Hatvan évvel ezelőtt, decemberben építette meg három tudós a világ első működő tranzisztorát a Lucent Technologies egyik laboratóriumában. William Shockley, John Bardeen és Walter Brattain háborús körülmények között kutattak olyan megoldás után, ami a mikrohullámú radarok egyik alkatrésze lett volna, de az alapkutatásokban használatos germánium félvezető kristályok nem voltak elég gyorsak a feladathoz. A kutatók így jutottak el a szilárd testű diódákhoz, ami végül megalapozta az egész XX. századi digitális világot. Az 1934 óta folyó kísérletek első eredménye a fent említett germánium és arany kombinációjából álló félvezető volt, melyet egy rádió elektroncsövének helyére építettek be. A szabadalom ugyan már a következő év júniusában létrejött, de a tömeges elterjedésére jóval többet kellett várni, sőt a két vezető kutató Brattain és Bardeen csak 8 évvel később kapott Nobel-díj formájában elismerést a felfedezésekért.
A digitális korba vezetett
A tranzisztorok félvezetőként képesek az elektromos jel felerősítésére, irányítására, modulációjára, feszültségstabilizálására, mégpedig egyfajta szelepként működve, ami a bemenő feszültség alapján szabályozza a rajta átfolyó áram erősségét. Felhasználási területük igen változatos, legyen szó analóg vagy digitális szerkezetekről akár. Az analóg áramkörök esetén többnyire erősítőként használják őket, rádiókban, audio-erősítőkben vagy éppen tápegységekben. A digitális területen többnyire kapcsoló feladatot látnak el, ezáltal a digitális integrált áramkörök legfontosabb építőegységévé lépve elő. Manapság a számítógépekben szinte mindenhol találhatunk tranzisztorokat, legyen szó processzorokról, memóriamodulokról vagy akár egy apró logikai kapuról. Az egyszerű szerkezet a XX. század egyik legfontosabb találmányává lépett elő tehát az elmúlt néhány évtizedben.
Régi kedvenc a tranzisztor (Fotó: MTI)
Korlátok azért itt is vannak
Habár még ma is használnak különálló tranzisztorokat, de jóval fontosabb és elterjedtebb az integrált áramkörökön (IC), mikrochipeken belüli megjelenésük. A tranzisztorok legfőbb előnye, hogy picik, olcsón előállíthatóak, rugalmasan lehet őket kezelni és szinte teljesen univerzálisan használhatók bármilyen digitális területen. Ugyanakkor a tranzisztoroknak is vannak hátrányai, hiszen nem képesek megbirkózni a túl nagy feszültséggel, túlzottan melegszenek és viszonylag sok feszültség szökik meg működésük közben. A korábban használatos germánium-arany kombinációnál jóval hatékonyabbnak bizonyult a szilícium, de ennek is megvannak a korlátai.
Láthatatlanná tették
Manapság a félvezetőgyártók legújabb eredményei mindig az egyre kisebb méretű tranzisztorokkal kapcsolatosak, hiszen minél kisebb felületre tudnak egyre több tranzisztort bezsúfolni, annál hatékonyabb lesz az egész szerkezet, mondjuk egy processzor működése. A legelső tranzisztort bárki a kezébe vehette, nézegethette könnyedén, hiszen egy kisebb gyerek fejének a méretével volt azonos, míg pár évvel később egy egység mindössze néhány centiméteresre zsugorodott. A digitális forradalom eredménye pedig mára a szabad szemmel nem is látható tranzisztor. Az Intel legelső számítógép-processzora, a 4004 kódjelű ugyan mai szemmel nevetséges teljesítményű, de már ebben az 1971-es modellben is mindössze 10 mikron méretű volt egy tranzisztor, melyből összesen 2300 darab volt egy chipben.
1989-re ez a méret tizedére csökkent, sikerült elérniük az 1 mikron méretet, az ekkor piacra dobott 25Mhz-es órajelű 486-os processzor viszont már 1,2 millió darab tranzisztort hordozott magában. Sokan erre a modellre már biztosan nem is emlékeznek, ellentétben a Pentium névre, aminek első darabja 1993-ban egy 66Mhz-es CPU volt 3,1 millió darab 0,8 mikron méretű félvezető eszközzel. A fejlődés pedig továbbra is egyre csak gyorsult és alig 7 évvel később az Intel bejelentette a Pentium sorozat negyedik generációját, ahol az építőkockák mérete már mindössze 180 nanométer volt, míg számuk elképesztő mértéket ugorva 42 millióra nőtt. 2002 után viszont a méret csökkentés már nem volt olyan egyszerű, mint korábban, hiszen kezdtek olyan határokat elérni, ami alá egyre nehezebb menni. A 90nm majd 65nm csíkszélesség után éppen a mai napon jelentette be hivatalosan is az Intel, hogy megkezdi a 45nm méretű tranzisztorokkal szerelt Quad-Core processzorainak forgalmazását, ami több szempontból is áttörést jelent. Egyrészt négy processzormag működik egy lapkán közösen, mindegyik 3Ghz feletti órajelen duruzsolva, a tranzisztorok számát tekintve pedig a Pentium 4-hez képest is közel 10-szeres növekedéssel sikerült 410 millió darabot beletuszkolni a szerkezetbe.
Egy gombostű fokán 30 millió tranzisztor!
Szemléltetésként érdemes összehasonlítani a 45nm-es nagyságot teljesen hétköznapi dolgokkal, mint az emberi köröm vastagsága, ami 20 millió vagy az emberi hajszál, ami 90 ezer nanométer. Elképesztően hangzik, de egy gombostű fokára körülbelül 30 millió 45nm-es tranzisztort lehetne kényelmesen elhelyezni, de akár egy vörösvérsejt felületén is több száz elférne belőlük. Emellett persze a működési sebesség is drámaian megnőtt, hiszen egyetlen másodperc alatt ezek a parányi egységek képesek 300 milliárdszor kinyitni/visszazárni, ami a gyakorlatban annyit tesz, hogy a fény 3,5 millimétert tesz meg annyi idő alatt, amíg egy ilyen tranzisztor kinyit vagy bezár. A „felgyorsult életünk” közhely ezek után, talán mindenki számára érthetőbb egy kicsit.
