vignette|Quelques modèles de transistors.
Le transistor est un composant électronique à semi-conducteur permettant de contrôler ou d'amplifier des tensions et des courants électriques. C'est le composant actif le plus important des circuits électroniques aussi bien en basse qu'en haute tension : circuits logiques (il permet, assemblé avec d'autres, d'effectuer des opérations logiques pour des programmes informatiques), amplificateur, stabilisateur de tension, modulation de signal Les transistors revêtent une importance particulière dans les circuits intégrés, ce qui rend possible la microélectronique.
Il existe deux grands types de transistors : les transistors bipolaires (les premiers introduits) et les transistors à effet de champ.
Principe de fonctionnement upright=.5|vignette|Analyseur de transistors. Les transistors à effet de champ et bipolaires fonctionnent de façons très différentes.
Un transistor comporte trois électrodes actives permettant de contrôler un courant ou une tension sur l'électrode de sortie (le collecteur pour le transistor bipolaire et le drain sur un transistor à effet de champ) grâce à une électrode de commande (la base sur un transistor bipolaire et la grille pour un transistor à effet de champ). Le transistor est isolant sans tension sur la borne base, et conducteur avec une tension sur la borne base.
Transistor bipolaire Le transistor bipolaire est un amplificateur de courant : on injecte un courant dans l'espace base/émetteur afin de créer un courant multiplié par le gain du transistor entre l'émetteur et le collecteur. Les transistors bipolaires NPN (négatif-positif-négatif), qui laissent circuler un courant de la base (+) vers l'émetteur (–), sont plus rapides et ont une meilleure tenue en tension que les transistors PNP base (–) émetteur (+), mais peuvent être produits avec des caractéristiques complémentaires par les fabricants pour les applications le nécessitant.
Transistor à effet de champ L'organe de commande du transistor à effet de champ est la grille (gate en anglais). Celle-ci n'a besoin que d'une tension (ou un potentiel) entre la grille et la source pour contrôler le courant entre la source et le drain. Le courant de grille est nul (ou négligeable) en régime statique, puisque la grille se comporte vis-à-vis du circuit de commande comme un condensateur de faible capacité. Il existe plusieurs types de transistors à effet de champ : transistors MOSFET à appauvrissement, MOSFET à enrichissement (de loin les plus nombreux) et FET à jonction (JFET). Dans chaque famille, on peut utiliser soit un canal de type N soit de type P, ce qui fait donc en tout six types différents.
Pour les transistors à "appauvrissement" ainsi que les JFET, le canal drain–source est conducteur si le potentiel de grille est nul. Pour le bloquer, il faut rendre ce potentiel négatif (pour les canaux N) ou positif (pour les canaux P). Inversement, les transistors à "enrichissement" sont bloqués lorsque la grille a un potentiel nul. Si on polarise la grille d'un transistor N par une tension positive ou celle d'un transistor P par une tension négative, l'espace source–drain du transistor devient passant.
Chacun de ces transistors est caractérisé par une tension de seuil, correspondant à la tension de grille qui fait la transition entre le comportement bloqué du transistor et son comportement conducteur. Contrairement aux transistors bipolaires, dont la tension de seuil ne dépend que du semi-conducteur utilisé (silicium, germanium ou As-Ga), la tension de seuil des transistors à effet de champ dépend étroitement de la technologie et peut varier notablement même au sein d'un même lot. Le transistor à effet de champ à déplétion à canal N est le semi-conducteur dont les caractéristiques se rapprochent le plus des anciens tubes à vide (triodes). À puissance égale, les transistors N sont plus petits que les P. À géométrie égale, les transistors N sont également plus rapides que les P. En effet, les porteurs majoritaires dans un canal N sont les électrons, qui se déplacent mieux que les trous, majoritaires dans un canal P. La conductivité d'un canal N est ainsi supérieure à celle d'un canal P de même dimension.
La plupart des circuits intégrés numériques (en particulier les microprocesseurs) utilisent la technologie CMOS qui permet d'intégrer à grande échelle (plusieurs millions) des transistors à effet de champ (à enrichissement) complémentaires (c'est-à-dire qu'on retrouve des N et des P). Pour une même fonction, l'intégration de transistors bipolaires consommerait beaucoup plus de courant. En effet, un circuit CMOS ne consomme du courant que lors des basculements. La consommation d'une porte CMOS correspond uniquement à la charge électrique nécessaire pour charger sa capacité de sortie. Leur dissipation est donc quasiment nulle si la fréquence d'horloge est modérée ; cela permet le développement d'appareils à piles ou à batteries (téléphones mobiles ou ordinateurs portables, appareils photo…).
Autres types de transistors IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) : hybride qui a les caractéristiques d'un transistor à effet de champ en entrée et les caractéristiques d'un transistor bipolaire en sortie. Uniquement utilisé dans l'électronique de puissance. Transistor unijonction : ce transistor est utilisé pour ses caractéristiques de résistance dynamique négative, ce qui permet de réaliser simplement un oscillateur. Il n'est plus utilisé de nos jours. Phototransistor : c'est un transistor bipolaire, dont la jonction base–collecteur est sensible à la lumière. Par rapport à une photodiode, il est plus sensible, car il bénéficie de l'effet amplificateur propre au transistor. L'opto-isolateur : le phototransistor est monté dans le même boîtier qu'une diode électroluminescente. C'est la lumière qui assure la transmission des signaux entre le phototransistor et la diode électroluminescente. Le pouvoir d'isolation très élevé (de l'ordre de ) en fait le composant idéal pour isoler galvaniquement un circuit de commande, d'un circuit de puissance. Il existe aussi des opto-isolateurs utilisant d'autres composants en sortie tels le thyristor, le triac.
Description schématique vignette|upright=.4|Bipolaire NPN.vignette|upright=.4|Bipolaire PNP.vignette|upright=.4|Transistor à effet de champ (type P).vignette|upright=.4|MOSFET type N.
Les trois connexions sont appelées : transistors bipolairessymboletransistors à effet de champsymbolele collecteurCle drainDla baseBla grille Gl'émetteur Ela source S
Dans les deux types de transistors bipolaires (NPN et PNP), l'électrode traversée par l'ensemble du courant s'appelle émetteur. Le courant dans l'émetteur est égal à la somme des courants du collecteur et de la base.
La flèche identifie l'émetteur et suit le sens du courant ; elle pointe vers l'extérieur dans le cas d'un NPN, vers l'intérieur dans le cas d'un PNP. L'électrode reliée au milieu de la barre centrale figure la base et la troisième électrode figure le collecteur.
Dans le cas de leffet de champ, la flèche disparaît, car le dispositif est symétrique (drain et source sont interchangeables). Les traits obliques sont habituellement remplacés par des traits droits.
Pour le transistor MOS, la grille se détache des autres électrodes, pour indiquer l'isolation due à la présence de l'oxyde.
En réalité, il existe une quatrième connexion pour les transistors à effet de champ, le substrat (parfois appelé bulk), qui est habituellement relié à la source, c’est-à-dire la connexion entre S et ses chemins vers D sur le schéma.
Étymologie Le terme transistor provient de l'anglais transfer resistor (résistance de transfert). Il a été sélectionné . des Bell Labs le Mémo 48-130-10 ., parmi les noms proposés suivants : semiconductor triode, surface states triode, crystal triode, solid triode, iotatron, transistor. .
Ce nom correspond à la fonction de résistance électrique pouvant être commandée par une tension ou un courant électrique.
Par métonymie, le terme « transistor » désigne souvent les récepteurs radio équipés de transistors (originellement appelés poste à transistors).
Historique vignette|Une réplique du premier transistor.
À la suite des travaux sur les semi-conducteurs, le transistor bipolaire a été réalisé pour la première fois le par les américains John Bardeen, William Shockley et Walter Brattain, chercheurs des Laboratoires BellComme souvent en histoire des sciences, la paternité de cette découverte est parfois remise en cause, pour être attribuée à Julius Edgar Lilienfeld qui, en 1925, avait déjà découvert le principe du transistor à effet de champ. Cependant, Bardeen, Shockley et Brattain restent universellement reconnus comme les pères de cette invention, parce qu'ils ont effectivement fabriqué le premier transistor.. Ces chercheurs ont reçu pour cette invention le prix Nobel de physique en 1956 "The Nobel Prize in Physics 1956". Nobelprize.org. Nobel Media AB. Archived from the original on December 16, 2014. Retrieved December 7, 2014..
Herbert Mataré et Heinrich Welker, deux physiciens allemands, ont aussi développé parallèlement et indépendamment le « transistor français » en alors qu'ils travaillaient à la Compagnie des Freins et Signaux à Paris. Ils déposent leur première demande de brevets pour un transistor le . Les études menées par les commissaires montrent qu'ils ne se sont pas appuyés sur l'annonce du transistor du laboratoire américain mais qu'ils ont bien eu l'idée en même temps. Le , cette invention européenne est présentée par la presse au public sous le nom de « Transistron »., Copyright Mark Burgess 2010. L'objectif est alors de conquérir le marché mondial en premier. À l'époque, la presse technique donne l'avantage au transistron considéré plus résistant et plus stable. Néanmoins le gouvernement français étant focalisé sur la technologie nucléaire, le transistron est mis à l'écart et perd son avantage face au transistor. En 1952, Herbert Mataré crée l'entreprise Intermetall qui est la première à produire des transistors et qui atteindra son apogée un an plus tard avec la présentation de la première radio à transistor un an avant celle de Texas Instruments. En 1954, Texas Instruments met au point son prototype de poste radio à transistor qui sera industrialisé par la société IDEA (Industrial Development Engineering Associates).
Avant cela, Herbert Mataré avait déjà approché l'effet transistor alors qu'il travaillait pour l'armée allemande durant la seconde guerre mondiale dans le but d'améliorer les radars. L'urgence de la guerre l'empêcha de se pencher davantage sur le sujet et il qualifia ce phénomène d'« interférences ». Lorsque la Russie reprit le village où il travaillait en Pologne, Herbert Mataré dut brûler toutes ses notes de peur qu'elles ne tombent .
Le transistor est considéré comme un énorme progrès face au tube électronique : beaucoup plus petit, plus léger et plus robuste, fonctionnant avec des tensions faibles, autorisant une alimentation par piles, il fonctionne presque instantanément une fois mis sous tension, contrairement aux tubes électroniques qui demandaient une dizaine de secondes de chauffage, généraient une consommation importante et nécessitaient une source de tension élevée (plusieurs centaines de volts).