Bipolar transistor

En bipolar transistor er en elektrisk halvlederanordning som brukes til å forsterke et signal og et antall andre formål der nåværende er produsert ved bevegelse av bærere av begge tegn. I sin nåværende form ble produktet foreslått og patentert i 1947 av William Shockley.

Historien om utviklingen av de første transistorene

. Tilbøyelighetene er arvet, dette er illustrert av eksemplet av William Bradford Shockley. Sønnen til en gruveingeniør og en av de første kvinnelige landmålere i USA.Spesifikk kombinasjon. Klokken 22 mottok han en bachelorgrad, stoppet ikke der, og i 1936 ble han doktorgradsleder. Tittelen tildelt av Massachusetts Institute of Technology betyr ikke at Shockley studerte Nietzsche og Aristoteles. Graden indikerer tilstedeværelse av en avhandling innen en stor liste av vitenskap. Det bisarre navnet er en hyllest til tradisjon, da filosofien i middelalderen behandlet et bredt spekter av problemer, med rette betraktet forfederen til andre retninger av vitenskapelig tanke.

Betydningen av arbeidet var å studere elektroniske nivåer av natriumklorid. Bandteorien, som forklarte prosessene som foregikk i materialene, ble bare stadig mer populær. Ifølge teorien er enhver elektron i en krystall i stand til å okkudere en unik tilstand som er spesiell for denne partikkelen, med en viss energi og spinnretning. I samsvar med presentasjonen av graderingen er det en viss diskresjon i valensbåndet( forbundet med kjernen), i tillegg er det et forbudt område hvor partiklene ikke får lov til å slå seg ned. Fra den siste avhandlingen anses unntaket for urenheter som halvledere, som har blitt grunnlaget for etableringen av solid-state elektronikk, inkludert bipolare transistorer.

Bella Shockley kom inn i Lab for nysgjerrige ideer innen design av kjernereaktorer. Uranus i sin rene form ble oppdaget lenge før, for første gang ved elementet Becquerels eksempel, oppdaget radioaktivitet. Han prøvde å bombardere metallkjernene med nøytroner i de tidlige 30-tallene( XX århundre) av Enrico Fermi, målet var å skaffe transuranelementer. Senere viste det seg at radioaktivt henfall skjer samtidig med frigjøring av energi utenfor. Shockley bestemte seg for å bombe U-235 for å få en ny kilde med høy effekt. Under andre verdenskrig, engasjert i forskning for å vurdere den mulige landinasjonen i Japan, bidro de innsamlede dataene stort sett til Trumans beslutning om å slippe en atombombe på Hiroshima.

Bella Lab har satt en direkte oppgave for Shockley - å finne et alternativ til store rørforsterkere. Dette ville bety å spare plass og fødsel av en ny generasjon enheter som kan operere under krigsvilkår. Det er ingen hemmelighet at de militære prestasjonene i Sovjetunionen viste seg å være verdsatt på motsatt side av havet. Shockley ble utnevnt til brigadeansvarlig, som slo opp oppgaven, som blant annet inneholdt skaperne av den første punkttransistoren:

1. John Bardeen;
2. Walter Hauser Brattein.

-leserne vet allerede om en punktdiode basert på en krystalldetektor, men hva representerte transistoren? Dette er en feltanordning: To elektroder påføres et p-type halvlederområde og separeres av en dielektrisk kil. Tykkelsen av barrierelaget varierer fra base. Kontrollelektroden som påføres n-regionen under et positivt potensial, depleterer overgangsregionen sterkt, og ingen strøm strømmer. Historisk sett betraktes den første transistoren som en felt-transistor.

Designet viste seg å være spesifikt. For eksempel blir gullkontaktputer presset av en fjær til en germanium pnn kryssekrystall, mer som et laboratorieoppsett, i stedet for en fullverdig enhet for militært utstyr. Montert med brevpapir og giftig elektrolytt lim. Men enheten i fremtiden vil gi navnet Silicon Valley. Det var strid mellom forskere, fordi Shockleys feltteori, som ble brukt i transistoren, ikke bidro til å skape enheten, og ble nevnt i det kanadiske Lilienfeld-patentet fra 1925.Som et resultat, kaster Bell Lab William's navn ut av listen over skapere når du setter opp papirer.

Det er bemerkelsesverdig at strukturen til MESFET( felt effekt transistoren) foreslått av Lilienfeld ikke fungerte. Men ideene på kontoret ble akseptert, og Bell Labs hadde problemer med å sende inn søknader. Det er et paradoks, men forskere kan bare patentere design av Bardeen og Brattein - ingenting mer. Resten har lenge eksistert som et konsept i 1946.Shockley bestemte seg for at skjebnen spilte med oppfinneren en annen spøk etter alle feilene. Imidlertid gjør Bella selskap innrømmelser, og det er generelt akseptert at William figurerer som den første personen til pressen.

Shockley begynner å jobbe på egen hånd samtidig som han prøver å rette opp situasjonen. Sistnevnte gir ikke positive resultater, men den første fører til etableringen av en enhet som i dag er kjent for verden som en bipolar transistor. Ser gjennom en rekke konstruksjoner, 1 januar 1948, finner han den rette, men inser ikke umiddelbart det. Deretter kommer Shockley til ideen om at strømmen ikke bare dannes av hovedladeren.

Prinsippet for drift av en bipolar transistor, temperaturforhold

Konseptet skissert av Shockley bringer laget til en vanvittighet: i årevis jobbet han bak ryggen til kollegaene sine! Men ideen var vellykket. Hvis basismidlet er tynt, blir de injiserte minoritetsladningsbærerne delvis fanget av oppsamlingsfeltet. Der blir de allerede store, deltar i etableringen av elektrisk strøm. Prosessen styres av et basfelt, antall ladestyrere som har brutt gjennom er proporsjonal med den påførte spenningen.

Faktisk fungerer pn-kollektorforbindelsen i nedbrytingsmodus. Temperaturene er helt bestemt av materialene. Germanium-transistorer er ikke i stand til å fungere ved temperaturer over 85 grader Celsius, og når referanseverdien overstiger referansen, kommer den etterfølgende kjølingen av enheten ikke tilbake til arbeid. Silikon kan tåle nesten to ganger varmen. Hyppige kopier av transistorer som kan fungere ved 150 grader Celsius, men en minus i et relativt stort spenningsfall på pn-krysset.

Det viser seg at designeren ser etter de mest egnede transistorene for å lage en elektrisk krets i henhold til de eksisterende forholdene. Beregning av kraftutslipp utføres, om nødvendig blir elementene suppleret med massive radiatorer. Maksimal temperatur er valgt med en fair margin for å forhindre overoppheting. Halvledere har åpenbar motstand, brukes kun i teknologi for å løse bestemte problemer. For eksempel, når du oppretter en pn-overgang. Ellers, jo tykkere laget av materiale, jo større tap av aktiv ohmisk motstand. Vi gir et klart eksempel: resistansen av germanium overskrider verdien av den analoge parameteren av kobber( metall) med 30 millioner ganger. Følgelig vil tapene øke( og varme) i henhold til den angitte figuren.

Så halvlederlaget er lite. Hvordan sette dette i praksis? Glem midlertidig om papirklippene som ble brukt i den første designen, la oss slå på moderne teknologi. Ved fremstilling av en bipolar transistor, opprettholdes følgende regulariteter:

• Emittermaterialet tjener til å injisere hovedbærerne i basen, der de skal fanges av feltet. Derfor brukes halvledere med en stor andel urenheter. Dette sikrer opprettelsen av et stort antall gratis transportører( hull eller elektroner).Samlervolumet er litt høyere enn det som gjelder for emitteren, kraftuttaket antas å være større. Dette påvirker kjøleforholdene til enheten.
• I databasen er konsentrasjonen av urenheter lavere, slik at det meste av den injiserte strømmen ikke rekombineres. Andelen av eksterne atomer i krystallgitteret er minimal.
• Samleren i andelen urenheter ligger midt mellom basen og emitteren. Lastebærerne som har brutt gjennom her må rekombinere. Forskjellen i konsentrasjonen av urenheter blir grunnen til at samleren og emitteren ikke kan byttes i den elektriske kretsen av enheten. Den andre grunnen er at områdene av pn-kryss er ikke det samme. Fra siden av samleren - mer.

Bredden av barrierelaget av pn-krysset avhenger av brøkdelen av urenheten( øker med økende).Dessuten er dens penetrasjon i emitteren, samleren og basen ikke den samme. Til minimumsdybden strekker barrierelaget inn i materialet med en maksimal andel av urenheter. Det er emitteren. Germanium bipolare transistorer er en ting fra fortiden, silisium og på basis av galliumarsenid kommer for å erstatte den. I dag dominerer to teknologier for produksjon av halvleder enheter: emitter:

1. Fuserte transistorer er laget for eksempel ved å smelte germanium i en tynn plate( hovedsakelig laget av spesifisert materiale) av to indiumdråper av forskjellige størrelser. Materialene viser en annen væsketemperatur, det blir mulig å behandle ovner. På grunn av diffusjonen av atomer, er indium solidt sammensatt til germanium( smeltepunkt 940 grader Celsius).Da blir elektroder loddet til emitteren, samleren og basen.
2. Skarpe transistorer er nærmest den opprinnelige ideen om Shockley, hans enheter kalles bare flat. I motsetning til den berømte før. De ønskede lagene påføres på et flatt underlag ved anvendelse av forskjellige metoder. Masker av ulike konfigurasjoner brukes aktivt til å lage tegninger. Fordelen i muligheten for masseproduksjon av transistorer på et enkelt substrat, da blir det kuttet i stykker, blir hver en separat halvlederanordning.

I løpet av de ovenfor beskrevne teknologiske manipulasjonene, brukes produksjonssyklusstrinnene aktivt:

1. Diffusjonsmetoden gir nøyaktig kontroll over geometriske dimensjoner av pn-krysset, noe som resulterer i bedre repeterbarhet og nøyaktighet. For å opprette en halvleder-transistor i en atmosfære av "edel" gass oppvarmes til væskepunktet, blir urenheter som flyter rundt, enkelt avsatt på overflaten. Diffusjon oppstår. Ved dosering av urenhetens partielle damptrykk og driftens varighet, varierer dybden av penetrasjon av atomer i basismaterialet( substratet).Noen ganger oppstår diffusjon under fusjonsprosessen.Øyeblikket bestemmes av det nøyaktige valget av temperaturregimet.
2. Epitaxy er prosessen med å dyrke en krystall av ønsket type på et substrat. Deponering kan oppstå fra løsning eller gass. Vakuumforstøvning tilhører også denne klassen av teknologier; elektrolyse er litt fra hverandre, basert på prinsippet om å bygge opp lag under virkningen av strøm.
3. Litografisteknikker brukes ofte til å skaffe en gitt maske. For eksempel påføres en fotoresist på substratet, hvor øyene forsvinner under utviklerens handling. Formativ stråling filtreres av en maske av ugjennomsiktig materiale. Prosessen med fotolithografi husker kjent for hver profesjonell fotograf, som selvstendig leder filmens behandling.

Katalogene angir ofte to eller flere nøkkelord som beskriver produksjonssyklusen til en bipolar transistor.

transistor notasjon

transistor noteringssystem OCT 11-0948 er utstedt for halvleder enheter, setter også standarder for bipolare transistorer. I første omgang er det angitt materialet, som i stor grad bestemmer temperaturmodusene for drift og parametere, deretter den digitale merking, som bestemmer effekten, frekvensen og andre kvaliteter av den bipolare transistoren. Volt-ampere karakteristikk og nåværende gevinst er blant hovedparametrene i referansebokene.