טרנזיסטור דו קוטבי

טרנזיסטור דו קוטבי הוא מכשיר מוליך למחצה חשמלי המשמש להגברת אות ומספר מטרות אחרות שבהן הזרם נוצר על ידי התנועה של נושאות של שני השלטים.בצורתו הנוכחית, המוצר הוצע ופטנט ב -1947 על ידי ויליאם שוקלי.

ההיסטוריה של ההתפתחות של הטרנזיסטורים הראשונים

, נטיותיו עוברות בירושה, והדבר מתואר בדוגמה של ויליאם ברדפורד שוקלי.בנו של מהנדס מכרות ואחד המודדנים הראשונים בארצות הברית.שילוב ספציפי.בגיל 22 הוא קיבל תואר ראשון, לא נעצר שם, ובשנת 1936 הוא הפך לרופא לפילוסופיה.הכותרת שניתנה על ידי המכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס אינה אומרת ששוקלי למד את ניטשה ואריסטו.התואר מצביע על קיומו של תזה בתחום מדעי גדול.השם המוזר הוא מחווה למסורת, כאשר הפילוסופיה בימי הביניים עסקה במגוון רחב של נושאים, הנחשבת בצדק כבעלת כיוונים אחרים של מהלך המחשבה המדעית.

המשמעות של העבודה היה ללמוד את רמות אלקטרוניות של נתרן כלורי.תורת הלהקה, שהסבירה את התהליכים המתרחשים בחומרים, צברה פופולריות.על פי התיאוריה, כל אלקטרון בגביש מסוגל לכבוש מצב ייחודי של חלקיק זה, עם אנרגיה מסוימת וכיוון ספין.בהתאם להצגת ההדרגתיות, קיימת דרגה מסוימת של רצועת הערכיות( המחוברת לגרעין), ובנוסף לכך יש אזור אסור שבו החלקיקים אינם רשאים להתיישב.מן התזה האחרונה, החריג נחשב כמוליכים למחצה טומאה, אשר הפכו את הבסיס ליצירת האלקטרוניקה מצב מוצק, כולל טרנזיסטורים דו קוטבית.

בלה שוקלי נכנסה למעבדה לרעיונות מוזרים בתחום תכנון הכורים הגרעיניים.אורנוס בצורתו הטהורה התגלה זמן רב קודם לכן, בפעם הראשונה על ידי הדוגמה של אלמנט Becquerel, גילה רדיואקטיביות.הוא ניסה להפציץ את גרעיני המתכת עם נויטרונים בתחילת שנות ה -30( המאה העשרים) של אנריקו פרמי, המטרה היתה להשיג אלמנטים טרנסורניום.מאוחר יותר התברר כי ריקבון רדיואקטיבי מתרחשת בו זמנית עם שחרורו של אנרגיה בחוץ.שוקלי החליט לפוצץ את U-235 כדי לקבל מקור חדש של כוח גבוה.במהלך מלחמת העולם השנייה, שעסקו במחקר כדי להעריך את פלישת הקרקע האפשרית ליפן, הנתונים שנאספו תרמו במידה רבה להחלטתו של טרומן להטיל פצצת אטום על הירושימה.

בלה מעבדה יש ​​להגדיר משימה ישירה עבור שוקלי - למצוא אלטרנטיבה מגברים צינור מגושם.משמעות הדבר היא שמירת מקום ולידתו של דור חדש של מכשירים המסוגלים לפעול בתנאי מלחמה.אין זה סוד כי ההישגים הצבאיים של ברית המועצות הוכיחו להיות מוערך בצד השני של האוקיינוס.שוקלי מונה למפקד החטיבה, שהכה את המשימה, שכללה בין היתר את יוצרי הטרנזיסטור של הנקודה הראשונה:

1. ג'ון ברדין;וולטר האוזר ברטין.

הקוראים כבר יודעים על דיודה נקודה המבוססת על גלאי גביש, אבל מה הטרנזיסטור מייצג?זהו מכשיר שדה: שתי אלקטרודות מוחלים על אזור מוליכים למחצה מסוג p ומופרדים על ידי טריז דיאלקטרי.עובי שכבת המכשול משתנה מבסיס.אלקטרודת הבקרה ליישם את האזור n תחת פוטנציאל חיובי מאוד depletes באזור המעבר, ואין זרם זורם.מבחינה היסטורית, הטרנזיסטור הראשון נחשב טרנזיסטור שדה.

העיצוב התברר ספציפי.לדוגמה, כריות מגע זהב נלחצים על ידי קפיץ כדי צומת jernium pnn צומת, יותר כמו הגדרת המעבדה, ולא מכשיר מלא התכונות עבור ציוד צבאי.להרכיב קליפים מכתבים דבק אלקטרוליטי ארסי.אבל המכשיר בעתיד ייתן את שמו של עמק הסיליקון.היתה מחלוקת בין מדענים, משום שתורת השדה של שוקלי, המשמשת את הטרנזיסטור, לא סייעה ליצור את המכשיר, בנוסף לכך, היא הוזכרה בפטנט הקנדי לשנת 1925 עבור Lilienfeld.כתוצאה מכך, בל מעבדה זורק את שמו של ויליאם מתוך רשימת היוצרים בעת הגדרת ניירות.

יש לציין כי המבנה של טרנזיסטור אפקט שדה( MESFET) שהוצע על ידי Lilienfeld לא פעל.אבל הרעיונות במשרד התקבלו, ומעבדות בל התקשו להגיש בקשות.זה פרדוקס, אבל מדענים יכולים לרשום רק את העיצוב של ברדין וברטיין - לא יותר.השאר היה ארוך כמושג בזמן 1946.שוקלי החליט שהגורל שיחק עם הממציא בדיחה נוספת אחרי כל הכישלונות.עם זאת, החברה של בלה עושה ויתורים, והוא מקובל כי ויליאם דמויות כאדם הראשון של העיתונות.

שוקלי מתחיל לעבוד על הכיוון שלו, בו זמנית מנסה לתקן את המצב.זה האחרון לא נותן תוצאות חיוביות, אבל הראשון מוביל ליצירתו של מכשיר, היום ידוע בעולם כמו טרנזיסטור דו קוטבית.הוא מתבונן במספר מבנים, ב -1 בינואר 1948, הוא מוצא את האדם הנכון, אך אינו מבין זאת מיד.לאחר מכן, שוקלי מגיע הרעיון כי הנוכחי נוצר לא רק על ידי נושאות המטען הראשי.

עקרון הפעולה של טרנזיסטור דו קוטבי, תנאי טמפרטורה

המושג שתואר על ידי שוקלי מביא את הקבוצה לתוך השתוללות: במשך שנים הוא עבד מאחורי הגב של עמיתיו!אבל הרעיון היה מוצלח.אם מוליכים למחצה הבסיס הוא רזה, נושאות תשלום המיעוט מוזרק נתפסים חלקית על ידי שדה אספן.שם הם כבר הופכים העיקריים, השתתפות ביצירת זרם חשמלי.התהליך נשלט על ידי שדה בסיס, מספר נושאות תשלום אשר פרצו הוא יחסי למתח מיושם.

למעשה, צומת אספן pn פועלת במצב התמוטטות.הטמפרטורות נקבעות לחלוטין על ידי החומרים.טרנזיסטורים גרמניום אינם מסוגלים לפעול בטמפרטורות מעל 85 מעלות צלזיוס, ופעם עולה על ערך הייחוס, קירור הבא של המכשיר אינו חוזר לעבודה.הסיליקון יכול לעמוד כמעט פי שניים מהחום.עותקים תכופים של טרנזיסטורים המסוגלים לפעול ב -150 מעלות צלזיוס, אך מינוס במתח גדול יחסית על צומת pn.

מתברר כי המעצב מחפש את הטרנזיסטורים המתאימים ביותר ליצירת מעגל חשמלי בהתאם לתנאים הקיימים.חישוב פיזור הכוח מתבצע, אם יש צורך, את האלמנטים מתווספים רדיאטורים מסיבי.הטמפרטורה המקסימלית נבחרת במרווח הוגן כדי למנוע התחממות יתר.מוליכים למחצה יש התנגדות ברורה, משמשים בטכנולוגיה בלעדית לפתרון בעיות ספציפיות.לדוגמה, בעת יצירת מעבר pn.אחרת, את שכבת עבה של החומר, כך גדל איבוד התנגדות ohmic פעיל.אנו נותנים דוגמה ברורה: ההתנגדות של גרמניום עולה על הערך של הפרמטר המקבילה של נחושת( מתכת) 30 מיליון פעמים.כתוצאה מכך, הפסדים יגדל( וחום) על פי הדמות המצוין.

אז שכבת מוליכים למחצה הוא קטן.איך לשים את זה בפועל?שכח זמנית על קליפים נייר המשמשים את העיצוב הראשון, בואו נפנה הטכנולוגיה המודרנית.בייצור טרנזיסטור דו קוטבי, נשמרים הסדירויות הבאות:

• חומר הפולט משמש להזרקת המפעילים העיקריים לבסיס, שם הם ייתפסו על ידי השדה.לכן, מוליכים למחצה עם חלק גדול של זיהומים משמשים.זה מבטיח את היצירה של מספר גדול של נשאים חינם( חורים או אלקטרונים).נפח אספן הוא מעט גבוה יותר מזה של emitter, פיזור הכוח הוא להניח להיות גדול יותר.הדבר משפיע על תנאי הקירור של ההתקן.
• במסד הנתונים, הריכוז של זיהומים הוא נמוך יותר, כך שרוב הזרם המוזרק אינו recombine.חלקם של האטומים החיצוניים בסריג הבדולח הוא מינימלי.
• האספן בשיעור של זיהומים ממוקם באמצע הדרך בין הבסיס לבין פולט.נושאות המטענים ששברו כאן חייבים לחזור ולרכב.ההבדל בריכוז של זיהומים הופך את הסיבה מדוע אספן emitter לא ניתן להחליף במעגל חשמלי של המכשיר.הסיבה השנייה היא העובדה כי תחומי pn- צמתים אינם זהים.מצדו של האספן - יותר.

רוחב שכבת המכשול של צומת pn תלוי בשבריר של הטומאה( עולה עם הגדלת).יתר על כן, החדירה שלה לתוך פולט, אספן ובסיס זה לא אותו הדבר.לעומק המינימלי, שכבת המכשול מתרחבת לתוך החומר עם אחוז מרבי של זיהומים.כלומר, הפולט.טרנזיסטורים דו קוטבית גרמניום הם דבר של העבר, סיליקון ועל בסיס של ארסיד גליום לבוא להחליף אותו.כיום, שתי טכנולוגיות לייצור של מוליכים למחצה התקנים שולטים: emit:

1. התמזגו טרנזיסטורים נעשים, למשל, על ידי המסת גרמניום לתוך צלחת דקה( בעיקר עשוי החומר שצוין) של שתי טיפות אינדיום בגדלים שונים.החומרים מראים טמפרטורת נוזלים אחרת, זה הופך להיות אפשרי לעבד את הכבשנים.בשל דיפוזיה של אטומים, אינדיום הוא התמזגו היטב לגרמניום( נקודת ההיתוך 940 מעלות צלזיוס).לאחר מכן אלקטרודות מולחמים כדי פולט, אספן ובסיס.
2. טרנזיסטורים מישוריים הם הקרובים ביותר לרעיון המקורי של שוקלי, המכשירים שלו פשוט נקרא שטוח.שלא כמו המפורסם לפני.השכבות הרצויות מוחלות על מצע שטוח בשיטות שונות.מסכות של תצורות שונות משמשים באופן פעיל ליצירת ציורים.היתרון באפשרות של ייצור המוני של טרנזיסטורים על מצע אחד, ולאחר מכן הוא חתך לחתיכות, כל אחד הופך מכשיר מוליכים למחצה נפרד.

במהלך המניפולציות הטכנולוגיות המתוארות לעיל, שלבי מחזור הייצור משמשים באופן פעיל:

1. שיטת הדיפוזיה מאפשרת בקרה מדויקת על הממדים הגיאומטריים של צומת ה- pn, וכתוצאה מכך יכולת הדיוק והדיוק טובים יותר.כדי ליצור טרנזיסטור מוליך למחצה באווירה של גז "אצילי" מחומם לנקודת נוזלי, זיהומים מרחפים מסביב מופקדים בקלות על פני השטח.דיפוזיה מתרחשת.על ידי מינון של לחץ אדים חלקית של זיהומים ואת משך הפעולה, עומק החדירה של אטומים לתוך חומר הבסיס( המצע) משתנה.לפעמים דיפוזיה מתרחשת במהלך תהליך ההיתוך.הרגע נקבע על ידי הבחירה המדויקת של משטר הטמפרטורה.
2. Epitax הוא תהליך של הגדלת גביש מהסוג הרצוי על המצע.ההפקדה עשויה להתרחש מתוך פתרון או גז.אבק sputtering גם שייך זה סוג של טכנולוגיות, אלקטרוליזה הוא קצת בנפרד, על בסיס העיקרון של בניית שכבות תחת הפעולה של הנוכחי.
3. טכניקות ליתוגרפיה משמשים לעתים קרובות כדי לקבל מסכה נתון.לדוגמה, photoresist מוחל על המצע, האיים של אשר נעלמים תחת הפעולה של היזם.קרינה פורמטיבית מסוננת על ידי מסכה של חומר אטום.התהליך של photolithography נזכר מוכר לכל צלם מקצועי, מובילים באופן עצמאי את עיבוד של הסרט.

הספריות מציינות לעתים קרובות שני מונחי מפתח או יותר המתארים את מחזור הייצור של טרנזיסטור דו קוטבי.

טרנזיסטור סימון

טרנזיסטור נוטיון מערכת אוקטובר 11-0948 מונפקת עבור התקני מוליכים למחצה, הגדרת סטנדרטים עבור טרנזיסטורים דו קוטבית גם כן.מלכתחילה מצוין החומר, אשר קובע במידה רבה את מצבי הטמפרטורה של הפעולה והפרמטרים, ולאחר מכן סימון דיגיטלי, אשר קובע את כוח, תדר ואיכויות אחרות של הטרנזיסטור דו קוטבית.הרווח האופייני של וולט-אמפר וזרם הנוכחי הוא בין הפרמטרים העיקריים בספרי הייחוס.