Bipolaarne transistor

Bipolaarne transistor on elektriline pooljuht seade, mida kasutatakse signaali võimendamiseks ja paljude muude eesmärkide saavutamiseks, milles voolu tekitab mõlema märgi kandjate liikumine. Oma praegusel kujul pakkus ja patenteeris toode 1947. aastal William Shockley.

Esimese transistori

arengu ajalugu: kalduvused on päritud, seda illustreerib William Bradford Shockley näide. Kaevandusinseneri poeg ja üks esimesi naisuurijaid Ameerika Ühendriikides. Spetsiifiline kombinatsioon. Kell 22 sai ta bakalaureusekraadi, ei peatunud ja 1936. aastal sai ta filosoofiaarstiks. Massachusettsi Tehnoloogiainstituudi antud tiitel ei tähenda, et Shockley õppis Nietzsche'i ja Aristotelese. Kraad näitab väitekirja olemasolu suure teaduste nimekirja valdkonnas. Kummaline nimi on austust traditsioonile, kui keskaja filosoofia käsitles mitmesuguseid küsimusi, peeti õigustatult teiste teadusliku mõtte suundade eellaseks.

Töö mõte oli uurida naatriumkloriidi elektroonilisi tasemeid. Bänditeooria, mis selgitas materjalides toimuvaid protsesse, oli lihtsalt populaarsus. Teooria kohaselt suudab ükskõik milline kristall kristall hõivata selle osakese jaoks omase unikaalse oleku, millel on teatud energia ja spin suund. Vastavalt astmestiku esitlusele on valentsiribas( tuumaga seotud) teatud diskreetsus, lisaks on keelatud piirkond, kus osakestel ei ole lubatud asuda. Viimasest väitekirjast loetakse erandiks lisandite pooljuhtid, mis on muutunud aluseks tahkis-elektroonika, sealhulgas bipolaarse transistori loomisele.

Bella Shockley sattus laborisse uudishimulikke ideid tuumareaktorite projekteerimise valdkonnas. Uranus puhtas vormis avastati ammu enne seda, esmakordselt elementi Becquereli näitel avastati radioaktiivsus. Enrico Fermi 30ndate( XX sajandil) alguses püüdis ta metalli tuumasid neutronitega pommitada, eesmärgiga saada transuraanielemente. Hiljem selgus, et radioaktiivne lagunemine toimub samaaegselt energia vabanemisega väljaspool. Shockley otsustas pommida U-235, et saada uus suure võimsuse allikas. Teise maailmasõja ajal, mis tegeles teadusuuringutega Jaapani võimaliku sissetungi hindamiseks, aitasid kogutud andmed oluliselt kaasa Trumani otsusele tuua aatomipomm Hirosimaale.

Bella Lab on loonud Shockley jaoks otsese ülesande - leida alternatiiv suurte torude võimendajatele. See tähendaks ruumi säästmist ja uue põlvkonna seadmete tekkimist, mis on võimelised sõja tingimustes töötama. Pole saladus, et NSV Liidu sõjalised saavutused on osutunud ookeani vastaspoole väärtuslikuks. Shockley nimetati brigaadihalduriks, kes peksis ülesande, mis sisaldas muu hulgas esimese punkti transistori loojaid:

1. John Bardeen;
2. Walter Hauser Brattein.

lugejad teavad juba punktdioodil, mis põhineb kristalldetektoril, kuid mida transistor esindas? See on välisseade: kaks elektroodi kantakse p-tüüpi pooljuhtide alale ja eraldatakse dielektrilise kiiluga. Tõkkekihi paksus varieerub baasist. Positiivse potentsiaaliga n-regioonile rakendatud kontrollelektrood kahandab oluliselt üleminekupiirkonda ja ei voola. Ajalooliselt peetakse esimest transistorit välitransistoriks.

Disain osutus spetsiifiliseks. Näiteks pressitakse kuldse kontaktpadjakese abil kevadel germanium pnn ristmik kristallile, pigem laboratoorsele seadistusele kui sõjalise varustuse täielikule seadmele. Koostatud kirjatarvete klambritega ja mürgise elektrolüüdi liimiga. Kuid tulevikus annab seade Silicon Valley nime. Teadlaste vahel oli vaidlusi, sest transistoris kasutatav Shockley väliteadus ei aidanud seadet luua ja seda mainiti 1925. aasta Kanada Lilienfeldi patendis. Selle tulemusena viskab Bell Lab paberite loomisel Williami nime loojate loendist välja.

On tähelepanuväärne, et Lilienfeldi pakutud MESFET-i( väljatransistor) struktuur ei toimi. Kuid büroo ideed võeti vastu ja Bell Labsil oli raskusi taotluste esitamisel. See on paradoks, kuid teadlased võisid patendida ainult Bardeeni ja Bratteini disaini - midagi enamat.Ülejäänud on juba 1946. aasta mõttes kontseptsioonina eksisteerinud. Shockley otsustas, et saatus mängis leiutajaga veel ühe vea pärast kõiki rikkeid. Bella firma teeb siiski kontsessioone ja on üldiselt aktsepteeritud, et William on esimene ajakirjanik.

Shockley hakkab töötama oma suunas, püüdes samal ajal olukorda parandada. Viimane ei anna positiivseid tulemusi, kuid esimene viib sellise seadme loomiseni, mida tänapäeval maailmas tuntakse bipolaarse transistorina. Vaadates mitmeid konstruktsioone, leiab ta 1. jaanuaril 1948 õige, kuid ei tea kohe seda. Seejärel tuleb Shockley idee, et voolu ei moodusta mitte ainult peamised laengukandjad.

Bipolaarse transistori tööpõhimõte, temperatuuri režiimid

Shockley poolt esitatud kontseptsioon toob meeskonna hulluks: aastaid töötas ta oma kolleegide taga! Kuid idee oli edukas. Kui baaspooljuht on õhuke, siis kogutud vähemuslaengu kandjad on osaliselt kogutud kollektorivälja. Seal on nad juba muutumas suureks, osaledes elektrivoolu loomisel. Protsessi juhitakse baasiväljaga, mille läbilaskvate laadimiskandjate arv on proportsionaalne rakendatava pingega.

Tegelikult toimib pn-kollektori ühendus ristmiku režiimis. Temperatuuri määravad täielikult materjalid. Germanium transistorid ei suuda töötada temperatuuril üle 85 kraadi Celsiuse juures ja pärast kontrollväärtuse ületamist ei naase seadme järgnev jahutamine tööle. Räni võib taluda peaaegu kaks korda soojust.150 kraadi juures töötavate transistorite sagedased koopiad, kuid miinus pn-ristmikul suhteliselt suurel pingelangusel.

Tuleb välja, et disainer otsib olemasolevaid tingimusi arvestades kõige sobivamaid transistoreid elektrikontuuri loomiseks. Võetakse läbi võimsuse hajutamise arvutamine, vajadusel täiendatakse elemente massiivsete radiaatoritega.Ülekuumenemise vältimiseks valitakse maksimaalne temperatuur õiglase varuga. Pooljuhtidel on ilmne vastupanu, neid kasutatakse tehnoloogias ainult konkreetsete probleemide lahendamiseks. Näiteks pn-ülemineku loomisel. Vastasel juhul on paksem materjali kiht, seda suurem on aktiivse ohmikakindluse kadumine. Anname selge näite: germeeni takistus ületab 30 miljonit korda analoogse vase( metalli) parameetri väärtuse. Järelikult suurenevad( ja kuumenevad) kaod vastavalt joonisele.

Nii on pooljuhtkiht väike. Kuidas seda praktikas rakendada? Unusta ajutiselt esimeses disainis kasutatavad klambrid, pöörduge nüüd kaasaegse tehnoloogia poole. Bipolaarse transistori valmistamisel säilitatakse järgmised seaduspärasused:

• Emittermaterjal on mõeldud peamiste kandjate süstimiseks baasi, kus need põllu jäädvustavad. Seetõttu kasutatakse suure osa lisanditega pooljuhte. See tagab suure hulga vabade kandjate( aukude või elektronide) loomise. Kollektori maht on pisut kõrgem emitteri mahust, eeldatakse, et võimsuse hajutamine on suurem. See mõjutab seadme jahutamistingimusi.
• Andmebaasis on lisandite kontsentratsioon madalam, nii et enamik süstitud voolust ei koondu. Väliste aatomite osakaal kristallvõrgus on minimaalne.
• Saasteainete osakaalu kogumine asub baasi ja emitteri vahel. Siin läbitud laengukandjad peavad rekombineeruma. Lisandite kontsentratsiooni erinevus muutub põhjuseks, miks kollektorit ja emitterit ei saa seadme elektrilülituses vahetada. Teine põhjus on asjaolu, et pn-ristmike piirkonnad ei ole samad. Koguja küljelt - rohkem.

Pn-ristmiku tõkkekihi laius sõltub lisandi fraktsioonist( suureneb koos suurenemisega).Pealegi ei ole selle levik emitterisse, kollektorisse ja baasi sama. Minimaalsele sügavusele ulatub tõkkekiht materjalisse maksimaalse lisandite osakaaluga. See tähendab, et emitter. Germaanium bipolaarsed transistorid on minevik, räni ja gallium arseeni baasil tulevad selle asendama. Tänapäeval domineerivad kaks pooljuhtseadmete tootmistehnoloogiat: emitatsioon:

1. Sulatatud transistorid valmistatakse näiteks sulatades germanium õhukeseks plaadiks( peamiselt valmistatud materjalist) kahest erineva suurusega indiumitilvest. Materjalidel on erinev vedeliku temperatuur, ahjude töötlemine on võimalik. Aatomite difusiooni tõttu sulatatakse indium kindlalt germaniumiks( sulamistemperatuur 940 ° C).Seejärel joodetakse elektroodid emitteri, kollektori ja aluse külge.
2. Planar transistorid on Shockley algsele ideele kõige lähemal, tema seadmed lihtsalt nimetasid korterit. Erinevalt varem tuntud kuulsusest. Soovitud kihid kantakse lamedale substraadile, kasutades erinevaid meetodeid. Jooniste loomiseks kasutatakse aktiivselt erinevaid konfiguratsioone.Ühest substraadist transistoride masstootmise võimaluse eelis, siis lõigatakse tükkideks, millest igaüks saab eraldi pooljuhtseadmeks.

Ülalkirjeldatud tehnoloogiliste manipulatsioonide käigus kasutatakse aktiivselt tootmistsükli etappe:

1. Difusioonimeetod võimaldab pn-ristmiku geomeetriliste mõõtmete täpset juhtimist, mille tulemuseks on parem korratavus ja täpsus. Pooljuhtide transistori loomiseks "üllas" gaasi atmosfääris kuumutatakse vedelikupunkti, ümber ujuvad ujuvad kergesti pinnale. Tekib difusioon. Lisandite osalise aururõhu annuse ja operatsiooni kestuse tõttu varieerub aatomite tungimine põhimaterjali( substraat) sisse. Mõnikord toimub fusiooni käigus difusioon. Hetke määrab temperatuuri režiimi täpne valik.
2. Epitaoksü on soovitud tüüpi kristallide kasvamise protsess substraadile. Sadestumine võib toimuda lahusest või gaasist. Sellesse tehnoloogiatesse kuulub ka vaakumfiltreerimine, elektrolüüs on mõnevõrra üksteisest lahus, mis põhineb kihtide tekitamise põhimõttel. Antud maski saamiseks kasutatakse sageli
3. litograafiatehnikat. Näiteks kantakse substraadile fotoresist, mille saared kaob arendaja toimel. Formatiivne kiirgus filtreeritakse läbipaistmatu materjali maskiga. Fotolitograafia protsess meenutab igale professionaalsele fotograafile tuttavaid, juhtides sõltumatult filmi töötlemist.

Kataloogid osutavad sageli kahele või enamale bipolaarse transistori tootmistsüklit kirjeldavale põhiterminile.

transistori märkimine

transistori märgistussüsteem OCT 11-0948 on väljastatud pooljuhtseadmetele, seades ka standardid bipolaarsetele transistoridele. Esiteks on näidatud materjal, mis määrab suures osas töötamisrežiimid ja parameetrid, seejärel digitaalne märgistus, mis määrab bipolaarse transistori võimsuse, sageduse ja muud omadused. Volt-ampe karakteristik ja voolutugevus on võrdlusraamatute peamiste parameetrite hulgas.