Мабуть, найважливішим застосуванням напівпровідників є винахід транзистора. Складається він із двох напівпровідникових переходів, розташованих впритул один до одного, і його робота частково спирається на ті самі принципи, які ми щойно описували, говорячи про напівпровідниковий діод — випрямний перехід. Припустімо, що ми виготовили з германію невеликий брусочок, складений із трьох ділянок: р-область, n-область і знову р-область (фіг. 12.11,а). Таке поєднання називається p—n— р-транзистором. Поводяться ці переходи в транзисторі приблизно так само, як описувалося в попередньому параграфі. Зокрема, в кожному переході повинен спостерігатися перепад потенціалу — падіння потенціалу з n-області в кожну з p-областей. Якщо внутрішні властивості обох р-областей однакові, то потенціал уздовж брусочка змінюється так, як показано на фіг. 12.11,б.
Тепер уявіть собі, що кожна з трьох областей підключена до джерела зовнішньої напруги (фіг. 12.12,а). Будемо відносити всі напруги до контакту, приєднаного до лівої р-області, так що на цьому контакті потенціал дорівнюватиме нулю. Цей контакт ми назвемо емітером; n-область називається базою, або основою, до неї підведено слабкий негативний потенціал; права р-область називається колектором, до неї підведено набагато більший негативний потенціал. За таких умов потенціал змінюватиметься вздовж кристала так, як показано на фіг. 12.12,б.Погляньмо спершу, що відбувається з позитивними носіями, тому що саме їхня поведінка в першу чергу керує роботою р—n—p-транзистора. Оскільки потенціал емітера більш позитивний, ніж потенціал бази, то з емітера в базу піде струм позитивних носіїв. Цей струм досить великий, бо перед нами перехід, що працює за «підштовхувальної напруги» (що відповідає правій половині кривої на фіг. 12.10). За таких умов позитивні носії, або дірки, будуть «емітуватися» з р-області в n-область. Може здатися, що цей струм витече з n-області через контакт Б. Але саме тут і криється секрет транзистора. Ця n-область робиться дуже вузькою, завтовшки зазвичай у 10–3 см, а то й вужчою, набагато вужчою, ніж її поперечні розміри. Отже, у дірок, що потрапили в n-область, є дуже великий шанс встигнути продифундувати через всю область до наступного переходу, перш ніж вони анігілюють з електронами n-області. А коли вони підійдуть до правої межі n-області, вони виявлять перед собою крутий спуск з потенціального пагорба і відразу ссипляться в праву р-область. Ця сторона кристала називається колектором, тому що він збирає дірки після того, як вони прослизнуть через n-область. У типовому транзисторі майже весь дірковий струм, що вийшов з емітера і потрапив на базу, збирається в області колектора, і тільки жалюгідні залишки (частки відсотка) входять до сумарного струму з електрода бази. Сума струмів з бази і колектора, звісно, дорівнює струму через емітер.
Тепер уявімо собі, що вийде, якщо ми будемо злегка змінювати потенціал VБ контакту. Оскільки ми перебуваємо на порівняно крутій частині кривої фіг. 12.10, легкі зміни потенціалу VБ досить значно позначаться на струмі емітера IЕ . А напруга на колекторі VК набагато більш негативна, ніж напруга на електроді бази, і ці слабкі зміни потенціалу помітно не позначаться на крутому потенціальному пагорбі між базою і колектором. Більшість позитивних носіїв, випущених у n-область, як і раніше, потраплятимуть у колектор. Отже, змінам потенціалу електрода бази відповідатимуть зміни струму через колектор IК. Істотно, однак, що струм через базу IБ увесь час становитиме лише невелику частину струму через колектор. Транзистор — це підсилювач; невеликий струм IБ, що проходить через електрод бази, приведе до сильного струму (разів у 100 сильнішого, а то й більше) через колекторний електрод.
А як же справи з електронами — з негативними носіями, якими ми досі нехтували? Зауважте, по-перше, що між базою і колектором ми не очікуємо скільки-небудь помітного струму електронів. За такої великої негативної напруги на колекторі електронам з бази довелося б видиратися на дуже високий потенціальний пагорб, і ймовірність цього дуже мала. Струм електронів на колектор дуже слабкий.
Але, з іншого боку, електрони з бази можуть переходити в область емітера. Можна очікувати, що електронний струм у цьому напрямку буде порівнянний з дірковим струмом від емітера до бази. Такий електронний струм користі не приносить, навіть навпаки, бо він збільшує повний струм через базу, потрібний для того, щоб струм дірок до колектора мав задану величину. Тому транзистор влаштовують так, щоб струм електронів до емітера звести до самої малості. Електронний струм пропорційний Nn (бази)—густині негативних носіїв у речовині бази, тоді як дірковий струм від емітера залежить від Np (емітера)—густини позитивних носіїв в області емітера. Порівняно невеликим додаванням домішки в матеріал n-типу Nn (бази) може бути зроблено набагато меншим, ніж Np (емітера). (Крім того, сильно допомагає дуже мала товщина бази, тому що виметання дірок з цієї області в колектор помітно збільшує середній дірковий струм від емітера до бази, не зачіпаючи електронного струму.) У підсумку струм електронів через перехід емітер — база може бути зроблений набагато слабшим за струм дірок, так що електрони в роботі p—n—р-транзистора помітної ролі не відіграють. Струми в основному визначаються рухом дірок, і транзистор відіграє роль підсилювача.
Можна також зробити транзистор, поміняв на фіг. 12.11 місцями матеріали р-типу і n-типу. Тоді вийде так званий n—p—n-транзистор. У такому транзисторі основний струм — це струм електронів, що тече від емітера до бази, а звідти — в колектор. Зрозуміло, усі міркування, які ми проводили для p—n— р-транзистора, однаковою мірою застосовні й до n—p—n-транзистора, якщо тільки поміняти знаки потенціалів електродів.