Bipolární tranzistor

Bipolární tranzistor je elektrické polovodičové zařízení používané k zesilování signálu a řadu dalších účelů, v nichž je proud způsoben pohybem nosičů obou značek. V současné podobě byl výrobek navržen a patentován v roce 1947 William Shockley.

Historie vývoje prvních tranzistorů

Sklony jsou zděděny, což ilustruje příklad William Bradford Shockley. Syn báňského inženýra a jednoho z prvních inspektorů žen ve Spojených státech. Specifická kombinace. Ve svých 22 letech získal bakalářský titul, nezastavil se tam a v roce 1936 se stal doktorem filosofie. Titul udělený Massachusetts Institute of Technology neznamená, že Shockley studoval Nietzsche a Aristotle. Stupeň ukazuje přítomnost diplomové práce v oblasti velkého seznamu věd. Bizarní jméno je poctou tradice, kdy filozofie ve středověku se zabývala širokou škálou otázek, správně považovaných za předky další směry vědeckého myšlení.

Významem práce bylo studium elektronických hladin chloridu sodného. Teorie kapel, která vysvětlovala procesy probíhající v materiálech, právě získala popularitu. Podle teorie může být každý elektron v krystalu schopen obsadit jedinečný stav, který je pro tuto částečku jedinečný, s určitou energií a směrem otáčení.V souladu s prezentací gradace existuje určitá diskrétnost ve valenčním pásmu( spojeném s jádrem), navíc je zde zakázaná oblast, kde se částice nemohou usadit. Z poslední práce se považuje výjimka za nečisté polovodiče, které se staly základem pro tvorbu polovodičové elektroniky včetně bipolárních tranzistorů.

Bella Shockleyová se dostala do laboratoře za zvědavé myšlenky v oblasti navrhování jaderných reaktorů.Uran v jeho čisté podobě byl objeven dlouho předtím, že poprvé příkladem prvku Becquerel objevil radioaktivitu. Pokusil se bombardovat kovové jádro s neutrony na počátku 30. let( XX století) Enrica Fermiho, cílem bylo získat transuranové prvky. Později se ukázalo, že radioaktivní rozklad se vyskytuje současně s uvolněním energie venku. Shockley se rozhodl bombardovat U-235, aby získal nový zdroj vysoké síly. Během druhé světové války, která se zabývala výzkumem posuzování případné invaze země do Japonska, shromážděná data značně přispěla k rozhodnutí Trumana upustit atomovou bombu na Hirošimu.

Bella Lab nastavila přímý úkol pro společnost Shockley - najít alternativu k objemným trubkovým zesilovačům. To by znamenalo šetřit prostor a zrod nové generace zařízení schopných provozu ve válečných podmínkách. Není žádným tajemstvím, že vojenské úspěchy SSSR se ukázaly být oceňovány na opačné straně oceánu. Shockley byl jmenován manažerem brigády, který porazil úkol, který mimo jiné zahrnoval i tvůrce prvního bodu tranzistoru:

1. John Bardeen;
2. Walter Hauser Brattein.

Čtecí zařízení již vědí o bodové diodě založené na detektoru krystalů, ale co reprezentoval tranzistor? Jedná se o polní zařízení: dvě elektrody jsou aplikovány na polovodičovou oblast typu p a jsou odděleny dielektrickým klínem. Tloušťka bariérové ​​vrstvy se mění od základny.Řídicí elektroda aplikovaná na n-oblast pod kladným potenciálem výrazně snižuje přechodovou oblast a proud neteče. Historicky první tranzistor je považován za polní tranzistor.

Projekt se ukázal jako specifický.Například zlaté kontaktní podložky jsou tlačeny pružinou na křižovatku z germania pnn, spíše jako laboratorní uspořádání, než plnohodnotné zařízení pro vojenské vybavení.Sestavená s kancelářskými sponami a jedovatým elektrolytickým lepidlem. Ale zařízení v budoucnu bude mít jméno Silicon Valley. Mezi vědci došlo k tvrzením, protože Shockleyho teorie pole, používaná v tranzistoru, nepomohla vytvořit zařízení, navíc byla zmíněna v kanadském patentu z roku 1925 pro Lilienfeld. Jako výsledek, Bell Lab hodí Williama jméno ze seznamu tvůrců při přípravě papírů.

Je pozoruhodné, že struktura MESFET( terénní efektový tranzistor) navrhovaná společností Lilienfeld nefungovala. Ale nápady v kanceláři byly přijaty a společnost Bell Labs měla potíže při podávání žádostí.Je to paradox, ale vědci mohli patentovat pouze design Bardeenu a Bratteina - nic víc. Zbytek už dávno existoval jako koncept v době 1946.Shockley se rozhodl, že osud hrát s vynálezcem další vtip po všech selháních. Společnost Bella však dělá ústupky a je všeobecně uznáváno, že William je první osobou pro tisk.

Shockley začíná pracovat na svém vlastním směru a současně se snaží situaci napravit. Ten nedává pozitivní výsledky, ale první vede k vytvoření zařízení, které dnes je svět známo jako bipolární tranzistor. Při pohledu na několik staveb, 1. ledna 1948, zjistí ten správný, ale okamžitě si to neuvědomuje. Následně přichází Shockley myšlenka, že proud je tvořen nejen hlavními nosiči náboje.

Princip fungování bipolárního tranzistoru, teplotních režimů

Koncept nastíněný Shockleyem přináší tým do šílenství: po mnoho let pracoval za zády svých kolegů!Ale myšlenka byla úspěšná.Je-li základní polovodič tenký, vnesené menšinové nosiče náboje jsou částečně zachyceny kolekčním polem. Tam se již stávají významnými a podílejí se na tvorbě elektrického proudu. Proces je řízen základním polem, počet přenášených nosičů náboje je úměrný použitému napětí.

Spojení pn-kolektoru funguje v režimu poruchy. Teploty jsou zcela určeny materiály. Tranzistory germania nemohou fungovat při teplotách nad 85 stupňů Celsia a po překročení referenční hodnoty se následné chlazení zařízení nevrátí do práce. Silikon odolává téměř dvojnásobku tepla.Časté kopie tranzistorů schopných fungovat při 150 stupních Celsia, ale mínus v relativně velkém poklesu napětí na pn-křižovatce.

Ukázalo se, že návrhář hledá nejvhodnější tranzistory k vytvoření elektrického obvodu podle stávajících podmínek. Výpočet odvodu energie se provádí, pokud je to nutné, prvky jsou doplněny masivními radiátory. Maximální teplota je zvolena s přiměřenou rezervou, aby nedošlo k přehřátí.Polovodiče mají zřejmou odolnost, používají se výhradně pro řešení konkrétních problémů.Například při vytváření pn přechodu. V opačném případě čím je vrstva materiálu silnější, tím větší je ztráta aktivní ohmické odolnosti. Uvádíme jasný příklad: rezistivita germania přesahuje hodnotu analogického parametru mědi( kovu) o 30 milionů krát. V důsledku toho se ztráty zvýší( a zahřejí) podle uvedeného obrázku.

Takže polovodičová vrstva je malá.Jak to udělat? Zapomeňte dočasně na kancelářské sponky používané v prvním designu, pojďme se obrátit na moderní technologie. Při výrobě bipolárního tranzistoru jsou dodržovány následující pravidelnosti:

• Materiál emitoru slouží k vstřikování hlavních nosičů do základny, kde budou zachyceni pole. Proto se používají polovodiče s velkým podílem nečistot. Tím je zajištěno vytvoření velkého počtu volných nosičů( děr nebo elektronů).Objem sběrače je mírně vyšší než objem emitoru, předpokládá se, že ztráta výkonu bude větší.To ovlivňuje chladicí podmínky zařízení.
• V databázi je koncentrace nečistot nižší, takže většina vstřikovaného proudu se nekombinuje. Podíl vnějších atomů v krystalové mřížce je minimální.
• Kolektor v poměru nečistot se nachází uprostřed mezi základnou a vysílačem. Nosiče náboje, které zde prolomily, se musí rekombinovat. Rozdíl v koncentraci nečistot se stává důvodem, proč nelze kolektor a emitor zaměnit v elektrickém obvodu zařízení.Druhým důvodem je skutečnost, že oblasti pn-křižovatek nejsou stejné.Ze strany kolektoru - více.

Šířka bariérové ​​vrstvy pn-křižovatky závisí na podílu nečistot( zvyšuje se se zvyšováním).Navíc jeho průnik do emitoru, kolektoru a základny není stejný.K minimální hloubce se bariérová vrstva rozkládá do materiálu s maximálním podílem nečistot. To znamená emitor. Germanium bipolární tranzistory jsou věcí minulosti, křemík a na základě arsenidu gallia přijde nahradit to. V současné době dominují dvě technologie pro výrobu polovodičových zařízení: emit:

1. Fúzované tranzistory se vyrábějí například tavením germania do tenké desky( většinou vyrobené ze specifikovaného materiálu) dvou indiových kapek různých velikostí.Materiály vykazují jinou teplotu likvidu, je možné pece zpracovat. Kvůli difuzi atomů se indium pevně roztaví na germanium( teplota tání 940 ° C).Pak jsou elektrody připájeny k emitoru, kolektoru a základně.
2. Planární tranzistory jsou nejblíže originální myšlence Shockleyho, jeho zařízení se právě nazývá ploché.Na rozdíl od slavného předtím. Požadované vrstvy se aplikují na plochý podklad pomocí různých metod. Masky různých konfigurací se aktivně používají k vytváření výkresů.Výhoda v možnosti hromadné výroby tranzistorů na jediném substrátu, pak je rozřezána na kusy, každá se stává samostatným polovodičovým zařízením.

V průběhu výše popsaných technologických manipulací se aktivně využívají kroky výrobního cyklu:

1. Difúzní metoda umožňuje přesné ovládání geometrických rozměrů pn-křižovatky, což vede k lepší opakovatelnosti a přesnosti. Vytvoření polovodičového tranzistoru v atmosféře "ušlechtilého" plynu se zahřeje na bod likvidu, nečistoty plovoucí kolem se snadno ukládají na povrch. Vyskytne se difúze. Při dávkování parciálního tlaku par z nečistot a trvání operace se mění hloubka pronikání atomů do základního materiálu( substrátu).Někdy dochází k difuzi během procesu fúze. Moment je určen přesným výběrem teplotního režimu.
2. Epitaxe je proces pěstování krystalů požadovaného typu na substrátu. Může dojít k usazování z roztoku nebo plynu. Vakuové rozprašování patří také do této třídy technologií, elektrolýza je trochu oddělená, založená na principu vytváření vrstev pod proudem.
3. Literatické techniky se často používají k získání dané masky. Například fotorezist je aplikován na substrát, jehož ostrovy zmizí pod působením developera. Formativní záření je filtrováno maskou neprůhledného materiálu. Proces fotolitografie připomíná známým každému profesionálnímu fotografovi, který samostatně vedl zpracování filmu.

Adresáře často uvádějí dva nebo více klíčových termínů popisujících výrobní cyklus bipolárního tranzistoru.

tranzistorová notace

tranzistorová notační soustava OCT 11-0948 je vydávána pro polovodičová zařízení, určující standardy i pro bipolární tranzistory. V první řadě je uveden materiál, který do značné míry určuje teplotní režimy provozu a parametry, pak digitální značení, které určuje výkon, frekvenci a další vlastnosti bipolárního tranzistoru. Volt-ampérové ​​charakteristiky a proudové zisky patří k hlavním parametrům v příručkách.