Setiap kali Anda mengangkat telepon, Anda menyentuh transistor. Anda mengedipkannya di layar komputer. Internet bergantung pada jutaan pengguna untuk tetap menjalankannya. Tapi apa sebenarnya itu?
Bayangkan transistor sebagai ketukan yang sangat presisi. Ini bukan hanya tentang menghidupkan atau mematikan lalu lintas. Ia mengontrol berapa banyak air yang melewatinya. Dalam dunia kelistrikan, “air” adalah aliran elektron. Transistor mengontrol aliran ini dengan sangat tepat, memungkinkan sirkuit untuk menghidupkan dan mematikan sinyal atau memperkuatnya sehingga sinyal dapat mengalir lebih jauh.
Tanpa kendali seperti itu, perangkat elektronik modern tidak hanya akan menjadi kikuk, namun juga tidak akan ada lagi.
Waktu yang Tidak Disengaja dari Pendahulu Silikon
Penemuan transistor bukanlah suatu tindakan jenius yang sembarangan. Hal ini membutuhkan bahan-bahan yang hanya dapat diproduksi secara ilmiah pada momen-momen tertentu dalam sejarah.
Transistor pertama yang dibuat di Bell Laboratories terbuat dari germanium. Para ilmuwan mengetahui bahwa germanium murni adalah isolator dan mencegah aliran listrik. Namun, ditemukan bahwa penambahan pengotor kecil melalui proses yang disebut doping mengubahnya menjadi konduktor lemah. Hal ini menyebabkan lahirnya semikonduktor.
Semikonduktor ada di antara keduanya. Mereka bukanlah konduktor sempurna seperti tembaga, dan bukan isolator sempurna seperti kaca. Mereka dapat disetel.
Mengapa hal ini terjadi setelah Perang Dunia II? waktu. Upaya perang ini mendorong kemajuan besar dalam menyempurnakan germanium murni dan meningkatkan teknik doping. Tiba-tiba, bahan mentah yang dibutuhkan untuk membuat transistor akhirnya mencapai kemurnian yang dibutuhkan. Sebelumnya, benda-benda ini tidak ada dalam bentuk yang dapat digunakan.
Persimpangan P-N: Jalan Satu Arah dalam Elektronika
Doping menentukan perilaku semikonduktor. Tergantung pada unsur mana yang ditambahkan ke germanium, salah satu hal berikut dapat terjadi:
- Tipe-N: Aditif menambahkan elektron ekstra. Karena bermuatan negatif, material mencoba mendorong elektron keluar.
- Tipe-P: Dopan menghilangkan elektron dan menciptakan “lubang” di tempat elektron sebelumnya berada. Hal ini menyebabkan material menjadi bermuatan positif dan menarik elektron dari material di dekatnya.
Menempatkan lapisan tipe-N di sebelah lapisan tipe-P akan menciptakan dioda P-N.
Persimpangan ini memiliki lalu lintas satu arah listrik. Listrik mengalir dengan mudah ke satu arah, namun terhambat ke arah lain. Properti ini adalah dasar dari penyearah, yang mengubah arus bolak-balik (AC) menjadi arus searah (DC) dan merupakan bahan penyusun semua rangkaian kompleks.
Dari dioda ke transistor sambungan
Dioda berguna, tetapi transistor juga kuat. Untuk mencapai hal ini, para insinyur melapisi bahan-bahan ini satu demi satu.
Hasil akhirnya adalah struktur P-N-P atau N-P-N. Lapisan tengah disebut alas. Titik perpotongan lapisan-lapisan tersebut disebut persimpangan. Oleh karena itu, perangkat aslinya sering disebut transistor sambungan.
Ada keajaiban di sini. Dengan mengarahkan arus kecil ke lapisan dasar ini, arus yang jauh lebih besar dapat diarahkan ke seluruh perangkat.
Ketika arus kecil dialirkan ke basis, gerbang terbuka dan elektron berpindah dari sisi tipe-N ke sisi tipe-P. Masukan kecil itu bertindak sebagai saklar. Arus besar dapat melewatinya. Ketika input dihentikan, arus besar berhenti.
Karena fungsi gandanya ini, transistor menjadi tulang punggung komputasi. Ini bertindak sebagai saklar gerbang logika (0 atau 1, hidup atau mati). Ini bertindak sebagai penguat (memperkuat sinyal lemah) untuk radio, audio, dan sensor.
Pergeseran Silikon
Selama lebih dari 20 tahun, transistor germanium telah ada dimana-mana. Ini berfungsi pada radio, komputer, dan televisi awal.
Namun germanium juga memiliki kekurangan. Ini sensitif terhadap panas dan lebih sulit untuk disuling secara konsisten. Akhirnya, industri beralih ke semikonduktor berbasis silikon. Silikon melimpah, murah untuk ditangani, dan jauh lebih andal dalam berbagai suhu.
Saat ini hanya sedikit orang yang menggunakan germanium untuk membuat barang elektronik komersial baru. Tapi prinsipnya sama. Lapisan tipe-N dan tipe-P masih menari bersama, bertukar arus dan memperkuat sinyal. Materinya telah berubah. Fisika tidak.
Kami telah berpindah dari blok germanium yang besar ke
