Bipolær transistor

En bipolær transistor er en elektrisk halvlederanordning, der anvendes til at forstærke et signal og et antal andre formål, hvor strøm er frembragt ved bevægelse af bærere af begge tegn. I sin nuværende form blev produktet foreslået og patenteret i 1947 af William Shockley.

Historien om udviklingen af ​​de første transistorer

. Hældningerne er arvet, hvilket er illustreret af William Bradford Shockleys eksempel. Sønnen til en minedriftingeniør og en af ​​de første kvindelige landmåler i USA.Specifik kombination. Klokken 22 modtog han en bachelorgrad, stoppede ikke der, og i 1936 blev han doktor i filosofi. Titlen tildelt af Massachusetts Institute of Technology betyder ikke, at Shockley studerede Nietzsche og Aristoteles. Graden indikerer tilstedeværelsen af ​​en afhandling inden for en stor liste af videnskaber. Det bizarre navn er en hyldest til tradition, da filosofien i middelalderen behandlede en bred vifte af spørgsmål, med rette betragtet forfader til andre retninger af videnskabelig tanke.

Betydningen af ​​arbejdet var at studere de elektroniske niveauer af natriumchlorid. Bandteorien, som forklarede de processer, der fandt sted i materialerne, blev bare ved at blive mere populære. Ifølge teorien er enhver elektron i en krystal i stand til at besætte en unik tilstand, der er ejendommelig for denne partikel, med en vis energi og spinding. I overensstemmelse med præsentationen af ​​graderingen går de med en vis diskretion i valensbåndet( forbundet med kernen). Derudover er der en forbudt region, hvor partiklerne ikke har ret til at slå sig ned. Fra den sidste afhandling anses undtagelsen for at være urenheds halvledere, som er blevet grundlaget for oprettelsen af ​​solid state-elektronik, herunder bipolære transistorer.

Bella Shockley kom ind i Lab for nysgerrige ideer inden for design af atomreaktorer. Uranus i sin rene form blev opdaget længe før det, for første gang ved elementet Becquerels eksempel, opdaget radioaktivitet. Han forsøgte at bombardere metalkernerne med neutroner i begyndelsen af ​​30-tallet( XX århundrede) af Enrico Fermi, målet var at opnå transuranelementer. Senere viste det sig, at radioaktivt henfald sker samtidig med udslip af energi udenfor. Shockley besluttede at bombe U-235 for at få en ny kilde til høj effekt. Under anden verdenskrig, der var involveret i forskning for at vurdere den mulige jordinvasion i Japan, bidrog de indsamlede data stort set til Trumans beslutning om at aflevere en atombombe på Hiroshima.

Bella Lab har sat en direkte opgave for Shockley - for at finde et alternativ til omfangsrige rørforstærkere. Dette ville betyde besparelse af plads og fødslen af ​​en ny generation af enheder, der kan fungere under krigstilstande. Det er ingen hemmelighed, at de militære resultater fra USSR viste sig at være værdsat på den modsatte side af havet. Shockley blev udnævnt til brigadechefen, som slog opgaven, som blandt andet indeholdt skaberne af den første punkttransistor:

1. John Bardeen;
2. Walter Hauser Brattein.

Læsere ved allerede om en punktdiode baseret på en krystaldetektor, men hvad repræsenterede transistoren? Dette er en feltenhed: to elektroder påføres et halvlederområde p-type og adskilles af en dielektrisk kil. Tykkelsen af ​​barrierelaget varierer fra bunden. Kontrolelektroden, der påføres n-regionen under et positivt potentiale, udbryder overgangsregionen kraftigt, og ingen strøm strømmer. Historisk betragtes den første transistor som en felt-transistor.

Designet viste sig at være specifikt. For eksempel presses guld kontaktpuder af en fjeder til en germanium pnn kryds krystal, mere som en laboratorie opsætning, snarere end en komplet udstyr til militært udstyr. Monteret med brevpapir og giftig elektrolytlim. Men enheden i fremtiden vil give navnet Silicon Valley. Der var strid mellem forskere, fordi Shockleys feltteori, der blev brugt i transistoren, ikke hjalp til med at oprette enheden, derudover blev det nævnt i det kanoniske patent fra Lilienfeld fra 1925.Som følge heraf kaster Bell Lab Williams navn ud af listen over skabere, når de opsætter papirer.

Det er bemærkelsesværdigt, at strukturen af ​​MESFET( field effect transistoren) foreslået af Lilienfeld ikke fungerede. Men ideerne på kontoret blev accepteret, og Bell Labs havde svært ved at indsende ansøgninger. Det er et paradoks, men forskere kunne kun patentere design af Bardeen og Brattein - intet mere. Resten har længe eksisteret som et koncept i 1946.Shockley besluttede at skæbnen spillede med opfinderen en anden joke efter alle fejlene. Imidlertid gør Bella firmaet indrømmelser, og det er generelt accepteret, at William figurerer som den første person til pressen.

Shockley begynder at arbejde på egen hånd og samtidig forsøge at rette op på situationen. Sidstnævnte giver ikke positive resultater, men den første fører til oprettelsen af ​​en enhed, der i dag er kendt for verden som en bipolar transistor. Gennem en række konstruktioner finder han den 1. januar 1948 den rigtige, men genkender det ikke straks. Efterfølgende kommer Shockley til ideen om, at strømmen ikke kun er dannet af hovedladeren.

Principen for drift af en bipolar transistor, temperaturforhold

Konceptet skitseret af Shockley bringer holdet til en vanvid: i årevis arbejdede han bag sine kollegaers ryg! Men ideen var vellykket. Hvis bundhalvlederen er tynd, fanges de injicerede mindretalladningsbærere delvist af samlerfeltet. Der bliver de allerede store, der deltager i etableringen af ​​elektrisk strøm. Processen styres af et basisfelt, idet antallet af ladningsbærere, der har brudt gennem, er proportional med den påførte spænding.

Faktisk fungerer pn-kollektorforbindelsen i nedbrydningsmodus. Temperaturerne bestemmes helt af materialerne. Germanium transistorer kan ikke fungere ved temperaturer over 85 grader Celsius, og når referenceværdien overstiger, vender den efterfølgende køling af enheden ikke tilbage til arbejde. Silikone kan modstå næsten to gange varmen. Hyppige kopier af transistorer, der kan fungere ved 150 grader Celsius, men en minus i et relativt stort spændingsfald på pn-krydset.

Det viser sig, at designeren søger de mest egnede transistorer til at skabe et elektrisk kredsløb i henhold til de eksisterende forhold. Beregning af strømafledning udføres, om nødvendigt suppleres elementerne med massive radiatorer. Den maksimale temperatur er valgt med en rimelig margen for at forhindre overophedning. Halvledere har indlysende modstand, anvendes kun i teknologi til løsning af specifikke problemer. For eksempel, når du opretter en pn-overgang. Ellers, jo tykkere lag af materiale, jo større tab af aktiv ohmisk modstand. Vi giver et klart eksempel: Tysklands resistivitet overstiger værdien af ​​den analoge parameter af kobber( metal) med 30 millioner gange. Følgelig vil tabene stige( og varme) i overensstemmelse med det viste tal.

Så halvlederlaget er lille. Hvordan sætter man dette i praksis? Glem midlertidigt om de klip, der bruges i det første design, lad os vende om til moderne teknologi. Ved fremstillingen af ​​en bipolær transistor opretholdes følgende regelmæssigheder:

• Emittermaterialet tjener til at injicere hovedbærerne i basen, hvor de vil blive fanget af marken. Derfor anvendes halvledere med en stor andel urenheder. Dette sikrer skabelsen af ​​et stort antal gratis transportører( huller eller elektroner).Samlervolumenet er lidt højere end emitterens, strømforsyningen antages at være større. Dette påvirker apparatets køleforhold.
• I databasen er koncentrationen af ​​urenheder lavere, så det meste af den injicerede strøm ikke rekombineres. Andelen af ​​eksterne atomer i krystalgitteret er minimal.
• Samleren i andelen af ​​urenheder er placeret midt imellem basen og emitteren. De ladestyrere, der har brudt igennem her, skal rekombinere. Forskellen i koncentrationen af ​​urenheder bliver grunden til, at samleren og emitteren ikke kan udskiftes i apparatets elektriske kredsløb. Den anden grund er, at områderne af pn-kryds er ikke det samme. Fra siden af ​​samleren - mere.

Bredden af ​​barrierelaget på pn-forbindelsen afhænger af brøkdelen af ​​urenheden( stiger med stigende).Desuden er dens indtrængning i emitteren, samleren og basen ikke den samme. Til mindste dybde strækker barrierelaget sig ind i materialet med det maksimale urenhedsindhold. Det er emitteren. Germanium bipolar transistorer er en fortid, silicium og på basis af gallium arsenid kommer til at erstatte det. I dag dominerer to teknologier til fremstilling af halvlederanordninger: udstråling:

1. Fuserede transistorer fremstilles f.eks. Ved at smelte germanium i en tynd plade( hovedsagelig fremstillet af det specificerede materiale) af to indiumdråber af forskellig størrelse. Materialerne viser en anden liquidus temperatur, det bliver muligt at behandle ovnerne. På grund af diffusionen af ​​atomer smelter indium stærkt til germanium( smeltepunkt 940 grader Celsius).Derefter lod elektroderne loddes til emitteren, samleren og basen.
2. Planære transistorer er tættest på den oprindelige idé om Shockley, hans enheder kaldes bare fladt. I modsætning til den berømte før. De ønskede lag påføres på et fladt substrat under anvendelse af forskellige metoder. Masker af forskellige konfigurationer bruges aktivt til at lave tegninger. Fordelen i muligheden for masseproduktion af transistorer på et enkelt substrat, så bliver den skåret i stykker, hver bliver en separat halvlederanordning.

I løbet af de ovenfor beskrevne teknologiske manipulationer anvendes produktionscyklusstrinene aktivt:

1. Diffusionsmetoden giver mulighed for præcis styring af de geometriske dimensioner af pn-forbindelsen, hvilket resulterer i bedre repeterbarhed og nøjagtighed. For at skabe en halvleder transistor i en atmosfære af "ædel" gas opvarmes til liquidus punktet, urenheder flyder rundt er let aflejret på overfladen. Diffusion opstår. Ved doseringen af ​​urenhedernes partielle damptryk og varigheden af ​​operationen varierer dybden af ​​penetration af atomer i basismaterialet( substrat).Undertiden sker diffusion under fusionsprocessen.Øjeblikket bestemmes af det nøjagtige valg af temperaturregimet.
2. Epitaxy er processen med at dyrke en krystal af den ønskede type på et substrat. Afsættelse kan forekomme fra opløsning eller gas. Vakuumforstøvning tilhører også denne klasse af teknologier; elektrolyse er lidt adskilt, baseret på princippet om opbygning af lag under aktionens virkning.
3. Litografisteknikker bruges ofte til at opnå en given maske. For eksempel påføres et fotoresist på substratet, hvis øer forsvinder under udviklerens handling. Formativ stråling filtreres af en maske af uigennemtrængeligt materiale. Processen med fotolithografi minder om hver eneste professionel fotograf, der er uafhængig af behandlingen af ​​filmen.

Katalogerne angiver ofte to eller flere nøgleord, der beskriver produktionscyklusen for en bipolar transistor.

transistor notation

transistor notationssystem OCT 11-0948 udstedes til halvleder enheder, indstilling af standarder for bipolære transistorer. For det første indikeres materialet, som i vid udstrækning bestemmer temperaturmåden for drift og parametre, og derefter den digitale markering, som bestemmer bipolar transistors effekt, frekvens og andre kvaliteter. Volt-ampere karakteristika og strømforøgelse er blandt hovedparametrene i referencebøgerne.