Transistor bipolar

Un transistor bipolar es un dispositivo semiconductor eléctrico que se utiliza para amplificar una señal y una serie de otros fines en los que la corriente se produce por el movimiento de los portadores de ambos signos. En su forma actual, el producto fue propuesto y patentado en 1947 por William Shockley.

La historia del desarrollo de los primeros transistores

. Las inclinaciones se heredan, como se ilustra en el ejemplo de William Bradford Shockley. El hijo de un ingeniero de minas y una de las primeras mujeres encuestadoras en los Estados Unidos. Combinación específica. A los 22 años, recibió una licenciatura, no se detuvo allí, y en 1936 se convirtió en doctor en filosofía. El título otorgado por el Instituto de Tecnología de Massachusetts no significa que Shockley haya estudiado a Nietzsche y Aristóteles. El grado indica la presencia de una tesis en el campo de una gran lista de ciencias. El nombre extraño es un homenaje a la tradición, cuando la filosofía en la Edad Media abordó una amplia gama de temas, considerados correctamente como el progenitor de otras direcciones del curso del pensamiento científico.

El significado del trabajo fue estudiar los niveles electrónicos de cloruro de sodio. La teoría de la banda, que explicaba los procesos que tienen lugar en los materiales, estaba ganando popularidad. Según la teoría, cualquier electrón en un cristal puede ocupar un estado único peculiar de esta partícula, con cierta energía y dirección de giro. De acuerdo con la presentación de la gradación, van con cierta discreción en la banda de valencia( conectada con el núcleo), además hay una región prohibida donde las partículas no tienen el derecho de asentarse. Desde la última tesis, se considera que la excepción son los semiconductores de impureza, que se han convertido en la base para la creación de dispositivos electrónicos de estado sólido, incluidos los transistores bipolares.

Bella Shockley entró en el laboratorio para obtener ideas curiosas en el campo del diseño de reactores nucleares. Urano en su forma pura fue descubierto mucho antes de eso, por primera vez por el ejemplo del elemento Becquerel, descubrió la radioactividad. Intentó bombardear los núcleos metálicos con neutrones a principios de los años 30( siglo XX) de Enrico Fermi, el objetivo era obtener elementos de transuranio. Más tarde se descubrió que la descomposición radioactiva ocurre simultáneamente con la liberación de energía en el exterior. Shockley decidió bombardear el U-235 para obtener una nueva fuente de alta potencia. Durante la Segunda Guerra Mundial, dedicada a la investigación para evaluar la posible invasión de tierras de Japón, los datos recopilados contribuyeron en gran medida a la decisión de Truman de lanzar una bomba atómica sobre Hiroshima.

Bella Lab ha establecido una tarea directa para Shockley: encontrar una alternativa a los amplificadores de tubos voluminosos. Esto significaría ahorrar espacio y el nacimiento de una nueva generación de dispositivos capaces de operar en condiciones de guerra. No es ningún secreto que los logros militares de la URSS se apreciaron en el lado opuesto del océano. Shockley fue nombrado gerente de brigada, que estaba superando la tarea, que incluía, entre otras cosas, a los creadores del primer transistor de punto:

1. John Bardeen;
2. Walter Hauser Brattein. Los lectores

ya conocen un diodo puntual basado en un detector de cristal, pero ¿qué representó el transistor? Este es un dispositivo de campo: dos electrodos se aplican a un área de semiconductores de tipo p y se separan mediante una cuña dieléctrica. El grosor de la capa barrera varía desde la base. El electrodo de control aplicado a la región n bajo un potencial positivo agota en gran medida la región de transición y no fluye corriente. Históricamente, el primer transistor se considera un transistor de campo.

El diseño resultó ser específico. Por ejemplo, las almohadillas de contacto doradas se presionan con un resorte contra un cristal de unión de germanio, más como una configuración de laboratorio, en lugar de un dispositivo completo para equipos militares. Montado con clips de papelería y pegamento electrolítico venenoso. Pero el dispositivo en el futuro le dará el nombre de Silicon Valley. Hubo una discusión entre los científicos, porque la teoría de campo de Shockley, utilizada en el transistor, no ayudó a crear el dispositivo, además, se mencionó en la patente canadiense de Lilienfeld de 1925.Como resultado, Bell Lab arroja el nombre de William de la lista de creadores al configurar los documentos.

Cabe señalar que la estructura del MESFET( transistor de efecto de campo) propuesta por Lilienfeld no estaba funcionando. Pero las ideas en la oficina fueron aceptadas, y Bell Labs tuvo dificultades para enviar las solicitudes. Es una paradoja, pero los científicos solo pudieron patentar el diseño de Bardeen y Brattein, nada más. El resto ha existido durante mucho tiempo como un concepto en el momento de 1946.Shockley decidió que el destino jugaba con el inventor otra broma después de todos los fracasos. Sin embargo, la compañía de Bella está haciendo concesiones, y generalmente se acepta que William figura como la primera persona para la prensa.

Shockley comienza a trabajar en su propia dirección, tratando simultáneamente de rectificar la situación. Este último no da resultados positivos, pero el primero conduce a la creación de un dispositivo, hoy conocido en el mundo como un transistor bipolar. Mirando a través de varias construcciones, el 1 de enero de 1948, encuentra la correcta, pero no se da cuenta de inmediato. Posteriormente, Shockley tiene la idea de que la corriente está formada no solo por los portadores de carga principales.

El principio de funcionamiento de un transistor bipolar, condiciones de temperatura

El concepto descrito por Shockley pone al equipo en un frenesí: ¡durante años trabajó detrás de sus colegas! Pero la idea tuvo éxito. Si el semiconductor de base es delgado, los portadores de carga minoritaria inyectada son parcialmente capturados por el campo del colector. Allí ya se están haciendo importantes, participando en la creación de corriente eléctrica. El proceso se controla mediante un campo base, el número de portadores de carga que se han abierto es proporcional al voltaje aplicado.

De hecho, la unión pn-collector opera en el modo de ruptura. Las temperaturas están totalmente determinadas por los materiales. Los transistores de germanio no pueden funcionar a temperaturas superiores a 85 grados Celsius, y una vez que exceden el valor de referencia, el enfriamiento posterior del dispositivo no vuelve a funcionar. El silicio puede soportar casi el doble del calor. Copias frecuentes de transistores capaces de funcionar a 150 grados Celsius, pero menos en una caída de voltaje relativamente grande en la unión pn.

Resulta que el diseñador está buscando los transistores más adecuados para crear un circuito eléctrico de acuerdo con las condiciones existentes. El cálculo de la disipación de potencia se realiza, si es necesario, los elementos se complementan con radiadores masivos. La temperatura máxima se selecciona con un margen justo para evitar el sobrecalentamiento. Los semiconductores tienen una resistencia obvia, se utilizan en tecnología exclusivamente para resolver problemas específicos. Por ejemplo, al crear una transición pn. De lo contrario, cuanto más gruesa sea la capa de material, mayor será la pérdida de resistencia óhmica activa. Damos un claro ejemplo: la resistividad del germanio excede el valor del parámetro análogo de cobre( metal) 30 millones de veces. En consecuencia, las pérdidas aumentarán( y el calor) de acuerdo con la figura indicada.

Entonces la capa semiconductora es pequeña.¿Cómo poner esto en práctica? Olvídese temporalmente de los clips de papel utilizados en el primer diseño, pasemos a la tecnología moderna. En la fabricación de un transistor bipolar, se mantienen las siguientes regularidades:

• El material del emisor sirve para inyectar los portadores principales en la base, donde serán capturados por el campo. Por lo tanto, se utilizan semiconductores con una gran proporción de impurezas. Esto asegura la creación de un gran número de portadores libres( agujeros o electrones).El volumen del colector es ligeramente superior al del emisor, se supone que la disipación de potencia es mayor. Esto afecta las condiciones de enfriamiento del dispositivo.
• En la base de datos, la concentración de impurezas es menor, por lo que la mayoría de la corriente inyectada no se recombina. La participación de los átomos externos en la red cristalina es mínima.
• El colector en la proporción de impurezas se encuentra a medio camino entre la base y el emisor. Los portadores de carga que han roto aquí deben recombinarse. La diferencia en la concentración de impurezas se convierte en la razón por la cual el colector y el emisor no pueden intercambiarse en el circuito eléctrico del dispositivo. La segunda razón es el hecho de que las áreas de las uniones pn no son las mismas. Desde el lado del coleccionista - más.

El ancho de la capa de barrera de la unión pn depende de la fracción de la impureza( aumenta con el aumento).Además, su penetración en el emisor, el colector y la base no es lo mismo. A la profundidad mínima, la capa de barrera se extiende hacia el material con una proporción máxima de impurezas. Es decir, el emisor. Los transistores bipolares de germanio son cosa del pasado, el silicio y sobre la base de arseniuro de galio vienen a reemplazarlo. Hoy en día, predominan dos tecnologías para la producción de dispositivos semiconductores: emitir:

1. Los transistores fusionados se fabrican, por ejemplo, fundiendo el germanio en una placa delgada( en su mayoría hecha del material especificado) de dos gotas de indio de varios tamaños. Los materiales muestran una temperatura diferente del líquido, es posible procesar los hornos. Debido a la difusión de los átomos, el indio se funde firmemente en germanio( punto de fusión de 940 grados centígrados).Luego los electrodos se sueldan al emisor, colector y base. Los transistores planares
2. son los más cercanos a la idea original de Shockley, sus dispositivos se llaman planos. A diferencia del famoso antes. Las capas deseadas se aplican sobre un sustrato plano utilizando varios métodos. Las máscaras de varias configuraciones se utilizan activamente para crear dibujos. La ventaja en la posibilidad de producción en masa de transistores en un solo sustrato, luego se corta en pedazos, cada uno se convierte en un dispositivo semiconductor separado.

En el curso de las manipulaciones tecnológicas descritas anteriormente, los pasos del ciclo de producción se utilizan activamente:

1. El método de difusión permite un control preciso de las dimensiones geométricas de la unión pn, lo que resulta en una mejor repetibilidad y precisión. Para crear un transistor semiconductor en una atmósfera de gas "noble" que se calienta hasta el punto de liquidus, las impurezas que flotan alrededor se depositan fácilmente en la superficie. Se produce la difusión. Por la dosificación de la presión de vapor parcial de las impurezas y la duración de la operación, la profundidad de penetración de los átomos en el material base( sustrato) varía. A veces se produce difusión durante el proceso de fusión. El momento está determinado por la selección exacta del régimen de temperatura.
2. Epitaxy es el proceso de hacer crecer un cristal del tipo deseado en un sustrato. La deposición puede ocurrir a partir de la solución o el gas. La pulverización por vacío también pertenece a esta clase de tecnologías: la electrólisis está un poco separada, basada en el principio de construir capas bajo la acción de la corriente. Las técnicas de litografía
3. se utilizan a menudo para obtener una máscara determinada. Por ejemplo, se aplica una fotoprotección sobre el sustrato, cuyas islas desaparecen bajo la acción del desarrollador. La radiación formativa es filtrada por una máscara de material opaco. El proceso de fotolitografía recuerda a todos los fotógrafos profesionales, liderando independientemente el procesamiento de la película.

Los directorios a menudo indican dos o más términos clave que describen el ciclo de producción de un transistor bipolar.

notación de transistor El sistema de notación de transistor

OCT 11-0948 se emite para dispositivos semiconductores, y establece estándares para los transistores bipolares también. En primer lugar, se indica el material, que determina en gran medida los modos de temperatura de operación y los parámetros, luego el marcado digital, que determina la potencia, la frecuencia y otras cualidades del transistor bipolar. La característica de voltios-amperios y la ganancia de corriente se encuentran entre los principales parámetros en los libros de referencia.