電腦，手機(jī)，和所有其他現(xiàn)代電子電路的基本構(gòu)建塊。
由于其響應(yīng)速度快，準(zhǔn)確性高，晶體管可用于各種各樣的數(shù)字和模擬功能，包括放大，開(kāi)關(guān)，穩(wěn)壓，信號(hào)調(diào)制和振蕩器。晶體管可獨(dú)立包裝或在一個(gè)非常小的的區(qū)域，可容納一億或更多的晶體管集成電路的一部分。
1947年12月，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的肖克利、巴丁和布拉頓組成的研究小組，研制出一種點(diǎn)接觸型的鍺晶體管。晶體管的問(wèn)世，是20世紀(jì)的一項(xiàng)重大發(fā)明，是微電子革命的先聲。晶體管出現(xiàn)后，人們就能用一個(gè)小巧的、消耗功率低的電子器件，來(lái)代替體積大、功率消耗大的電子管了。晶體管的發(fā)明又為后來(lái)集成電路的誕生吹響了號(hào)角。
20世紀(jì)初的10年，通信系統(tǒng)已開(kāi)始應(yīng)用半導(dǎo)體材料。20世紀(jì)上半葉，在無(wú)線電愛(ài)好者中廣泛流行的礦石收音機(jī)，就采用礦石這種半導(dǎo)體材料進(jìn)行檢波。半導(dǎo)體的電學(xué)特性也在電話系統(tǒng)中得到了應(yīng)用。
晶體管的發(fā)明，早可以追溯到1929年，當(dāng)時(shí)工程師利蓮費(fèi)爾德就已經(jīng)取得一種晶體管的。但是，限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平，制造這種器件的材料達(dá)不到足夠的純度，而使這種晶體管無(wú)法制造出來(lái)。
由于電子管處理高頻信號(hào)的效果不理想，人們就設(shè)法改進(jìn)礦石收音機(jī)中所用的礦石觸須式檢波器。在這種檢波器里，有一根與礦石（半導(dǎo)體）表面相接觸的金屬絲（像頭發(fā)一樣細(xì)且能形成檢波接點(diǎn)），它既能讓信號(hào)電流沿一個(gè)方向流動(dòng)，又能阻止信號(hào)電流朝相反方向流動(dòng)。在第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)前夕，貝爾實(shí)驗(yàn)室在尋找比早期使用的方鉛礦晶體性能更好的檢波材料時(shí)，發(fā)現(xiàn)摻有某種極微量雜質(zhì)的鍺晶體的性能不僅優(yōu)于礦石晶體，而且在某些方面比電子管整流器還要好。
在第二次世界大戰(zhàn)期間，不少實(shí)驗(yàn)室在有關(guān)硅和鍺材料的制造和理論研究方面，也取得了不少成績(jī)，這就為晶體管的發(fā)明奠定了基礎(chǔ)。
為了克服電子管的局限性，第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，貝爾實(shí)驗(yàn)室加緊了對(duì)固體電子器件的基礎(chǔ)研究。肖克萊等人決定集中研究硅、鍺等半導(dǎo)體材料，探討用半導(dǎo)體材料制作放大器件的可能性。
1945年秋天，貝爾實(shí)驗(yàn)室成立了以肖克萊為首的半導(dǎo)體研究小組，成員有布拉頓、巴丁等人。布拉頓早在1929年就開(kāi)始在這個(gè)實(shí)驗(yàn)室工作，長(zhǎng)期從事半導(dǎo)體的研究，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。他們經(jīng)過(guò)一系列的實(shí)驗(yàn)和觀察，逐步認(rèn)識(shí)到半導(dǎo)體中電流放大效應(yīng)產(chǎn)生的原因。布拉頓發(fā)現(xiàn)，在鍺片的底面接上電極，在另一面插上細(xì)針并通上電流，然后讓另一根細(xì)針盡量靠近它，并通上微弱的電流，這樣就會(huì)使原來(lái)的電流產(chǎn)生很大的變化。微弱電流少量的變化，會(huì)對(duì)另外的電流產(chǎn)生很大的影響，這就是“放大”作用。
布拉頓等人，還想出有效的辦法，來(lái)實(shí)現(xiàn)這種放大效應(yīng)。他們?cè)诎l(fā)射極和基極之間輸入一個(gè)弱信號(hào)，在集電極和基極之間的輸出端，就放大為一個(gè)強(qiáng)信號(hào)了。在現(xiàn)代電子產(chǎn)品中，上述晶體三極管的放大效應(yīng)得到廣泛的應(yīng)用。
巴丁和布拉頓初制成的固體器件的放大倍數(shù)為50左右。不久之后，他們利用兩個(gè)靠得很近（相距0.05毫米）的觸須接點(diǎn)，來(lái)代替金箔接點(diǎn)，制造了“點(diǎn)接觸型晶體管”。1947年12月，這個(gè)世界上早的實(shí)用半導(dǎo)體器件終于問(wèn)世了，在試驗(yàn)時(shí)，它能把音頻信號(hào)放大100倍，它的外形比火柴棍短，但要粗一些。
在為這種器件命名時(shí)，布拉頓想到它的電阻變換特性，即它是靠一種從“低電阻輸入”到“高電阻輸出”的轉(zhuǎn)移電流來(lái)工作的，于是取名為trans-resistor（轉(zhuǎn)換電阻），后來(lái)縮寫為transistor，中文譯名就是晶體管。
由于點(diǎn)接觸型晶體管制造工藝復(fù)雜，致使許多產(chǎn)品出現(xiàn)故障，它還存在噪聲大、在功率大時(shí)難于控制、適用范圍窄等缺點(diǎn)。為了克服這些缺點(diǎn)，肖克萊提出了用一種“整流結(jié)”來(lái)代替金屬半導(dǎo)體接點(diǎn)的大膽設(shè)想。半導(dǎo)體研究小組又提出了這種半導(dǎo)體器件的工作原理。
1950年，只“PN結(jié)型晶體管”問(wèn)世了，它的性能與肖克萊原來(lái)設(shè)想的*一致。今天的晶體管，大部分仍是這種PN結(jié)型晶體管。（所謂PN結(jié)就是P型和N型的結(jié)合處。P型多空穴。N型多電子。）
1956年，肖克利、巴丁、布拉頓三人，因發(fā)明晶體管同時(shí)榮獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
1）真空三極管
1939年2月,Bell實(shí)驗(yàn)室有一個(gè)偉大的發(fā)現(xiàn),硅p_n結(jié)的誕生。1942年,普渡大學(xué)Lark_Horovitz領(lǐng)導(dǎo)的課題組中一個(gè)名叫Seymour Benzer的學(xué)生,發(fā)現(xiàn)鍺單晶具有其它半導(dǎo)體所不具有的優(yōu)異的整流性能。這兩個(gè)發(fā)現(xiàn)滿足了美國(guó)政府的要求,也為隨后晶體管的發(fā)明打下了伏筆。
2）點(diǎn)接觸晶體管
1945年二戰(zhàn)結(jié)束,Shockley等發(fā)明的點(diǎn)接觸晶體管成為人類微電子革命的先聲。為此,Shockley為Bell遞交了個(gè)晶體管的申請(qǐng)。終還是獲得了個(gè)晶體管的*。
3）雙極型與單極型晶體管
Shockley在雙極型晶體管的基礎(chǔ)上,于1952年進(jìn)一步提出了單極結(jié)型晶體管的概念,即今天所說(shuō)的結(jié)型晶體管。其結(jié)構(gòu)與pnp或npn雙極型晶體管類似,但在p_n材料的界面存在一個(gè)耗盡層,以使柵極與源漏導(dǎo)電溝道之間形成一個(gè)整流接觸。同時(shí)兩端的半導(dǎo)體作為柵極。通過(guò)柵極調(diào)節(jié)源漏之間電流的大小。
4）硅晶體管
仙童半導(dǎo)體由一個(gè)幾人的公司成長(zhǎng)為一個(gè)擁有12000個(gè)職工的大企業(yè)。
5）集成電路
在1954年硅晶體管發(fā)明之后,晶體管的巨大應(yīng)用前景已經(jīng)越來(lái)越明顯?？茖W(xué)家的下一個(gè)目標(biāo)便是如何進(jìn)一步把晶體管、導(dǎo)線及其它器件地連接起來(lái)。
6）場(chǎng)效應(yīng)晶體管與MOS管
1961年,MOS管的誕生。1962年,在RCA器件集成研究組工作的Stanley, Heiman和Hofstein等發(fā)現(xiàn),可以通過(guò)擴(kuò)散與熱氧化在Si基板上形成的導(dǎo)電帶、高阻溝道區(qū)以及氧化層絕緣層來(lái)構(gòu)筑晶體管,即MOS管。
7）微處理器（CPU）
英特爾公司在創(chuàng)立之初,目光仍然集中在內(nèi)存條上。Hoff把中央處理器的全部功能集成在一塊芯片上,再加上存儲(chǔ)器;這就是世界上的片微處理器—4004（1971年）。4004的誕生標(biāo)志著一個(gè)時(shí)代的開(kāi)始,隨后英特爾在微處理器的研究中一發(fā)不可收拾,*。
1989年,英特爾推出了80486處理器。1993年,英特爾研制成功新一代處理器,本來(lái)按照慣常的命名規(guī)律是80586。1995年英特爾推出Pentium_Pro。1997年英特爾發(fā)布了PentiumII處理器。1999年英特爾發(fā)布了Pentium III處理器。2000年發(fā)布了Pentium 4處理器。
同電子管相比，晶體管具有諸多*性：
無(wú)論多么優(yōu)良的電子管，都將因陰極原子的變化和慢性漏氣而逐漸劣化。由于技術(shù)上的原因，晶體管制作之初也存在同樣的問(wèn)題。隨著材料制作上的進(jìn)步以及多方面的改善，晶體管的壽命一般比電子管長(zhǎng)100到1000倍，稱得起性器件的美名。
僅為電子管的十分之一或幾十分之一。它不像電子管那樣需要加熱燈絲以產(chǎn)生自由電子。一臺(tái)晶體管收音機(jī)只要幾節(jié)干電池就可以半年一年地聽(tīng)下去，這對(duì)電子管收音機(jī)來(lái)說(shuō)，是難以做到的。
一開(kāi)機(jī)就工作。例如，晶體管收音機(jī)一開(kāi)就響，晶體管電視機(jī)一開(kāi)就很快出現(xiàn)畫面。電子管設(shè)備就做不到這一點(diǎn)。開(kāi)機(jī)后，非得等一會(huì)兒才聽(tīng)得到聲音，看得到畫面。顯然，在軍事、測(cè)量、記錄等方面，晶體管是非常有優(yōu)勢(shì)的。
比電子管可靠100倍，耐沖擊、耐振動(dòng)，這都是電子管所*的。另外，晶體管的體積只有電子管的十分之一到百分之一，放熱很少，可用于設(shè)計(jì)小型、復(fù)雜、可靠的電路。晶體管的制造工藝雖然精密，但工序簡(jiǎn)便，有利于提高元器件的安裝密度。
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