Bipoláris tranzisztor

A bipoláris tranzisztor egy elektromos félvezető eszköz, amelyet egy jel erősítésére és számos más célra erősítenek, amelyben az áramot a két jel hordozóinak mozgása generálja. Jelenlegi formájában a terméket William Shockley 1947-ben javasolta és szabadalmaztatta.

Az első

tranzisztorok fejlődésének története A hajlamok öröklődnek, ezt illusztrálja William Bradford Shockley példája. A bányászati ​​mérnök fia és az Egyesült Államok első női felmérője. Speciális kombináció.22-kor főiskolai diplomát szerzett, ott nem állt meg, és 1936-ban filozófiai orvos lett. A Massachusetts Institute of Technology által odaítélt cím nem jelenti azt, hogy a Shockley Nietzsche-t és Arisztotelészt tanulmányozta. A fokozat jelzi a disszertáció jelenlétét a nagy tudományok listáján. A bizarr név a hagyomány tisztelete, amikor a középkorban a filozófia számos kérdéssel foglalkozott, jogosan tekintve a tudományos gondolkodás más irányainak elődjének.

A munka jelentése a nátrium-klorid elektronikus szintjének tanulmányozása volt. A zenekarelmélet, amely elmagyarázta az anyagokban zajló folyamatokat, csak egyre népszerűbb lett. Az elmélet szerint a kristály bármelyik elektronja képes arra, hogy az adott részecskére jellemző egyedi állapotot foglaljon el, bizonyos energiával és centrifugálással. A gradáció bemutatásának megfelelően a valencia sávban( a maghoz kötődő) van bizonyos diszkréció, továbbá van egy tiltott terület, ahol a részecskék nem engedhetnek le. Az utolsó tézisből kitűnik, hogy a kivétel szennyező félvezetőknek tekinthető, amelyek a szilárdtest-elektronika, beleértve a bipoláris tranzisztorokat is, létrehozásának alapjává váltak.

Bella Shockley a laboratóriumban kíváncsi ötleteket kapott a nukleáris reaktorok tervezése terén. A tiszta formájú uránt már régen felfedezték, hogy először a Becquerel elem példáján felfedezték a radioaktivitást. Enrico Fermi 30-as évek elején( XX. Század) megpróbált bombázni a neutronokkal rendelkező fémmagokat, a cél az volt, hogy transzurán elemeket szerezzen be. Később kiderült, hogy a radioaktív bomlás párhuzamosan történik a külső energiával való kibocsátással. A Shockley úgy döntött, hogy az U-235 bombát bombázza annak érdekében, hogy új forrást kapjon. A második világháború alatt, amely a Japán lehetséges földrengésének felmérésére irányult, az összegyűjtött adatok nagyrészt hozzájárultak Truman döntéséhez, hogy egy atom bombát Hirosima-ba helyeznek.

A Bella Lab közvetlen feladatot hozott a Shockley számára - hogy alternatívát találjon a nagyméretű csőerősítőkre. Ez azt jelenti, hogy helyet takarít meg és új háborúkban működőképes eszközök generációját. Nem titok, hogy a Szovjetunió katonai eredményeit az óceán másik oldalán értékelték. Shockley-t nevezték ki a brigádvezetőnek, aki a feladatot verte, amely többek között az első pont tranzisztor alkotóit is magában foglalta:

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

olvasók már ismerik a kristályérzékelőn alapuló pont diódát, de mit jelentett a tranzisztor? Ez egy terepi eszköz: két elektróda egy p-típusú félvezető területre van felhordva és elválasztva egy dielektromos ékkel. A záróréteg vastagsága a bázistól függően változik. A pozitív potenciállal rendelkező n-régióra alkalmazott kontroll elektróda nagymértékben kimeríti az átmeneti régiót, és nincs áramáram. Történelmileg az első tranzisztort terepi tranzisztornak tekintjük.

A design specifikusnak bizonyult. Például az aranyérintkezős párnákat egy rugó segítségével préseljük egy germánium pnn csomópont kristályhoz, inkább egy laboratóriumi beállításhoz, mint egy katonai felszereléshez használt teljes eszköz. Irodaszer klipekkel és mérgező elektrolit ragasztóval összeszerelve. A készülék azonban a jövőben megadja a Szilícium-völgy nevét. A tudósok között vitatkozott, mert a Shockley-féle elmélet, amelyet a tranzisztorban alkalmaztak, nem segített létrehozni az eszközt, és az 1925-es kanadai Lilienfeld-szabadalomban említették. Ennek eredményeként a Bell Lab a papírok létrehozásakor dobja William nevét az alkotók listájából.

Érdemes megjegyezni, hogy a Lilienfeld által javasolt MESFET( terepi hatású tranzisztor) szerkezete nem működött. De az irodai ötletek elfogadásra kerültek, és a Bell Labs-nek nehézségei voltak a kérelmek benyújtásában. Ez paradoxon, de a tudósok csak Bardeen és Brattein terveit szabadalmaztatták - semmi több. A többiek már régóta fogalomként léteztek 1946-ban. Shockley úgy döntött, hogy a sors a feltalálóval egy másik viccet játszott a hibák után. Bella cége azonban engedményeket tesz, és általánosan elfogadott, hogy William az első személy a sajtó számára.

A Shockley a saját irányába kezd dolgozni, és ezzel egyidejűleg próbál megoldani a helyzetet. Ez utóbbi nem ad pozitív eredményt, de az első olyan eszköz létrehozásához vezet, amely ma a világnak bipoláris tranzisztor néven ismert. Számos konstrukción keresztül, 1948. január 1-jén találja meg a megfelelőt, de nem ismeri fel azonnal. Ezt követően a Shockley azt gondolja, hogy az áramot nem csak a fő töltőhordozók alkotják.

A bipoláris tranzisztor működési elve, hőmérsékleti feltételek

A Shockley által felvázolt koncepció a csapatot őrületbe hozza: évek óta munkatársainak háta mögött dolgozott! De az ötlet sikeres volt. Ha az alap félvezető vékony, az injektált kisebbségi töltőhordozót részben a kollektormező rögzíti. Ott már egyre nagyobbak, és részt vesznek az elektromos áram létrehozásában. Az eljárást egy bázismező vezérli, az áttörött töltőhordozók száma arányos az alkalmazott feszültséggel.

Valójában a pn-kollektor csomópont megszakítási üzemmódban működik. A hőmérsékletet az anyagok határozzák meg. A germánium tranzisztorok nem képesek 85 Celsius-fok feletti hőmérsékleten működni, és ha a referenciaérték meghaladja, a készülék későbbi hűtése nem tér vissza a munkába. A szilícium csaknem kétszer is ellenáll a hőnek. A 150 ° C-on működőképes tranzisztorok gyakori másolatai, de a pn-csomóponton viszonylag nagy feszültségesés mínusz.

Kiderül, hogy a tervező keresi a legmegfelelőbb tranzisztorokat az áramkör létrehozásához a meglévő feltételeknek megfelelően. A teljesítményeloszlás kiszámítása, ha szükséges, az elemeket masszív radiátorok egészítik ki. A túlmelegedés megakadályozása érdekében a maximális hőmérsékletet megfelelő árrésszel választjuk ki. A félvezetőknek nyilvánvaló ellenállása van, a technológiában kizárólag speciális problémák megoldására használják. Például pn-átmenet létrehozásakor. Ellenkező esetben minél vastagabb az anyagréteg, annál nagyobb az aktív ohmos ellenállás elvesztése. Világos példa: a germánium ellenállása meghaladja a réz( fém) analóg paraméterének értékét 30 millió alkalommal. Következésképpen a veszteségek( és a hő) növekedni fognak a megadott érték szerint.

Tehát a félvezető réteg kicsi. Hogyan lehet ezt a gyakorlatban megvalósítani? Felejtsd el ideiglenesen az első kivitelben használt papírkapcsokat, forduljunk a modern technológiához. A bipoláris tranzisztorok gyártásakor a következő szabályszerűségeket tartják fenn:

• A kibocsátó anyag arra szolgál, hogy a fő vivőket a bázisba injektálja, ahol azokat a mező rögzíti. Ezért nagy mennyiségű szennyeződésű félvezetőt használnak. Ez nagyszámú szabad hordozó( lyuk vagy elektron) létrehozását biztosítja. A kollektor térfogata valamivel magasabb, mint a kibocsátóé, a teljesítményszórás nagyobbnak tekinthető.Ez befolyásolja a készülék hűtési körülményeit.
• Az adatbázisban a szennyeződések koncentrációja alacsonyabb, így az injektált patak nagy része nem rekombinálódik. A külső atomok aránya a kristályrácsban minimális.
• A szennyeződések arányában lévő kollektor a bázis és az emitter között helyezkedik el. Az itt áthaladó töltőhordozóknak újra kell rekombinálniuk. A szennyeződések koncentrációjának különbsége az oka annak, hogy a kollektor és az emitter nem cserélhető az eszköz elektromos áramkörében. A második ok az, hogy a pn-csomópontok területei nem azonosak. A kollektor oldaláról - több.

A pn-csomópont zárórétegének szélessége a szennyeződés töredékétől függ( növekszik).Ezen túlmenően az emitterbe, a kollektorba és a bázisba való behatolása nem azonos. A minimális mélységig a záróréteg a szennyeződések maximális arányával terjed ki az anyagba. Vagyis a kibocsátó.A germánium-bipoláris tranzisztorok a múlté, a szilícium és a gallium-arzenid alapján jönnek helyettesítésre. Napjainkban a félvezető eszközök gyártására két technológia dominál: emitál:

1. A kondenzált tranzisztorokat például úgy állítják elő, hogy germániumot olvasztanak két különböző méretű indiumcseppre( többnyire a megadott anyagból készült).Az anyagok eltérő folyadékhőmérsékletet mutatnak, lehetővé válik a kemencék feldolgozása. Az atomok diffúziójának köszönhetően az indium germániumba szilárdan olvad( olvadáspontja 940 ° C).Ezután az elektródákat az emitterhez, a kollektorhoz és az alaphoz forrasztjuk. Az
2. Planar tranzisztorok közelebb állnak a Shockley eredeti elképzeléséhez, a készülékei csak laposnak nevezték. Ellentétben a korábbi hírességekkel. A kívánt rétegeket sík hordozóra visszük fel különböző módszerekkel. A rajzok létrehozásához aktívan használják a különböző konfigurációk maszkjait. Az egyetlen hordozón lévő tranzisztorok tömegtermelésének lehetősége, majd darabokra vágva, mindegyik különálló félvezető eszközré válik.

A fent leírt technológiai manipulációk során aktívan használják a termelési ciklus lépéseit:

1. A diffúziós módszer lehetővé teszi a pn-csomópont geometriai méreteinek pontos vezérlését, ami jobb ismételhetőséget és pontosságot eredményez. Félvezető tranzisztor létrehozása a "nemes" gáz atmoszférájában a folyadékhőmérsékletre melegszik, a körülötte lebegő szennyeződések könnyen lerakódnak a felszínre. Diffúzió történik. A szennyeződések részleges gőznyomásának adagolásával és a művelet időtartamával az atomok alapanyagba( szubsztrátumba) való behatolásának mélysége változik. Néha diffúzió történik a fúziós folyamat során. A pillanatot a hőmérsékleti rendszer pontos kiválasztása határozza meg. Az
2. Epitaxy az a folyamat, amely a kívánt típusú kristályt szubsztrátumra emeli. Lerakódás történhet oldatból vagy gázból. A vákuumszórás szintén a technológiák ebbe a csoportjába tartozik, az elektrolízis egy kicsit szétválik, alapja a rétegek felépítésének az áram hatása alatt. Az
3. litográfiai technikákat gyakran használják egy adott maszk előállításához. Például egy fotoreziszt alkalmazunk a hordozóra, amelynek szigetei a fejlesztő hatására eltűnnek. A képződő sugárzást átlátszatlan maszk segítségével szűrjük. A fotolitográfia folyamata minden professzionális fotós számára ismerős, a film feldolgozását függetlenül vezeti.

A könyvtárak gyakran két vagy több kulcsfogalmat jeleznek, amelyek leírják a bipoláris tranzisztor termelési ciklusát.

tranzisztoros jelölés

tranzisztor jelzőrendszer OCT 11-0948 félvezető eszközök számára van kiadva, a bipoláris tranzisztorok számára is. Először az anyagot jelölik, amely nagymértékben meghatározza a hőmérsékleti üzemmódokat és a paramétereket, majd a digitális jelölést, amely meghatározza a bipoláris tranzisztor teljesítményét, frekvenciáját és egyéb tulajdonságait. A referenciakönyvek fő paraméterei közé tartozik a feszültség-amper jellemző és az aktuális erősítés.