Bipolaire transistor

Een bipolaire transistor is een elektrische halfgeleiderinrichting die wordt gebruikt voor het versterken van een signaal en een aantal andere doelen waarin stroom wordt geproduceerd door de beweging van dragers van beide tekens. In zijn huidige vorm werd het product in 1947 door William Shockley voorgesteld en gepatenteerd.

De geschiedenis van de ontwikkeling van de eerste transistoren

De neigingen worden overgenomen, dit wordt geïllustreerd door het voorbeeld van William Bradford Shockley. De zoon van een mijningenieur en een van de eerste vrouwen-inspecteurs in de Verenigde Staten. Specifieke combinatie. Op zijn 22e ontving hij een bachelordiploma, stopte daar niet en in 1936 werd hij doctor in de filosofie. De titel toegekend door het Massachusetts Institute of Technology betekent niet dat Shockley Nietzsche en Aristoteles heeft bestudeerd. De mate geeft de aanwezigheid van een scriptie op het gebied van een grote lijst van wetenschappen. De bizarre naam is een eerbetoon aan de traditie, toen de filosofie in de middeleeuwen een breed scala aan kwesties behandelde, terecht beschouwd als de voorvechter van andere richtingen van de koers van het wetenschappelijk denken.

De bedoeling van het werk was om de elektronische niveaus van natriumchloride te bestuderen. De bandentheorie, die de processen in de materialen verklaarde, werd juist steeds populairder. Volgens de theorie kan elk elektron in een kristal een unieke staat bezetten die eigen is aan dit deeltje, met een bepaalde energie- en spinrichting. In overeenstemming met de presentatie van de gradatie gaan ze met een zekere discretie in de valentieband( verbonden met de kern), daarnaast is er een verboden regio waar de deeltjes niet het recht hebben om te settelen. Uit de laatste these wordt de uitzondering beschouwd als onzuiverheidshalfgeleiders, die de basis zijn geworden voor het creëren van solid-state elektronica, inclusief bipolaire transistors.

Bella Shockley is in het lab gekomen voor nieuwsgierige ideeën op het gebied van het ontwerpen van kernreactoren. Uranus in zijn pure vorm werd al lang daarvoor ontdekt, voor de eerste keer door het voorbeeld van het element Becquerel, ontdekte radioactiviteit. Hij probeerde de metaalkernen te bombarderen met neutronen in de vroege jaren 30( XX eeuw) van Enrico Fermi, het doel was om transuraniumelementen te verkrijgen. Later bleek dat radioactief verval gelijktijdig optreedt met het vrijkomen van energie buiten. Shockley besloot om U-235 te bombarderen om een ​​nieuwe bron van hoog vermogen te krijgen. Tijdens de Tweede Wereldoorlog, bezig met onderzoek om de mogelijke landinvasie van Japan te beoordelen, droegen de verzamelde gegevens grotendeels bij aan het besluit van Truman om een ​​atoombom op Hiroshima te laten vallen.

Bella Lab heeft een directe taak voor Shockley - om een ​​alternatief te vinden voor volumineuze buizenversterkers. Dit zou ruimtebesparing betekenen en de geboorte van een nieuwe generatie apparaten die in oorlogsomstandigheden kunnen functioneren. Het is geen geheim dat de militaire prestaties van de USSR aan de andere kant van de oceaan werden gewaardeerd. Shockley werd aangesteld als de brigade manager, die de taak versloeg, waaronder, onder andere, de makers van de eerste punttransistor:

1. John Bardeen;
2. Walter Hauser Brattein.

Lezers weten al van een puntdiode op basis van een kristaldetector, maar wat vertegenwoordigde de transistor? Dit is een veldapparaat: twee elektroden worden toegepast op een p-type halfgeleidergebied en gescheiden door een diëlektrische wig. De dikte van de barrièrelaag varieert van basis. De stuurelektrode aangebracht op het n-gebied onder een positieve potentiaal put het overgangsgebied in hoge mate uit, en er vloeit geen stroom. Historisch gezien wordt de eerste transistor beschouwd als een veldtransistor.

Het ontwerp bleek specifiek te zijn. Gouden contactvlakken worden bijvoorbeeld door een veer tegen een germanium pnn-verbindingskristal gedrukt, meer als een laboratoriumopstelling, in plaats van een volledig uitgerust apparaat voor militair materieel. Gemonteerd met briefpapierclips en giftige elektrolytlijm. Maar het apparaat in de toekomst zal de naam Silicon Valley geven. Er was strijd tussen wetenschappers, omdat de veldentheorie van Shockley, gebruikt in de transistor, niet hielp om het apparaat te creëren, bovendien werd het genoemd in het Canadese octrooi van 1925 voor Lilienfeld. Als gevolg hiervan gooit Bell Lab de naam van William uit de lijst met videomakers bij het opstellen van papers.

Het is opmerkelijk dat de structuur van de MESFET( veldeffecttransistor) voorgesteld door Lilienfeld niet functioneerde. Maar de ideeën op kantoor werden geaccepteerd en Bell Labs had moeite met het indienen van aanvragen. Het is een paradox, maar wetenschappers konden alleen het ontwerp van Bardeen en Brattein patenteren - niets meer. De rest heeft lang bestaan ​​als een concept in de tijd van 1946.Shockley besloot dat het lot met de uitvinder nog een grapje speelde na alle mislukkingen. Het bedrijf van Bella doet echter concessies, en het is algemeen aanvaard dat William de eerste persoon voor de pers is.

Shockley begint aan zijn eigen richting te werken en probeert tegelijkertijd de situatie recht te zetten. Dit laatste levert geen positieve resultaten op, maar de eerste leidt tot de creatie van een apparaat dat vandaag de dag bekend staat als een bipolaire transistor. Als hij door een aantal constructies kijkt, vindt hij op 1 januari 1948 de juiste, maar realiseert hij dat niet meteen. Vervolgens komt Shockley op het idee dat de stroom niet alleen wordt gevormd door de belangrijkste ladingsdragers.

Het principe van de werking van een bipolaire transistor, temperatuurmodi

Het door Shockley geschetste concept brengt het team tot razernij: hij werkte jarenlang achter de rug van zijn collega's! Maar het idee was succesvol. Als de basishalfgeleider dun is, worden de geïnjecteerde minderheidsladingsdragers gedeeltelijk opgevangen door het collectorveld. Daar worden ze al groot en nemen ze deel aan het creëren van elektrische stroom. Het proces wordt bestuurd door een basisveld, het aantal doorgestuurde ladingdragers is evenredig met de aangelegde spanning.

In feite werkt de pn-collectorovergang in de doorslagmodus. Temperaturen worden volledig bepaald door de materialen. Germaniumtransistors kunnen niet functioneren bij temperaturen boven 85 graden Celsius, en wanneer de referentiewaarde eenmaal is overschreden, keert de daaropvolgende afkoeling van het apparaat niet terug naar het werk. Silicium kan bijna twee keer de hitte weerstaan. Frequente kopieën van transistors die kunnen functioneren op 150 graden Celsius, maar een minus in een relatief grote spanningsdaling op de pn-overgang.

Het blijkt dat de ontwerper op zoek is naar de meest geschikte transistoren om een ​​elektrisch circuit te creëren volgens de bestaande omstandigheden. Berekening van de vermogensdissipatie wordt uitgevoerd, indien nodig worden de elementen aangevuld met massieve radiatoren. De maximale temperatuur wordt geselecteerd met een redelijke marge om oververhitting te voorkomen. Halfgeleiders hebben duidelijke weerstand, worden uitsluitend in technologie gebruikt voor het oplossen van specifieke problemen. Bijvoorbeeld bij het maken van een pn-overgang. Anders, hoe dikker de laag materiaal, hoe groter het verlies van actieve ohmse weerstand. We geven een duidelijk voorbeeld: de resistiviteit van germanium overtreft de waarde van de analoge parameter van koper( metaal) 30 miljoen keer. Bijgevolg zullen de verliezen toenemen( en verwarmen) volgens het aangegeven figuur.

Dus de halfgeleiderlaag is klein. Hoe breng je dit in de praktijk? Vergeet tijdelijk niets over de paperclips die in het eerste ontwerp zijn gebruikt, laten we ons wenden tot moderne technologie. Bij de vervaardiging van een bipolaire transistor worden de volgende regelmatigheden gehandhaafd:

• Het emittermateriaal dient om de hoofddragers in de basis te injecteren, waar ze door het veld zullen worden ingevangen. Daarom worden halfgeleiders met een grote hoeveelheid onzuiverheden gebruikt. Dit zorgt voor de creatie van een groot aantal vrije dragers( gaten of elektronen).Het volume van de collector is iets hoger dan dat van de emitter, de vermogensdissipatie wordt verondersteld groter te zijn. Dit beïnvloedt de koelcondities van het apparaat.
• In de database is de concentratie van onzuiverheden lager, zodat het grootste deel van de geïnjecteerde stroom niet recombineert. Het aandeel van externe atomen in het kristalrooster is minimaal.
• De collector in de hoeveelheid onzuiverheden bevindt zich halverwege tussen de basis en de emitter. De ladingdragers die hier zijn doorgebroken, moeten opnieuw combineren. Het verschil in de concentratie van onzuiverheden wordt de reden waarom de collector en de emitter niet kunnen worden uitgewisseld in het elektrische circuit van de inrichting. De tweede reden is het feit dat de gebieden van pn-overgangen niet hetzelfde zijn. Van de zijkant van de verzamelaar - meer.

De breedte van de barrièrelaag van de pn-overgang hangt af van de fractie van de onzuiverheid( neemt toe met toenemend).Bovendien is de penetratie in de emitter, collector en basis niet hetzelfde. Tot de minimale diepte strekt de barrièrelaag zich uit tot in het materiaal met een maximale hoeveelheid onzuiverheden. Dat wil zeggen, de zender. Germanium bipolaire transistoren behoren tot het verleden, silicium en op basis van galliumarsenide komen deze vervangen. Tegenwoordig domineren twee technologieën voor de productie van halfgeleiderelementen: uitstoten:

1. Gefuseerde transistoren worden gemaakt door germanium bijvoorbeeld te smelten tot een dunne plaat( meestal gemaakt van het gespecificeerde materiaal) van twee indiumdruppels van verschillende groottes. De materialen vertonen een verschillende liquidustemperatuur, het wordt mogelijk om de ovens te verwerken. Vanwege de diffusie van atomen is indium stevig gesmolten tot germanium( smeltpunt 940 graden Celsius).Vervolgens worden elektroden gesoldeerd aan de emitter, collector en basis.
2. Vlakke transistors komen het dichtst in de buurt van het oorspronkelijke idee van Shockley, zijn apparaten gewoon flat genoemd. In tegenstelling tot de beroemde eerder. De gewenste lagen worden op verschillende manieren op een vlak substraat aangebracht. Maskers met verschillende configuraties worden actief gebruikt om tekeningen te maken. Het voordeel in de mogelijkheid van massaproductie van transistors op een enkel substraat, dan wordt het in stukken gesneden, elk wordt een afzonderlijke halfgeleiderinrichting.

In de loop van de hierboven beschreven technologische manipulaties worden de stappen in de productiecyclus actief gebruikt:

1. De diffusiemethode maakt een precieze controle van de geometrische afmetingen van de pn-overgang mogelijk, wat resulteert in betere herhaalbaarheid en nauwkeurigheid. Het creëren van een halfgeleidertransistor in een atmosfeer van "edel" gas wordt verwarmd tot het liquiduspunt, verontreinigingen die rondzweven worden gemakkelijk op het oppervlak afgezet. Diffusie vindt plaats. Door de dosering van de partiële dampspanning van onzuiverheden en de duur van de bewerking varieert de indringdiepte van atomen in het basismateriaal( substraat).Soms vindt diffusie plaats tijdens het fusieproces. Het moment wordt bepaald door de exacte selectie van het temperatuurregime.
2. Epitaxy is het proces waarbij een kristal van het gewenste type op een substraat wordt gegroeid. Depositie kan optreden vanuit oplossing of gas. Vacuüm sputteren behoort ook tot deze klasse van technologieën, elektrolyse is een beetje uit elkaar, gebaseerd op het principe van het opbouwen van lagen onder de actie van stroom.
3. Lithografietechnieken worden vaak gebruikt om een ​​bepaald masker te verkrijgen. Er wordt bijvoorbeeld een fotoresist op het substraat aangebracht, waarvan de eilanden verdwijnen onder de actie van de ontwikkelaar. Vormende straling wordt gefilterd door een masker van ondoorzichtig materiaal. Het fotolithografieproces herinnert aan de bekendheid bij elke professionele fotograaf en leidde onafhankelijk de verwerking van de film.

De mappen geven vaak twee of meer sleutelbegrippen aan die de productiecyclus van een bipolaire transistor beschrijven.

-transistornotatie

-transistornotatiesysteem OCT 11-0948 wordt uitgegeven voor halfgeleiderapparaten, en stelt ook standaarden vast voor bipolaire transistors. In de eerste plaats wordt het materiaal aangegeven dat grotendeels de temperatuurmodi van werking en parameters bepaalt, en vervolgens de digitale markering, die het vermogen, de frequentie en andere kwaliteiten van de bipolaire transistor bepaalt. De volt-ampere-karakteristiek en stroomversterking behoren tot de belangrijkste parameters in de naslagwerken.