Bipolaarinen transistori

Kaksisuuntainen transistori on sähköinen puolijohdelaite, jota käytetään vahvistamaan signaalia ja useita muita tarkoituksia, joissa virtaa tuottaa molempien merkkien kantajien liike. Nykyisessä muodossaan William Shockley ehdotti ja patentoi tuotteen vuonna 1947.

Ensimmäisten transistoreiden

: n kehittyminen Historia on perinyt, jota havainnollistaa William Bradford Shockleyn esimerkki. Kaivosinsinöörin poika ja yksi ensimmäisistä naismittauksista Yhdysvalloissa. Erityinen yhdistelmä.Klo 22, hän sai kandidaatin tutkinnon, ei pysähtynyt, ja vuonna 1936 hänestä tuli filosofian tohtori. Massachusettsin teknologiainstituutin myöntämä nimi ei tarkoita, että Shockley olisi opiskellut Nietzscheä ja Aristotelesia. Tutkinto osoittaa tutkielman läsnäolon suuren tieteiden luettelon alalla. Kummallinen nimi on kunnianosoitus perinteelle, kun keskiajan filosofia käsitteli monenlaisia ​​kysymyksiä, ja sitä pidettiin oikeutetusti tieteellisen ajattelun muiden suuntaviivojen esijäsenenä.

Työn tarkoitus oli tutkia natriumkloridin elektronisia tasoja. Bändi-teoria, joka selitti materiaaleissa tapahtuvia prosesseja, oli vasta suosiota. Teorian mukaan mikä tahansa kide-elektroni pystyy viemään tähän hiukkaseen ominaisen ainutlaatuisen tilan, jolla on tietty energia- ja spin-suunta. Asteikon esitystavan mukaisesti he menevät tietynlaiseen erottuvuuteen valenssikaistalla( liittyy ytimeen), lisäksi on kielletty alue, jossa hiukkasilla ei ole oikeutta asettua alas. Viimeisestä opinnäytetyöstä lähtien poikkeus katsotaan epäpuhtauspuolijohteiksi, joista on tullut kiinteäelektroniikan, myös bipolaaristen transistoreiden, perustana.

Bella Shockley pääsi laboratorioon utelias ideoita ydinreaktoreiden suunnittelussa. Uranus sen puhtaassa muodossa löydettiin jo kauan ennen, että ensimmäistä kertaa esimerkki Becquerelistä löysi radioaktiivisuuden. Hän yritti pommittaa metalliytimiä neutroneilla Enrico Fermin 30-luvun alussa( XX-luvulla), tavoitteena oli saada transuraanielementtejä.Myöhemmin osoittautui, että radioaktiivinen hajoaminen tapahtuu samanaikaisesti energian vapautumisen kanssa. Shockley päätti pommittaa U-235: n saadakseen uuden voimanlähteen. Toisen maailmansodan aikana, joka teki tutkimusta Japanin mahdollisen hyökkäyksen arvioimiseksi, kerätyt tiedot vaikuttivat suuresti Trumanin päätökseen pudottaa atomipommi Hiroshimaan.

Bella Lab on asettanut Shockleylle suoran tehtävän - löytää vaihtoehdon laajoille putkivahvistimille. Tämä merkitsisi tilan säästämistä ja uuden sukupolven syntymistä sotatilanteessa toimivia laitteita varten. Ei ole mikään salaisuus, että Neuvostoliiton sotilaalliset saavutukset osoittautuivat arvostetuksi meren vastakkaisella puolella. Shockley nimitettiin prikaatiopäälliköksi, joka löi tehtävää, joka sisälsi muun muassa ensimmäisen pisteen transistorin luojat:

1. John Bardeen;
2. Walter Hauser Brattein.

-lukijat tietävät jo kristallinilmaisimeen perustuvasta pisteidiodista, mutta mitä transistori edusti? Tämä on kenttälaite: kaksi elektrodia levitetään p-tyyppiselle puolijohdealueelle ja erotetaan dielektrisellä kiilalla. Sulkukerroksen paksuus vaihtelee pohjasta. Positiivisen potentiaalisen potentiaalisen potentiaalisen n-alueelle sovitettu ohjauselektrodi heikentää merkittävästi siirtymäaluetta eikä virtaa. Historiallisesti ensimmäistä transistoria pidetään kenttätransistorina.

Suunnittelu osoittautui erityiseksi. Esimerkiksi kultaiset kosketuslevyt puristetaan jousella germanium pnn -liitinkristalliksi, enemmän kuin laboratoriokokoonpano, eikä sotilaallisten laitteiden täysimittainen laite. Kokoonpano paperitavarat ja myrkyllinen elektrolyyttiliima. Mutta laite antaa tulevaisuudessa Silicon Valley -nimisen nimen. Tiedemiehet olivat kiistäneet, koska transistorissa käytetty Shockleyn kenttoteoria ei auttanut luomaan laitetta, vaan se mainittiin myös Lilienfeldin 1925-luvun Kanadan patentissa. Tämän seurauksena Bell Lab heittää Williamin nimen pois luojien luettelosta papereita laatiessaan.

On huomattava, että Lilienfeldin ehdottama MESFET( kenttätransistorin) rakenne ei toimi. Mutta toimiston ajatukset hyväksyttiin, ja Bell Labsilla oli vaikeuksia jättää hakemuksia. Se on paradoksi, mutta tutkijat voisivat patentoida vain Bardeenin ja Bratteinin suunnittelun - ei mitään muuta. Loput ovat jo pitkään olleet konseptina vuonna 1946.Shockley päätti, että kohtalo pelasi keksijän kanssa toisen vitun kaikkien epäonnistumisten jälkeen. Bellan yritys tekee kuitenkin myönnytyksiä, ja on yleisesti hyväksytty, että William lukee ensimmäisenä lehdistölle.

Shockley alkaa työskennellä omalla suunnallaan ja yrittää korjata tilanteen. Jälkimmäinen ei anna positiivisia tuloksia, mutta ensimmäinen johtaa sellaisen laitteen luomiseen, joka tunnetaan nykyään maailmalle bipolaarisena transistorina. Katsomalla useita rakenteita, hän huomaa 1. tammikuuta 1948 oikean, mutta ei heti ymmärrä sitä.Seuraavaksi Shockley saa ajatuksen, että virtaa muodostavat paitsi päälatauskannattimet.

Kaksisuuntaisen transistorin toiminnan periaate, lämpötilamoodit

Shockleyn esittämä käsite tuo tiimin väsymykseen: vuosien ajan hän työskenteli kollegojensa takana! Mutta idea oli onnistunut. Jos pohjapuolijohde on ohut, in- jektoidut vähemmistövarauslaitteet kantavat osittain keräilykentän. Siellä he ovat jo tulossa suuriksi, jotka osallistuvat sähkövirran luomiseen. Prosessia ohjataan tukikentällä, ja läpi kulkevien latauskantojen määrä on verrannollinen sovellettuun jännitteeseen.

Itse asiassa pn-kollektoriliitäntä toimii häiriötilassa. Lämpötilat määräytyvät kokonaan materiaalien perusteella. Germanium-transistorit eivät pysty toimimaan yli 85 ° C: n lämpötiloissa, ja kun viitearvo ylittyy, laitteen myöhempi jäähdytys ei palaa töihin. Pii kestää lähes kaksinkertaisen lämmön. Tiheät kopiot transistoreista, jotka kykenevät toimimaan 150 ° C: ssa, mutta miinus suhteellisen suuressa jännitehäviössä pn-risteyksessä.

Osoittautuu, että suunnittelija etsii sopivimpia transistoreita sähköpiirin luomiseksi olemassa olevien olosuhteiden mukaisesti. Tehon hajaantumisen laskeminen suoritetaan tarvittaessa elementtien täydentämiseksi massiivisilla lämpöpattereilla. Suurin lämpötila valitaan kohtuullisella marginaalilla ylikuumenemisen estämiseksi. Puolijohteilla on ilmeinen vastus, niitä käytetään teknologiassa yksinomaan tiettyjen ongelmien ratkaisemiseen. Esimerkiksi, kun luot pn-siirtymän. Muuten mitä paksumpi materiaali on, sitä suurempi on aktiivisen ohmivastuksen menetys. Annamme selkeän esimerkin: germaniumin resistanssi ylittää kuparin( metallin) analogisen parametrin arvon 30 miljoonaa kertaa. Näin ollen häviöt kasvavat( ja lämpöä) ilmoitetun kuvan mukaisesti.

Niinpä puolijohdekerros on pieni. Miten tämä toteutetaan? Unohda väliaikaisesti ensimmäisessä suunnittelussa käytetyt paperiliittimet, käänny nykyaikaisen tekniikan puoleen. Bipolaarisen transistorin valmistuksessa ylläpidetään seuraavia säännönmukaisuuksia:

• Emitterimateriaali palvelee pääkantoaineita pohjaan, jossa kenttä ottaa ne kiinni. Siksi käytetään puolijohteita, joissa on suuri määrä epäpuhtauksia. Tämä varmistaa suuren määrän vapaita kantajia( reikiä tai elektroneja).Keräilijän tilavuus on hieman korkeampi kuin emitterin tilavuus, tehon hajaantumisen oletetaan olevan suurempi. Tämä vaikuttaa laitteen jäähdytysolosuhteisiin.
• Tietokannassa epäpuhtauksien pitoisuus on pienempi, joten suurin osa ruiskutetusta virrasta ei yhdisty. Ulkoisten atomien osuus kidehilassa on minimaalinen.
• Epäpuhtauksien osuuden kerääjä sijaitsee pohjan ja emitterin välissä.Tällöin rikkoutuneiden latauskanavien on yhdistettävä.Epäpuhtauksien konsentraation erona tulee syy siihen, miksi kollektoria ja emitteriä ei voida vaihtaa laitteen sähköpiirissä.Toinen syy on se, että pn-liitosten alueet eivät ole samat. Keräimen puolelta - enemmän.

Pn-liitoksen sulkukerroksen leveys riippuu epäpuhtauden fraktiosta( kasvaa lisääntymällä).Lisäksi sen tunkeutuminen emitteriin, keräimeen ja alustaan ​​ei ole sama. Minimissyvyyteen sulkukerros ulottuu materiaaliin epäpuhtauksien enimmäisosuudella. Eli emitteri. Germanium-bipolaariset transistorit ovat menneisyyttä, piitä ja gallium-arseenin pohjalta tulevat korvaamaan sen. Nykyään kaksi puolijohdelaitteiden tuotantoa käyttävää tekniikkaa hallitsevat: emittoivat:

1. Sulatetut transistorit valmistetaan esimerkiksi sulamalla germanium ohueksi levyksi( pääosin valmistetusta materiaalista) kahdesta eri kokoisesta indiumpisarasta. Materiaalit näyttävät erilaiselta nesteen lämpötilalta, jolloin uunit voidaan käsitellä.Atomien diffuusion vuoksi indium sulautuu tiukasti germaniumiin( sulamispiste 940 ° C).Sitten elektrodit juotetaan emitteriin, kollektoriin ja alustaan.
2. Planar-transistorit ovat lähinnä alkuperäistä ajatusta Shockleystä, hänen laitteistaan ​​vain kutsutaan tasaisiksi. Toisin kuin kuuluisa ennen. Halutut kerrokset levitetään tasaiselle alustalle käyttäen erilaisia ​​menetelmiä.Piirustusten luomiseen käytetään aktiivisesti eri kokoonpanojen naamioita. Etu siinä, että transistoreiden massatuotanto on mahdollista yhdellä alustalla, sitten se leikataan paloiksi, joista jokaisesta tulee erillinen puolijohdelaite.

Yllä kuvattujen teknologisten manipulaatioiden aikana käytetään aktiivisesti tuotantosyklin vaiheita:

1. diffuusiomenetelmä mahdollistaa pn-liitoksen geometristen mittojen tarkan ohjauksen, mikä johtaa parempaan toistettavuuteen ja tarkkuuteen. Puolijohdetransistorin muodostamiseksi "jalo" -kaasun ilmakehässä lämmitetään nestepisteeseen, ympärillä olevat kelluvat epäpuhtaudet ovat helposti kerrostettavissa pinnalle. Diffuusio tapahtuu. Epäpuhtauksien osittaisen höyrynpaineen ja toiminnan keston annostelulla atomien tunkeutumisen syvyys perusmateriaaliin( substraattiin) vaihtelee. Joskus diffuusio tapahtuu fuusioprosessin aikana. Hetki määräytyy lämpötilajärjestelmän tarkan valinnan perusteella.
2. Epitaoksi on prosessi, jossa kasvaa halutun tyyppinen kide substraatille. Saostuminen voi tapahtua liuoksesta tai kaasusta. Tyhjiöputterointi kuuluu myös tähän teknologialuokkaan, elektrolyysi on hieman erillään, perustuen periaatteeseen rakentaa kerroksia virran vaikutuksesta.
3. -litografiatekniikoita käytetään usein tietyn maskin saamiseksi. Esimerkiksi fotoresisti levitetään alustalle, jonka saaret häviävät kehittäjän toiminnassa. Formatiivinen säteily suodatetaan läpinäkymättömän materiaalin maskilla. Fotolitografiaprosessi palauttaa mieleen jokaisen ammattimaisen valokuvaajan, joka johtaa itsenäisesti elokuvan käsittelyä.

Hakemistot osoittavat usein kaksi tai useampia keskeisiä termejä, jotka kuvaavat bipolaarisen transistorin tuotantosykliä.

-transistori-merkintä

-transistorin merkintäjärjestelmä OCT 11-0948 on myönnetty puolijohdelaitteille, jotka asettavat myös bipolaaristen transistoreiden standardit. Ensinnäkin ilmaisee materiaalin, joka määrää suurelta osin lämpötilan toimintamuodot ja parametrit, sitten digitaalisen merkinnän, joka määrittää bipolaarisen transistorin tehon, taajuuden ja muut ominaisuudet. Volt-ampeeri-ominaisuus ja nykyinen hyötysuhde ovat viitekirjojen tärkeimpiä parametreja.