La unió pn
Un semiconductor de tipus p o n és poc útil per si mateix. Tanmateix, unir aquests materials oposats crea el que s’anomena unió pn. Una unió pn forma una barrera a la conducció entre els materials. Tot i que els electrons del material de tipus n són atrets pels forats del material de tipus p, els electrons normalment no són prou energètics per superar la barrera que intervé. Tanmateix, si es proporciona energia addicional als electrons del material de tipus n, seran capaços de creuar la barrera al material de tipus p, i el corrent fluirà. Aquesta energia addicional es pot subministrar aplicant una tensió positiva al material de tipus p. Els electrons carregats negativament seran molt atrets per la tensió positiva a través de la unió.
ordinador: Circuits integrats
William Shockley, un inventor del transistor, va iniciar els laboratoris de semiconductors de Shockley el 1955 a la seva ciutat natal de Palo Alto, Califòrnia.
Una unió pn que condueix electricitat quan s’afegeix energia al material n s’anomena esbiaixada cap endavant perquè els electrons avancen cap als forats. Si s’aplica tensió en sentit contrari —un voltatge positiu connectat al costat n de la unió—, no hi circularà cap corrent. Els electrons del material n encara seran atrets per la tensió positiva, però ara la tensió estarà al mateix costat de la barrera que els electrons. En aquest estat, es diu que una cruïlla és esbiaixada enrere. Com que les juntes pn condueixen l’electricitat en una sola direcció, són un tipus de díode. Els díodes són blocs bàsics de construcció d’interruptors de semiconductors.
Transistors d'efecte de camp
L'apropament a una tensió negativa al centre d'una banda llarga de material de tipus n repel·lirà els electrons propers al material i formarà forats, és a dir, transformarà una part de la banda del material de tipus intermedia. Aquest canvi de polaritat mitjançant un camp elèctric dóna el nom al transistor amb efectes de camp. Mentre s’aplica la tensió, hi haurà dues juntes pn al llarg de la franja, de n a p i després de p a n a. Una de les dues unions sempre es polaritzarà inversament. Com que les juntes esbiaixades inversament no poden conduir, el corrent no pot fluir per la banda.
L’efecte de camp es pot utilitzar per crear un interruptor (transistor) per apagar i engegar el corrent, simplement aplicant i eliminant una petita tensió a prop per tal de crear o destruir díodes polaritzats inversament al material. Un transistor creat mitjançant l’ús de l’efecte camp es diu transistor d’efectes de camp (FET). La ubicació on s'aplica la tensió es coneix com a porta. La porta es separa de la franja del transistor per una fina capa d’aïllament per evitar que pugui curtcircuitar el flux d’electrons a través del semiconductor des d’un elèctrode d’entrada (font) fins a un elèctrode de sortida (drenatge).
De la mateixa manera, es pot fer un commutador posant un voltatge de porta positiu a prop d'una tira de material de tipus p. Un voltatge positiu atrau electrons i forma així una regió de n dins d’una franja de p. Això torna a crear dues juntes pn, o díodes. Com abans, un dels díodes sempre es polaritzarà inversament i deixarà de fluir el corrent.
Els FET són bons per construir circuits lògics perquè només requereixen un petit corrent durant la commutació. No es requereix cap corrent per mantenir el transistor en un estat d’encesa o apagat; una tensió mantindrà l’estat. Aquest tipus de commutació ajuda a preservar la durada de la bateria. Un FET s’anomena unipolar (de “una polaritat”) perquè el mètode de conducció principal són forats o electrons, no tots dos.
FET de mode de millora
Hi ha dos tipus bàsics de FET. El tipus descrit anteriorment és un mode FET de mode d'esgotament, ja que una regió s'ha esgotat de la seva càrrega natural. L’efecte de camp també es pot utilitzar per crear el que s’anomena FET en mode de millora millorant una regió per semblar similar a les regions que l’envolten.
Una modalitat de millora de tipus n-FET està formada per dues regions de material de tipus n separades per una petita regió de p. Com que aquest FET conté de forma natural dues juntes pn, dos díodes, normalment s’apaga. Tanmateix, quan es col·loca un voltatge positiu a la porta, el voltatge atrau electrons i crea material de tipus n a la regió mitjana, omplint el buit que abans era material de tipus p. El voltatge de la porta crea així una regió contínua de n a tota la banda, el que permet que el corrent flueixi d'un costat a l'altre. S’encén el transistor. De la mateixa manera, un mode FET de millora del tipus p es pot fer a partir de dues regions de material de tipus p separades per una petita regió de n. La tensió de la porta necessària per engegar aquest transistor és negativa. Els FET en mode de millora canvien més ràpidament que els FET en mode d'esgotament perquè requereixen un canvi només a prop de la superfície de la porta, més que no pas pel material.
