Transistor bipolaire

Un transistor bipolaire est un dispositif électrique à semi-conducteur utilisé pour amplifier un signal et plusieurs autres objectifs dans lesquels un courant est produit par le mouvement des porteurs des deux signes. Dans sa forme actuelle, le produit a été proposé et breveté en 1947 par William Shockley.

Historique du développement des premiers transistors

: les inclinaisons sont héritées, comme l'illustre l'exemple de William Bradford Shockley. Le fils d'un ingénieur des mines et l'une des premières femmes arpenteurs des États-Unis. Combinaison spécifique.À 22 ans, il a obtenu un baccalauréat, ne s'est pas arrêté là et, en 1936, il est devenu docteur en philosophie. Le titre attribué par le Massachusetts Institute of Technology ne signifie pas que Shockley ait étudié Nietzsche et Aristote. Le degré indique la présence d'une thèse dans le domaine d'une grande liste de sciences. Le nom étrange est un hommage à la tradition, lorsque la philosophie au Moyen Âge traitait d'un large éventail de questions, considérées à juste titre comme le précurseur d'autres directions du cours de la pensée scientifique. Cloche de laboratoire

Le but de ce travail était d'étudier les niveaux électroniques de chlorure de sodium. La théorie de la bande, qui expliquait les processus se déroulant dans les matériaux, gagnait en popularité.Selon la théorie, tout électron dans un cristal est capable d'occuper un état unique propre à cette particule, avec une certaine énergie et une direction de spin. Conformément à la présentation de la gradation, ils vont avec une certaine discrétion dans la bande de valence( liée au noyau), en plus il y a une région interdite où les particules n'ont pas le droit de se déposer. De la dernière thèse, l'exception est considérée comme étant les semi-conducteurs à impuretés, qui sont devenus la base de la création de l'électronique à l'état solide, y compris les transistors bipolaires.

Bella Shockley est entrée dans le laboratoire pour trouver des idées curieuses dans le domaine de la conception de réacteurs nucléaires. Uranus dans sa forme pure a été découvert bien avant cela, pour la première fois par l'exemple de l'élément Becquerel, a découvert la radioactivité.Il a essayé de bombarder les noyaux métalliques avec des neutrons au début des années 30( XXe siècle) d'Enrico Fermi, l'objectif étant d'obtenir des éléments transuraniens. Plus tard, il s'est avéré que la décroissance radioactive se produit simultanément à la libération d'énergie à l'extérieur. Shockley a décidé de bombarder le U-235 afin d’obtenir une nouvelle source de grande puissance. Pendant la Seconde Guerre mondiale, engagés dans des recherches pour évaluer la possible invasion terrestre du Japon, les données recueillies ont largement contribué à la décision de Truman de larguer une bombe atomique sur Hiroshima.

Bella Lab a confié à Shockley une tâche directe: trouver une alternative aux amplificateurs à tubes volumineux. Cela signifierait un gain de place et la naissance d'une nouvelle génération d'appareils capables de fonctionner en temps de guerre. Ce n’est un secret pour personne que les réalisations militaires de l’URSS ont été appréciées de l’autre côté de l’océan. Shockley a été nommé directeur de la brigade, qui s’attachait à cette tâche, qui comprenait notamment les créateurs du premier transistor à point:

1. John Bardeen;
2. Walter Hauser Brattein.

Les lecteurs connaissent déjà une diode ponctuelle basée sur un détecteur à cristal, mais que représentait le transistor? Il s’agit d’un appareil de terrain: deux électrodes sont appliquées sur une zone semi-conductrice de type p et séparées par un coin diélectrique. L'épaisseur de la couche barrière varie de la base. L'électrode de commande appliquée à la région n sous un potentiel positif épuise considérablement la région de transition et aucun courant ne circule. Historiquement, le premier transistor est considéré comme un transistor de champ.

La conception s'est avérée être spécifique. Par exemple, les contacts en or sont pressés par un ressort sur un cristal de jonction pnerman en germanium, ressemblant davantage à une configuration de laboratoire, plutôt qu’à un dispositif complet pour le matériel militaire. Assemblé avec des clips de papeterie et de la colle à électrolyte toxique. Mais l'appareil à l'avenir va donner le nom de Silicon Valley. Les scientifiques se disputaient, car la théorie de champ de Shockley, utilisée dans le transistor, n’avait pas aidé à créer le dispositif. De plus, cela était mentionné dans le brevet canadien de Lilienfeld datant de 1925En conséquence, le laboratoire Bell supprime le nom de William de la liste des créateurs lors de la création de papiers.

Il est à noter que la structure du MESFET( transistor à effet de champ) proposée par Lilienfeld ne fonctionnait pas. Mais les idées du bureau ont été acceptées et les laboratoires Bell ont eu des difficultés à soumettre leurs demandes. C’est un paradoxe, mais les scientifiques n’ont pu breveter que les conceptions de Bardeen et Brattein - rien de plus. Le reste a longtemps existé en tant que concept à l’époque de 1946.Shockley a décidé que le destin avait joué avec l'inventeur une autre blague après tous les échecs. Cependant, la société de Bella fait des concessions et il est généralement admis que William est le premier représentant de la presse.

Shockley commence à travailler sur son propre chemin, essayant simultanément de remédier à la situation. Ce dernier ne donne pas de résultats positifs, mais le premier conduit à la création d'un dispositif, aujourd'hui connu dans le monde sous le nom de transistor bipolaire. En regardant à travers un certain nombre de constructions, le 1 er janvier 1948, il trouve la bonne, mais ne la réalise pas tout de suite. Par la suite, Shockley vient à l’idée que le courant est formé non seulement par les principaux porteurs de charge.

Le principe de fonctionnement d'un transistor bipolaire, modes de température

Le concept décrit par Shockley plonge l'équipe dans une frénésie: il travaille depuis des années derrière le dos de ses collègues! Mais l'idée a réussi. Si le semi-conducteur de base est mince, les porteurs de charge minoritaires injectés sont partiellement capturés par le champ du collecteur. Ils y sont déjà en train de devenir majeurs, participant à la création de courant électrique. Le processus est contrôlé par un champ de base, le nombre de porteurs de charge qui sont entrés est proportionnel à la tension appliquée.

En fait, la jonction pn-collector fonctionne en mode panne. Les températures sont entièrement déterminées par les matériaux. Les transistors au germanium ne peuvent pas fonctionner à des températures supérieures à 85 degrés Celsius. Une fois la valeur de référence dépassée, le refroidissement ultérieur de l'appareil ne revient pas au travail. Le silicium peut supporter presque deux fois la chaleur. Copies fréquentes de transistors capables de fonctionner à 150 degrés Celsius, mais moins dans une chute de tension relativement importante sur la jonction pn.

Il s'avère que le concepteur recherche les transistors les plus appropriés pour créer un circuit électrique en fonction des conditions existantes. Le calcul de la dissipation de puissance est effectué, si nécessaire, les éléments sont complétés par des radiateurs massifs. La température maximale est choisie avec une marge juste pour éviter une surchauffe. Les semi-conducteurs ont une résistance évidente, sont utilisés dans la technologie exclusivement pour résoudre des problèmes spécifiques. Par exemple, lors de la création d'une transition pn. Sinon, plus la couche de matériau est épaisse, plus la perte de résistance ohmique active est importante. Nous donnons un exemple clair: la résistivité du germanium dépasse la valeur du paramètre analogue du cuivre( métal) 30 millions de fois. En conséquence, les pertes augmenteront( et chaufferont) conformément au chiffre indiqué.

La couche semi-conductrice est donc petite. Comment mettre cela en pratique? Oubliez temporairement les trombones utilisés dans le premier dessin, passons à la technologie moderne. Dans la fabrication d'un transistor bipolaire, les régularités suivantes sont respectées:

• Le matériau émetteur sert à injecter les porteurs principaux dans la base, où ils seront capturés par le champ. Par conséquent, des semi-conducteurs avec une grande proportion d'impuretés sont utilisés. Cela garantit la création d’un grand nombre de porteurs libres( trous ou électrons).Le volume du collecteur est légèrement supérieur à celui de l'émetteur, la dissipation de puissance est supposée être supérieure. Cela affecte les conditions de refroidissement de l'appareil.
• Dans la base de données, la concentration en impuretés est inférieure, de sorte que la majeure partie du flux injecté ne se recombine pas. La part des atomes externes dans le réseau cristallin est minimale.
• Le collecteur dans la proportion d'impuretés est situé à mi-chemin entre la base et l'émetteur. Les porteurs de charge qui sont passés ici doivent se recombiner. La différence de concentration en impuretés devient la raison pour laquelle le collecteur et l'émetteur ne peuvent pas être interchangés dans le circuit électrique de l'appareil. La deuxième raison est le fait que les zones de jonctions pn ne sont pas les mêmes. Du côté du collectionneur - plus.

La largeur de la couche barrière de la jonction pn dépend de la fraction d'impureté( augmente avec l'augmentation).De plus, sa pénétration dans l'émetteur, le collecteur et la base n'est pas la même.À la profondeur minimale, la couche barrière s'étend dans le matériau avec une proportion maximale d'impuretés. C'est l'émetteur. Les transistors bipolaires au germanium sont une chose du passé, le silicium et sur la base de l'arséniure de gallium viennent le remplacer. Aujourd'hui, deux technologies dominent pour la production de dispositifs à semi-conducteurs: les émissions:

1. Les transistors fondus sont fabriqués, par exemple, en fondant du germanium en une plaque mince( principalement constituée du matériau spécifié) de deux gouttes d'indium de tailles différentes. Les matériaux présentent une température de liquidus différente, il devient possible de traiter les fours. En raison de la diffusion des atomes, l’indium est fermement fondu en germanium( point de fusion 940 degrés Celsius).Ensuite, les électrodes sont soudées à l'émetteur, au collecteur et à la base. Les transistors plans
2. sont très proches de l’idée originale de Shockley, ses dispositifs viennent d’être appelés à plat. Contrairement au célèbre avant. Les couches souhaitées sont appliquées sur un substrat plat en utilisant divers procédés. Des masques de différentes configurations sont activement utilisés pour créer des dessins. L'avantage de la possibilité de produire en série des transistors sur un seul substrat, ensuite, il est coupé en morceaux, chacun devient un dispositif à semi-conducteur séparé.

Au cours des manipulations technologiques décrites ci-dessus, les étapes du cycle de production sont activement utilisées:

1. La méthode par diffusion permet un contrôle précis des dimensions géométriques de la jonction pn, ce qui permet une meilleure répétabilité et une meilleure précision. Pour créer un transistor semi-conducteur dans une atmosphère de gaz "noble" chauffé jusqu'au point de liquidus, les impuretés flottant autour se déposent facilement à la surface. La diffusion se produit. Par le dosage de la pression de vapeur partielle des impuretés et de la durée de l'opération, la profondeur de pénétration des atomes dans le matériau de base( substrat) varie. Parfois, la diffusion se produit pendant le processus de fusion. Le moment est déterminé par le choix exact de la température.
2. L'épitaxie est le processus de croissance d'un cristal du type souhaité sur un substrat. Les dépôts peuvent provenir d'une solution ou d'un gaz. La pulvérisation cathodique sous vide appartient également à cette classe de technologies: l'électrolyse est un peu à part, basée sur le principe de la constitution de couches sous l'action du courant.
3. Les techniques de lithographie sont souvent utilisées pour obtenir un masque donné.Par exemple, on applique sur le substrat une résine photosensible dont les îlots disparaissent sous l'action du révélateur. Le rayonnement formatif est filtré par un masque en matériau opaque. Le processus de photolithographie rappelle familier à chaque photographe professionnel, menant indépendamment le traitement du film.

Les répertoires indiquent souvent deux ou plusieurs termes clés décrivant le cycle de production d'un transistor bipolaire.

notation Le système de notation à transistor

OCT 11-0948 est émis pour les dispositifs à semi-conducteurs et définit également les normes pour les transistors bipolaires. En premier lieu, on indique le matériau, qui détermine en grande partie les modes de fonctionnement et les paramètres de température, puis le marquage numérique, qui détermine la puissance, la fréquence et d'autres qualités du transistor bipolaire. La caractéristique volt-ampère et le gain de courant figurent parmi les principaux paramètres des ouvrages de référence.