Bipolartransistor

Ein Bipolartransistor ist eine elektrische Halbleitervorrichtung, die zur Verstärkung eines Signals und einer Reihe anderer Zwecke verwendet wird, bei denen Strom durch die Bewegung von Trägern beider Zeichen erzeugt wird. In seiner jetzigen Form wurde das Produkt 1947 von William Shockley vorgeschlagen und patentiert.

Die Geschichte der Entwicklung der ersten Transistoren

, deren Neigungen vererbt werden, wie das Beispiel von William Bradford Shockley zeigt. Der Sohn eines Bergbauingenieurs und einer der ersten Vermesser in den Vereinigten Staaten. Spezifische KombinationMit 22 erhielt er einen Bachelor-Abschluss, hörte dort nicht auf und wurde 1936 Doktor der Philosophie. Der vom Massachusetts Institute of Technology verliehene Titel bedeutet nicht, dass Shockley Nietzsche und Aristoteles studierte. Der Abschluss weist auf das Vorhandensein einer Abschlussarbeit im Bereich einer großen Liste von Wissenschaften hin. Der bizarre Name ist eine Hommage an die Tradition, als sich die Philosophie des Mittelalters mit einer Vielzahl von Fragen befasste und zu Recht als Vorläufer anderer Richtungen des wissenschaftlichen Denkens betrachtet wurde.

Der Zweck der Arbeit bestand darin, die elektronischen Gehalte an Natriumchlorid zu untersuchen. Die Bandtheorie, die die Vorgänge in den Materialien erklärte, wurde immer beliebter. Nach der Theorie kann jedes Elektron in einem Kristall einen für dieses Teilchen typischen einzigartigen Zustand mit einer bestimmten Energie- und Spinrichtung einnehmen. Entsprechend der Darstellung der Abstufung gehen sie mit einer gewissen Diskretion im Valenzband( verbunden mit dem Kern) einher, außerdem gibt es eine verbotene Region, in der die Partikel nicht das Recht haben, sich niederzulassen. In der letzten Arbeit wird davon ausgegangen, dass Verunreinigungshalbleiter die Grundlage für die Herstellung von Festkörperelektronik einschließlich Bipolartransistoren sind.

Bella Shockley kam ins Labor für neugierige Ideen im Bereich der Konstruktion von Kernreaktoren. Uranus in seiner reinen Form wurde lange zuvor entdeckt, als zum ersten Mal am Beispiel des Elements Becquerel die Radioaktivität entdeckt wurde. In den frühen 30er Jahren( 20. Jahrhundert) von Enrico Fermi versuchte er, die Metallkerne mit Neutronen zu bombardieren. Ziel war es, Transuranelemente zu erhalten. Später stellte sich heraus, dass der radioaktive Zerfall gleichzeitig mit der Freisetzung von Energie nach außen stattfindet. Shockley beschloss, die U-235 zu bombardieren, um eine neue Hochleistungsquelle zu erhalten. Während des Zweiten Weltkrieges, der sich mit der Untersuchung der möglichen Landinvasion Japans befasste, trugen die gesammelten Daten wesentlich zu Trumans Entscheidung bei, eine Atombombe auf Hiroshima abzuwerfen.

Bella Lab hat sich für Shockley eine direkte Aufgabe gestellt, um eine Alternative zu sperrigen Röhrenverstärkern zu finden. Dies bedeutet Platzersparnis und die Entstehung einer neuen Generation von Geräten, die unter Kriegsbedingungen arbeiten können. Es ist kein Geheimnis, dass die militärischen Erfolge der UdSSR auf der anderen Seite des Ozeans geschätzt wurden. Shockley wurde zum Brigademanager ernannt, der die Aufgabe schlug, unter anderem die Schöpfer des ersten Punkttransistors:

1. John Bardeen;
2. Walter Hauser Brattein. Leser von

wissen bereits von einer Punktdiode, die auf einem Kristalldetektor basiert, aber was repräsentierte der Transistor? Dies ist ein Feldgerät: Zwei Elektroden werden auf einen p-Halbleiterbereich aufgebracht und durch einen dielektrischen Keil getrennt. Die Dicke der Sperrschicht variiert von der Basis. Die Steuerelektrode, die an den n-Bereich unter einem positiven Potential angelegt wird, verbraucht den Übergangsbereich stark, und es fließt kein Strom. Historisch wird der erste Transistor als Feldtransistor betrachtet.

Das Design erwies sich als spezifisch. Zum Beispiel werden Goldkontaktflächen von einer Feder an einen Germanium-PNn-Übergangskristall gedrückt, eher wie ein Laboraufbau, als ein voll ausgestattetes Gerät für militärische Ausrüstung. Bestückt mit Büroklammern und giftigem Elektrolytkleber. Aber das Gerät wird in Zukunft den Namen Silicon Valley geben. Es gab Streit zwischen Wissenschaftlern, weil Shockleys Feldtheorie, die im Transistor verwendet wurde, nicht zur Entwicklung des Geräts beitrug. Darüber hinaus wurde es im kanadischen Patent von 1925 für Lilienfeld erwähnt. Aus diesem Grund wirft Bell Lab bei der Einrichtung von Papieren Williams Namen aus der Liste der Ersteller heraus.

Es ist bemerkenswert, dass die von Lilienfeld vorgeschlagene Struktur des MESFET( Feldeffekttransistor) nicht funktioniert. Die Ideen im Büro wurden jedoch akzeptiert und Bell Labs hatten Schwierigkeiten, Bewerbungen einzureichen. Es ist ein Paradoxon, aber Wissenschaftler konnten nur das Design von Bardeen und Brattein patentieren - mehr nicht. Der Rest bestand schon seit 1946 als Konzept. Shockley entschied, dass das Schicksal mit dem Erfinder nach all den Fehlern einen weiteren Scherz spielte. Bellas Unternehmen macht jedoch Zugeständnisse, und es ist allgemein anerkannt, dass William die erste Person für die Presse ist.

Shockley beginnt an seiner eigenen Richtung zu arbeiten und versucht gleichzeitig, die Situation zu korrigieren. Letzteres liefert keine positiven Ergebnisse, aber das erste führt zur Schaffung eines Bauelements, das heute als Bipolartransistor in der Welt bekannt ist. Beim ersten Blick auf eine Reihe von Konstruktionen findet er am 1. Januar 1948 den richtigen, aber er realisiert ihn nicht sofort. Anschließend kommt Shockley der Gedanke, dass der Strom nicht nur von den Hauptladungsträgern gebildet wird.

Das Funktionsprinzip eines Bipolartransistors, Temperaturmodi

Das von Shockley skizzierte Konzept bringt das Team in Raserei: Seit Jahren arbeitete er hinter dem Rücken seiner Kollegen! Aber die Idee war erfolgreich. Wenn der Basishalbleiter dünn ist, werden die injizierten Minoritätsladungsträger teilweise vom Kollektorfeld erfasst. Dort werden sie bereits bedeutender und beteiligen sich an der Erzeugung von elektrischem Strom. Der Prozess wird durch ein Basisfeld gesteuert, die Anzahl der durchgebrochenen Ladungsträger ist proportional zur angelegten Spannung.

Tatsächlich arbeitet der pn-collector-Übergang im Durchbruchmodus. Die Temperaturen werden vollständig von den Materialien bestimmt. Germanium-Transistoren sind bei Temperaturen über 85 Grad Celsius nicht funktionsfähig. Sobald der Referenzwert überschritten wird, kehrt die nachfolgende Abkühlung des Geräts nicht mehr zum Einsatz. Silizium kann fast die doppelte Hitze aushalten. Häufige Kopien von Transistoren, die bei 150 ° C funktionieren können, aber einen relativ großen Spannungsabfall am pn-Übergang aufweisen. Bipolarer

Es stellt sich heraus, dass der Konstrukteur nach den am besten geeigneten Transistoren sucht, um eine elektrische Schaltung entsprechend den vorhandenen Bedingungen zu erzeugen. Die Berechnung der Verlustleistung erfolgt bei Bedarf, die Elemente werden durch massive Kühler ergänzt. Die maximale Temperatur wird mit einem angemessenen Abstand gewählt, um Überhitzung zu vermeiden. Halbleiter haben einen offensichtlichen Widerstand und werden in der Technik ausschließlich zur Lösung spezifischer Probleme verwendet. Zum Beispiel beim Erstellen eines PN-Übergangs. Andernfalls ist der Verlust an aktivem ohmschen Widerstand umso stärker, je dicker die Materialschicht ist. Wir geben ein klares Beispiel: Der spezifische Widerstand von Germanium übersteigt den Wert des analogen Parameters von Kupfer( Metall) 30 Millionen Mal. Folglich nehmen die Verluste( und die Wärme) entsprechend der angegebenen Zahl zu.

Die Halbleiterschicht ist also klein. Wie kann man das in die Praxis umsetzen? Vergessen Sie vorübergehend die Büroklammern, die im ersten Entwurf verwendet wurden, und wenden Sie sich der modernen Technologie zu. Bei der Herstellung eines Bipolartransistors werden folgende Regelmäßigkeiten beibehalten:

• Das Emittermaterial dient dazu, die Hauptträger in die Basis zu injizieren, wo sie vom Feld eingefangen werden. Daher werden Halbleiter mit einem hohen Anteil an Verunreinigungen verwendet. Dies gewährleistet die Erzeugung einer großen Anzahl freier Träger( Löcher oder Elektronen).Das Kollektorvolumen ist etwas höher als das des Emitters, die Verlustleistung wird als größer angenommen. Dies beeinflusst die Kühlbedingungen des Geräts.
• In der Datenbank ist die Konzentration an Verunreinigungen niedriger, so dass der größte Teil des injizierten Stroms nicht rekombiniert wird. Der Anteil der äußeren Atome im Kristallgitter ist minimal.
• Der Kollektor befindet sich im Verhältnis der Verunreinigungen in der Mitte zwischen Basis und Emitter. Die hier durchgebrochenen Ladungsträger müssen rekombinieren. Der Unterschied in der Konzentration der Verunreinigungen ist der Grund dafür, dass Kollektor und Emitter im Stromkreis der Vorrichtung nicht ausgetauscht werden können. Der zweite Grund ist die Tatsache, dass die Bereiche der pn-Übergänge nicht gleich sind. Von der Seite des Sammlers - mehr.

Die Breite der Sperrschicht des pn-Übergangs hängt vom Anteil der Verunreinigung ab( mit zunehmender Zunahme).Darüber hinaus ist das Eindringen in den Emitter, den Kollektor und die Basis nicht dasselbe. Bis zur minimalen Tiefe reicht die Sperrschicht mit einem maximalen Anteil an Verunreinigungen in das Material hinein. Das ist der Emitter. Germanium-Bipolartransistoren gehören der Vergangenheit an, Silizium und auf der Basis von Galliumarsenid ersetzen es. Heute dominieren zwei Technologien für die Herstellung von Halbleiterbauelementen: emittieren:

1. Fused Transistoren werden zum Beispiel durch Schmelzen von Germanium zu einer dünnen Platte( meist aus dem angegebenen Material hergestellt) aus zwei unterschiedlich großen Indiumtropfen hergestellt. Die Materialien zeigen eine andere Liquidustemperatur, so dass die Öfen verarbeitet werden können. Indium ist aufgrund der Diffusion von Atomen fest mit Germanium verschmolzen( Schmelzpunkt 940 Grad Celsius).Dann werden Elektroden an den Emitter, den Kollektor und die Basis gelötet.
2. -Planartransistoren sind der ursprünglichen Idee von Shockley am nächsten, dessen Geräte eben als flach bezeichnet werden. Im Gegensatz zu den berühmten vor. Die gewünschten Schichten werden mit verschiedenen Methoden auf ein flaches Substrat aufgebracht. Masken verschiedener Konfigurationen werden aktiv zum Erstellen von Zeichnungen verwendet. Der Vorteil in der Möglichkeit der Massenproduktion von Transistoren auf einem einzigen Substrat, dann wird es in Stücke geschnitten, die jeweils zu einer separaten Halbleitervorrichtung werden.

Im Zuge der oben beschriebenen technologischen Manipulationen werden aktiv die Produktionszyklusschritte verwendet:

1. Die Diffusionsmethode ermöglicht eine genaue Kontrolle der geometrischen Abmessungen des pn-Übergangs, was zu einer besseren Wiederholbarkeit und Genauigkeit führt. Um einen Halbleitertransistor in einer Atmosphäre aus "Edelgas" zu erzeugen, der auf den Liquidus-Punkt erhitzt wird, werden leicht umherfliegende Verunreinigungen auf der Oberfläche abgeschieden. Diffusion tritt auf. Durch die Dosierung des Partialdampfdrucks der Verunreinigungen und die Dauer des Vorgangs variiert die Eindringtiefe der Atome in das Basismaterial( Substrat).Manchmal tritt während des Fusionsprozesses eine Diffusion auf. Der Moment wird durch die genaue Auswahl des Temperaturregimes bestimmt.
2. -Epitaxie ist der Prozess des Züchtens eines Kristalls des gewünschten Typs auf einem Substrat. Die Abscheidung kann aus der Lösung oder aus dem Gas erfolgen. Das Vakuumsputtern gehört ebenfalls zu dieser Klasse von Technologien, die Elektrolyse ist etwas abseits, basierend auf dem Prinzip des Schichtaufbaus unter Einwirkung von Strom.
3. -Lithographietechniken werden häufig verwendet, um eine gegebene Maske zu erhalten. Beispielsweise wird ein Photoresist auf das Substrat aufgebracht, dessen Inseln unter der Einwirkung des Entwicklers verschwinden. Formative Strahlung wird durch eine Maske aus undurchsichtigem Material gefiltert. Der Prozess der Fotolithografie erinnert an jeden professionellen Fotografen, der die Verarbeitung des Films unabhängig leitet.

In den Verzeichnissen werden häufig zwei oder mehr Schlüsselbegriffe angegeben, die den Produktionszyklus eines Bipolartransistors beschreiben.

-Transistornotation Das

-Transistornotationssystem OCT 11-0948 wird für Halbleiterbauelemente ausgegeben und setzt auch Standards für Bipolartransistoren. An erster Stelle wird das Material angegeben, das die Betriebsmodi und Parameter der Temperatur weitgehend bestimmt, dann die digitale Markierung, die die Leistung, die Frequenz und andere Eigenschaften des Bipolartransistors bestimmt. Die Volt-Ampere-Charakteristik und die Stromverstärkung gehören zu den Hauptparametern in den Nachschlagewerken.