Tranzistora darbības principus skaidro pusvadītāju fizika.

Tranzistorus mēdz iedalīt pēc ierīcē izmantotā pusvadītāju materiāla (galvenokārt silīcijs vai germānijs), to darbības parametriem (jauda, frekvence), realizācijas (diskrēti vai integrēti shēmās) un citiem principiem. Pēc darbības principa un ierīces konstrukcijas izšķir bipolāros tranzistorus un lauktranzistorus. Eksistē arī dažādi specializēti tranzistoru veidi.

Tranzistora priekštecis – vakuuma triode – tika izgudrots 1907. gadā. Tā kā elektronu lampas bija lielas, neefektīvas un trauslas, tika meklētas alternatīvas, lai tranzistora efektu varētu realizēt kompaktākā cietvielu ierīcē. Pirmo patentu par lauktranzistoru 1925. gadā iesniedza fiziķis Jūliuss Lilenfelds (Julius Edgar Lilienfeld), taču tolaik izmantoto pusvadītāju materiālu kvalitāte nebija pietiekami augsta, lai šādu ierīci realizētu praksē.

Šai problēmai pievērsās Amerikas Savienoto Valstu (ASV) telefonu ražotāja American Telephone and Telegraph (AT&T) Bella laboratorijā. Pēc Otrā pasaules kara beigām amerikāņu fiziķim Viljamam Šoklijam (William Bradford Shockley) tika uzticēts vadīt zinātnieku komandu tādas ierīces izstrādei, kas varētu aizstāt vakuuma lampu. 12.1947. amerikāņu fiziķiem Volteram Brateinam (Walter Houser Brattain) un Džonam Bardīnam (John Bardeen) izdevās radīt pirmo punkta kontakta tranzistoru. Redzot ierīces potenciālu, V. Šoklijs veica tālākus uzlabojumus un radīja pirmo bipolāro tranzistoru, kas tika demonstrēts 1951. gadā. V. Šoklijam, Dž. Bardīnam un V. Brateinam par pusvadītāju pētījumiem un tranzistora efekta atklāšanu 1956. gadā tika piešķirta Nobela prēmija fizikā.

Bipolāros tranzistorus strauji komercializēja – 1954. gadā uzņēmums Texas Instruments sadarbībā ar uzņēmumu Regency sāka ražot pirmās pārnēsājamās radio ierīces. Televizoros tranzistorus 20. gs. 60. gados pirmais sāka izmantot Sony. Drīz pēc tam vakuuma lampu tehnoloģija vairs nespēja konkurēt ar pusvadītāju elektroniku.

V. Šoklijs pameta Bella laboratoriju un 1956. gadā nodibināja savu uzņēmumu – Shockley Semiconductor Laboratory ‒, kur tranzistoru ražošanai pirmoreiz germānija vietā tika izmantots silīcijs. Lai gan iekšēju nesaskaņu dēļ uzņēmums ātri izjuka, tā bija pirmā augsto tehnoloģiju kompānija, kas aizsāka silīcija industriju. Reģionu, kur uzplauka cietvielu elektronikas industrija, mūsdienās pazīst kā Silīcija ieleju.

Līdzīgi kā lielākajā daļā cietvielu elektronikas ierīču, tranzistoru darbības pamatā ir elektronu un caurumu uzvedība reģionā starp divu dažādu tipu pusvadītājiem, ko pazīst kā p-n pāreju. Bipolāro tranzistoru veido no divām p-n pārejām. Atkarībā no konstrukcijā izmantotajiem pusvadītāju tipiem izšķir n-p-n un p-n-p tranzistorus. Bipolārā tranzistora pusvadītāju slāņiem ir atbilstoši trīs izvadi – emiters, bāze un kolektors. Tipiskā tranzistora darbības režīmā p-n pārejai starp bāzi un emiteru spriegums tiek pielikts strāvas caurlaides virzienā, bet p-n pārejai starp bāzi un kolektoru – sprostvirzienā. Rezultātā ar relatīvi mazu bāzes strāvas izmaiņu var plašā diapazonā kontrolēt strāvu, kas plūst starp emiteru un kolektoru. Darbības procesā piedalās gan elektroni, gan caurumi, tāpēc šādu tranzistoru tipu sauc par bipolāru.

Lauktranzistori ir unipolāri, jo darba strāvā piedalās tikai viena tipa lādiņnesēji. Lauktranzistora izvadus sauc par izteci (source), noteci (drain) un aizvaru (gate). Lādiņnesēju plūsmu starp izteci un noteci kontrolē šķērsvirziena elektriskais lauks, ko nosaka pieliktais potenciāls uz aizvara izvada. Izšķir lauktranzistorus, kuros izmanto p-n pāreju, un lauktranzistorus ar izolētu aizvaru, ko dēvē arī par metāla oksīda pusvadītāja lauktranzistoriem (metal oxide semiconductor field effect transistor, MOSFET), kas ir visizplatītākais tranzistoru veids, ko izmanto mūsdienu integrālo shēmu veidošanā.

Tranzistors ir cietvielu elektronikas pamatelements, tas ir gandrīz visu elektronisko ierīču sastāvā. Galvenās tranzistora funkcijas elektroniskos slēgumos ir elektriskā signāla pastiprināšana un pārslēgšana. Strāvas plūšanu vai neplūšanu caur tranzistoru var attēlot kā binārā koda 1 vai 0, kas ir digitālās skaitļošanas un līdz ar to visu datoru tehnoloģiju pamatā. Tādējādi neviens zinātnes eksperiments ar pēc tam sekojošo datu apstrādi mūsdienās netiek realizēts bez tranzistora starpniecības.

Tranzistors ir elektronikas komponente, ko izmanto lielāku elektronisko slēgumu veidošanā. Visizplatītākais pielietojums ir tranzistorus iestrādāt integrālajās shēmās, kas ir visu moderno elektronikas ierīču pamatā. Ierīču čipos tranzistori funkcionē kā slēdži un nodrošina bināras loģikas darbības. Atsevišķus tranzistorus var izmantot diskrētu elektronisko slēgumu veidošanā – tie parasti ir lielāki un var darboties pie lielākām strāvas vērtībām.

Nozīmīgākie tranzistoru ražotāji ir Broadcom, Texas Instruments, Toshiba, Supertex, International rectifier, NXP.

Elektronikas ierīču veiktspējas uzlabošanai nepieciešams palielināt komponenšu skaitu, kas ietilpst mikroshēmās. Tādējādi viens no aktuāliem jautājumiem mūsdienās ir tranzistoru tālāka miniaturizācija, kam nepieciešams attīstīt jaunas ražošanas un konstrukcijas tehnoloģijas un, iespējams, meklēt jaunus pusvadītāju materiālus.

Aktuāls pētījumu virziens ir organiskā elektronika – ierīces, kurās elektroniskie procesi norisinās organiskā pusvadītāju materiālā. Polimēru materiālu priekšrocība salīdzinājumā ar klasiskajiem pusvadītājiem ir to elastība, kas paver plašas pielietojuma iespējas jaunu elektronikas ierīču izstrādē. Organisko pusvadītāju strukturālās līdzības ar bioloģiskajiem savienojumiem dēļ šiem materiāliem ir lielāks potenciāls biomedicīnā un bioelektronikā.