Bipolär transistor

En bipolär transistor är en elektrisk halvledaranordning som används för att förstärka en signal och ett antal andra ändamål, i vilka strömmen produceras av rörelsen av bärare av båda tecknen. I sin nuvarande form föreslogs och patenterades produkten 1947 av William Shockley.

Historien om utvecklingen av de första transistorerna

. Lutningarna är ärvda, detta illustreras av William Bradford Shockleys exempel. Sonen till en gruvingenjör och en av de första kvinnliga landmätare i USA.Specifik kombination. Klockan 22 mottog han en kandidatexamen, stannade inte där, och år 1936 blev han doktor i filosofi. Titeln tilldelas av Massachusetts Institute of Technology betyder inte att Shockley studerade Nietzsche och Aristoteles. Graden indikerar förekomsten av en avhandling inom området för en stor lista över vetenskaper. Det bisarra namnet är en hyllning till traditionen, då filosofi på medeltiden behandlade ett brett spektrum av frågor, med rätta betraktat som föregångare till andra håll i den vetenskapliga tankens gång.

Betydelsen av arbetet var att studera elektroniska nivåer av natriumklorid. Bandteorin, som förklarade de processer som ägde rum i materialen, blev bara mer populär. Enligt teorin kan någon elektron i en kristall ockupera ett unikt tillstånd, som är speciellt för denna partikel, med en viss energi och rotationsriktning. I enlighet med presentationen av graderingen finns det en viss diskretion i valensbandet( kopplat till kärnan), dessutom finns det ett förbjudet område där partiklarna inte får lägga sig ner. Från den senaste avhandlingen anses undantaget vara orenhetshalvledare, som har blivit grunden för skapandet av solid state-elektronik, inklusive bipolära transistorer.

Bella Shockley kom in i Lab för nyfikna idéer inom design av kärnreaktorer. Uranus i sin rena form upptäcktes länge innan, för första gången genom elementet Becquerel, upptäckte radioaktivitet. Han försökte bombardera metallkärnorna med neutroner i början av 30-talet( XX-talet) av Enrico Fermi, målet var att erhålla transuranelement. Senare visade sig att radioaktivt förfall inträffar samtidigt med utsläpp av energi utanför. Shockley bestämde sig för att bomba U-235 för att få en ny kraftkälla. Under andra världskriget, som deltar i forskning för att bedöma den möjliga invasionen av Japan, bidrog de insamlade uppgifterna till stor del till att Truman beslutade att släppa en atombom på Hiroshima.

Bella Lab har satt en direkt uppgift för Shockley - för att hitta ett alternativ till skrymmande rörförstärkare. Detta skulle innebära att spara utrymme och födelsen av en ny generation enheter som kan fungera under krigsvillkor. Det är ingen hemlighet att Sovjetunionens militära prestationer uppskattades på motsatta sidan av havet. Shockley utsågs till brigadechefen, som slog upp uppgiften, som bland annat innefattade skaparna av den första punkttransistorn:

1. John Bardeen;
2. Walter Hauser Brattein.

Läsare vet redan om en punktdiod baserad på en kristalldetektor, men vad representerade transistorn? Detta är en fältanordning: två elektroder appliceras på ett halvledarområde av p-typ och separeras av en dielektrisk kil. Tjockleken på spärrskiktet varierar från basen. Kontrollelektroden som appliceras på n-regionen under en positiv potential utplånar övergångsområdet och ingen ström strömmar. Historiskt anses den första transistorn som en fälttransistor.

Designen visade sig vara specifik. Till exempel trycks guldkontaktkuddar av en fjäder till en germanium pnn junction crystal, mer som en laboratorieinstallation, snarare än en komplett enhet för militär utrustning. Monteras med brevpapper och giftigt elektrolytlim. Men enheten i framtiden kommer att ge namnet Silicon Valley. Det fanns strid mellan forskare, eftersom Shockleys fältteori, som användes i transistorn, inte hjälpte till att skapa enheten, och nämndes i det kaniniska Lilienfeld-patentet från 1925.Som ett resultat kastar Bell Labs William namn ut ur listan över skapare när man ställer in papper.

Det är anmärkningsvärt att strukturen i MESFET( fälteffekttransistorn) som Lilienfeld föreslog inte fungerade. Men idéerna på kontoret accepterades, och Bell Labs hade svårt att skicka in ansökningar. Det är en paradox, men forskare kunde bara patentera designen av Bardeen och Brattein - inget mer. Resten har länge funnits som koncept vid 1946.Shockley bestämde att ödet spelade med uppfinnaren ett annat skämt efter alla misslyckanden. Bots företag gör dock koncessioner, och det är allmänt accepterat att William figurerar som den första personen för pressen.

Shockley börjar arbeta på egen hand samtidigt som han försöker rätta till situationen. Det senare ger inte positiva resultat, men den första leder till skapandet av en enhet som idag är känd för världen som en bipolär transistor. Tittar på ett antal konstruktioner, den 1 januari 1948, finner han den rätta, men är inte omedelbar medveten om. Därefter kommer Shockley tanken att strömmen bildas inte bara av huvudladdningsbärarna.

Principen för drift av en bipolär transistor, temperaturlägen

Konceptet som skisseras av Shockley leder laget till en frenesi: i åratal arbetade han bakom sina kollegares rygg! Men tanken var framgångsrik. Om bashalvledaren är tunn infångas de injicerade minoritetsladdningsbärarna delvis av uppsamlingsfältet. Där blir de redan stora och deltar i skapandet av elektrisk ström. Processen styrs av ett basfält, antalet laddningsbärare som har brutit igenom är proportionellt mot den applicerade spänningen.

Faktum är att pn-kollektorförbindelsen fungerar i nedbrytningsläge. Temperaturen bestäms helt av materialen. Germanium-transistorer kan inte fungera vid temperaturer över 85 grader Celsius och när referensvärdet överstiger, återgår inte efterföljande kylning av anordningen till arbetet. Silikon kan klara nästan dubbelt så mycket värmen. Frekventa kopior av transistorer som kan fungera vid 150 grader Celsius, men en minus i ett relativt stort spänningsfall på pn-korsningen.

Det visar sig att konstruktören letar efter de mest lämpliga transistorerna för att skapa en elektrisk krets enligt de befintliga förhållandena. Beräkning av effektspridning utförs, om nödvändigt kompletteras elementen med massiva radiatorer. Den maximala temperaturen väljs med en rättvis marginal för att förhindra överhettning. Halvledare har uppenbart motstånd, används endast i teknik för att lösa specifika problem. Till exempel när du skapar en pn-övergång. Annars, ju tjockare skiktet av material desto större förlust av aktivt ohmiskt motstånd. Vi ger ett tydligt exempel: Tysklands resistivitet överstiger värdet av den analoga parametern för koppar( metall) 30 miljoner gånger. Följaktligen kommer förlusterna att öka( och värme) enligt den angivna figuren.

Så halvledarskiktet är litet. Hur sätter man i praktiken? Glöm tillfälligt om de pappersklipp som används i den första designen, låt oss vända oss till modern teknik. Vid tillverkning av en bipolär transistor upprätthålls följande regelbundenhet:

• Emittermaterialet tjänar till att injicera huvudbärarna i basen, där de kommer att fångas av fältet. Därför används halvledare med en stor andel föroreningar. Detta garanterar skapandet av ett stort antal fria bärare( hål eller elektroner).Samlarvolymen är något högre än emitterns, kraftuttaget antas vara större. Detta påverkar enhetens kylningsförhållanden.
• I databasen är koncentrationen av föroreningar lägre, så att det mesta av den injicerade strömmen inte rekombineras. Andelen av yttre atomer i kristallgitteret är minimal.
• Samlaren i andelen urenheter ligger mitt emellan basen och emitteren. Laddningsbärarna som har brutit igenom här måste rekombineras. Skillnaden i koncentrationen av föroreningar blir anledningen till att samlaren och emitorn inte kan bytas ut i anordningens elektriska krets. Den andra anledningen är att områdena pn-korsningar inte är desamma. Från sidan av kollektorn - mer.

Bredden av barriärskiktet på pn-korsningen beror på fraktionen av föroreningen( ökar med ökande).Dessutom är dess penetrering i emitteren, kollektorn och basen inte densamma. Till minimidjupet sträcker sig barriärskiktet i materialet med en maximal andel föroreningar. Det är emitteren. Germanium bipolära transistorer är en sak av det förflutna, kisel och på basis av galliumarsenid kommer att ersätta det. Idag dominerar två teknologier för tillverkning av halvledaranordningar: emittera:

1. Smälttransistorer är gjorda, till exempel genom att smälta germanium i en tunn platta( oftast gjord av det specificerade materialet) av två indiumdroppar av olika storlekar. Materialen visar en annan likvidustemperatur, det blir möjligt att bearbeta ugnarna. På grund av diffusion av atomer smälter indium starkt i germanium( smältpunkt 940 grader Celsius).Då löds elektroderna till emitteren, samlaren och basen.
2. Plana transistorer är närmast den ursprungliga tanken om Shockley, hans enheter kallas bara platt. Till skillnad från den berömda förut. De önskade skikten appliceras på ett platt substrat med användning av olika metoder. Masker av olika konfigurationer används aktivt för att skapa ritningar. Fördelen med möjligheten till massproduktion av transistorer på ett enda substrat, då är det kapat i bitar, blir varje en separat halvledaranordning.

Under de ovan beskrivna tekniska manipulationerna används produktionsstegsstegen aktivt:

1. Diffusionsmetoden möjliggör exakt kontroll av de geometriska dimensionerna hos pn-korsningen, vilket resulterar i bättre repeterbarhet och noggrannhet. För att skapa en halvledartransistor i en atmosfär av "ädel" gas värms upp till vätskepunktet, föroreningar som flyter runt placeras enkelt på ytan. Diffusion uppstår. Genom doseringen av partiella ångtrycket av föroreningar och varaktigheten av operationen varierar penetrationsdjupet av atomer i basmaterialet( substratet).Ibland uppstår diffusion under fusionsprocessen. Momentet bestäms av det exakta valet av temperaturregimen.
2. Epitax är processen att odla en kristall av önskad typ på ett substrat. Deponering kan ske från lösning eller gas. Vakuumförstoftning hör också till denna klass av teknik. Elektrolys är lite ifrån varandra, baserat på principen att bygga upp lager under aktionens ström.
3. Litografistekniker används ofta för att erhålla en given mask. Till exempel appliceras en fotoresist på substratet, vars öar försvinner under utvecklarens verkan. Formativ strålning filtreras av en mask av ogenomskinligt material. Processen med fotolitografi påminner om varje professionell fotograf, som självständigt leder behandlingen av filmen.

Katalogerna anger ofta två eller flera nyckeltermer som beskriver produktionscykeln för en bipolär transistor.

-transistornotation

-transistornotationssystem OCT 11-0948 är utfärdat för halvledaranordningar, som även ställer in standarder för bipolära transistorer. I första hand indikeras materialet, vilket i stor utsträckning bestämmer temperaturlägena för drift och parametrar, sedan den digitala märkningen, vilken bestämmer effekten, frekvensen och andra egenskaper hos den bipolära transistorn. Volt-ampere karakteristiken och strömförstärkningen är bland huvudparametrarna i referensböckerna.