Tranzystor bipolarny

Tranzystor bipolarny to elektryczne półprzewodnikowe urządzenie używane do wzmacniania sygnału i wielu innych celów, w których prąd jest wytwarzany przez ruch nośników obu znaków. W obecnej formie produkt został zaproponowany i opatentowany w 1947 roku przez Williama Shockleya.

Historia rozwoju pierwszych tranzystorów

, skłonność jest dziedziczna, co ilustruje przykład Williama Bradforda Shockley'a. Syn inżyniera górniczego i jedna z pierwszych badaczek w Stanach Zjednoczonych. Specjalna kombinacja. W wieku 22 lat otrzymał tytuł licencjata, nie zatrzymał się tam, aw 1936 roku został doktorem filozofii. Tytuł przyznany przez Massachusetts Institute of Technology nie oznacza, że ​​Shockley studiował Nietzschego i Arystotelesa. Stopień wskazuje na obecność pracy magisterskiej w zakresie dużej listy nauk. Dziwna nazwa jest hołdem dla tradycji, kiedy filozofia w średniowieczu zajmowała się szerokim spektrum zagadnień, słusznie uważana za protoplastę innych kierunków przebiegu myśli naukowej.

Celem pracy było zbadanie poziomu elektronicznego chlorku sodu. Teoria zespołu, która wyjaśniała procesy zachodzące w materiałach, zyskiwała popularność.Zgodnie z teorią, każdy elektron w krysztale jest w stanie zająć wyjątkowy stan charakterystyczny dla tej cząstki, z pewnym kierunkiem energii i wirowania. Zgodnie z przedstawioną gradacją, zachowują one pewną dyskrecję w paśmie walencyjnym( związanym z jądrem), ponadto istnieje zabroniony obszar, w którym cząstki nie mają prawa się uspokoić.Z ostatniej tezy, wyjątek jest uważany za półprzewodniki nieczystości, które stały się podstawą do stworzenia elektroniki półprzewodnikowej, w tym tranzystorów bipolarnych.

Bella Shockley dostała się do laboratorium z ciekawymi pomysłami w dziedzinie projektowania reaktorów jądrowych. Uran w swojej czystej postaci został odkryty na długo przedtem, po raz pierwszy na przykładzie pierwiastka Becquerela, odkrył radioaktywność.Próbował bombardować jądra metalu neutronami na początku lat 30. XX wieku( Enrico Fermi), celem było uzyskanie elementów transuranowych. Później okazało się, że rozpad radioaktywny występuje jednocześnie z uwolnieniem energii na zewnątrz. Shockley postanowił zbombardować U-235, aby uzyskać nowe źródło dużej mocy. Podczas II wojny światowej, zaangażowane w badania w celu oceny możliwej inwazji ziemi w Japonii, zebrane dane w dużej mierze przyczyniły się do decyzji Trumana o zrzuceniu bomby atomowej na Hiroszimę.

Bella Lab postawiła bezpośrednie zadanie dla Shockley - znaleźć alternatywę dla nieporęcznych wzmacniaczy lampowych. Oznaczałoby to oszczędność miejsca i narodziny nowej generacji urządzeń zdolnych do działania w warunkach wojennych. Nie jest tajemnicą, że osiągnięcia militarne ZSRR okazały się docenione po przeciwnej stronie oceanu. Shockley został mianowany kierownikiem brygady, który bił zadanie, które obejmowało, między innymi, twórców pierwszego tranzystora punktowego:

1. John Bardeen;
2. Walter Hauser Brattein. Czytniki

już wiedzą o diodzie punktowej opartej na detektorze kryształowym, ale co reprezentował tranzystor? Jest to urządzenie obiektowe: dwie elektrody są przykładane do obszaru półprzewodnikowego typu p i oddzielone klinem dielektrycznym. Grubość warstwy barierowej zmienia się od podstawy. Elektroda kontrolna przyłożona do n-regionu pod dodatnim potencjałem znacznie zmniejsza obszar przejściowy i nie płynie prąd. Historycznie pierwszy tranzystor uważany jest za tranzystor polowy.

Projekt okazał się konkretny. Na przykład, złote wkładki stykowe są dociskane przez sprężynę do germańskiego kryształu złącza pnn, bardziej jak konfiguracja laboratoryjna, niż w pełni wyposażone urządzenie dla sprzętu wojskowego. Montowane za pomocą klamer papierniczych i trującego kleju elektrolitowego. Ale urządzenie w przyszłości da nazwę Dolinie Krzemowej. Między naukowcami toczyły się spory, ponieważ teoria pola Shockleya, użyta w tranzystorze, nie pomogła w stworzeniu urządzenia, a ponadto została wspomniana w kanadyjskim patencie z 1925 r. Dla Lilienfeld. W rezultacie Bell Lab wyrzuca nazwisko Williama z listy twórców podczas tworzenia dokumentów.

Warto zauważyć, że struktura MESFET( tranzystor polowy) zaproponowana przez Lilienfelda nie funkcjonowała. Ale pomysły w biurze zostały zaakceptowane, a Bell Labs miał trudności z przesyłaniem zgłoszeń.To paradoks, ale naukowcy mogli opatentować jedynie projekt Bardeena i Bratteina - nic więcej. Reszta już dawno istniała jako koncepcja w 1946 roku. Shockley zdecydował, że los wymyślił wynalazcy kolejny żart po wszystkich niepowodzeniach. Jednak firma Bella robi ustępstwa i ogólnie przyjmuje się, że William figuruje jako pierwsza osoba w prasie.

Shockley zaczyna działać na swój własny sposób, jednocześnie próbując naprawić sytuację.Ta ostatnia nie daje pozytywnych rezultatów, ale pierwsza prowadzi do stworzenia urządzenia, dziś znanego światu jako dwubiegunowy tranzystor. Przeglądając różne konstrukcje, 1 stycznia 1948 r., Znalazł właściwy, ale nie jest od razu świadomy. Później Shockley przychodzi na myśl, że prąd formowany jest nie tylko przez główne nośniki ładunku.

Zasada działania tranzystora bipolarnego, tryby temperaturowe

Koncepcja przedstawiona przez Shockleya wprowadza zespół w szał: przez lata pracował za plecami swoich kolegów! Pomysł się jednak udał.Jeśli półprzewodnik bazowy jest cienki, wstrzykiwane nośniki ładunku mniejszościowego są częściowo wychwytywane przez pole kolektora. Tam już stają się ważni, uczestnicząc w tworzeniu prądu elektrycznego. Proces jest kontrolowany przez pole podstawowe, liczba nośników ładunku, które zostały przełamane, jest proporcjonalna do przyłożonego napięcia.

W rzeczywistości złącze pn-collector działa w trybie awarii. Temperatury są całkowicie określone przez materiały. Tranzystory germanowe nie są w stanie funkcjonować w temperaturach powyżej 85 stopni Celsjusza, a po przekroczeniu wartości odniesienia, późniejsze chłodzenie urządzenia nie wraca do pracy. Krzem może wytrzymać prawie dwa razy więcej ciepła. Częste kopie tranzystorów zdolne do pracy w temperaturze 150 stopni Celsjusza, ale minus we względnie dużym spadku napięcia na złączu pn.

Okazuje się, że projektant poszukuje najbardziej odpowiednich tranzystorów do stworzenia obwodu elektrycznego zgodnie z istniejącymi warunkami. Obliczanie rozpraszania mocy przeprowadza się, jeśli to konieczne, elementy uzupełniają masywne grzejniki. Maksymalna temperatura jest wybierana z uczciwym marginesem, aby zapobiec przegrzaniu. Półprzewodniki mają oczywistą odporność, są wykorzystywane w technologii wyłącznie do rozwiązywania konkretnych problemów. Na przykład podczas tworzenia przejścia pn. W przeciwnym razie, im grubsza warstwa materiału, tym większa utrata czynnej oporności omowej. Dajemy jasny przykład: oporność germanu przekracza wartość analogicznego parametru miedzi( metalu) o 30 milionów razy. W konsekwencji straty wzrosną( i wzrosną) zgodnie ze wskazaną wartością.

Tak więc warstwa półprzewodnikowa jest mała. Jak zastosować to w praktyce? Zapomnij chwilowo o spinaczach używanych w pierwszym projekcie, zwróćmy się do nowoczesnej technologii. Przy wytwarzaniu tranzystora bipolarnego zachowywane są następujące prawidłowości:

• Materiał emitera służy do wtłaczania głównych nośników do podstawy, gdzie będą one przechwytywane przez pole. Dlatego stosuje się półprzewodniki o dużej zawartości zanieczyszczeń.Zapewnia to tworzenie dużej liczby wolnych nośników( dziur lub elektronów).Objętość kolektora jest nieco wyższa od objętości emitera, zakłada się, że rozpraszanie mocy jest większe. Wpływa to na warunki chłodzenia urządzenia.
• W bazie danych stężenie zanieczyszczeń jest niższe, więc większość wtryskiwanego strumienia nie ulega rekombinacji. Udział zewnętrznych atomów w sieci krystalicznej jest minimalny.
• Kolektor w proporcji zanieczyszczeń znajduje się w połowie odległości między bazą a emiterem. Nosiciele ładunku, którzy się tu przebili, muszą się rekombinować.Różnica w stężeniu zanieczyszczeń staje się przyczyną, dla której kolektor i emiter nie mogą być wymieniane w obwodzie elektrycznym urządzenia. Drugim powodem jest to, że obszary połączeń pn nie są takie same. Od strony kolektora - więcej.

Szerokość warstwy barierowej złącza pn zależy od frakcji zanieczyszczeń( wzrasta wraz ze wzrostem).Co więcej, jego przenikanie do emitera, kolektora i bazy nie jest takie samo. Do minimalnej głębokości warstwa barierowa rozciąga się na materiał z maksymalną proporcją zanieczyszczeń.To znaczy, emiter. Tranzystory bipolarne z germanu należą już do przeszłości, krzem i na bazie arsenku galu mają go zastąpić.Obecnie dominują dwie technologie wytwarzania urządzeń półprzewodnikowych: emituj:

1. Tranzystory topione są wytwarzane, na przykład, poprzez stopienie germanu w cienką płytę( najczęściej wykonaną z określonego materiału) dwóch kropli indu o różnych rozmiarach. Materiały wykazują różną temperaturę likwidusu, staje się możliwe przetwarzanie pieców. Z powodu dyfuzji atomów, ind jest mocno stopiony na german( temperatura topnienia 940 stopni Celsjusza).Następnie elektrody są lutowane do emitera, kolektora i podstawy.
2. Planarne tranzystory są najbliższe oryginalnemu pomysłowi Shockleya, jego urządzenia nazywały się tylko płaskim. W przeciwieństwie do słynnego wcześniej. Pożądane warstwy nakłada się na płaskie podłoże za pomocą różnych metod. Maski o różnych konfiguracjach są aktywnie wykorzystywane do tworzenia rysunków. Zaletą w możliwości masowej produkcji tranzystorów na jednym podłożu, a następnie jest cięcie na kawałki, z których każdy staje się oddzielnym urządzeniem półprzewodnikowym.

W trakcie opisanych powyżej manipulacji technologicznych aktywnie wykorzystywane są etapy cyklu produkcyjnego:

1. Metoda dyfuzji umożliwia precyzyjną kontrolę wymiarów geometrycznych złącza pn, co daje lepszą powtarzalność i dokładność.Aby wytworzyć półprzewodnikowy tranzystor w atmosferze "szlachetnego" gazu jest podgrzewany do punktu likwidusu, zanieczyszczenia pływające wokół są łatwo osadzane na powierzchni. Występuje dyfuzja. Przez dozowanie częściowej prężności pary zanieczyszczeń i czasu trwania operacji zmienia się głębokość wnikania atomów w materiał podstawowy( podłoże).Czasami następuje dyfuzja podczas procesu fuzji. Moment jest określony przez dokładny wybór reżimu temperatury.
2. Epitaksja to proces wzrostu kryształu pożądanego typu na podłożu. Osadzanie może nastąpić z roztworu lub gazu. Rozpylanie próżniowe również należy do tej klasy technologii, elektroliza jest trochę osobno, w oparciu o zasadę budowania warstw pod wpływem prądu.
3. W celu uzyskania danej maski często stosuje się techniki litografii. Na przykład, fotorezystor jest nakładany na podłoże, którego wyspy znikają pod działaniem wywoływacza. Promieniowanie formatywne jest filtrowane przez maskę nieprzejrzystego materiału. Proces fotolitografii przypomina znanego każdemu zawodowemu fotografowi, niezależnie prowadzącemu przetwarzanie filmu.

Katalogi często wskazują dwa lub więcej kluczowych terminów opisujących cykl produkcyjny dwubiegunowego tranzystora.

notacja tranzystorowa System zapisu tranzystorowego

OCT 11-0948 jest wydany dla urządzeń półprzewodnikowych, ustanawiając również standardy dla tranzystorów bipolarnych. Na pierwszym miejscu wskazany jest materiał, który w dużej mierze determinuje tryby pracy i parametry temperatury, a następnie oznaczenie cyfrowe, które określa moc, częstotliwość i inne cechy tranzystora bipolarnego. Charakterystyka volt-amperowa i prąd są jednymi z głównych parametrów w podręcznikach referencyjnych.