Bipolārie tranzistori

Bipolārie tranzistori ir elektriskā pusvadītāju ierīce, ko izmanto signāla pastiprināšanai un vairākiem citiem mērķiem, kuros strāvu rada abu zīmju nesēju kustība. Pašreizējā formā produkts tika piedāvāts un patentēts 1947. gadā William Shockley.

Pirmo tranzistoru

attīstība Vēsture ir iedzimta, to ilustrē William Bradford Shockley piemērs. Kalnrūpniecības inženiera dēls un viens no pirmajiem sieviešu apsekotājiem ASV.Īpaša kombinācija.22, viņš saņēma bakalaura grādu, neapstājās tur, un 1936. gadā viņš kļuva par filozofijas ārstu. Masačūsetsas Tehnoloģijas institūta piešķirtais nosaukums nenozīmē, ka Shockley pētīja Nietzsche un Aristoteli. Grāds norāda uz disertācijas klātbūtni plašā zinātņu saraksta jomā.Dīvainais vārds ir cieņa tradīcijām, kad viduslaiku filozofija nodarbojās ar plašu jautājumu loku, pamatoti uzskatot par citu zinātniskās domāšanas virzienu priekšgājēju.

Darba mērķis bija izpētīt nātrija hlorīda elektroniskos līmeņus. Grupas teorija, kas izskaidroja materiālos notiekošos procesus, bija tikai popularitāte. Saskaņā ar teoriju jebkurš kristāls kristāls spēj ieņemt unikālu šai daļiņai raksturīgu stāvokli ar noteiktu enerģijas un griešanās virzienu. Saskaņā ar gradācijas prezentāciju, viņi iet ar noteiktu diskrētumu valences joslā( kas ir saistīta ar kodolu), turklāt ir aizliegts reģions, kur daļiņām nav tiesību apmesties. No pēdējā tēze izņēmums ir uzskatāms par piemaisījumu pusvadītājiem, kas kļuvuši par pamatu cietvielu elektronikas, tostarp bipolāru tranzistoru, izveidei.

Bella Shockley ieguva laboratorijā ziņkārīgas idejas kodolreaktoru projektēšanas jomā.Urāns tīrā veidā tika atklāts ilgi pirms tam, pirmo reizi ar elementa Becquerel piemēru atklāja radioaktivitāti. Viņš mēģināja bombardēt metāla kodolus ar neitroniem Enrico Fermi 30.gadu sākumā( XX gadsimtā), kura mērķis bija iegūt transurāna elementus. Vēlāk izrādījās, ka radioaktīvā sabrukšana notiek vienlaicīgi ar enerģijas izlaišanu ārpusē.Shockley nolēma bumbu U-235, lai iegūtu jaunu jaudas avotu. Otrā pasaules kara laikā, kas veica pētījumus, lai novērtētu iespējamo zemes iebrukumu Japānā, savāktie dati lielā mērā veicināja Trūmena lēmumu atteikties no atombumbas Hirosimā.

Bella Lab ir noteicis tiešu uzdevumu Shockley - atrast alternatīvu lielgabarīta cauruļu pastiprinātājiem. Tas nozīmētu ietaupīt vietu un jaunas paaudzes ierīces, kas spēj darboties kara apstākļos. Nav noslēpums, ka PSRS militārie sasniegumi izrādījās novērtēti okeāna otrā pusē.Shockley tika iecelts par brigādes vadītāju, kurš pārspēja uzdevumu, kas cita starpā ietvēra pirmā punkta tranzistora veidotājus:

1. John Bardeen;
2. Walter Hauser Brattein.

lasītāji jau zina par kristāla detektora balstītu diodes diodi, bet ko darīja tranzistors? Tā ir lauka ierīce: divi elektrodi tiek ievietoti p-veida pusvadītāju laukumā un atdalīti ar dielektrisku ķīli. Barjeras slāņa biezums atšķiras no bāzes. Kontroles elektrods, ko piemēro pozitīvā potenciālajam n-reģionam, ievērojami samazina pārejas reģionu un neplūst strāvas plūsmas. Vēsturiski pirmais tranzistors tiek uzskatīts par lauka tranzistoru.

Dizains izrādījās specifisks. Piemēram, zelta kontaktu spilventiņi tiek piespiesti ar atsperi uz germānijas pnn krustojuma kristālu, kas ir vairāk kā laboratorijas iestatījums, nevis militāra aprīkojuma pilnvērtīga ierīce. Samontēts ar kancelejas klipiem un indīgu elektrolītu līmi. Taču ierīce nākotnē sniegs Silīcija ielejas nosaukumu. Starp zinātniekiem bija strīds, jo Shockley lauka teorija, ko izmantoja tranzistorā, nepalīdzēja radīt ierīci, turklāt tas tika minēts 1925. gada Kanādas patentā Lilienfeldam. Tā rezultātā Bell Lab, veidojot dokumentus, izstaro William vārdu no radītāju saraksta.

Jāatzīmē, ka Lilienfelda piedāvātā MESFET( lauka efekta tranzistora) struktūra nedarbojās. Taču idejas birojā tika pieņemtas, un Bell Labs bija grūtības iesniegt pieteikumus. Tas ir paradokss, bet zinātnieki varēja patentēt tikai Bardīnas un Bratteina dizainu - nekas vairāk. Pārējie jau ilgu laiku pastāvēja kā jēdziens 1946. gada laikā.Shockley nolēma, ka liktenis spēlēja ar izgudrotāju vēl viens joks pēc visām kļūdām. Tomēr Bella kompānija veic koncesijas, un ir vispārpieņemts, ka Viljama skaitļi ir pirmā persona presē.

Shockley sāk strādāt savā virzienā, vienlaikus cenšoties labot situāciju. Pēdējais nesniedz pozitīvus rezultātus, bet pirmais noved pie ierīces radīšanas, kas šodien pasaulē pazīstama kā bipolārs tranzistors. Aplūkojot vairākas konstrukcijas, 1948. gada 1. janvārī viņš atrod pareizo, bet to tūlīt neizprot. Pēc tam Shockley domā, ka strāvu veido ne tikai galvenie lādiņi.

Bipolārā tranzistora darbības princips, temperatūras apstākļi

Shockley izklāstītais jēdziens paver komandu neprāts: gadiem ilgi viņš strādāja aiz viņa kolēģu muguras! Bet ideja bija veiksmīga. Ja bāzes pusvadītājs ir plāns, injicētie mazākuma lādiņu nesēji ir daļēji uztverti kolektora laukā.Tur viņi jau kļūst par nozīmīgiem, piedaloties elektriskās strāvas veidošanā.Process tiek kontrolēts ar bāzes lauku, lādēšanas nesēju skaits, kas ir bojāts, ir proporcionāls pielietotajam spriegumam.

Faktiski pn-kolektora savienojums darbojas sadalījuma režīmā.Temperatūru pilnībā nosaka materiāli. Germanium transistori nespēj darboties temperatūrā, kas pārsniedz 85 grādus pēc Celsija, un pēc tam, kad ir pārsniegta atsauces vērtība, turpmākā ierīces dzesēšana neatgriežas darbā.Silīcijs var izturēt gandrīz divreiz lielāku siltumu. Biežas tranzistoru kopijas, kas spēj darboties pie 150 grādiem pēc Celsija, bet mīnus relatīvi liels sprieguma kritums uz pn-krustojuma.

Izrādās, ka dizainers meklē vispiemērotākos tranzistorus, lai izveidotu elektrisko ķēdi atbilstoši esošajiem apstākļiem. Tiek veikta jaudas izkliedes aprēķināšana, ja nepieciešams, elementus papildina masīvi radiatori. Maksimālā temperatūra tiek izvēlēta ar taisnīgu rezervi, lai novērstu pārkaršanu. Pusvadītājiem ir acīmredzama pretestība, tie tiek izmantoti tehnoloģijās tikai konkrētu problēmu risināšanai. Piemēram, veidojot pn-pāreju. Pretējā gadījumā, jo biezāks materiāla slānis, jo lielāks ir aktīvās ohmas pretestības zudums. Mēs sniedzam skaidru piemēru: germānijas pretestība pārsniedz analogā vara( metāla) parametra vērtību 30 miljoni reižu. Tādējādi zaudējumi palielināsies( un siltums) atbilstoši norādītajam skaitlim.

Tātad pusvadītāju slānis ir mazs. Kā to īstenot? Aizmirstiet īslaicīgi par pirmās konstrukcijas papīra spailēm, pievērsieties mūsdienu tehnoloģijām. Bipolārā tranzistora ražošanā tiek uzturētas šādas likumsakarības:

• Emitter materiāls kalpo, lai ievadītu galvenos nesējus bāzē, kur tos uztver laukums. Tāpēc tiek izmantoti pusvadītāji ar lielu daļu piemaisījumu. Tas nodrošina lielu skaitu brīvu nesēju( caurumu vai elektronu) izveidi. Kolektora tilpums ir nedaudz augstāks nekā emitenta tilpums, tiek pieņemts, ka jaudas izkliede ir lielāka. Tas ietekmē ierīces dzesēšanas apstākļus.
• Datu bāzē piemaisījumu koncentrācija ir zemāka, tāpēc lielākā daļa injicētās plūsmas nav rekombinēta.Ārējo atomu īpatsvars kristāla režģī ir minimāls.
• Neitrālu vielu daudzuma savācējs atrodas vidū starp pamatni un emitētāju. Uzlādes nesējiem, kas šeit ir sadalījušies, ir jāapkopo. Atšķirība starp piemaisījumu koncentrāciju kļūst par iemeslu, kāpēc kolektoru un emitentu nevar nomainīt ierīces elektriskajā ķēdē.Otrs iemesls ir tas, ka pn-krustojumu laukumi nav vienādi. No kolektora puses - vairāk.

Pn-krustojuma barjeras slāņa platums ir atkarīgs no piemaisījuma daļas( palielinās, palielinoties).Turklāt tās izplatība emitētājam, savācējam un pamatnei nav vienāda. Minimālajam dziļumam barjeras slānis iekļūst materiālā ar maksimālo piemaisījumu proporciju. Tas ir, emitētājs. Germanium bipolārie tranzistori ir pagātnes, silīcija un gallija arsenīda pamatā, lai to aizstātu. Mūsdienās dominē divas pusvadītāju ierīču ražošanas tehnoloģijas: emitēt:

1. Kausētie tranzistori tiek izgatavoti, piemēram, izkausējot germāniju plānā plāksnē( galvenokārt izgatavota no noteikta materiāla) no diviem dažādu izmēru indija pilieniem. Materiāli parāda atšķirīgu šķidruma temperatūru, kļūst iespējams apstrādāt krāsnis. Atomu difūzijas dēļ indijs ir cieši savienots ar germāniju( kušanas temperatūra 940 grādi pēc Celsija).Tad elektrodi tiek lodēti uz emitentu, kolektoru un pamatni.
2. Planar tranzistori ir vistuvāk oriģinālajai idejai par Shockley, viņa ierīcēm tikko sauc par dzīvokli. Atšķirībā no slavenā agrāk. Vēlamie slāņi tiek uzklāti uz plakanas pamatnes, izmantojot dažādas metodes. Zīmējumu izveidošanai aktīvi tiek izmantotas dažādu konfigurāciju maskas. Priekšrocība transistoru masveida ražošanai uz viena substrāta, pēc tam tiek sagriezta gabalos, katrs kļūst par atsevišķu pusvadītāju ierīci.

Iepriekš aprakstīto tehnoloģisko manipulāciju gaitā tiek aktīvi izmantoti ražošanas cikla soļi:

1. Difūzijas metode ļauj precīzi kontrolēt pn-krustojuma ģeometriskos izmērus, kas nodrošina labāku atkārtojamību un precizitāti. Lai izveidotu pusvadītāju tranzistoru atmosfērā "cēlā" gāze tiek uzsildīta līdz šķidruma punktam, apkārt peldošie piemaisījumi ir viegli nogulsnēti uz virsmas. Notiek difūzija. Dozējot piemaisījumu daļējo tvaika spiedienu un darbības ilgumu, atomu dziļums pamatmateriālā( substrātā) mainās. Dažreiz saplūšana notiek kodolsintēzes procesa laikā.Šo brīdi nosaka precīza temperatūras režīma izvēle.
2. Epitaxy ir process, kurā aug substrātu uz vēlamā tipa kristāla. Nosēdumi var rasties no šķīduma vai gāzes. Vakuuma izsmidzināšana pieder arī šai tehnoloģiju klasei, elektrolīze ir nedaudz atšķirīga, balstoties uz slāņu uzkrāšanas principu strāvas iedarbībā.
3. litogrāfijas metodes bieži izmanto, lai iegūtu noteiktu masku. Piemēram, uz substrāta tiek uzklāts fotorezists, kura sala izzūd attīstītāja darbībā.Formatīvo starojumu filtrē ar necaurspīdīga materiāla masku. Fotolitogrāfijas process atgādina katram profesionālam fotogrāfam pazīstamu, patstāvīgi vadot filmas apstrādi.

Katalogi bieži norāda divus vai vairākus galvenos terminus, kas apraksta bipolārā tranzistora ražošanas ciklu.

tranzistora apzīmējums

tranzistora notācijas sistēma OCT 11-0948 ir izsniegta pusvadītāju ierīcēm, nosakot standartus arī bipolāriem tranzistoriem. Pirmkārt, ir norādīts materiāls, kas lielā mērā nosaka darba temperatūras režīmus un parametrus, pēc tam digitālais marķējums, kas nosaka bipolārā tranzistora jaudu, frekvenci un citas īpašības. Volt-ampēra raksturlielumi un strāvas pieaugums ir viens no galvenajiem atsauces grāmatu parametriem.