अर्धचालक युक्ति

एक अर्धचालक उपकरण एक इलेक्ट्रॉनिक घटक है जो अपने कार्य के लिए अर्धचालक सामग्री (मुख्य रूप से सिलिकॉन, जर्मेनियम, और गैलियम आर्सेनाइड, साथ ही कार्बनिक अर्धचालक) के इलेक्ट्रॉनिक गुणों पर निर्भर करता है। इसकी चालकता कंडक्टर और इंसुलेटर के बीच होती है। अधिकांश अनुप्रयोगों में सेमीकंडक्टर उपकरणों ने वेक्यूम - ट्यूबों को बदल दिया है। वे एक निर्वात में मुक्त इलेक्ट्रॉनों (आमतौर पर थर्मिओनिक उत्सर्जन द्वारा मुक्त) या गैसों में विद्युत निर्वहन के माध्यम से मुक्त इलेक्ट्रॉनों और आयनों के बजाय ठोस-अवस्था वाले इलेक्ट्रानिक्स में विद्युत प्रवाहकत्त्व होते हैं।

सेमीकंडक्टर उपकरणों को एकल असतत उपकरणों और एकीकृत सर्किट (आईसी) चिप्स के रूप में निर्मित किया जाता है, जिसमें दो या दो से अधिक डिवाइस होते हैं-जो सैकड़ों से लेकर अरबों तक हो सकते हैं-एक सेमीकंडक्टर वेफर (इलेक्ट्रॉनिक्स) पर निर्मित और परस्पर जुड़े हुए (जिन्हें भी कहा जाता है) एक सब्सट्रेट)।

सेमीकंडक्टर सामग्री उपयोगी होती है क्योंकि उनके व्यवहार को डोपिंग (सेमीकंडक्टर) के रूप में जाने खालीपन अशुद्धियों के जानबूझकर जोड़ से आसानी से हेरफेर किया जा सकता है। सेमीकंडक्टर विद्युत चालकता को विद्युत या चुंबकीय क्षेत्र की शुरूआत, प्रकाश या गर्मी के संपर्क में, या डोप्ड मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन ग्रिड के यांत्रिक विरूपण द्वारा नियंत्रित किया जा सकता है; इस प्रकार, अर्धचालक उत्कृष्ट सेंसर बना सकते हैं। एक अर्धचालक में वर्तमान चालन मोबाइल या मुक्त इलेक्ट्रॉनों और इलेक्ट्रॉन छिद्रों के कारण होता है, जिन्हें सामूहिक रूप से आवेश वाहक के रूप में जाना जाता है। फास्फोरस या बोरॉन जैसे परमाणु अशुद्धता के एक छोटे अनुपात के साथ अर्धचालक को डोपिंग करने से अर्धचालक के भीतर मुक्त इलेक्ट्रॉनों या छिद्रों की संख्या बहुत बढ़ जाती है। जब एक डोप्ड सेमीकंडक्टर में अतिरिक्त छेद होते हैं, तो इसे एन-टाइप सेमीकंडक्टर (सकारात्मक विद्युत आवेश के लिए पी) कहा जाता है; जब इसमें अतिरिक्त मुक्त इलेक्ट्रॉन छेद हैं, तो इसे पी-प्रकार अर्धचालक (नकारात्मक विद्युत आवेश के लिए n) कहा जाता है। अधिकांश मोबाइल चार्ज वाहकों का नकारात्मक चार्ज होता है। सेमीकंडक्टर्स का निर्माण पी- और एन-टाइप डोपेंट के स्थान और एकाग्रता को सटीक रूप से नियंत्रित करता है। n-टाइप और p-टाइप सेमीकंडक्टर्स का कनेक्शन p-n जंक्शन बनाता है।

दुनिया में सबसे आम सेमीकंडक्टर डिवाइस MOSFET (मेटल-ऑक्साइड-सेमीकंडक्टर फील्ड इफ़ेक्ट ट्रांजिस्टर) है। एमओएस ट्रांजिस्टर भी कहा जाता है। 2013 तक, हर दिन अरबों एमओएस ट्रांजिस्टर का निर्माण किया जाता है। 1978 से प्रति वर्ष निर्मित सेमीकंडक्टर उपकरण औसतन 9.1% की दर से बढ़ रहे हैं, और 2018 में शिपमेंट पहली बार 1 ट्रिलियन से अधिक होने की भविष्यवाणी की गई है, मतलब 7 से ज्यादा ट्रिलियन आज तक किया गया है।

डायोड
एक सेमीकंडक्टर डायोड एक उपकरण है जो आमतौर पर एक पी-एन जंक्शन से बना होता है। पी-टाइप और एन-टाइप सेमीकंडक्टर के जंक्शन पर एक कमी क्षेत्र बनता है जहां मोबाइल चार्ज वाहक की कमी से वर्तमान प्रवाहकत्त्व बाधित होता है। जब डिवाइस फॉरवर्ड बायस्ड होता है (एन-साइड की तुलना में उच्च विद्युत क्षमता पर पी-साइड से जुड़ा होता है), यह कमी क्षेत्र कम हो जाता है, जिससे महत्वपूर्ण चालन की अनुमति मिलती है, जबकि डायोड रिवर्स बायस्ड होने पर केवल बहुत कम करंट प्राप्त किया जा सकता है और इस प्रकार कमी क्षेत्र का विस्तार हुआ।

एक अर्धचालक को प्रकाश के संपर्क में लाने से इलेक्ट्रॉन-छिद्र जोड़े उत्पन्न हो सकते हैं, जो मुक्त वाहकों की संख्या और इस प्रकार चालकता को बढ़ाता है। इस घटना का लाभ उठाने के लिए अनुकूलित डायोड को photodiode के रूप में जाना जाता है। यौगिक अर्धचालक डायोड भी प्रकाश उत्पन्न कर सकते हैं, जैसे प्रकाश उत्सर्जक डायोड और लेज़र डायोड

बाइपोलर जंक्शन ट्रांजिस्टर
द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर (BJTs) दो p-n जंक्शनों से बनते हैं, या तो n-p-n या p-n-p कॉन्फ़िगरेशन में। मध्य, या आधार, जंक्शनों के बीच का क्षेत्र आमतौर पर बहुत संकीर्ण होता है। अन्य क्षेत्रों और उनसे जुड़े टर्मिनलों को एमिटर और कलेक्टर के रूप में जाना जाता है। बेस और एमिटर के बीच जंक्शन के माध्यम से इंजेक्ट किया गया एक छोटा करंट बेस-कलेक्टर जंक्शन के गुणों को बदल देता है ताकि यह रिवर्स बायस्ड होने के बावजूद करंट का संचालन कर सके। यह बेस-एमिटर करंट द्वारा नियंत्रित कलेक्टर और एमिटर के बीच बहुत बड़ा करंट बनाता है।

क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर
एक अन्य प्रकार का ट्रांजिस्टर, फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर (FET), इस सिद्धांत पर काम करता है कि विद्युत क्षेत्र की उपस्थिति से अर्धचालक चालकता को बढ़ाया या घटाया जा सकता है। एक विद्युत क्षेत्र अर्धचालक में मुक्त इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों की संख्या बढ़ा सकता है, जिससे इसकी चालकता बदल जाती है। फ़ील्ड को रिवर्स-बायस्ड पी-एन जंक्शन द्वारा लागू किया जा सकता है, जंक्शन फ़ील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर (जेएफईटी) बना सकता है या ऑक्साइड परत द्वारा थोक सामग्री से पृथक इलेक्ट्रोड द्वारा धातु-ऑक्साइड-सेमीकंडक्टर फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर बना सकता है। (एमओएसएफईटी)।

धातु-ऑक्साइड-अर्धचालक
MOSFET | मेटल-ऑक्साइड-सेमीकंडक्टर FET (MOSFET, या MOS ट्रांजिस्टर), एक सॉलिड-स्टेट इलेक्ट्रॉनिक्स | सॉलिड-स्टेट डिवाइस, आज तक सबसे ज्यादा इस्तेमाल होने वाला सेमीकंडक्टर डिवाइस है। यह सभी ट्रांजिस्टर का कम से कम 99.9% हिस्सा है, और अनुमानित 13 रहा हैsextillion MOSFETs का निर्माण 1960 और 2018 के बीच हुआ। गेट इलेक्ट्रोड को एक विद्युत क्षेत्र उत्पन्न करने के लिए चार्ज किया जाता है जो दो टर्मिनलों के बीच एक चैनल की विद्युत चालकता को नियंत्रित करता है, जिसे स्रोत और नाली कहा जाता है। चैनल में वाहक के प्रकार के आधार पर, उपकरण एक एन-चैनल (इलेक्ट्रॉनों के लिए) या एक पी-चैनल (छिद्रों के लिए) MOSFET हो सकता है। हालांकि एमओएसएफईटी का नाम आंशिक रूप से इसके मेटल गेट के लिए रखा गया है, आधुनिक उपकरणों में आमतौर पर इसके बजाय पॉलीसिलिकॉन का उपयोग किया जाता है।

सेमीकंडक्टर डिवाइस सामग्री
अब तक, अर्धचालक उपकरणों में सिलिकॉन (सी) सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली सामग्री है। कम कच्चे माल की लागत, अपेक्षाकृत सरल प्रसंस्करण और एक उपयोगी तापमान रेंज का संयोजन इसे वर्तमान में विभिन्न प्रतिस्पर्धी सामग्रियों के बीच सबसे अच्छा समझौता बनाता है। सेमीकंडक्टर डिवाइस निर्माण में उपयोग किए जाने वाले सिलिकॉन को वर्तमान में बाउल (क्रिस्टल) में गढ़ा जाता है जो 300 मिमी (12 इंच) वेफर (इलेक्ट्रॉनिक्स) के उत्पादन की अनुमति देने के लिए व्यास में काफी बड़ा होता है।

जर्मेनियम (Ge) व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली प्रारंभिक अर्धचालक सामग्री थी लेकिन इसकी तापीय संवेदनशीलता इसे सिलिकॉन की तुलना में कम उपयोगी बनाती है। आज, बहुत उच्च गति वाले SiGe उपकरणों में उपयोग के लिए जर्मेनियम को अक्सर सिलिकॉन के साथ मिश्रित किया जाता है; आईबीएम ऐसे उपकरणों का एक प्रमुख उत्पादक है।

गैलियम आर्सेनाइड (GaAs) का उपयोग उच्च-गति वाले उपकरणों में भी व्यापक रूप से किया जाता है, लेकिन अब तक, इस सामग्री के बड़े-व्यास वाले गुलदस्ते बनाना मुश्किल हो गया है, वेफर व्यास को सिलिकॉन वेफर्स की तुलना में काफी छोटे आकार तक सीमित कर देता है, जिससे GaAs उपकरणों का बड़े पैमाने पर उत्पादन होता है। सिलिकॉन की तुलना में काफी अधिक महंगा है।

अन्य कम सामान्य सामग्रियां भी उपयोग में हैं या जांच के अधीन हैं।

सिलिकन कार्बाइड (सीआईसी) ने नीले प्रकाश उत्सर्जक डायोड (एलईडी) के लिए कच्चे माल के रूप में कुछ आवेदन पाया है और सेमीकंडक्टर उपकरणों में उपयोग के लिए जांच की जा रही है जो आयनकारी विकिरण के महत्वपूर्ण स्तरों की उपस्थिति के साथ बहुत उच्च परिचालन तापमान और वातावरण का सामना कर सकते हैं। IMPATT डायोड भी SiC से निर्मित किए गए हैं।

एलईडी और सॉलिड-स्टेट लेजर डायोड में विभिन्न ईण्डीयुम यौगिकों (इंडियम आर्सेनाइड, इंडियम एंटीमोनाइड और इंडियम फास्फाइड) का भी उपयोग किया जा रहा है। फोटोवोल्टिक सौर कोशिकाओं के निर्माण में सेलेनियम सल्फाइड का अध्ययन किया जा रहा है।

कार्बनिक अर्धचालकों के लिए सबसे आम उपयोग कार्बनिक प्रकाश उत्सर्जक डायोड है।

सामान्य सेमीकंडक्टर उपकरणों की सूची
दो-टर्मिनल डिवाइस:
 * डीआईएसी
 * डायोड (रेक्टीफायर डायोड)
 * गन डायोड
 * IMPATT डायोड
 * लेज़र डायोड
 * प्रकाश उत्सर्जक डायोड (एलईडी)
 * photocell
 * phototransistor
 * पिन डायोड
 * स्कॉटकी डायोड
 * सौर सेल
 * क्षणिक-वोल्टेज-दमन डायोड
 * सुरंग डायोड
 * वीसीएसईएल
 * ज़ेनर डायोड
 * ज़ेन डायोड

तीन-टर्मिनल डिवाइस:
 * द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर
 * डार्लिंगटन ट्रांजिस्टर
 * फील्ड इफ़ेक्ट ट्रांजिस्टर
 * विद्युत रोधित गेट द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर (आईजीबीटी)
 * सिलिकॉन नियंत्रित शुद्धि कारक
 * thyristor
 * triac
 * एकसंयोजन ट्रांजिस्टर

चार-टर्मिनल डिवाइस:
 * हॉल इफेक्ट सेंसर (चुंबकीय क्षेत्र सेंसर)
 * फोटोकपलर (ऑप्टोकॉप्लर)

सेमीकंडक्टर डिवाइस एप्लिकेशन
सभी ट्रांजिस्टर प्रकारों का उपयोग तर्क द्वार्स के बिल्डिंग ब्लॉक्स के रूप में किया जा सकता है, जो डिजिटल सर्किट के डिजाइन में मौलिक हैं। माइक्रोप्रोसेसर जैसे डिजिटल सर्किट में, ट्रांजिस्टर ऑन-ऑफ बदलना के रूप में कार्य करते हैं; MOSFET में, उदाहरण के लिए, गेट पर लागू वोल्टेज निर्धारित करता है कि स्विच चालू है या बंद है।

एनालॉग सर्किट के लिए उपयोग किए जाने वाले ट्रांजिस्टर ऑन-ऑफ स्विच के रूप में कार्य नहीं करते हैं; बल्कि, वे आउटपुट की एक सतत श्रृंखला के साथ इनपुट की एक सतत श्रृंखला का जवाब देते हैं। सामान्य एनालॉग सर्किट में एम्पलीफायर और थरथरानवाला शामिल हैं।

सर्किट जो डिजिटल सर्किट और एनालॉग सर्किट के बीच इंटरफ़ेस या अनुवाद करते हैं, उन्हें मिश्रित-सिग्नल एकीकृत सर्किट के रूप में जाना जाता है। मिश्रित-सिग्नल सर्किट।

पावर सेमीकंडक्टर डिवाइस असतत डिवाइस या एकीकृत सर्किट हैं जो उच्च वर्तमान या उच्च वोल्टेज अनुप्रयोगों के लिए अभिप्रेत हैं। पावर इंटीग्रेटेड सर्किट आईसी तकनीक को पावर सेमीकंडक्टर तकनीक के साथ जोड़ते हैं, इन्हें कभी-कभी स्मार्ट पावर डिवाइस कहा जाता है। कई कंपनियां पावर सेमीकंडक्टर्स के निर्माण में विशेषज्ञ हैं।

घटक पहचानकर्ता
सेमीकंडक्टर उपकरणों की भाग संख्या अक्सर निर्माता विशिष्ट होती है। फिर भी, टाइप कोड के लिए मानक बनाने के प्रयास किए गए हैं, और उपकरणों का एक सबसेट उनका अनुसरण करता है। असतत उपकरणों के लिए, उदाहरण के लिए, तीन मानक हैं: संयुक्त राज्य अमेरिका में JEDEC JESD370B, यूरोप में प्रो इलेक्ट्रॉन और जापानी औद्योगिक मानक (JIS)।

बिल्ली-मूंछ डिटेक्टर
ट्रांजिस्टर के आविष्कार से पहले कुछ समय के लिए इलेक्ट्रॉनिक्स क्षेत्र में सेमीकंडक्टर का इस्तेमाल किया गया था। 20वीं शताब्दी के अंत के आसपास वे रेडियो में डिटेक्टर के रूप में काफी सामान्य थे, जिसका उपयोग जगदीश चंद्र बोस और अन्य द्वारा विकसित एक बिल्ली की मूंछ नामक उपकरण में किया जाता था। ये डिटेक्टर कुछ हद तक परेशान करने वाले थे, हालांकि, ऑपरेटर को सीसे का कच्ची धात (लेड सल्फाइड) या सिलिकॉन कार्बाइड (सिलिकॉन कार्बाइड) क्रिस्टल की सतह के चारों ओर एक छोटे टंगस्टन फिलामेंट (मूंछ) को स्थानांतरित करने की आवश्यकता होती है जब तक कि यह अचानक काम करना शुरू न कर दे। फिर, कुछ घंटों या दिनों की अवधि में, बिल्ली की मूंछें धीरे-धीरे काम करना बंद कर देंगी और इस प्रक्रिया को दोहराना होगा। उस समय उनका ऑपरेशन पूरी तरह रहस्यमय था। अधिक विश्वसनीय और प्रवर्धित वैक्यूम ट्यूब आधारित रेडियो की शुरुआत के बाद, बिल्ली की मूंछ प्रणाली जल्दी से गायब हो गई। बिल्ली की मूंछ एक विशेष प्रकार के डायोड का एक आदिम उदाहरण है जो आज भी लोकप्रिय है, जिसे स्कॉटकी डायोड कहा जाता है।

धातु शुद्ध करनेवाला
एक अन्य प्रारंभिक प्रकार का सेमीकंडक्टर डिवाइस मेटल रेक्टिफायर है जिसमें सेमीकंडक्टर कॉपर (I) ऑक्साइड या सेलेनियम होता है। वेस्टिंगहाउस इलेक्ट्रिक (1886) इन रेक्टीफायर्स का एक प्रमुख निर्माता था।

द्वितीय विश्व युद्ध
द्वितीय विश्व युद्ध के दौरान, राडार अनुसंधान ने रडार रिसीवरों को हमेशा उच्च आवृत्ति पर संचालित करने के लिए प्रेरित किया और पारंपरिक ट्यूब आधारित रेडियो रिसीवर अब अच्छी तरह से काम नहीं कर रहे थे। छिपकली मिशन के दौरान 1940 में ब्रिटेन से संयुक्त राज्य अमेरिका में गुहा मैग्नेट्रॉन की शुरूआत के परिणामस्वरूप एक व्यावहारिक उच्च-आवृत्ति एम्पलीफायर की तत्काल आवश्यकता हुई। एक झटके में, बेल प्रयोगशालाओं के रसेल ओहल ने कैट्स-व्हिस्कर डिटेक्टर|कैट्स व्हिस्कर को आजमाने का फैसला किया। इस बिंदु तक वे कई वर्षों से उपयोग में नहीं थे, और प्रयोगशालाओं में किसी के पास भी नहीं था। मैनहट्टन, न्यूयॉर्क में एक इस्तेमाल किए गए रेडियो स्टोर में एक का शिकार करने के बाद, उन्होंने पाया कि यह ट्यूब-आधारित सिस्टम की तुलना में बहुत बेहतर काम करता है।

ओहल ने जांच की कि बिल्ली की मूंछ इतनी अच्छी तरह से काम क्यों करती है। उन्होंने 1939 का अधिकांश समय क्रिस्टल के अधिक शुद्ध संस्करण विकसित करने की कोशिश में बिताया। उन्होंने जल्द ही पाया कि उच्च गुणवत्ता वाले क्रिस्टल के साथ उनका नकचढ़ा व्यवहार चला गया, लेकिन रेडियो डिटेक्टर के रूप में काम करने की उनकी क्षमता भी चली गई। एक दिन उसने पाया कि उसका सबसे शुद्ध क्रिस्टल ठीक से काम कर रहा था, और उसके बीच में एक स्पष्ट रूप से दिखाई देने वाली दरार थी। हालाँकि जैसे ही वह कमरे का परीक्षण करने की कोशिश कर रहा था, डिटेक्टर रहस्यमय तरीके से काम करेगा, और फिर रुक जाएगा। कुछ अध्ययन के बाद उन्होंने पाया कि कमरे में प्रकाश द्वारा व्यवहार को नियंत्रित किया गया था - अधिक प्रकाश क्रिस्टल में अधिक चालकता का कारण बना। उन्होंने इस क्रिस्टल को देखने के लिए कई अन्य लोगों को आमंत्रित किया, और वाल्टर ब्रेटन ने तुरंत महसूस किया कि दरार में किसी प्रकार का जंक्शन था।

आगे के शोध ने शेष रहस्य को साफ कर दिया। क्रिस्टल में दरार आ गई थी क्योंकि दोनों तरफ बहुत थोड़ी भिन्न मात्रा में अशुद्धियाँ थीं जिन्हें ओहल नहीं हटा सकता था - लगभग 0.2%। क्रिस्टल के एक तरफ अशुद्धियाँ थीं जो अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनों (विद्युत प्रवाह के वाहक) को जोड़ती थीं और इसे एक कंडक्टर बनाती थीं। दूसरे में अशुद्धियाँ थीं जो इन इलेक्ट्रॉनों को बांधना चाहती थीं, जिससे यह (जिसे उन्होंने कहा) एक इन्सुलेटर बना दिया। क्योंकि क्रिस्टल के दो हिस्से एक दूसरे के संपर्क में थे, इलेक्ट्रॉनों को प्रवाहकीय पक्ष से बाहर धकेला जा सकता था जिसमें अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन थे (जल्द ही उत्सर्जक के रूप में जाना जाता था) और नए द्वारा प्रतिस्थापित किया जा रहा था (बैटरी से, के लिए) उदाहरण) जहां वे इंसुलेटिंग हिस्से में प्रवाहित होंगे और व्हिस्कर फिलामेंट (कलेक्टर नाम) द्वारा एकत्र किए जाएंगे। हालांकि, जब वोल्टेज को उलट दिया जाता था तो इलेक्ट्रॉनों को कलेक्टर में धकेल दिया जाता था, वे जल्दी से छिद्रों (इलेक्ट्रॉन-जरूरत की अशुद्धियों) को भर देते थे, और चालन लगभग तुरंत बंद हो जाता था। दो क्रिस्टल (या एक क्रिस्टल के भाग) के इस जंक्शन ने एक ठोस-अवस्था डायोड बनाया, और अवधारणा को जल्द ही अर्धचालक के रूप में जाना जाने लगा। डायोड के बंद होने पर कार्रवाई का तंत्र जंक्शन के चारों ओर आवेश वाहकों के पृथक्करण के साथ होता है। इसे कमी क्षेत्र कहा जाता है।

डायोड का विकास
इन नए डायोडों ने कैसे काम किया, इस ज्ञान के साथ, मांग पर उन्हें कैसे बनाया जाए, यह सीखने का जोरदार प्रयास शुरू हुआ। पर्ड्यू विश्वविद्यालय, बेल लैब्स, मेसाचुसेट्स प्रौद्योगिक संस्थान, और शिकागो विश्वविद्यालय की टीमें बेहतर क्रिस्टल बनाने के लिए सेना में शामिल हुईं। एक वर्ष के भीतर जर्मेनियम का उत्पादन उस बिंदु तक पूर्ण हो गया था जहां अधिकांश रडार सेटों में सैन्य-ग्रेड डायोड का उपयोग किया जा रहा था।

ट्रांजिस्टर का विकास
युद्ध के बाद, विलियम शॉक्ले ने ट्रायोड जैसे अर्धचालक उपकरण के निर्माण का प्रयास करने का निर्णय लिया। उन्होंने फंडिंग और लैब स्पेस हासिल किया, और ब्रेटन और जॉन बार्डीन के साथ समस्या पर काम करने गए।

ट्रांजिस्टर के विकास की कुंजी अर्धचालक में इलेक्ट्रॉन गतिशीलता की प्रक्रिया की और समझ थी। यह महसूस किया गया कि अगर इस नए खोजे गए डायोड के एमिटर से कलेक्टर तक इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह को नियंत्रित करने का कोई तरीका होता, तो एक एम्पलीफायर बनाया जा सकता था। उदाहरण के लिए, यदि एक ही प्रकार के क्रिस्टल के दोनों किनारों पर संपर्क रखा जाता है, तो क्रिस्टल के माध्यम से उनके बीच धारा प्रवाहित नहीं होगी। हालाँकि यदि कोई तीसरा संपर्क सामग्री में इलेक्ट्रॉनों या छिद्रों को इंजेक्ट कर सकता है, तो धारा प्रवाहित होगी।

दरअसल ऐसा करना काफी मुश्किल नजर आ रहा था। यदि क्रिस्टल किसी भी उचित आकार के होते हैं, तो इंजेक्शन लगाने के लिए आवश्यक इलेक्ट्रॉनों (या छिद्रों) की संख्या बहुत बड़ी होनी चाहिए, जिससे यह एक एम्पलीफायर के रूप में उपयोगी से कम हो जाए क्योंकि इसे शुरू करने के लिए एक बड़े इंजेक्शन करंट की आवश्यकता होगी। उस ने कहा, क्रिस्टल डायोड का पूरा विचार यह था कि क्रिस्टल ही इलेक्ट्रॉनों को बहुत कम दूरी, कमी क्षेत्र में प्रदान कर सकता है। इस क्षेत्र के दोनों तरफ क्रिस्टल की सतह पर इनपुट और आउटपुट संपर्कों को एक साथ बहुत करीब रखने की कुंजी प्रतीत होती है।

ब्रेटन ने इस तरह के एक उपकरण के निर्माण पर काम करना शुरू कर दिया, और जब टीम ने समस्या पर काम किया तो प्रवर्धन के तांत्रिक संकेत दिखाई देते रहे। कभी-कभी सिस्टम काम करता है लेकिन फिर अप्रत्याशित रूप से काम करना बंद कर देता है। एक उदाहरण में पानी में रखे जाने पर एक गैर-कार्य प्रणाली ने काम करना शुरू कर दिया। ओहल और ब्रेटन ने अंततः क्वांटम यांत्रिकी की एक नई शाखा विकसित की, जिसे व्यवहार के लिए खाते में सतह भौतिकी के रूप में जाना जाता है। क्रिस्टल के किसी एक टुकड़े में इलेक्ट्रॉन पास के आवेशों के कारण पलायन करेंगे। उत्सर्जकों में इलेक्ट्रॉन, या कलेक्टरों में छेद, क्रिस्टल की सतह पर क्लस्टर करेंगे जहां वे हवा (या पानी) में तैरते हुए अपने विपरीत चार्ज को पा सकते हैं। फिर भी उन्हें क्रिस्टल पर किसी अन्य स्थान से थोड़ी मात्रा में आवेश के आवेदन के साथ सतह से दूर धकेला जा सकता है। इंजेक्ट किए गए इलेक्ट्रॉनों की एक बड़ी आपूर्ति की आवश्यकता के बजाय, क्रिस्टल पर सही जगह पर बहुत कम संख्या एक ही चीज़ को पूरा करेगी।

उनकी समझ ने कुछ हद तक बहुत छोटे नियंत्रण क्षेत्र की आवश्यकता की समस्या को हल किया। एक आम, लेकिन छोटे, क्षेत्र से जुड़े दो अलग-अलग अर्धचालकों की आवश्यकता के बजाय, एक बड़ी सतह काम करेगी। क्रिस्टल के आधार पर नियंत्रण लीड के साथ, इलेक्ट्रॉन उत्सर्जक और एकत्रित लीड दोनों को शीर्ष पर एक साथ बहुत करीब रखा जाएगा। जब इस बेस लेड से करंट प्रवाहित होता है, तो इलेक्ट्रॉन या छिद्र सेमीकंडक्टर के ब्लॉक के पार धकेल दिए जाते हैं, और दूर की सतह पर एकत्रित हो जाते हैं। जब तक एमिटर और कलेक्टर एक साथ बहुत करीब थे, तब तक चालन शुरू करने की अनुमति देने के लिए उनके बीच पर्याप्त इलेक्ट्रॉन या छिद्र होने चाहिए।

पहला ट्रांजिस्टर
बेल टीम ने विभिन्न उपकरणों के साथ ऐसी प्रणाली बनाने के कई प्रयास किए, लेकिन आम तौर पर असफल रहे। सेटअप जहां संपर्क काफी करीब थे, हमेशा मूल बिल्ली के मूंछ डिटेक्टरों के रूप में नाजुक थे, और संक्षेप में काम करेंगे, अगर बिल्कुल भी। आखिरकार उन्हें एक व्यावहारिक सफलता मिली। सोने की पन्नी का एक टुकड़ा प्लास्टिक की कील के किनारे से चिपकाया गया था, और फिर पन्नी को त्रिकोण के सिरे पर रेजर से काटा गया था। परिणाम सोने के दो बहुत ही निकट दूरी वाले संपर्क थे। जब कील को एक क्रिस्टल की सतह पर नीचे धकेला गया और दूसरी तरफ (क्रिस्टल के आधार पर) वोल्टेज लगाया गया, तो करंट एक संपर्क से दूसरे संपर्क में प्रवाहित होने लगा क्योंकि बेस वोल्टेज ने इलेक्ट्रॉनों को आधार से दूर धकेल दिया दूसरी तरफ संपर्कों के पास। बिंदु-संपर्क ट्रांजिस्टर का आविष्कार किया गया था।

जबकि डिवाइस का निर्माण एक सप्ताह पहले किया गया था, ब्रेटन के नोट्स 23 दिसंबर 1947 की दोपहर को बेल लैब्स में उच्च-अप के पहले प्रदर्शन का वर्णन करते हैं, जिसे अक्सर ट्रांजिस्टर की जन्मतिथि के रूप में दिया जाता है। जिसे अब बिंदु-संपर्क ट्रांजिस्टर के रूप में जाना जाता है|p-n-p बिंदु-संपर्क जर्मेनियम ट्रांजिस्टर उस परीक्षण में 18 की शक्ति लाभ के साथ एक भाषण प्रवर्धक के रूप में संचालित होता है। जॉन बार्डीन, वाल्टर हाउसर ब्रेटन और विलियम ब्रैडफोर्ड शॉक्ले को उनके काम के लिए भौतिकी में 1956 का नोबेल पुरस्कार दिया गया।

ट्रांजिस्टर की व्युत्पत्ति
बेल टेलीफोन प्रयोगशालाओं को अपने नए आविष्कार के लिए एक सामान्य नाम की आवश्यकता थी: सेमीकंडक्टर ट्रायोड, सॉलिड ट्रायोड, सरफेस स्टेट्स ट्रायोड [sic], क्रिस्टल ट्रायोड और Iotatron सभी पर विचार किया गया था, लेकिन जॉन आर. पियर्स द्वारा गढ़ा गया ट्रांजिस्टर, एक आंतरिक मतपत्र जीता। नाम के लिए तर्क कंपनी के तकनीकी ज्ञापन (28 मई, 1948) [26] वोटों के लिए निम्नलिखित उद्धरण में वर्णित है:

<ब्लॉककोट>ट्रांजिस्टर। यह ट्रांसकंडक्शन या ट्रांसफर और वैरिस्टर शब्दों का संक्षिप्त संयोजन है। डिवाइस तार्किक रूप से वैरिस्टर परिवार से संबंधित है, और इसमें एक डिवाइस का ट्रांसकंडक्शन या ट्रांसफर प्रतिबाधा है, ताकि यह संयोजन वर्णनात्मक हो।

ट्रांजिस्टर डिजाइन में सुधार
शॉक्ले ब्रेटन और बारडीन को श्रेय दिए जाने वाले उपकरण के बारे में परेशान थे, जिन्होंने महसूस किया कि उन्होंने महिमा लेने के लिए इसे अपनी पीठ के पीछे बनाया था। मामले और भी बदतर हो गए जब बेल लैब्स के वकीलों ने पाया कि ट्रांजिस्टर पर शॉक्ले के कुछ लेख जूलियस एडगर लिलियनफेल्ड द्वारा 1925 के पहले के पेटेंट के काफी करीब थे, उन्होंने सोचा कि उनका नाम पेटेंट आवेदन से हटा दिया जाए।

शॉक्ले को गुस्सा आ गया, और उन्होंने यह प्रदर्शित करने का फैसला किया कि ऑपरेशन के असली दिमाग कौन थे। कुछ महीने बाद उन्होंने एक परत या 'सैंडविच' संरचना के साथ एक पूरी तरह से नया, काफी अधिक मजबूत प्रकार का ट्रांजिस्टर का आविष्कार किया। यह संरचना 1960 के दशक में सभी ट्रांजिस्टर के विशाल बहुमत के लिए उपयोग की जाने लगी और द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर में विकसित हुई।

भंगुरता की समस्या हल होने के साथ, शेष समस्या शुद्धता थी। आवश्यक शुद्धता का जर्मेनियम बनाना एक गंभीर समस्या साबित हो रही थी, और ट्रांजिस्टर की उपज को सीमित कर दिया जो वास्तव में सामग्री के दिए गए बैच से काम करता था। तापमान के प्रति जर्मेनियम की संवेदनशीलता ने भी इसकी उपयोगिता को सीमित कर दिया। वैज्ञानिकों ने सिद्धांत दिया कि सिलिकॉन बनाना आसान होगा, लेकिन कुछ लोगों ने इस संभावना की जांच की। गॉर्डन के. टील एक कार्यशील सिलिकॉन ट्रांजिस्टर विकसित करने वाले पहले व्यक्ति थे, और उनकी कंपनी, नवजात टेक्सस उपकरण, ने इसकी तकनीकी बढ़त से लाभ उठाया। 1960 के दशक के उत्तरार्ध से अधिकांश ट्रांजिस्टर सिलिकॉन आधारित थे। कुछ वर्षों के भीतर ट्रांजिस्टर-आधारित उत्पाद, विशेष रूप से आसानी से पोर्टेबल रेडियो, बाजार में दिखाई देने लगे।

स्थैतिक प्रेरण ट्रांजिस्टर, पहला उच्च आवृत्ति ट्रांजिस्टर, 1950 में जापानी इंजीनियरों आदेश-स्थिति निशिजावा और वाई वातानाबे द्वारा आविष्कार किया गया था। 1980 के दशक तक यह सबसे तेज ट्रांजिस्टर था। विनिर्माण उपज में एक बड़ा सुधार तब आया जब एक रसायनज्ञ ने अर्धचालक बनाने वाली कंपनियों को नल के पानी के बजाय आसुत जल का उपयोग करने की सलाह दी: नल के पानी में मौजूद कैल्शियम आयन खराब पैदावार का कारण थे। जोन पिघल रहा है, क्रिस्टल के माध्यम से चलती हुई पिघली हुई सामग्री के एक बैंड का उपयोग करने वाली एक तकनीक, क्रिस्टल की शुद्धता को और बढ़ा देती है।

धातु-ऑक्साइड सेमीकंडक्टर
1950 के दशक में, मोहम्मद ओटाला ने बेल लैब्स में सिलिकॉन सेमीकंडक्टर्स की सतह के गुणों की जांच की, जहां उन्होंने सेमीकंडक्टर डिवाइस निर्माण की एक नई विधि प्रस्तावित की, जिसमें सिलिकॉन बिस्किट को सिलिकॉन ऑक्साइड की एक इन्सुलेटिंग परत के साथ लेपित किया गया ताकि बिजली विश्वसनीय रूप से नीचे के सिलिकॉन में प्रवेश कर सके।, सतह पर काबू पाने से पता चलता है कि बिजली अर्धचालक परत तक पहुंचने से रोकती है। इसे सरफेस पैसिवेशन के रूप में जाना जाता है, एक विधि जो सेमीकंडक्टर उद्योग के लिए महत्वपूर्ण हो गई क्योंकि इसने सिलिकॉन इंटीग्रेटेड सर्किट (आईसी) के बड़े पैमाने पर उत्पादन को संभव बनाया। अपनी सतह निष्क्रियता पद्धति पर निर्माण करते हुए, उन्होंने धातु ऑक्साइड अर्धचालक (एमओएस) प्रक्रिया विकसित की, जिसे उन्होंने प्रस्तावित किया कि पहले काम करने वाले सिलिकॉन फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर (एफईटी) के निर्माण के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। 1959 में मोहम्मद अटाला और डॉन कहंग द्वारा MOSFET (MOS फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर) के आविष्कार का नेतृत्व किया। इसके MOSFET स्केलिंग के साथ, और द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर की तुलना में बहुत कम बिजली की खपत और उच्च घनत्व, MOSFET कंप्यूटर, इलेक्ट्रॉनिक्स में ट्रांजिस्टर का सबसे आम प्रकार बन गया, और संचार प्रौद्योगिकी जैसे स्मार्टफोन। यूएस पेटेंट और ट्रेडमार्क कार्यालय एमओएसएफईटी को एक क्रांतिकारी आविष्कार कहता है जिसने दुनिया भर में जीवन और संस्कृति को बदल दिया।

CMOS (पूरक MOSFET) का आविष्कार 1963 में फेयरचाइल्ड सेमीकंडक्टर में चिह-तांग साह और फ्रैंक वानलास द्वारा किया गया था। फ्लोटिंग-गेट MOSFET की पहली रिपोर्ट 1967 में डावन काहंग और साइमन सेज़ द्वारा बनाई गई थी। FinFET (फिन फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर), एक प्रकार का 3D मल्टीगेट डिवाइस | मल्टी-गेट MOSFET, 1989 में Hitachi में दिघ हिसामोटो और उनके शोधकर्ताओं की टीम द्वारा विकसित किया गया था।

यह भी देखें

 * गहरे स्तर की क्षणिक स्पेक्ट्रोस्कोपी (डीएलटीएस)
 * एकीकृत परिपथ
 * विश्वसनीयता (अर्धचालक)
 * सेमीकंडक्टर डिवाइस निर्माण
 * बड़े पैमाने पर एकीकरण