اختراع الترانزستور وأنواعه وتطوره

المهندس أمجد قاسم

في عام 1948 تم ابتكار الترانزستور Transistor ، وكلمة ترانزستر مشتقة من كلمتين Transfer + Resistor أي مقاوم الانتقال وقد اقترح البعض المصطلح العربي نيقل كمقابل لهذه الكلمة.. ويعرف النيقل بأنه وسيلة أو أداة أو جهاز device يتضمن ترتيبا لمواد شبه موصلة، مثل الجرمانيوم أو السلكون المحتوي على شوائب محددة الكمية من الزرنيخ أو الانديوم أو الانتيمون…ونقاط اتصال مناسبة، ليقوم بعدة مهام كانت تؤديها الأنابيب الأيونية الحرارية أو الباثة للضوء ومن هذه المهام تضخيم القدرة أو الجهد أو التيار الكهربائي، وهذا إضافة إلى صغر حجمه وحاجته لطاقة قليلة.

أنواع الترانزسستورات

ترانزستر البلازما

لا يعتمد هذا الترانزستور في عمله على المواد الصلبة وإنما على الغاز المتأين، وهو ابتكار رائع حققه باحثون في جامعة النوي الأمريكية، بقيادة كوفنغ شن وغاري ايدن. مبدأ عمل هذا الترانزستر هو ربط مصدر الالكترونات مع فجوة صغيرة قطرها نصف ملمتر، وتحتوي غازا متأينا جزئيا، وهو ما يطلق عليه اسم بلازما. فيسلك النظام عندئذ كما لو كان الترانزستور ، أي نظاما ذا ثلاثة مسالك يعمل كمضخم للتيار، وكقاطع للدارة الالكترونية، إضافة إلى بثه للضوء. يعتمد الطول الموجي (أي اللون) لهذا الضوء الصادر على طبيعة الغاز المتأين المستخدم. ويسمح دفق الالكترونات الصادرة بتعديل الموصلية الكهربائية وشدة الضوء. ويكفي جهد قدره 5 فولت لتغيير شدة الضوء الصادر.

يمتاز هذا الترانزستر البلازمي بأنه لا يحترق في حالة تعرضه لجهد كهربائي عال. ونظرا لأنه يعمل تحت جهد منخفض، من 5 الى 25 فولت، فانه قد يجد تطبيقا له في شاشات الهواتف الخلوية. وعلى أية حال، فان التجارب على هذا الترانزستر ما زالت في أطوارها الأولى، وتسعى لجعل أدائه يماثل الترانزسستورات التقليدية.

الترانزستور الضوئي

أوردت مجلة العلم والحياة الفرنسية في عددها الصادر في ايلول 2009 خبرا عن ابتكار الترانزستر الضوئي أو الفوتوني Photonic ولا يزيد حجمه عن بضعة نانومترات، والنانومتر يساوي جزءا من مليون من الملمتر. فحجمه إذن لا يزيد عن عشر الحجم الحالي.

و يتأمل منه العلماء أداء أفضل من الترانزسستورات الحالية. طور هذا الترانزستر فريق من مختبر الكيمياء الفيزيائية في مدينة زيورخ السويسرية. وهو لا يعتمد في عمله على الالكترونات وإنما على فوتونات الضوء التي تمر عبر جزيء واحد. وهي أسرع من الالكترونات، ويتوقع أن تحل محلها في دارات حواسيب المستقبل. والواقع أن التجارب في هذا المجال تجري منذ سنوات، لكن الفريق السويسري قد نجح في التحكم بالخواص الكمية quantic لجزىء يدعى dibenzanthanthrene .

ويعمل هذا الترانزستر على امتصاص أو تضخيم حزمة أشعة ليزرية حسب مستوى الطاقة لديه، والذي يمكن التحكم فيه بواسطة شعاع ليزر آخر، كما في الصورة المرفقة. لكن الانتقال من المختبر إلى التطبيق العملي يتطلب بحوثا مكثفة لعدة سنوات أخرى، إذ يجدر بالذكر أن التحكم في مستوى طاقة هذا الجزىء يتطلب تخفيض درجة حرارته الى 272 درجة تحت الصفر، أي درجة واحدة فقط فوق الصفر المطلق.

أخيرا نشير الى أن الترانزستر التقليدي يتكون من 3 طبقات، بحيث تختلف الوسطى عن الطبقتين الأخرين. وقد تكون الوسطى سالبة والطبقتان الخارجيتان موجبتين، أو بالعكس. كما أن الترانزستر قد يعمل على مبدأ مختلف هو تأثير المجال الكهربائي وفي هذه الحالة قد يكون ذا بوابة متصلة JFET أو من نوع موس MOS أي شبه موصل أكسيد المعدن.