La giunzione pn
Un semiconduttore di tipo p o n non è molto utile da solo. Tuttavia, l'unione di questi materiali opposti crea quella che viene chiamata una giunzione pn. Una giunzione pn costituisce una barriera alla conduzione tra i materiali. Sebbene gli elettroni nel materiale di tipo n siano attratti dai fori nel materiale di tipo p, gli elettroni non sono normalmente abbastanza energici da superare la barriera interveniente. Tuttavia, se viene fornita energia aggiuntiva agli elettroni nel materiale di tipo n, saranno in grado di attraversare la barriera nel materiale di tipo p e la corrente scorrerà. Questa energia aggiuntiva può essere fornita applicando una tensione positiva al materiale di tipo p. Gli elettroni caricati negativamente saranno quindi fortemente attratti dalla tensione positiva attraverso la giunzione.
computer: circuiti integrati
William Shockley, un coinventore del transistor, fondò Shockley Semiconductor Laboratories nel 1955 nella sua città natale di Palo Alto, in California.
Una giunzione pn che conduce l'elettricità quando l'energia viene aggiunta al materiale n viene chiamata polarizzata in avanti perché gli elettroni si spostano in avanti nei fori. Se la tensione viene applicata nella direzione opposta — una tensione positiva collegata al lato n della giunzione — non fluirà corrente. Gli elettroni nel materiale n saranno comunque attratti dalla tensione positiva, ma la tensione sarà ora sullo stesso lato della barriera degli elettroni. In questo stato si dice che una giunzione è inversa. Poiché le giunzioni pn conducono l'elettricità in una sola direzione, sono un tipo di diodo. I diodi sono elementi costitutivi essenziali degli interruttori a semiconduttore.
Transistor ad effetto di campo
Portare una tensione negativa vicino al centro di una lunga striscia di materiale di tipo n respingerà gli elettroni vicini nel materiale e formerà quindi dei buchi, cioè trasformerà parte della striscia nel mezzo in materiale di tipo p. Questo cambiamento di polarità mediante un campo elettrico dà il nome al transistor ad effetto di campo. Mentre viene applicata la tensione, ci saranno due giunzioni pn lungo la striscia, da n a p e quindi da p indietro a n. Una delle due giunzioni sarà sempre polarizzata al contrario. Poiché le giunzioni polarizzate al contrario non possono condurre, la corrente non può fluire attraverso la striscia.
L'effetto di campo può essere utilizzato per creare un interruttore (transistor) per spegnere e riaccendere la corrente, semplicemente applicando e rimuovendo una piccola tensione nelle vicinanze per creare o distruggere diodi polarizzati al contrario nel materiale. Un transistor creato usando l'effetto di campo è chiamato transistor ad effetto di campo (FET). La posizione in cui viene applicata la tensione è nota come gate. Il gate è separato dalla striscia di transistor da un sottile strato di isolamento per evitare che cortocircuiti il flusso di elettroni attraverso il semiconduttore da un elettrodo di ingresso (sorgente) a un elettrodo di uscita (drenaggio).
Allo stesso modo, un interruttore può essere realizzato posizionando una tensione di gate positiva vicino a una striscia di materiale di tipo p. Una tensione positiva attira elettroni e quindi forma una regione di n all'interno di una striscia di p. Questo crea di nuovo due giunzioni pn o diodi. Come prima, uno dei diodi sarà sempre polarizzato al contrario e impedirà al flusso di corrente.
I FET sono buoni per la costruzione di circuiti logici perché richiedono solo una piccola corrente durante la commutazione. Non è richiesta corrente per mantenere il transistor in uno stato acceso o spento; una tensione manterrà lo stato. Questo tipo di commutazione aiuta a preservare la durata della batteria. Un FET è chiamato unipolare (da "una polarità") perché il metodo di conduzione principale è o buchi o elettroni, non entrambi.
FET in modalità potenziamento
Esistono due tipi base di FET. Il tipo descritto in precedenza è un FET in modalità di esaurimento, poiché una regione è esaurita della sua carica naturale. L'effetto campo può anche essere usato per creare quella che viene chiamata FET in modalità potenziamento migliorando una regione in modo che appaia simile alle sue regioni circostanti.
Un FET in modalità di miglioramento di tipo n è costituito da due regioni di materiale di tipo n separate da una piccola regione di p. Poiché questo FET contiene naturalmente due giunzioni pn - due diodi - è normalmente spento. Tuttavia, quando viene posta una tensione positiva sul gate, la tensione attira gli elettroni e crea materiale di tipo n nella regione centrale, riempiendo lo spazio che era precedentemente materiale di tipo p. La tensione di gate crea così una regione continua di n attraverso l'intera striscia, permettendo alla corrente di fluire da un lato all'altro. Questo attiva il transistor. Analogamente, un FET in modalità di miglioramento di tipo p può essere realizzato da due regioni di materiale di tipo p separate da una piccola regione di n. La tensione di gate richiesta per accendere questo transistor è negativa. I FET in modalità di miglioramento passano più velocemente dei FET in modalità di esaurimento perché richiedono un cambiamento solo vicino alla superficie sotto il cancello, piuttosto che attraverso tutto il materiale.
