Illustrasjon: Dagens transistorer er utrolig små, denne er faktisk veldig stor. (Bilde: Jørgen Elton Nilsen)

Denne revolusjonerte verden – nå fyller den år

Du legger knapt merke til den, men alle er helt avhengig av transistoren.

For 65 år siden, den 16. desember 1947, så verdens første bipolare transistor dagens lys. De skjønte det kanskje ikke den gangen, men dette la grunnlaget for en revolusjonering av hele verdens industri, levestandard og teknologi. De tre herrene vi skal takke er ingeniørene William Shockley, John Bardeen og Walter Battain ved Bell Labs.

Det er knapt mulig å tenke seg et fungerende samfunn i dag uten transistoren. Den har lagt grunnlaget for så mange oppfinnelser som vi nå tar for gitt. Du finner transistorer omtrent overalt, og den digitale dingsen du leser dette på er proppfull av dem. Har du en rimelig ny datamaskin kan det lett befinne seg over en milliard transistorer på innsiden. Har du en kraftig spillmaskin har den trolig over fem milliarder transistorer på innsiden.

Kopi av den første transistoren.
Kopi av den første transistoren.Foto: Wikipedia, Public Domain

Grunnsteinen til en prosessor

Transistoren er den viktigste delen av en prosessor. Den brukes som en av/på-bryter, til å representere en binær 0 eller 1. Generelt sett kan vi si at jo flere transistorer en prosessor har, jo bedre ytelse har den.

Verdens første kommersielle mikroprosessor, Intel 4004, ble lansert i 1971. Denne inneholdt rundt 2300 transistorer, som hver hadde en størrelse på 10 μm (10 000 nm).

Siden dengang har mye skjedd. Transistorene blir mindre og mindre, samtidig som de øker ytelsen og reduserer effektforbruket. Den rivende utviklingen vi har sett innen elektronikken de siste tiårene, kan i hovedsak tilskrives krympingen av transistorer.

I dag har prosessorer flere hundre millioner transistorer, og den drøyeste enkeltprosessoren har to og en halv milliarder transistorer. Størrelsen på transistorene i dagens prosessorer ligger i dag på mellom 22 nanometer og 32 nanometer.

Beveger vi blikket over på dagens grafikkprosessorer ligger de gjerne på 28 nm. Transistorantallet på de freskeste produktene passerer her fire milliarder. Det finnes selvfølgelig en rekke prosessorer som bygger på større transistorer, til bruk i all verdens andre produkter. Selv i vaskemaskinen din er det transistorer, men neppe produsert med 22 nm-teknikk.

22 nanometer er ekstremt lite. Se på punktumet i denne setningen – størrelsen tilsvarer rundt 6 millioner transistorer av Intels nyeste på 22 nm. Sagt med andre ord, rundt 4000 av dem ville fått plass i bredden av et typisk menneskehår.

Atomer på flyttefot

Alle transistorer bygger på prinsippet om at alle atomer "ønsker" å ha åtte elektroner i ytterste skall. Silisium, grunnstoffet man som oftest bruker for å lage transistorer, har fire elektroner i ytterste skall. Hvert valenselektron blir derfor delt av to silisiumatomer (elektronene har dobbeltbinding), slik at hvert atom har åtte elektroner i sitt valensskall.

Hvis man så doper, bevisst forurenser, silisiumet med atomer av andre grunnstoffer og andre antall av valenselektroner, påvirker dette ledningsevnen. Kort forklart fører dette til at enkelte elektroner ikke får en dobbeltbinding, og blir dermed løst bundet til sin silisiumkjerne.

Hvis vi da setter spenning på materialet vil de løse elektronene bevege seg mot den positive polen. Ettersom et tomrom oppstår der de løse elektronene var, vil det komme en konstant strøm av elektroner fra den negative polen. I denne prosessen ligger årsaken til transistorens funksjon.

Vil du vite mer? Sjekk ut vår guide til elektronikkens verden.

I dag benyttes transistorer i stort sett alle elektroniske komponenter, vanligvis som en forsterker eller elektrisk kontrollert bryter. Mest spennende er det kanskje med bruken av transistorer i dataprosessorer, selv om vi finner transistorer overalt.

Bransjeloven holder enda

I 1965 skrev Gordon Moore – en av Intels grunnleggere – en artikkel til magasinet Electronics, der han forutså at tettheten av transistorer i integrerte kretser ville doble seg hvert år. I 1970 endret han denne påstanden til å bli omtrentlig hvert andre år, og det er denne doblingen omtrent hvert andre år som nå regnes som Moores lov.

Moore mente at denne utviklingen ville foregå i ti år, men den skulle holde vesentlig lengre. Egentlig var det som nå refereres til som Moores lov en spådom på ganske tynt grunnlag, og var mer som en observasjon enn en lov. Etter hvert ble imidlertid Moores lov vidt akseptert i halvlederindustrien.

Halvlederprodusentene fokuserte på å følge Moores spådom, slik at de kunne oppnå den samme økningen i ytelse som de forventet at konkurrentene ville oppnå. Slik ble Moores lov en selvoppfyllende profeti, og er den dag i dag gjeldende i industrien.

Den "perfekte" transistor

Selv om Moores lov har ligget i kulissene i alle disse årene så er det noen som har kjempet mot den. Et forskerteam fra Australia har gjort sitt ypperste for å utvikle transistorteknologien i et raskere tempo enn det Moore la opp til.

Teamet startet på prosjektet sitt for ti år siden, og kunne noe tidligere i år presentere den "perfekte" transistor: Nemlig en transistor som består av et enkelt atom.

Ifølge Moores lov skal nemlig en fungerende enkeltatomstransistor ikke bli laget før i 2020.

Likevel er det nok fremdeles en god stund til at vi får enkeltatomstransitorer i hjemmedatamaskinen. Per i dag kan en slik transistor kun lages og brukes i ekstremt lave temperaturer. Uansett er det et bevis på at så små ting faktisk kan fabrikkeres.

Jakten på det perfekte halvledermaterialet

IBM er enn annen aktør som forsker mye på alternative måter å lage en transistor på. Nylig kunne selskapet melde om et gjennombrudd med foto-elektriske brikker. Dette er første gang noen har laget en halvleder som består av både elektriske og optiske komponenter, produsert med tradisjonelt utstyr.

IBM selv regner med å ha teknologien på markedet i løpet av et par år.

Grafén er et annet navn du bør merke deg, for dagens silisium har sine klare begrensninger når teknologien krympes. Grafén er arvtageren, og et forskerteam ved NTNU har greid å lage halvledere på grafén. Sluttproduktet forskerne ved NTNU har klart å skape er bare én mikrometer tykt. Til sammenligning er halvledere laget på silisium ofte flere hundre ganger tykkere.

IBM har flere jern i ilden, og et av disse er en databrikke bygget med nanorør.

Forskningen viser at man kan klemme inn en hel milliard transistorer på bare én kvadrattomme med nanorørteknikken. Dette er i samme størrelsesorden som dagens prosessorer, men de nye nanorørtransistorene skal være fem ganger raskere enn dagens silisiumprodukter.

Kort oppsummert kan vi si at transistoren er et av de aller største fremskritt vi har hatt i elektronikkens verden. Gratulerer med 65-årsdagen!

(Kilder: Forskning.no, Wikipedia, Intel)

Norges beste mobilabonnement

Juni 2017

Kåret av Tek-redaksjonen

Jeg bruker lite data:

Ice Mobil 1 GB


Jeg bruker middels mye data:

Telio Go 5 GB


Jeg bruker mye data:

Komplett Maxiflex 12 GB


Jeg er superbruker:

Komplett Megaflex 30 GB


Finn billigste abonnement i vår mobilkalkulator

Forsiden akkurat nå

Til toppen