Bipolárny tranzistor

Bipolárny tranzistor je elektrické polovodičové zariadenie, ktoré sa používa na amplifikáciu signálu a množstvo iných účelov, pri ktorých je prúd produkovaný pohybom nosičov obidvoch znakov. V súčasnej podobe bol výrobok navrhnutý a patentovaný v roku 1947 William Shockley.

História vývoja prvých tranzistorov

Sklony sú zdedené, čo je ilustrované príkladom Williama Bradforda Shockleyho. Syn bádateľského inžiniera a jedného z prvých žien v Spojených štátoch.Špecifická kombinácia. Vo veku 22 rokov získal bakalársky titul, nezastavil sa tam av roku 1936 sa stal doktorom filozofie. Názov, ktorý udelil Massachusetts Institute of Technology neznamená, že Shockley študoval Nietzsche a Aristotle. Stupeň označuje prítomnosť diplomovej práce v oblasti rozsiahleho zoznamu vied. Bizarné meno je poctou tradície, keď filozofia v stredoveku sa zaoberala širokou škálou otázok, správne považovaná za predkov iných smerov vedeckého myslenia.

Význam práce bol zameraný na štúdium elektronických hladín chloridu sodného. Teória kapiel, ktorá vysvetľuje procesy, ktoré prebiehajú v materiáloch, práve získala popularitu. Podľa teórie je každý elektrón v kryštáli schopný zaujať jedinečný stav, ktorý je pre túto časticu charakteristický, s určitou energiou a smerom točenia. V súlade s prezentáciou gradácie ide s určitou diskrétnosťou vo valenčnom pásme( spojenom s jadrom), navyše existuje zakázaná oblasť, kde častice nemajú právo usadiť sa. Z poslednej tézy sa výnimka považuje za nečisté polovodiče, ktoré sa stali základom pre tvorbu polovodičovej elektroniky vrátane bipolárnych tranzistorov.

Bella Shockley sa dostala do laboratória za zvedavé nápady v oblasti navrhovania jadrových reaktorov. Urán v jeho čistej forme bol objavený už dávno pred tým, ako prvýkrát pri príklade elementu Becquerel objavil rádioaktivitu. Pokúsil sa bombardovať kovové jadrá s neutrónmi v začiatku 30. storočia( Enrico Fermi), cieľom bolo získať transuranové prvky. Neskôr sa ukázalo, že rádioaktívny rozpad sa vyskytuje súčasne s uvoľňovaním energie vonku. Shockley sa rozhodol bombardovať U-235, aby získal nový zdroj vysokého výkonu. Počas druhej svetovej vojny, ktorá sa zaoberala výskumom na posúdenie možnej invázie krajiny do Japonska, zozbierané údaje do značnej miery prispeli k rozhodnutiu Trumana o odpustení atómovej bomby na Hirošime.

Bella Lab stanovila priamu úlohu pre Shockley - nájsť alternatívu k objemným zosilňovačom rúr. To by znamenalo šetriť priestor a vznik novej generácie zariadení schopných pracovať vo vojnových podmienkach. Nie je žiadnym tajomstvom, že vojenské úspechy ZSSR sa ukázali byť ocenené na opačnej strane oceánu. Shockley bol menovaný manažérom brigády, ktorý porazil úlohu, ktorá okrem iného zahŕňala aj tvorcov prvých bodov tranzistora:

1. John Bardeen;
2. Walter Hauser Brattein.

Čítacie zariadenia už vedia o bodovej dióde založenej na detektore kryštálov, ale čo predstavovala tranzistor? Toto je poľné zariadenie: na polovodičovú oblasť typu p sa nanášajú dve elektródy a sú oddelené dielektrickým klinom. Hrúbka bariérovej vrstvy sa mení od základne. Riadiaca elektróda aplikovaná na n-oblasť pod pozitívnym potenciálom výrazne vyčerpáva prechodovú oblasť a nepreteká prúd. Historicky sa prvý tranzistor považuje za poľný tranzistor.

Konštrukcia sa ukázala ako špecifická.Napríklad, zlaté kontaktné podložky sú stlačené pružinou na križovatku germánia pnn, skôr ako laboratórne usporiadanie, než plnohodnotné zariadenie pre vojenské zariadenia. Zostavený s kancelárskymi klipsami a jedovatým elektrolytickým lepidlom. Ale prístroj v budúcnosti dá názov Silicon Valley. Medzi vedcami sa vyskytlo tvrdenie, pretože Shockleyho poleová teória, používaná v tranzistore, nepomáhala k vytvoreniu zariadenia, okrem toho bola uvedená v kanadskom patentu z roku 1925 pre Lilienfeld. V dôsledku toho Bell Lab vrha Williamovo meno zo zoznamu tvorcov pri zakladaní príspevkov.

Je pozoruhodné, že štruktúra MESFET( terénny efektový tranzistor) navrhnutá spoločnosťou Lilienfeld nefungovala. Myšlienky v kancelárii boli prijaté a Bell Labs mali ťažkosti pri podávaní žiadostí.Je to paradox, ale vedci by mohli patentovať len dizajn Bardeen a Brattein - nič viac. Zvyšok už dávno existoval ako koncept v čase 1946.Shockley sa rozhodol, že osud hral s vynálezcom ďalší vtip po všetkých zlyhaniach. Spoločnosť Bella však robí ústupky a všeobecne sa uznáva, že William je prvou osobou pre tlač.

Shockley začína pracovať na svojom vlastnom smerovaní a zároveň sa pokúša napraviť situáciu. Ten nedáva pozitívne výsledky, ale prvý vedie k vytvoreniu zariadenia, ktoré je dnes svetu známe ako bipolárny tranzistor. Pri pohľade na niekoľko stavieb nájde 1. januára 1948 ten správny, ale okamžite ho neuvedomuje. Následne prichádza Shockley myšlienka, že prúd je tvorený nielen hlavnými nosičmi nábojov.

Princíp fungovania bipolárneho tranzistora, teplotných režimov

Koncept načrtnutý Shockleyom prináša tím do šialenstva: po celé roky pracoval za svojimi kolegami! Myšlienka bola úspešná.Ak je základný polovodič tenký, nanesené menšinové nosiče náboja sú čiastočne zachytené zberným poľom. Tam sa už stávajú významnými a podieľajú sa na vytváraní elektrického prúdu. Proces je riadený základným poľom, počet nosičov nábojov, ktoré prerušili, je úmerný použitému napätiu.

V skutočnosti pn-kolektorová križovatka pracuje v režime poruchy. Teploty sú úplne určené materiálmi. Germanium tranzistory nie sú schopné pracovať pri teplotách nad 85 stupňov Celzia a po prekročení referenčnej hodnoty sa následné ochladenie zariadenia nevráti do práce. Kremík môže vydržať takmer dvojnásobok tepla.Časté kópie tranzistorov schopných fungovať pri 150 stupňoch Celzia, ale mínus v pomerne veľkom poklesu napätia na pn-junction.

Ukázalo sa, že návrhár hľadá najvhodnejšie tranzistory na vytvorenie elektrického obvodu podľa existujúcich podmienok. Výpočet odvodu energie sa vykonáva, ak je to potrebné, prvky sú doplnené masívnymi radiátormi. Maximálna teplota je zvolená s dostatočnou rezervou, aby sa predišlo prehriatiu. Polovodiče majú zjavnú odolnosť, používajú sa výlučne na riešenie špecifických problémov. Napríklad pri vytváraní pn-prechodu. V opačnom prípade je silnejšia vrstva materiálu, tým väčšia je strata aktívnej ohmickej odolnosti. Uvádzame jasný príklad: rezistivita germánia presahuje hodnotu analógového parametra medi( kovu) o 30 miliónov krát. V dôsledku toho sa straty zvýšia( a vykurujú) podľa uvedeného obrázku.

Takže polovodičová vrstva je malá.Ako to urobiť v praxi? Zabudnite dočasne na kancelárske sponky používané v prvom dizajne, obráťme sa na moderné technológie. Pri výrobe bipolárneho tranzistora sa zachovávajú nasledujúce pravidelnosti:

• Materiál vysielača slúži na vstreknutie hlavných nosičov do základne, kde budú zachytené poľom. Preto sa používajú polovodiče s veľkým podielom nečistôt. Tým sa zabezpečí vytvorenie veľkého množstva voľných nosičov( dier alebo elektrónov).Objem zberača je o niečo vyšší ako objem emisného výkonu, pričom predpokladá sa, že rozptýlenie energie bude väčšie. Toto ovplyvňuje podmienky chladenia zariadenia.
• V databáze je koncentrácia nečistôt nižšia, takže väčšina injektovaného prúdu sa nekombinuje. Podiel vonkajších atómov v kryštálovej mriežke je minimálny.
• Kolektor v pomere nečistôt je umiestnený uprostred medzi základňou a vysielačom. Nosiče náboja, ktoré tu prelomili, sa musia rekombinovať.Rozdiel v koncentrácii nečistôt sa stáva dôvodom, prečo sa zberač a žiarič nemôžu zameniť v elektrickom obvode zariadenia. Druhým dôvodom je skutočnosť, že oblasti pn-križovatiek nie sú rovnaké.Zo strany kolektora - viac.

Šírka bariérovej vrstvy spojenia pn závisí od podielu nečistôt( zvyšuje sa so zvyšovaním).Navyše jeho prienik do žiariča, kolektora a základne nie je rovnaký.Do minimálnej hĺbky prechádza bariérová vrstva do materiálu s maximálnym podielom nečistôt. To znamená emitor. Germániové bipolárne tranzistory sú vecou minulosti, kremík a na základe arsenidu gália ho nahradia. Dnes dominujú dve technológie na výrobu polovodičových zariadení: emit:

1. Fúzované tranzistory sa vyrábajú napríklad tavením germánia na tenkú platňu( väčšinou vyrobenú zo špecifikovaného materiálu) dvoch indických kvapiek rôznych veľkostí.Materiály vykazujú inú teplotu likvidu, je možné spracovať pece. Vzhľadom na difúziu atómov je india pevne spojená s germánium( teplota topenia 940 stupňov Celzia).Potom sa elektródy spájajú na žiarič, kolektor a základňu.
2. Planárne tranzistory sú najbližšie k pôvodnej myšlienke Shockley, jeho zariadenia sa len nazývajú ploché.Na rozdiel od známych predtým. Požadované vrstvy sa nanášajú na plochý substrát rôznymi spôsobmi. Masky rôznych konfigurácií sa aktívne používajú na vytváranie výkresov. Výhodou v možnosti hromadnej výroby tranzistorov na jedinom substráte, potom je rozrezaný na kusy, každý sa stáva samostatným polovodičovým zariadením.

V priebehu vyššie opísaných technologických manipulácií sa aktívne používajú kroky výrobného cyklu:

1. Difúzna metóda umožňuje presné riadenie geometrických rozmerov pn-junction, čo má za následok lepšiu opakovateľnosť a presnosť.Vytvorenie polovodičového tranzistora v atmosfére "ušľachtilého" plynu sa zahrieva na bod likvidu, nečistoty plávajúce okolo sa ľahko usadia na povrchu. Vyskytne sa difúzia. Dávkovaním parciálneho tlaku pár nečistôt a trvania operácie sa hĺbka prenikania atómov do základného materiálu( substrátu) mení.Niekedy dochádza k difúzii počas procesu fúzie. Moment je určený presným výberom teplotného režimu. Epitaxia
2. je proces pestovania kryštálu požadovaného typu na substráte. Môže dôjsť k usadzovaniu roztoku alebo plynu. Vákuové rozprašovanie patrí do tejto triedy technológií, elektrolýza je trochu oddelená, založená na princípe vytvárania vrstiev pod pôsobením prúdu.
3. Na získanie danej masky sa často používajú litografické techniky. Napríklad fotorezist je aplikovaný na substrát, ktorého ostrovy miznú pod pôsobením vývojára. Formačné žiarenie je filtrované maskou nepriehľadného materiálu. Proces fotolitografie pripomína každý profesionálny fotograf, ktorý vedie samostatne spracovanie filmu.

Adresáre často naznačujú dva alebo viac kľúčových termínov popisujúcich výrobný cyklus bipolárneho tranzistora.

tranzistorová notácia

systém tranzistorového zápisu OCT 11-0948 bol vydaný pre polovodičové zariadenia, nastavenie noriem pre bipolárne tranzistory rovnako. V prvom rade je uvedený materiál, ktorý do značnej miery určuje teplotné režimy prevádzky a parametre, potom digitálne značenie, ktoré určuje výkon, frekvenciu a iné vlastnosti bipolárneho tranzistora. Volt-ampere charakteristika a aktuálny zisk sú jedným z hlavných parametrov v referenčných knihách.