Die Entwicklung der Hardware - Die Geschichte der Rechenautomaten - page 11

Dagegen arbeitet der moderne Feldeffekttransistor ( FET )
einfacher und eleganter. Er wird auch als unipolarer Tran-
sistor bezeichnet und wird durch eine Spannung gesteuert.
Die Anschlüsse sind das Gate (Steueranschluss). Drain ist
der Abluss und Source die Quelle. Der Widerstand und damit
der Strom der Drain-Source-Strecke wird durch die Span-
nung zwischen dem Gate und der Source und dem dadurch
entstehenden Feld gesteuert. Die Steuerung erfolgt im stati-
schen Fall fast ohne Strom. Der gesteuerte Strom im Drain-
Source-Kanal kann in beide Richtungen ließen. Die Gruppe
der Feldeffekttransistoren unterteilt sich in die Sperrschicht-
FETs (JFET) und in die FETs, die mit einem durch einen
Isolator getrennten Gate (MISFET, MOSFET) ausgestattet
sind. Die Sperrschicht-FETs sind immer selbstleitende Tran-
sistoren, die ohne Spannung am Gate zwischen Source und
Drain leiten. Durch das Anlegen einer geeigneten Polarität an
die Gate-Spannung wird die Leitfähigkeit zwischen Source
und Drain reduziert. Der Metall-Oxid-Halbleiter-Feldtransis-
tor ( MOSFET ) geht auf die Ursprünge der Halbleitertechnik
zurück. Er deiniert sich im Wesentlichen durch den Aufbau
des Gate-Schichtstapels. Dabei ist ein „metallisches“ Gate
durch ein Oxid (Isolator) vom stromführenden Kanal, dem
Halbleiter, zwischen Source- und Drain elektrisch isoliert.
Der Vorteil dieser Technologie ist, dass durch den Ein-
satz eines Isolators im Betrieb keine Raumladungszone als
Trennschicht, wie beim Sperrschicht-FET, mit entsprechen-
der Ansteuerungspolarität gebildet werden muss. Der Gate-
Anschluss kann deshalb in bestimmten Bereichen mit sowohl
positiven als auch negativen Spannungen gegen den Source-
Anschluss auftreffen.
Wegen der großen Vielfalt und der leichten elektrischen
Steuerbarkeit sind MOSFETs heute die am meisten produ-
zierten Transistoren. Ihre Entwicklung erlaubte erst die Rea-
lisierung hochkomplexer, integrierter Schaltungen mit einer
deutlich reduzierten Leistungsaufnahme.
Spezielle Transistortypen wie der Bipolartransistor mit
isolierter Gateelektrode (IGBT) fanden ab Ende der 90er-
Jahre vor allem in der Leistungselektronik Anwendung.
Fototransistoren sind optisch empindliche Bipolartran-
sistoren, die in Optokopplern Verwendung inden. Die Steu-
erung erfolgt nicht durch einen kleinen Basis-Emitter-Strom,
sondern durch den Einfall von Licht. In Flüssigkeitsbildschir-
men, den farbfähigen TFT-Displays, kommen pro Pixel im
aktiven Bildbereich bis zu drei Dünnschichttransistoren (thin
ilm transistor, TFT) zur Anwendung.
Spezielle MOSFETs mit einem Floating Gate als primäres
Speicherelement inden in elektrisch programmierbaren Fest-
wertspeichern wie EPROMs und EEPROMs Anwendung.
Durch die im Floating Gate gespeicherte elektrische Ladung
ist der Transistor immer ein- bzw. ausgeschaltet. Dabei spei-
chert er den Informationsgehalt von einem Bit. Das Beschrei-
ben, bei einigen Typen auch das Löschen, wird durch einen
quantenmechanischen Tunneleffekt möglich.

In integrierten Schaltungen werden spezielle Formen wie
beispielsweise der Multiemitter-Transistor eingesetzt, der bei
Logikgattern in der Transistor-Transistor-Logik die logische
Verknüpfung der Eingangssignale durchführt.
Bipolare Transistoren wurden in ihren Anfängen aus dem
Halbleiter Germanium gefertigt, heute wird überwiegend der
Halbleiter Silizium verwendet. Der Grund für die Verwen-
dung des Siliziums liegt vor allem darin, dass das Silizium ein
stabiles, nicht leitendes Oxid (Siliziumdioxid) besitzt, wäh-
rend das Germaniumoxid wasserlöslich ist. Außerdem eignet
sich Siliziumdioxid zur Oberlächenpassivierung. Zudem ist
die Gewinnung und Handhabung bei Silizium einfacher als
bei Germanium.
Heutzutage werden Transistoren in nahezu allen elektroni-
schen Schaltungen verwendet. Kleinsignaltransistoren inden
sich als einfache, ungekühlte Transistoren. Sie werden für
analoge NF-Technik mit einer Leistung bis ca. 1 W verwen-
det. Leistungstransistoren als robuste, kühlbare Transistoren
werden für Leistungen oberhalb von 1 W verwendet. Hoch-
frequenztransistoren werden für Frequenzen von oberhalb
100 kHz benutzt. Bei Frequenzen, die jenseits der 100 MHz
sind, wird auch die äußere Gestaltung in Streifenleitertechnik
ausgeführt. Die Schalttransistoren mit ihrem günstigen Ver-
hältnis von Durchlass- zu Sperrstrom, bei denen die Kennli-
nie nicht linear zu sein braucht, werden in unterschiedlichen
Varianten für kleine oder große Leistungen eingesetzt.

1.3.2 Die ersten Transistorrechner

Es ist nicht eindeutig, welcher Computer als erster auf der
Basis von Transistoren entwickelt wurde. Infrage kommen
die beiden Rechner TX0 und TRADIC . Offensichtlich begann
die Entwicklung beider Rechner im Jahre 1953.
Der TX0 (Transistorized Experimental Computer Zero)
( Abb. 1.18 ) wurde 1955 am MIT Lincoln Laboratory als
Nachfolger des Whirlwinds , der noch keine Transistoren be-
saß, entwickelt und ab 1956 verwendet. Einer seiner Nachfol-
ger war der PDP-1. Sein Konstruktionszweck bestand primär
darin, die Fähigkeiten von Transistoren zu demonstrieren.
Dieses Gerät war der erste moderne Computer. Seine direkte
Programmierung (ohne Lochkarten) ließ übrigens die ersten
Hacker-Klubs entstehen.

Abb. 1.18 Der TX0