Transistor bipolar

Um transistor bipolar é um dispositivo semicondutor elétrico usado para amplificar um sinal e um número de outras finalidades em que a corrente é produzida pelo movimento de portadores de ambos os sinais. Em sua forma atual, o produto foi proposto e patenteado em 1947 por William Shockley.

A história do desenvolvimento dos primeiros transistores

As heranças são herdadas, o que é ilustrado pelo exemplo de William Bradford Shockley. Filho de um engenheiro de minas e um dos primeiros agrimensores nos Estados Unidos. Combinação específica. Aos 22 anos, ele recebeu um diploma de bacharel, não parou por aí, e em 1936 ele se tornou um doutor em filosofia. O título concedido pelo Instituto de Tecnologia de Massachusetts não significa que Shockley estudou Nietzsche e Aristóteles. O grau indica a presença de uma tese no campo de uma grande lista de ciências. O nome bizarro é uma homenagem à tradição, quando a filosofia na Idade Média lidou com uma ampla gama de questões, corretamente considerado o progenitor de outras direções do curso do pensamento científico. Sino de Laboratório

O significado do trabalho foi estudar os níveis eletrônicos de cloreto de sódio. A teoria da banda, que explicava os processos que ocorriam nos materiais, estava apenas ganhando popularidade. Segundo a teoria, qualquer elétron em um cristal é capaz de ocupar um estado único peculiar a essa partícula, com uma certa direção de energia e spin. De acordo com a apresentação da gradação, eles vão com certa discretude na banda de valência( conectada ao núcleo), além disso, há uma região proibida onde as partículas não têm o direito de se estabelecer. A partir da última tese, a exceção é considerada semicondutores de impureza, que se tornaram a base para a criação de eletrônicos de estado sólido, incluindo transistores bipolares.

Bella Shockley entrou no laboratório para idéias curiosas no campo de projetar reatores nucleares. Urano em sua forma pura foi descoberto muito antes disso, pela primeira vez pelo exemplo do elemento Becquerel, descobriu a radioatividade. Ele tentou bombardear os núcleos metálicos com nêutrons no início dos anos 30( século XX) de Enrico Fermi, o objetivo era obter elementos transuranianos. Mais tarde descobriu-se que o decaimento radioativo ocorre simultaneamente com a liberação de energia externa. Shockley decidiu bombardear o U-235 para obter uma nova fonte de alta potência. Durante a Segunda Guerra Mundial, envolvidos em pesquisas para avaliar a possível invasão de terras do Japão, os dados coletados contribuíram em grande parte para a decisão de Truman de lançar uma bomba atômica em Hiroshima.

A Bella Lab definiu uma tarefa direta para a Shockley - encontrar uma alternativa aos amplificadores de tubos volumosos. Isso significaria economia de espaço e o nascimento de uma nova geração de dispositivos capazes de operar em condições de guerra. Não é segredo que as realizações militares da URSS foram apreciadas no lado oposto do oceano. Shockley foi nomeado gerente da brigada, que estava vencendo a tarefa, que incluía, entre outras coisas, os criadores do primeiro transistor de ponto:

1. John Bardeen;
2. Walter Hauser Brattein.

Os leitores já conhecem um diodo de ponto baseado em um detector de cristal, mas o que o transistor representa? Este é um dispositivo de campo: dois eletrodos são aplicados a uma área semicondutora do tipo p e separados por uma cunha dielétrica. A espessura da camada de barreira varia da base. O eletrodo de controle aplicado na região n, sob um potencial positivo, esgota a região de transição e não flui corrente. Historicamente, o primeiro transistor é considerado um transistor de campo.

O design acabou por ser específico. Por exemplo, almofadas de contato de ouro são pressionadas por uma mola para um cristal de junção pnn de germânio, mais como uma configuração de laboratório, em vez de um dispositivo completo para equipamentos militares. Montado com clipes de papelaria e cola eletrolítica venenosa. Mas o dispositivo no futuro dará o nome do Vale do Silício. Houve contenção entre os cientistas, porque a teoria de campo de Shockley, usada no transistor, não ajudou a criar o dispositivo, além disso, foi mencionado na patente canadense de 1925 para Lilienfeld. Como resultado, o Bell Lab lança o nome de William para fora da lista de criadores ao configurar os papéis.

Vale ressaltar que a estrutura do MESFET( transistor de efeito de campo) proposta por Lilienfeld não estava funcionando. Mas as ideias no escritório foram aceitas e a Bell Labs teve dificuldade para enviar as inscrições.É um paradoxo, mas os cientistas só poderiam patentear o design de Bardeen e Brattein - nada mais. O resto existe há muito tempo como conceito na época de 1946.Shockley decidiu que o destino jogou com o inventor outra piada depois de todos os fracassos. No entanto, a empresa de Bella está fazendo concessões, e geralmente é aceito que William figure como a primeira pessoa para a imprensa.

Shockley começa a trabalhar em sua própria direção, tentando simultaneamente corrigir a situação. Este último não dá resultados positivos, mas o primeiro leva à criação de um dispositivo, hoje conhecido no mundo como um transistor bipolar. Olhando através de uma série de construções, em 1 de janeiro de 1948, ele encontra o caminho certo, mas não percebe imediatamente. Posteriormente, Shockley vem a idéia de que a corrente é formada não apenas pelos principais portadores de carga.

O princípio de operação de um transistor bipolar, modos de temperatura

O conceito delineado por Shockley leva a equipe a um frenesi: durante anos, ele trabalhou atrás das costas de seus colegas! Mas a ideia foi bem sucedida. Se o semicondutor de base for fino, os portadores de carga minoritários injetados são parcialmente capturados pelo campo coletor. Lá eles já estão se tornando importantes, participando da criação de corrente elétrica. O processo é controlado por um campo de base, o número de portadoras de carga que romperam é proporcional à tensão aplicada.

Na verdade, a junção do coletor pn opera no modo de parada. As temperaturas são inteiramente determinadas pelos materiais. Os transistores de germânio não são capazes de funcionar em temperaturas acima de 85 graus Celsius, e uma vez excedendo o valor de referência, o resfriamento subsequente do dispositivo não retorna ao trabalho. O silício pode suportar quase o dobro do calor. Cópias frequentes de transistores capazes de funcionar a 150 graus Celsius, mas menos em uma queda de tensão relativamente grande na junção pn.

Acontece que o projetista está procurando os transistores mais adequados para criar um circuito elétrico de acordo com as condições existentes. Cálculo da dissipação de energia é realizada, se necessário, os elementos são complementados por radiadores maciços. A temperatura máxima é selecionada com uma margem justa para evitar superaquecimento. Semicondutores têm resistência óbvia, são usados ​​em tecnologia exclusivamente para resolver problemas específicos. Por exemplo, ao criar uma transição pn. Caso contrário, quanto mais espessa a camada de material, maior a perda de resistência ôhmica ativa. Damos um exemplo claro: a resistividade do germânio excede o valor do parâmetro análogo do cobre( metal) 30 milhões de vezes. Consequentemente, as perdas aumentarão( e aquecerão) de acordo com a figura indicada.

Portanto, a camada de semicondutor é pequena. Como colocar isso em prática? Esqueça temporariamente os clipes usados ​​no primeiro design, vamos à tecnologia moderna. Na fabricação de um transistor bipolar, as seguintes regularidades são mantidas:

• O material emissor serve para injetar os portadores principais na base, onde eles serão capturados pelo campo. Portanto, semicondutores com uma grande proporção de impurezas são usados. Isso garante a criação de um grande número de portadoras livres( buracos ou elétrons).O volume do coletor é ligeiramente maior que o do emissor, a dissipação de energia é considerada maior. Isso afeta as condições de resfriamento do dispositivo.
• Na base de dados, a concentração de impurezas é menor, de modo que a maior parte da corrente injetada não se recombina. A participação de átomos externos na estrutura cristalina é mínima.
• O coletor na proporção de impurezas está localizado a meio caminho entre a base e o emissor. Os portadores de carga que quebraram aqui devem se recombinar. A diferença na concentração de impurezas torna-se a razão pela qual o coletor e o emissor não podem ser trocados no circuito elétrico do dispositivo. A segunda razão é o fato de que as áreas de junções pn não são as mesmas. Do lado do colecionador - mais. Ação do Transistor

A largura da camada de barreira da junção pn depende da fração da impureza( aumenta com o aumento).Além disso, sua penetração no emissor, coletor e base não é a mesma. Na profundidade mínima, a camada de barreira se estende ao material com uma proporção máxima de impurezas. Isto é, o emissor. Transistores bipolares de germânio são uma coisa do passado, silício e com base no arsenieto de gálio vêm para substituí-lo. Hoje, duas tecnologias para a produção de dispositivos semicondutores dominam: emitir:

1. Transistores fundidos são feitos, por exemplo, fundindo germânio em uma placa fina( feita principalmente do material especificado) de duas gotas de índio de vários tamanhos. Os materiais mostram uma temperatura liquidus diferente, torna-se possível processar os fornos. Devido à difusão dos átomos, o índio está firmemente fundido no germânio( ponto de fusão 940 graus Celsius).Em seguida, os eletrodos são soldados ao emissor, coletor e base. Os transistores planares
2. estão mais próximos da ideia original de Shockley, seus dispositivos chamados de planos. Ao contrário do famoso antes. As camadas desejadas são aplicadas em um substrato plano usando vários métodos. Máscaras de várias configurações são usadas ativamente para criar desenhos. A vantagem na possibilidade de produção em massa de transistores em um único substrato, então ele é cortado em pedaços, cada um se torna um dispositivo semicondutor separado.

No curso das manipulações tecnológicas acima descritas, as etapas do ciclo de produção são ativamente utilizadas:

1. O método de difusão permite o controle preciso das dimensões geométricas da junção pn, o que resulta em melhor repetibilidade e precisão. Para criar um transistor semicondutor em uma atmosfera de gás "nobre" é aquecido até o ponto líquido, as impurezas flutuando são facilmente depositadas na superfície. Difusão ocorre. Pela dosagem da pressão de vapor parcial das impurezas e pela duração da operação, a profundidade de penetração dos átomos no material base( substrato) varia.Às vezes, a difusão ocorre durante o processo de fusão. O momento é determinado pela seleção exata do regime de temperatura.
2. Epitaxy é o processo de crescimento de um cristal do tipo desejado em um substrato. Deposição pode ocorrer a partir de solução ou gás. A aspersão a vácuo também pertence a essa classe de tecnologias, a eletrólise é um pouco à parte, baseada no princípio de construir camadas sob a ação da corrente.
3. As técnicas de litografia são frequentemente usadas para obter uma determinada máscara. Por exemplo, um fotorresistente é aplicado no substrato, cujas ilhas desaparecem sob a ação do revelador. A radiação formativa é filtrada por uma máscara de material opaco. O processo de fotolitografia lembra familiar a todos os fotógrafos profissionais, liderando independentemente o processamento do filme.

Os diretórios geralmente indicam dois ou mais termos-chave que descrevem o ciclo de produção de um transistor bipolar. Notação de transistor

Sistema de notação de transistor

OCT 11-0948 é emitido para dispositivos semicondutores, definindo também padrões para transistores bipolares. Em primeiro lugar é indicado o material, que determina em grande parte os modos de temperatura de operação e parâmetros, em seguida, a marcação digital, que determina a potência, frequência e outras qualidades do transistor bipolar. A característica de volt-ampère e o ganho de corrente estão entre os principais parâmetros nos livros de referência.