Transistor bipolar

Un tranzistor bipolar este un dispozitiv semiconductor electric utilizat pentru a amplifica un semnal și o serie de alte scopuri în care curentul este produs prin mișcarea purtătoarelor ambelor semne.În forma sa actuală, produsul a fost propus și brevetat în 1947 de William Shockley.

Istoria dezvoltării primelor tranzistoare

Inclinările sunt moștenite, ilustrate de exemplul lui William Bradford Shockley. Fiul unui inginer minier și unul dintre primii inspectori de femei din Statele Unite. Combinație specifică.La 22 de ani, el a obținut o diplomă de licență, nu sa oprit acolo, iar în 1936 a devenit doctor în filosofie. Titlul acordat de Institutul de Tehnologie din Massachusetts nu înseamnă că Shockley la studiat pe Nietzsche și pe Aristotel. Gradul indică prezența unei teze în domeniul unei mari liste de științe. Numele bizar este un tribut adus tradiției, când filosofia din Evul Mediu se ocupa de o gamă largă de probleme, considerată pe bună dreptate progenitorul altor direcții ale gândirii științifice. Laboratorul

Semnificația lucrării a fost de a studia nivelurile electronice de clorură de sodiu. Teoria formației, care a explicat procesele care au avut loc în materiale, a câștigat doar popularitate. Conform teoriei, orice electron din cristal este capabil să ocupe o stare unică specifică acestei particule, cu o anumită direcție de energie și direcție.În concordanță cu prezentarea gradării, există o anumită discreție în banda de valență( legată de nucleu), în plus, există o regiune interzisă în care particulele nu se lasă să se așeze. Din ultima teză, excepția este considerată a fi semiconductori de impuritate, care au devenit baza pentru crearea de electronică solidă, inclusiv tranzistori bipolari.

Bella Shockley a intrat în Lab pentru idei curioase în domeniul proiectării reactoarelor nucleare. Uranus în forma sa pură a fost descoperit cu mult timp înainte, pentru prima dată prin exemplul elementului Becquerel, a descoperit radioactivitatea. A încercat să bombardeze nucleele de metal cu neutroni la începutul anilor 30( secolul XX) lui Enrico Fermi, scopul fiind obținerea elementelor transuranice. Mai târziu sa dovedit că dezintegrarea radioactivă apare simultan cu eliberarea energiei în exterior. Shockley a decis să bombardeze U-235 pentru a obține o nouă sursă de putere mare.În timpul celui de-al doilea război mondial, angajat în cercetare pentru a evalua posibila invazie a Japoniei, datele colectate au contribuit în mare măsură la decizia lui Truman de a elimina o bombă atomică pe Hiroshima.

Bella Lab a stabilit o sarcină directă pentru Shockley - pentru a găsi o alternativă la amplificatoarele de tub voluminoase. Acest lucru ar însemna economisirea de spațiu și nașterea unei noi generații de dispozitive capabile să funcționeze în condiții de război. Nu este un secret că realizările militare ale URSS s-au dovedit a fi apreciate pe partea opusă a oceanului. Shockley a fost numit manager de brigadă, care a bătut sarcina, care a inclus, printre altele, creatorii tranzistorului de primul punct:

1. John Bardeen;
2. Walter Hauser Brattein.

Cititorii știu deja despre o diodă punct bazată pe un detector de cristal, dar ce a reprezentat tranzistorul? Acesta este un dispozitiv de câmp: doi electrozi sunt aplicați pe o suprafață semiconductoră de tip p și sunt separați printr-o pană dielectrică.Grosimea stratului de barieră variază de la bază.Electrodul de control aplicat regiunii n sub un potențial pozitiv reduce semnificativ regiunea de tranziție și nu curge curent. Din punct de vedere istoric, primul tranzistor este considerat un tranzistor de câmp.

Design-ul sa dovedit a fi specific. De exemplu, tampoanele de contact de aur sunt presate de un arc la un cristal de joncțiune germanium pnn, mai degrabă ca o configurație de laborator, decât un dispozitiv complet echipat cu echipament militar. Asamblat cu cleme de papetărie și lipici electrolitic otrăvitor. Dar dispozitivul va da în viitor numele de Silicon Valley. A existat o dispută între oamenii de știință, deoarece teoria câmpului lui Shockley, folosită în tranzistor, nu a contribuit la crearea dispozitivului și a fost menționată în brevetul canadian Lilienfeld din 1925.Ca rezultat, Bell Lab aruncă numele lui William din lista creatorilor atunci când aranjează lucrări.

Este demn de remarcat faptul că structura MESFET( tranzistor cu efect de câmp) propus de Lilienfeld nu funcționa. Dar ideile din birou au fost acceptate, iar laboratoarele Bell au avut dificultăți în a depune cereri. E un paradox, dar oamenii de știință nu puteau decât să brevete designul lui Bardeen și al lui Brattein - nimic mai mult. Restul a existat mult timp ca un concept în timpul anului 1946.Shockley a decis că soarta a jucat cu inventatorul încă o glumă după toate eșecurile. Cu toate acestea, compania lui Bella face concesii, și este în general acceptat faptul că William figurează ca prima persoană pentru presă.

Shockley începe să lucreze pe propria direcție, încercând simultan să remedieze situația. Acestea din urmă nu dau rezultate pozitive, dar primul duce la crearea unui dispozitiv, cunoscut astăzi în lume ca un tranzistor bipolar. Privind printr-o serie de structuri, 1 ianuarie 1948 găsește cel potrivit, dar nu o recunoaște imediat. Ulterior, Shockley vine ideea că curentul se formează nu numai de operatorii de încărcare principali.

Principiul funcționării unui tranzistor bipolar, modurile de temperatură

Conceptul prezentat de Shockley aduce echipa într-o frenezie: de ani de zile a lucrat în spatele colegilor săi! Dar ideea a avut succes. Dacă semiconductorul de bază este subțire, purtătorii de sarcină minoritari injectați sunt parțial captați de câmpul colector. Acolo ei devin deja mari, participând la crearea curentului electric. Procesul este controlat de un câmp de bază, numărul de suporturi de încărcare care au fost rupte este proporțional cu tensiunea aplicată.

De fapt, joncțiunea pn-colector funcționează în modul de defalcare. Temperaturile sunt determinate în întregime de materiale. Terminalele germionale nu sunt capabile să funcționeze la temperaturi de peste 85 de grade Celsius, iar o dată ce depășește valoarea de referință, răcirea ulterioară a dispozitivului nu revine la locul de muncă.Siliconul poate rezista aproape de două ori căldura. Copiile frecvente ale tranzistorilor capabile să funcționeze la 150 de grade Celsius, dar minus într-o scădere de tensiune relativ mare pe joncțiunea pn.

Se pare că designerul caută cele mai potrivite tranzistoare pentru a crea un circuit electric în funcție de condițiile existente. Se efectuează calcularea disipării de putere, dacă este necesar, elementele sunt completate cu radiatoare masive. Temperatura maximă este selectată cu o marjă corectă pentru a preveni supraîncălzirea. Semiconductorii au rezistență evidentă, sunt folosiți exclusiv în tehnologie pentru rezolvarea problemelor specifice. De exemplu, atunci când creați o tranziție pn. Altfel, cu cât este mai gros stratul de material, cu atât este mai mare pierderea rezistenței ohmice active. Dăm un exemplu clar: rezistivitatea germaniului depășește valoarea parametrului analog de cupru( metal) de 30 de milioane de ori.În consecință, pierderile vor crește( și căldura) în conformitate cu figura indicată.

Deci, stratul semiconductor este mic. Cum să facem acest lucru în practică?Uitați temporar despre clemele de hârtie utilizate în primul design, să ne întoarcem la tehnologia modernă.La fabricarea unui tranzistor bipolar, se păstrează următoarele regularități:

• Materialul emițătorului servește la injectarea transportoarelor principale în bază, unde acestea vor fi capturate de câmp. Prin urmare, se utilizează semiconductori cu o mare proporție de impurități. Acest lucru asigură crearea unui număr mare de purtătoare libere( găuri sau electroni).Volumul colectorului este puțin mai mare decât cel al emițătorului, se consideră că disiparea de putere este mai mare. Acest lucru afectează condițiile de răcire ale dispozitivului.
• În baza de date, concentrația de impurități este mai mică, astfel încât cea mai mare parte a fluxului injectat nu se recombinează.Cota atomilor externi din rețeaua cristalină este minimă.
• Colectorul în proporție de impurități este situat la jumătatea distanței dintre bază și emițător. Transportatorii de taxă care au rupt aici trebuie să se recombine. Diferența de concentrație a impurităților devine motivul pentru care colectorul și emițătorul nu pot fi schimbate în circuitul electric al dispozitivului. Al doilea motiv este faptul că zonele joncțiunilor pn nu sunt aceleași. Din partea colectorului - mai mult.

Lățimea stratului de barieră al joncțiunii pn depinde de fracțiunea impurității( crește odată cu creșterea).În plus, penetrarea sa în emițător, colector și bază nu este aceeași. La adâncimea minimă, stratul de barieră se extinde în material cu o proporție maximă de impurități. Adică emițătorul. Teroristul bipolar germaniu este un lucru din trecut, siliciul și pe baza arsenului de galiu vin să-l înlocuiască.Astăzi există două tehnologii pentru producerea de dispozitive semiconductoare: emit:

1. Tranzistoarele fuzionate sunt realizate, de exemplu, prin topirea germaniului într-o placă subțire( cea mai mare parte realizată din materialul specificat) a două picături de indiu de diferite mărimi. Materialele prezintă o temperatură lichidă diferită, devine posibilă prelucrarea cuptoarelor. Datorită difuziei atomilor, indiul este topit ferm în germaniu( punct de topire 940 grade Celsius).Apoi, electrozii sunt lipiți la emițător, colector și bază.
2. Transistorii planari sunt cei mai apropiați de ideea originală a lui Shockley, dispozitivele sale numite plate. Spre deosebire de celebrul anterior. Straturile dorite sunt aplicate pe un substrat plat utilizând diferite metode. Masti de diferite configuratii sunt folosite in mod activ pentru a crea desene. Avantajul în posibilitatea producerii în masă a tranzistorilor pe un singur substrat, apoi este tăiat în bucăți, fiecare devine un dispozitiv semiconductor separat.

În timpul manipulărilor tehnologice descrise mai sus, etapele ciclului de producție sunt utilizate în mod activ:

1. Metoda de difuzie permite controlul precis al dimensiunilor geometrice ale joncțiunii pn, ceea ce conduce la o mai bună repetabilitate și precizie. Pentru a crea un tranzistor semiconductor într-o atmosferă de gaz "nobil" este încălzită până la punctul de lichid, impuritățile care plutesc în jurul lor sunt ușor depuse pe suprafață.Se produce difuzia. Prin dozarea presiunii parțiale a impurităților și a duratei operației, adâncimea de penetrare a atomilor în materialul de bază( substrat) variază.Uneori apare difuzia în timpul procesului de fuziune. Momentul este determinat de alegerea exactă a regimului de temperatură.Epitaxia
2. este procesul de creștere a unui cristal de tipul dorit pe un substrat. Depunerea poate apărea din soluție sau gaz. Exploatarea prin pulverizare face parte, de asemenea, din această clasă de tehnologii: electroliza este puțin diferită, bazată pe principiul construirii straturilor sub acțiunea curentului. Tehnicile litiografice
3. sunt adesea folosite pentru a obține o mască dată.De exemplu, se aplică un strat fotorezist pe substrat, insulele cărora dispar sub acțiunea dezvoltatorului. Radiația formată este filtrată de o mască de material opac. Procesul de fotolitografie reamintește familiar fotografilor profesioniști, conducând în mod independent prelucrarea filmului.

Directoarele indică adesea doi sau mai mulți termeni-cheie care descriu ciclul de producție al unui tranzistor bipolar.

Notă tranzistor

sistem de notare tranzistor OCT 11-0948 este emis pentru dispozitive semiconductoare, stabilind standarde pentru tranzistori bipolare, de asemenea.În primul rând este indicat materialul, care determină în mare măsură modurile de funcționare și parametrii temperaturii, apoi marcajul digital, care determină puterea, frecvența și alte calități ale tranzistorului bipolar. Caracteristica volt-ampere și câștigul curent sunt printre parametrii principali ai cărților de referință.