1947년 벨 연구소의 바딘·브래튼·쇼클리가 반도체로 «전류를 여닫는 장치»를 만들었습니다. 트랜지스터입니다. 세 사람은 1956년 노벨 물리학상을 받았습니다.
원리를 가장 단순하게 말하면 이렇습니다. 반도체를 p-n-p 또는 n-p-n 으로 세 겹 붙이고, 가운데 얇은 층에 작은 전압을 걸어 줍니다. 그러면 양쪽 사이를 흐르는 큰 전류가 열리거나 닫힙니다. 수도관에 달린 밸브를 손가락 힘으로 돌려 큰 물줄기를 조절하는 것과 같습니다.
이 «작은 것으로 큰 것을 조절한다»는 성질에서 두 가지 쓸모가 나옵니다. ① 증폭 — 마이크가 만든 약한 신호로 스피커를 울릴 큰 전류를 만듭니다. ② 스위치 — 전류가 흐르면 1, 안 흐르면 0. 이 0과 1이 디지털의 전부입니다.
트랜지스터 이전에는 진공관이 그 일을 했습니다. 1946년 컴퓨터 에니악은 진공관 약 1만 8천 개를 썼고, 방 하나를 채웠으며, 진공관이 자주 끊어졌습니다. 트랜지스터는 훨씬 작고 열이 적고 오래갔습니다.
오늘날 스마트폰 칩 하나에는 트랜지스터가 수백억 개 들어갑니다. 하나의 크기는 수 나노미터 — 원자 수십 개 폭입니다. 여기까지 작아지면 첫걸음에서 배운 터널링이 «새는 전류»로 나타나 골칫거리가 됩니다. 양자역학이 반도체를 가능하게 했고, 이제는 양자역학이 그 한계를 정하고 있는 셈입니다.