Piccolo, invisibile e silenzioso: così è il transistor, costituito da varie minuscole placche di semiconduttore, il protagonista indiscusso di questo articolo.
I transistor sono milioni, in realtà anche miliardi, di minuscoli componenti che popolano e animano i nostri dispositivi elettronici.
Da dove nascono? Come operano? E soprattutto come ce ne stanno così tanti nei nostri telefoni così sottili?
Queste sono domande a cui risponderemo qui.
Io sono G.C.P e questa è la rubrica di scienza e tecnologia, bentornati o benvenuti.
Un pò di storia…
I primi prototipi di transistor nacquero in Canada, già nel 1925. Il primo, fu ideato e realizzato da Julius Edgar Lilienfeld, uno scienziato austro-ungarico emigrato in Canada, che non brevettò mai la sua invenzione. Ci vollero altri 31 anni affinché il transistor entrasse in commercio. Solo nel 1956, infatti, a un team di ricerca guidato da William Shockley fu assegnato il premio nobel per la fisica per aver scoperto l’effetto transistor e per aver inventato questa piccola meraviglia. TRANSconductance resISTOR, questo è il nome completo del nostro amico che andò a sostituire le valvole termoioniche, più grandi e più dispendiose di calore.
Composizione del transistor e i semiconduttori
Non saprei da dove iniziare per descrivere le prodigiose facoltà del nostro amico. Forse un punto di partenza potrebbe essere definire la parola semiconduttore.
Un semiconduttore è un materiale (fra i quali: silicio e oro, che sono stati i più largamente usati) in grado di condurre corrente elettrica solo in condizioni fisiche particolari (per esempio a certe temperature). Questo è il cuore pulsante del transistor e di buona parte dell'elettronica moderna, cosa faremmo oggi senza di esso?
In pratica, un semiconduttore, più si scalda più consente il passaggio di elettroni al suo interno. Se non adeguatamente riscaldato oppone resistenza (oppure non conduce proprio e agisce come isolante) al passaggio di elettroni.
Per far funzionare i transistor, quindi, i semiconduttori devono essere “drogati” (vero termine tecnico, lo giuro!) per condurre a determinate temperature. Esistono due tipi di semiconduttori drogati, tipo-N (negativo) e tipo-P (positivo), che si dispongono secondo una logica precisa formando un sandwich di tre materiali semiconduttori, drogati in modo diverso.
Vi basti sapere che, le parti che noi associamo al pane del sandwich, sono del semiconduttore di stesso tipo (N o P) e la farcitura è del semiconduttore di tipo opposto. Per esempio abbiamo il transistor di tipo NPN o PNP.
Però, qual è la loro funzione? E quali sono le parti del nostro amico transistor?
In questo articolo vorrei spiegare il tipo più semplice di transistor, quello a giunzione bipolare (BJT per gli amici).
Ogni transistor di questo tipo ha tre entrate in cui passa corrente e sono: base, collettore ed emettitore.
Ma quindi cosa fanno di così speciale?
Come ho detto all’inizio ne abbiamo a miliardi nei nostri dispositivi che essi siano computer, telefoni o radio. Quindi, a cosa servono e perché ne servono così tanti?
Il transistor, che sia bjt o mosfet (altro tipo di transistor), ha due principali funzioni: può amplificare il segnale della corrente oppure può comportarsi come interruttore.
Immaginate un rubinetto. Con un rubinetto potete modulare il flusso di acqua che fuoriesce oppure potete aprirlo, lavarvi le mani e chiuderlo, senza modularne il flusso.
I transistor funzionano proprio così. Nei nostri telefoni ce ne sono a miliardi che svolgono entrambi i compiti. Soprattutto quelli che agiscono da interruttore. Essi formano le porte logiche, responsabili dell’elaborazione di dati nei nostri telefoni (di queste parlerò in un prossimo articolo).
La crisi dei semiconduttori
Per creare un transistor bastano pochi micron di semiconduttore e quindi se ne impiegano diverse tonnellate per ogni nuovo modello di telefono che viene immesso sul mercato.
Nel 2020 si è verificata una crisi che ha interessato il settore dei semiconduttori. Durante la pandemia, a causa del bisogno di rimpiazzare i nostri vecchi dispositivi elettronici, la domanda di chip di silicio ha superato l’offerta sul mercato.
Il processo di creazione di chip al silicio è molto complesso e durante il lockdown ha subito una pesante battuta d’arresto, proprio a causa delle restrizioni. Il risultato di questa crisi è stato l'aumento drastico dei prezzi dei dispositivi informatici.
Insomma, oggi, senza il transistor e i semiconduttori, non si può vivere.
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