Bipolarni tranzistor

Bipolarni tranzistor je električni polprevodniški element, ki se uporablja za ojačanje signala in številne druge namene, pri katerih se tok generira z gibanjem nosilcev obeh znakov. V svoji sedanji obliki je izdelek predlagal in patentiral William Shockley leta 1947.

Zgodovina razvoja prvih tranzistorjev

Nagibi so podedovani, kar ponazarja primer Williama Bradforda Shockleyja. Sin rudarskega inženirja in eden od prvih ženskih inšpektorjev v Združenih državah. Posebna kombinacija. Pri 22 letih je diplomiral, se ni ustavil, leta 1936 pa je postal doktor filozofije. Naslov, ki ga je podelil Massachusetts Institute of Technology, ne pomeni, da je Shockley študiral Nietzscheja in Aristotela. Stopnja označuje prisotnost teze na področju velikega seznama znanosti. Bizarno ime je poklon tradiciji, ko se je filozofija v srednjem veku ukvarjala s širokim spektrom vprašanj, ki so upravičeno šteli za prednike drugih smeri tečaja znanstvene misli.

Pomen dela je bil preučiti elektronske ravni natrijevega klorida. Teorija pasov, ki je pojasnjevala procese, ki se odvijajo v materialih, je bila vse bolj priljubljena. V skladu s teorijo lahko vsak elektron v kristalu zasede edinstveno stanje, značilno za ta delček, z določeno energijsko in vrtilno smerjo. V skladu s predstavitvijo gradacije obstaja določena diskretnost v valenčnem pasu( povezan z jedrom), poleg tega pa obstaja tudi prepovedano območje, kjer se delci ne smejo usedati. Iz zadnje teze se šteje, da je izjema nečistoč polprevodnik, ki je postal osnova za ustvarjanje polprevodniške elektronike, vključno z bipolarnimi tranzistorji.

Bella Shockley je v laboratorij prišla zaradi radovednih idej na področju oblikovanja jedrskih reaktorjev. Uran v svoji čisti obliki je bil odkrit že pred tem, ko je prvič na primeru elementa Becquerel odkril radioaktivnost. V začetku tridesetih let prejšnjega stoletja( XX stoletja) Enrica Fermija je poskušal bombardirati kovinska jedra z nevtroni, cilj pa je bil pridobiti transuranske elemente. Kasneje se je izkazalo, da se radioaktivni razpad pojavlja hkrati z sproščanjem energije zunaj. Shockley se je odločil bombardirati U-235, da bi dobil nov vir visoke moči. Med drugo svetovno vojno, ki se je ukvarjala z raziskavami, da bi ocenila morebitno kopensko invazijo na Japonsko, so zbrani podatki v veliki meri prispevali k Trumanovi odločitvi, da na Hirošimo spusti atomsko bombo.

Bella Lab je postavil neposredno nalogo za Shockley - najti alternativo za velike ojačevalnike cevi. To bi pomenilo prihranek prostora in rojstvo nove generacije naprav, ki lahko delujejo v vojnih razmerah. Ni skrivnost, da so se vojaški dosežki ZSSR izkazali kot cenjeni na nasprotni strani oceana. Shockley je bil imenovan za vodjo brigade, ki je premagal nalogo, ki je med drugim vključevala ustvarjalce prvega tranzistorja:

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

že poznajo točkovno diodo, ki temelji na kristalnem detektorju, toda kaj predstavlja tranzistor? To je terenska naprava: dve elektrodi naneseta na polprevodniško območje p-tipa in ju ločita dielektrični klin. Debelina pregradne plasti se razlikuje od osnove. Krmilna elektroda, uporabljena v n-regiji pod pozitivnim potencialom, močno izčrpa prehodno območje in ne teče tok. Zgodovinsko gledano se prvi tranzistor šteje za poljski tranzistor.

Oblikovanje se je izkazalo kot specifično. Na primer, zlati kontaktni blazinici se s pomočjo vzmeti stisnejo na kristal pnn stikal iz germanija, bolj kot na laboratorijsko nastavitev, namesto na polno zmogljivo napravo za vojaško opremo. Sestavljen s sponkami za pisalne potrebščine in lepilom za strupene elektrolite. Toda naprava v prihodnosti bo dala ime Silicijevi dolini. Med znanstveniki je prišlo do spora, saj Shockleyjeva teorija polja, uporabljena v tranzistorju, ni pomagala ustvariti naprave, in je bila omenjena v kanadskem patentu Lilienfeld iz leta 1925.Kot rezultat, Bell Lab vrže Williamovo ime s seznama ustvarjalcev pri postavljanju dokumentov.

Omeniti je treba, da struktura MESFET-a( tranzistor z učinkom polja), ki jo je predlagal Lilienfeld, ni delovala. Toda ideje v pisarni so bile sprejete in Bell Labs je imel težave pri predložitvi vlog. To je paradoks, toda znanstveniki lahko patentirajo samo zasnovo Bardeen in Brattein - nič več.Ostalo je že dolgo obstajalo kot koncept v času 1946.Shockley se je odločil, da se je usoda igrala z izumiteljem še eno šalo po vseh neuspehih. Vendar pa podjetje Bella koncesije in na splošno velja, da je William prvi osebi za tisk.

Shockley začne delati na lastno smer, hkrati pa poskuša popraviti situacijo. Slednje ne daje pozitivnih rezultatov, vendar prvi vodi v oblikovanje naprave, ki je danes znana svetu kot bipolarni tranzistor.Če pogledamo skozi številne konstrukcije, 1. januarja 1948 najde pravo, vendar ga ne zazna takoj. Nato pride Shockley do ideje, da se tok ne tvori samo z glavnimi nosilci naboja.

Princip delovanja bipolarnega tranzistorja, temperaturne razmere

Koncept, ki ga je predstavil Shockley, prinaša ekipo v blaznost: leta je delal za hrbet svojih kolegov! Toda ideja je bila uspešna.Če je osnovni polprevodnik tanek, so vbrizgani manjši nosilci naboja delno zajeti s kolektorskim poljem. Tam so že postali pomembni, sodelujejo pri ustvarjanju električnega toka. Proces se krmili z osnovnim poljem, število prenašalcev naboja, ki so se prebili, je sorazmerno z uporabljeno napetostjo.

Pravzaprav priključek pn-kolektor deluje v načinu okvare. Temperature v celoti določajo materiali. Germanijev tranzistorji ne morejo delovati pri temperaturah nad 85 stopinj Celzija in ko presežejo referenčno vrednost, se naknadno hlajenje naprave ne vrne na delo. Silicij lahko prenese skoraj dvakrat več toplote. Pogoste kopije tranzistorjev, ki lahko delujejo pri 150 stopinjah Celzija, a minus v relativno velikem padcu napetosti na pn-stičišču.

Izkazalo se je, da projektant išče najprimernejše tranzistorje za ustvarjanje električnega tokokroga v skladu z obstoječimi pogoji. Izračun izgube moči izvedemo, če je potrebno, elemente dopolnimo z masivnimi radiatorji. Maksimalna temperatura je izbrana s pošteno mejo, da se prepreči pregrevanje. Polprevodniki imajo očitno odpornost, uporabljajo se v tehnologiji izključno za reševanje specifičnih problemov. Na primer, ko ustvarjate pn-prehod. V nasprotnem primeru, ko je debelejša plast materiala, večja je izguba aktivnega ohmskega upora. Dajemo jasen primer: upornost germanija presega vrednost analognega parametra bakra( kovine) za 30 milijonov krat. Posledično se bodo izgube povečale( in se ogrele) v skladu z navedeno vrednostjo.

Tako je polprevodniški sloj majhen. Kako to uresničiti? Pozabite začasno na sponke za papir, uporabljene v prvem dizajnu, pa se obrnemo na sodobno tehnologijo. Pri izdelavi bipolarnega tranzistorja se vzdržujejo naslednje pravilnosti:

• Material emitorja služi za vbrizganje glavnih nosilcev v podstavek, kjer jih bo zajemalo polje. Zato se uporabljajo polprevodniki z velikim deležem nečistoč.To zagotavlja nastanek velikega števila prostih nosilcev( lukenj ali elektronov).Prostornina kolektorja je nekoliko višja od volumna oddajnika, pri čemer se šteje, da je izguba moči večja. To vpliva na hladilne pogoje naprave.
• V podatkovni bazi je koncentracija nečistoč manjša, tako da se večina vbrizganega toka ne rekombinira. Delež zunanjih atomov v kristalni rešetki je minimalen.
• Zbiralec v deležu nečistoč se nahaja na sredini med podnožjem in oddajnikom. Nosilci naboja, ki so se prebili sem, se morajo rekombinirati. Razlika v koncentraciji nečistoč postane razlog, da se kolektor in oddajnik ne moreta zamenjati v električnem vezju naprave. Drugi razlog je dejstvo, da območja pn-križišč niso enaka. S strani kolektorja - več.

Širina pregradne plasti pn-stičišča je odvisna od deleža nečistoče( povečuje se z naraščanjem).Poleg tega prodiranje v oddajnik, kolektor in bazo ni isto. Do najmanjše globine se pregradni sloj razširi v material z največjim deležem nečistoč.To je oddajnik. Nemški bipolarni tranzistorji so preteklost, silicij in na osnovi galijevega arzenida ga nadomestita. Danes prevladujeta dve tehnologiji za proizvodnjo polprevodniških naprav: emitirajo:

1. Taljeni tranzistorji se na primer izdelujejo s taljenjem germanija v tanko ploščo( večinoma narejeno iz določenega materiala) dveh indijskih kapljic različnih velikosti. Materiali kažejo drugačno likvidusno temperaturo, zato je mogoče predelati peči. Zaradi difuzije atomov se indij trdno stopi v germanij( tališče 940 stopinj Celzija).Potem so elektrode spajane z oddajnikom, kolektorjem in bazo. Planski tranzistorji
2. so najbližje originalni ideji Shockleyja, njegove naprave so pravkar imenovane ravne. Za razliko od znanih.Želene plasti nanesemo na ravno podlago z različnimi metodami. Za izdelavo risb se aktivno uporabljajo maske različnih konfiguracij. Prednost v možnosti množične proizvodnje tranzistorjev na enem substratu, nato pa se razreže na kose, vsak postane ločena polprevodniška naprava.

Pri zgoraj opisanih tehnoloških manipulacijah se aktivno uporabljajo koraki proizvodnega cikla:

1. Difuzijska metoda omogoča natančno kontrolo geometrijskih dimenzij pn-stika, kar omogoča boljšo ponovljivost in natančnost. Za ustvarjanje polprevodniškega tranzistorja v atmosferi "plemenitega" plina se segreje do likvidusne točke, nečistoče, ki plavajo okoli, se zlahka nanesejo na površino. Pojavi se difuzija. Z doziranjem parnega tlaka nečistoč in trajanjem delovanja se globina prodiranja atomov v osnovni material( substrat) spreminja. Včasih pride do difuzije med postopkom fuzije. Trenutek je določen s točnim izborom temperaturnega režima.
2. Epitaksija je proces gojenja kristala želenega tipa na substratu. Odlaganje lahko poteka iz raztopine ali plina. V ta razred tehnologij spada tudi vakuumsko naprševanje, elektroliza je malo odmaknjena, temelji na načelu gradnje plasti pod vplivom toka. Za pridobitev podane maske se pogosto uporabljajo tehnike litografije
3. .Na primer, na substrat nanesemo fotorezist, katerega otoki izginejo pod delovanjem razvijalca. Formativno sevanje se filtrira z masko neprozornega materiala. Proces fotolitografije spominja na vsakega profesionalnega fotografa, ki samostojno vodi obdelavo filma.

Imeniki pogosto navajajo dva ali več ključnih izrazov, ki opisujejo proizvodni cikel bipolarnega tranzistorja. Tranzistorski zapis

Tranzistorski sistem zapisa

OCT 11-0948 je izdan za polprevodniške naprave, ki določajo standarde tudi za bipolarne tranzistorje. Na prvem mestu je prikazan material, ki v veliki meri določa temperaturne načine delovanja in parametre, nato digitalno označevanje, ki določa moč, frekvenco in druge lastnosti bipolarnega tranzistorja. Volt-amper karakteristika in trenutni dobiček sta med glavnimi parametri v referenčnih knjigah.