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Micron Document

<!DOCTYPE html>

<title>Spitzentransistor</title>

</head>

<h1 id="firstHeading" class="firstHeading mw-first-heading"><span class="mw-page-title-main">Spitzentransistor</span></h1>

</header>

</div>

<p>Der <b>Spitzentransistor</b> galt als erster praktisch realisierter <a href="Bipolartransistor" title="Bipolartransistor">Bipolartransistor</a> und wird als Wegbereiter der modernen <a href="Halbleiter" title="Halbleiter">Halbleitertechnik</a> angesehen. Spätere Untersuchungen zeigten jedoch, dass es sich tatsächlich um einen <a href="Thyristor" title="Thyristor">Thyristor</a> handelte. Die Grundlagen der modernen Halbleitertechnik waren zur Zeit seiner Entwicklung noch nicht erarbeitet und alle Arbeiten basierten zum größten Teil auf Versuch und Irrtum. Das Schaltsymbol des Bipolartransistors erinnert heute noch an den Aufbau des Spitzentransistors.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Entwicklung">Entwicklung</h2></div>

<p>Im März 1942 erhielt das Forschungsteam von <a href="Karl_Lark-Horovitz" title="Karl Lark-Horovitz">Karl Lark-Horovitz</a> an der Universität <a href="Purdue_University" title="Purdue University">Purdue</a> von der Militärforschungsbehörde <a href="Office_of_Scientific_Research_and_Development" title="Office of Scientific Research and Development">OSRD</a> den Auftrag zur Entwicklung von verbesserten <a href="Spitzendiode" title="Spitzendiode">Kristalldetektoren</a>, für den Einsatz in den gerade in der Entwicklung befindlichen Radargeräten. Auch die Firma <a href="Bell_Laboratories" title="Bell Laboratories">Bell Laboratories</a> war in der militärischen Radarforschung involviert. Zur Vorbereitung auf die Konkurrenz im Nachrichtensektor nach Kriegsende, gründete <a href="Mervin_Joe_Kelly" title="Mervin Joe Kelly">Mervin Joe Kelly</a> (Forschungsleiter bei Bell) im Juli 1945 unter anderem eine Forschungsgruppe <i>Festkörperphysik</i>, in der die Gruppe <i>Halbleiter</i> von <a href="William_B._Shockley" class="mw-redirect" title="William B. Shockley">William Shockley</a> geleitet wurde. Die Wissenschaftler in dieser Gruppe waren: <a href="Walter_Brattain" class="mw-redirect" title="Walter Brattain">Walter Brattain</a>, <a href="Gerald_Pearson" title="Gerald Pearson">Gerald Pearson</a>, Hilbert Moore, Robert Gibney. Später trat noch <a href="John_Bardeen" title="John Bardeen">John Bardeen</a> hinzu. Diese Gruppe versuchte, eine Theorie für die Effekte in Halbleitern zu erarbeiten, mit dem Ziel, einen Feldeffekttransistor nach dem Vorbild des Patents<sup id="cite_ref-1" class="reference"><a href="#cite_note-1"><span class="cite-bracket">[</span>1<span class="cite-bracket">]</span></a></sup><sup id="cite_ref-2" class="reference"><a href="#cite_note-2"><span class="cite-bracket">[</span>2<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> von <a href="Julius_Edgar_Lilienfeld" title="Julius Edgar Lilienfeld">Julius Lilienfeld</a> (1925) zu entwickeln. Dabei bauten sie auf den Erfahrungen des Forschungsteams der Purdue-Gruppe auf, deren <a href="Spitzendiode" title="Spitzendiode">Spitzendioden</a> bereits in Großserie produziert wurden.<sup id="cite_ref-3" class="reference"><a href="#cite_note-3"><span class="cite-bracket">[</span>3<span class="cite-bracket">]</span></a></sup><sup id="cite_ref-4" class="reference"><a href="#cite_note-4"><span class="cite-bracket">[</span>4<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>

</p>

<caption>Typische Daten eines BTL (Bell Telephone Laboratory)-Spitzentransistors „M1734“ von 1954<sup id="cite_ref-5" class="reference"><a href="#cite_note-5"><span class="cite-bracket">[</span>5<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>

</caption>

<th>Parameter

</th>

<th>Wert

</th></tr>

<tr>

<td>Lebensdauer</td>

<td>70.000 Stunden

</td></tr>

<tr>

<td>Vibration</td>

<td>100 <a href="Schwerebeschleunigung" class="mw-redirect" title="Schwerebeschleunigung">g</a> max.

</td></tr>

<tr>

<td>Rauschen</td>

<td>54 dB bei 1 kHz

</td></tr>

<tr>

<td>Stromverstärkung in Basisschaltung</td>

<td>0,2…3

</td></tr>

<tr>

<td>Leistungsverstärkung</td>

<td>18 dB

</td></tr>

<tr>

<td>Kollektor-Emitter-Betriebsspannung <i>U</i><sub>CE</sub></td>

<td>100 V

</td></tr>

<tr>

<td>Kollektorstrom <i>I</i><sub>C</sub></td>

<td>40 mA

</td></tr>

<tr>

<td>Verlustleistung <i>P</i><sub>v</sub></td>

<td>120 mW

</td></tr>

<tr>

<td>Grenzfrequenz <i>f</i><sub>gα</sub></td>

<td>50 MHz

</td></tr></tbody></table>

<p>Bei langwierigen Experimenten mit Elektroden in der nächsten Umgebung des Punktkontaktes dieser <a href="Diode" title="Diode">Dioden</a> stellten Brattain und Bardeen fest, dass sich der Strom durch die Diode beeinflussen ließ und gleichzeitig noch eine <a href="Verst%C3%A4rkung_(Physik)" title="Verstärkung (Physik)">Verstärkung</a> stattfand. Am 16. Dezember 1947 wurde ein demonstrierbares Funktionsmuster, mit einer <a href="Leistung_(Physik)" title="Leistung (Physik)">Leistungsverstärkung</a> von 100-fach, in Betrieb genommen und am 23. Dezember 1947 in Form eines <a href="Mikrofonverst%C3%A4rker" title="Mikrofonverstärker">Mikrofonverstärkers</a> der Firmenleitung vorgestellt. Bis zum 22. Juni 1948 wurde die Entdeckung geheim gehalten und danach die technischen Angestellten und das Militär eingeweiht. Überraschenderweise wurde die Erfindung vom Militär von der Geheimhaltung entbunden, so dass sie am 25. Juni 1948 in der <a href="Physical_Review" title="Physical Review">Physical Review</a> veröffentlicht werden konnte.<sup id="cite_ref-6" class="reference"><a href="#cite_note-6"><span class="cite-bracket">[</span>6<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Bereits am 30. Juni 1948 wurde in der Tagespresse über die Erfindung berichtet.<sup id="cite_ref-7" class="reference"><a href="#cite_note-7"><span class="cite-bracket">[</span>7<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>

</p><p>Die Großserienproduktion begann 1951 bei der Bell-Firma Western Electric. 1950 wurde, ebenfalls bei Bell, der <a href="Fl%C3%A4chentransistor" title="Flächentransistor">Flächentransistor</a> entwickelt, der den Spitzentransistor, dank seiner wesentlich höheren Zuverlässigkeit, aus dem unteren Frequenzbereich bis ca. 5 MHz verdrängte. Bis ca. 1956 verteidigte der Spitzentransistor den Frequenzbereich bis ca. <i>f</i><sub>T</sub> = 100 MHz, danach wurde er rasch vom moderneren Drift-Transistor verdrängt.<sup id="cite_ref-8" class="reference"><a href="#cite_note-8"><span class="cite-bracket">[</span>8<span class="cite-bracket">]</span></a></sup><sup id="cite_ref-9" class="reference"><a href="#cite_note-9"><span class="cite-bracket">[</span>9<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>

</p><p>Die Tabelle zeigt die technischen Daten eines typischen Spitzentransistors aus den 1950er Jahren. Die Kenndaten dieser Transistoren sind angesichts der technischen Entwicklung in den folgenden Jahrzehnten natürlich nicht mit modernen Bauteilen vergleichbar. Wegen der neuen Möglichkeiten, vor allem hinsichtlich der Miniaturisierung, wurde jedoch in den Anfangsjahren die komplette Produktion vom Militär aufgekauft.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Aufbau_und_Eigenschaften">Aufbau und Eigenschaften</h2></div>

<p>Auf einer metallischen Grundplatte, die als Basisanschluss dient, wird der <a href="Dotierung" title="Dotierung">dotierte</a> Kristall sperrschichtfrei aufgelötet. Auf den Kristall werden zwei 15 μm dicke <a href="Bronze" title="Bronze">Phosphorbronze</a>-Drähte aufgedrückt. Der Abstand dieser Spitzen beträgt dabei ca. 30 μm. Anschließend wird das System im metallischen Montageröhrchen durch das Montageguckloch vergossen und die Drahtspitze, die den Kollektoranschluss bilden soll, durch einen kurzen Stromstoß mit dem Kristall verschweißt. Durch den entstehenden Schichtaufbau bildet sich eine <a href="Diac" title="Diac">Vierschichtdiode</a> mit Steueranschluss (<a href="Thyristor" title="Thyristor">Thyristor</a>), wodurch eine Stromverstärkung größer als eins in der <a href="Transistorgrundschaltungen#Basisschaltung" title="Transistorgrundschaltungen">Basisschaltung</a> erhalten wird. Dies wurde damals noch nicht verstanden und bereitete bei der Verstärkerentwicklung immer wieder Probleme, da es zum ungewollten Schalten des Transistors führen konnte.

</p><p>Des Weiteren war der <a href="Schottky-Diode" title="Schottky-Diode">Schottky-Kontakt</a> des Emitteranschlusses extrem empfindlich gegen Überlastungen und führte in Hochfrequenzvorstufen öfter wegen elektrostatischen Entladungen zum Ausfall. Auch Feuchtigkeitsprobleme waren durch die aufbaubedingte Kunststoffvergussmasse ein wesentlicher Ausfallgrund. So musste beispielsweise der <a href="H%C3%B6rger%C3%A4t" title="Hörgerät">Hörgeräte</a>-Hersteller <a href="Zenith_Radio_Corporation" class="mw-redirect" title="Zenith Radio Corporation">Zenith Radio Corporation</a> im April 1953 alle Hörgeräte zurückrufen und wieder mit <a href="Subminiaturr%C3%B6hre" title="Subminiaturröhre">Miniaturröhren</a> statt Transistoren ausstatten.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Anmerkungen_zur_Kollektorzone">Anmerkungen zur Kollektorzone</h2></div>

<p>Da der Spitzentransistor rasch von verbesserten Transistortypen (primär durch <a href="Fl%C3%A4chentransistor" title="Flächentransistor">Flächentransistoren</a> wie dem <a href="Gezogener_Transistor" title="Gezogener Transistor">gezogenen</a>, <a href="Legierungstransistor" title="Legierungstransistor">Legierungs-</a> und <a href="Diffusionstransistor" title="Diffusionstransistor">Diffusionstransistor</a>) abgelöst wurde, ist seine Erforschung nie befriedigend abgeschlossen worden.<sup id="cite_ref-10" class="reference"><a href="#cite_note-10"><span class="cite-bracket">[</span>10<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Die bekannt gewordene Technik zum Schichtaufbau am Kollektor stellt sich folgendermaßen dar:

Durch starke Stromstöße wird der Einkristall unter der Spitze aufgeschmolzen und rekristallisiert dann wieder.<sup id="cite_ref-11" class="reference"><a href="#cite_note-11"><span class="cite-bracket">[</span>11<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Es bleiben aber Fehlstellen im Kristallgitter übrig, die wie eine p-Dotierung wirken und eine <a href="Pn-%C3%9Cbergang" class="mw-redirect" title="Pn-Übergang">Sperrschicht</a> zum Einkristall ausbilden.<sup id="cite_ref-12" class="reference"><a href="#cite_note-12"><span class="cite-bracket">[</span>12<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Dadurch wird auch die Dicke der Basiszone reduziert.

Durch die Erhitzung diffundieren gleichzeitig Verunreinigungen aus der Drahtspitze und dotieren dort eine neue, sehr dünne n-Zone.<sup id="cite_ref-13" class="reference"><a href="#cite_note-13"><span class="cite-bracket">[</span>13<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Dadurch ist die Stromverstärkung > 1 in der Basisschaltung erklärbar, die ein 'normaler' Transistor nicht aufweist. Der Prozess ist schwer beherrschbar, was die starke Streuung erklärt und teilweise sogar zum Ausbleiben des Effektes führt (siehe Daten oben).

Der Emitter benötigt keine Behandlung und bildet einen Schottky-Kontakt.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Weblinks">Weblinks</h2></div>

<div class="sisterproject" style="margin:0.1em 0 0 0;"><div class="noresize noviewer" style="display:inline-block; line-height:10px; min-width:1.6em; text-align:center;" aria-hidden="true" role="presentation"><span class="mw-default-size" typeof="mw:File"><span title="Commons"></span></span></div><b><span class=""><a class="external text" href="https://commons.wikimedia.org/wiki/Category:Germanium_point-contact_transistors?uselang=de"><span lang="en">Commons</span>: Spitzentransistoren</a></span></b> – Sammlung von Bildern</div>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Fußnoten_und_Einzelnachweise"><span id="Fu.C3.9Fnoten_und_Einzelnachweise"></span>Fußnoten und Einzelnachweise</h2></div>

<li id="cite_note-1"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-1">↑</a></span> <span class="reference-text"><span class="cite">Patent <a rel="nofollow" class="external text" href="https://worldwide.espacenet.com/publicationDetails/biblio?locale=de_EP&CC=CA&NR=272437">CA272437</a>: <i>Electric Current Control Mechanism.</i> Erfinder: Julius Edgar Lilienfeld (Veröffentlicht am 19. Juli 1927; Eintrag beim <a rel="nofollow" class="external text" href="https://brevets-patents.ic.gc.ca/opic-cipo/cpd/eng/patent/272437/summary.html">kanadischen Patentamt</a>).</span><span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Apatent&rft_id=CA272437&rft.applcc=CA&rft.title=Electric+Current+Control+Mechanism&rft.inventor=Julius+Edgar+Lilienfeld">‌</span></span>

</li>

<li id="cite_note-2"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-2">↑</a></span> <span class="reference-text"><span class="cite">Patent <a rel="nofollow" class="external text" href="https://worldwide.espacenet.com/publicationDetails/biblio?locale=de_EP&CC=US&NR=1745175">US1745175</a>: <i>Method and Apparatus For Controlling Electric Currents.</i> Veröffentlicht am <span style="white-space:nowrap;">28. Januar 1930</span>, Erfinder: Julius Edgar Lilienfeld.</span><span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Apatent&rft_id=US1745175&rft.applcc=US&rft.title=Method+and+Apparatus+For+Controlling+Electric+Currents&rft.inventor=Julius+Edgar+Lilienfeld&rft.pubdate=1930-01-28">‌</span></span>

</li>

<li id="cite_note-3"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-3">↑</a></span> <span class="reference-text"><cite style="font-style:italic">Crystal Rectifiers</cite>. In: Henry C. Torrey, Charles A. Whitmer (Hrsg.): <cite style="font-style:italic">MIT Radiation Laboratory Series</cite>. <span style="white-space:nowrap">Band<span style="display:inline-block;width:.2em"> </span>15</span>. McGraw-Hill Book Company, New York 1948, <span style="white-space:nowrap">S.<span style="display:inline-block;width:.2em"> </span>443</span>.<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Abook&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Spitzentransistor&rft.atitle=Crystal+Rectifiers&rft.btitle=MIT+Radiation+Laboratory+Series&rft.date=1948&rft.genre=book&rft.pages=443&rft.place=New+York&rft.pub=McGraw-Hill+Book+Company&rft.volume=15" style="display:none"> </span></span>

</li>

<li id="cite_note-4"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-4">↑</a></span> <span class="reference-text">Michael Eckert, Helmut Schubert: <i>Kristalle, Elektronen, Transistoren. Von der Gelehrtenstube zur Industrieforschung.</i> Rowohlt Verlag, Hamburg 1986, ISBN 3-499-17725-0, S. 174ff.</span>

</li>

<li id="cite_note-5"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-5">↑</a></span> <span class="reference-text">Kommentar von Bell zum Originaldatenblatt von 1951: <i>The M1734 units average about 20 megacycles.</i> und <i>These frequency figures are quite variable at present.</i></span>

</li>

<li id="cite_note-6"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-6">↑</a></span> <span class="reference-text">J. Bardeen, W. H. Brattain: <cite style="font-style:italic">The Transistor</cite>. A Semi-Conductor Triode. In: <cite style="font-style:italic">Physical Review</cite>. <span style="white-space:nowrap">Band<span style="display:inline-block;width:.2em"> </span>74</span>, 1948, <span style="white-space:nowrap">S.<span style="display:inline-block;width:.2em"> </span>230–231</span>.<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Abook&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Spitzentransistor&rft.atitle=The+Transistor&rft.au=J.+Bardeen%2C+W.+H.+Brattain&rft.btitle=Physical+Review&rft.date=1948&rft.genre=book&rft.pages=230-231&rft.volume=74" style="display:none"> </span></span>

</li>

<li id="cite_note-7"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-7">↑</a></span> <span class="reference-text"><i>News of the Radio.</i> In: <i>New York Times.</i> 1. Juli 1948, S. 46.</span>

</li>

<li id="cite_note-8"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-8">↑</a></span> <span class="reference-text">Rudolf Rost, Hans Martin Ernst: <i>Kristalloden-Technik.</i> 2. Auflage. Verlag Wilhelm Ernst & Sohn, Berlin 1956, S. 333 (Abschnitt: <i>GTA2/100MHz</i>).</span>

</li>

<li id="cite_note-9"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-9">↑</a></span> <span class="reference-text"><a href="Heinz_Richter_(Ingenieur)" title="Heinz Richter (Ingenieur)">Heinz Richter</a>: <i>Transistor-Praxis.</i> Franckh’sche Verlagsbuchhandlung, Stuttgart 1959, Ergänzungsblatt zu S. 72, OC170/171 u. OC614/615.</span>

</li>

<li id="cite_note-10"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-10">↑</a></span> <span class="reference-text">Karl Otto, Horst Müller: <i>Flächentransistoren.</i> VEB Verlag Technik, Berlin 1960, S. 32.</span>

</li>

<li id="cite_note-11"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-11">↑</a></span> <span class="reference-text">J. A. Becker, J. N. Shive: <i>The Transistor-A New Semiconductor Amplifier.</i> In: <i>The Transistor-Selected Reference Material.</i> Bell Telephone Laboratories, New York N. Y., 15. Nov. 1951 (Supplements from Bell-Symposium 17 Sept. 1951), S. 104.</span>

</li>

<li id="cite_note-12"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-12">↑</a></span> <span class="reference-text"><i>Die Formierung von Germaniumoberflächen</i> In: Rudolf Rost, Hans Martin Ernst: <i>Kristalloden-Technik.</i> 2. Auflage. Verlag Wilhelm Ernst & Sohn, Berlin 1956, S. 176.</span>

</li>

<li id="cite_note-13"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-13">↑</a></span> <span class="reference-text">Joachim Dosse: <i>Der Transistor.</i> Verlag R. Oldenbourg, München 1957, S. 34.</span>

</li>

</ol></div><div><div class="zim-footer">

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