kategorier: Utvalgte artikler » Begynnerelektrikere
Antall visninger: 36288
Kommentarer til artikkelen: 3
Transistorer. Del 3. Hva transistorer er laget av
Artikkelens begynnelse: Transistor historie, Transistorer: formål, enhet og prinsipper for drift, Ledere, isolatorer og halvledere
Rene halvledere har samme mengde gratis elektroner og hull. Slike halvledere brukes ikke som fremstilt for fremstilling av halvlederanordninger i forrige del av artikkelen.
For produksjon av transistorer (i dette tilfellet betyr de også dioder, mikrokretsløp, og faktisk alle halvlederenheter), halvledere av n- og p-typer brukes: med elektronisk og hullkonduktivitet. I n-type halvledere er elektron de viktigste ladningsbærere og hull i halvledere av p-type.
Halvledere med den nødvendige type ledningsevne oppnås ved å dope (tilsette urenheter) til rene halvledere. Mengden av disse urenhetene er liten, men egenskapene til halvlederen endres utenfor gjenkjennelse.
tilsetningsstoffer
Transistorer ville ikke være transistorer hvis de ikke brukte tre og femkantede elementer, som brukes som legeringsforurensning. Uten disse elementene ville det rett og slett vært umulig å lage halvledere med forskjellig konduktivitet, å lage et pn (les pe - en) kryss og en transistor som helhet.
På den ene siden brukes indium, gallium og aluminium som trivalente urenheter. Deres ytre skall inneholder bare 3 elektroner. Slike urenheter fjerner elektroner fra atomene i halvlederen, med det resultat at ledningsevnen til halvlederen blir hull. Slike elementer kalles akseptanter - "taker."
På den annen side er dette antimon og arsen, som er pentavalente elementer. De har 5 elektroner i sin ytre bane. Inn i de smale rekkene av krystallgitteret kan de ikke finne et sted for den femte elektron, den forblir fri, og konduktiviteten til halvlederen blir elektron eller type n. Slike urenheter kalles givere - "giveren".
Figur 1 viser en tabell over kjemiske elementer som brukes i produksjonen av transistorer.
Figur 1. Effekten av urenheter på egenskapene til halvledere
Selv i en kjemisk ren krystall av en halvleder, for eksempel germanium, inneholder urenheter. Deres antall er lite - ett urenhetsatom per en milliard atomer i Tyskland selv. Og på en kubikkcentimeter viser det seg rundt femti tusen milliarder fremmedlegemer, som kalles urenhetsatomer. Liker du mye?
Her er tiden å huske at ved en strøm på 1 A, passerer en ladning på 1 Coulomb gjennom lederen, eller 6 * 10 ^ 18 (seks milliarder milliarder) elektroner per sekund. Det er med andre ord ikke så mange urenheter atomer, og de gir halvlederen veldig liten ledningsevne. Det viser seg enten en dårlig leder, eller ikke en veldig god isolator. Generelt en halvleder.
Hvordan er en halvleder med en konduktivitet n
La oss se hva som skjer hvis et pentavalent atom av antimon eller arsen blir introdusert i en germaniumkrystall. Dette er vist ganske tydelig i figur 2.
Figur 2. Innføring av en 5-valens urenhet i en halvleder.
En kort kommentar til figur 2, som burde vært gjort tidligere. Hver linje mellom tilstøtende atomer i halvlederen i figuren skal være dobbelt, noe som viser at to elektroner er involvert i bindingen. En slik binding kalles kovalent og er vist i figur 3.
Figur 3. Kovalent binding i en silisiumkrystall.
For Tyskland ville mønsteret være nøyaktig det samme.
Et pentavalent urenhetsatom føres inn i krystallgitteret, fordi det rett og slett ikke har noe å gå.Han bruker fire av sine fem valenselektroner for å lage kovalente bindinger med nabomater, og føres inn i krystallgitteret. Men det femte elektronet vil forbli gratis. Det mest interessante er at atomet til selve urenheten i dette tilfellet blir et positivt ion.
Urenheten i dette tilfellet kalles en giver, den gir halvlederen ytterligere elektroner, som vil være hovedladningsbærerne i halvlederen. Selve halvlederen, som mottok ytterligere elektroner fra giveren, vil være en halvleder med elektronisk ledningsevne eller av type n - negativ.
Urenheter blir introdusert i halvledere i små mengder, bare ett atom per ti millioner atomer germanium eller silisium. Men dette er hundre ganger ganger mer enn innholdet av iboende urenheter i den reneste krystall, som det ble skrevet rett over.
Hvis vi nå fester en galvanisk celle til den resulterende typen n halvleder, som vist i figur 4, vil elektronene (sirkler med et minus inne) under virkningen av det elektriske feltet til batteriet skynde seg til sin positive utgang. Den negative polen til strømkilden vil gi like mange elektroner til krystallen. Derfor vil en elektrisk strøm strømme gjennom halvlederen.
Figur 4
Sekskanter, som har et plussskilt inne, er ikke annet enn urenheter som gir elektroner. Nå er dette positive ioner. Resultatet av det foregående er som følger: innføring av en urenhetsgiver i halvlederen sikrer injeksjon av frie elektroner. Resultatet er en halvleder med elektronisk ledningsevne eller type n.
Hvis atomer av et stoff med tre elektroner i en ekstern bane, for eksempel indium, legges til en halvleder, germanium eller silisium, vil resultatet helt ærlig være det motsatte. Denne tilknytningen er vist i figur 5.
Figur 5. Innføring av en 3-valens urenhet i en halvleder.
Hvis en nåværende kilde nå er festet til en slik krystall, vil bevegelsen av hull få en ordnet karakter. Forskyvningsfaser er vist i figur 6.
Figur 6. Hulledningsfaser
Hullet som ligger i det første atomet til høyre, dette er bare det trivalente atomet i urenheten, fanger elektronet fra naboen til venstre, som et resultat av at hullet forblir i det. Dette hullet er på sin side fylt med et elektron revet fra naboen (på figuren er det igjen til venstre).
På denne måten skapes bevegelse av positivt ladede hull fra den positive til den negative polen til batteriet. Dette fortsetter til hullet kommer nær den negative polen til strømkilden og er fylt med et elektron derfra. Samtidig forlater elektronet atomet fra kilden nærmest den positive terminalen, et nytt hull oppnås, og prosessen gjentas igjen.
For ikke å bli forvirret om hvilken type halvleder som oppnås når en urenhet blir introdusert, er det nok å huske at ordet "giver" har bokstaven en (negativ) - en halvleder av typen n oppnås. Og i ordet akseptor er det bokstaven pe (positiv) - en halvleder med konduktivitet p.
Konvensjonelle krystaller, for eksempel Tyskland, i den form de eksisterer i naturen, er uegnet for produksjon av halvlederanordninger. Fakta er at en vanlig naturlig germaniumkrystall består av små krystaller dyrket sammen.
Først ble utgangsmaterialet renset fra urenheter, hvoretter germanium ble smeltet og et frø ble senket ned i smelten, en liten krystall med et vanlig gitter. Frøet roterte sakte i smelten og steg gradvis opp. Smelten omsluttet frøet og avkjøling dannet en stor enkelt krystallstang med et vanlig krystallgitter. Utseendet til den oppnådde enkrystallen er vist i figur 7.
Figur 7
I prosessen med å fremstille en enkelt krystall ble et dopemiddel av p eller n-type tilsatt smelten, og derved oppnådd den ønskede ledningsevne for krystallen. Denne krystallen ble skåret i små plater, som i transistoren ble basen.
Samleren og emitteren ble laget på forskjellige måter. Det enkleste var at små stykker indium ble plassert på motsatte sider av platen, som var sveiset, og varmet kontaktpunktet til 600 grader. Etter avkjøling av hele strukturen, fikk de indiummettede regionene ledningsevne av typen P. Den oppnådde krystall ble installert i huset og ledningene ble koblet sammen, som et resultat av hvilket legerte plane transistorer ble oppnådd. Utformingen av denne transistoren er vist på figur 8.
Figur 8
Slike transistorer ble produsert på sekstitallet av det tjuende århundre under merkenavnet MP39, MP40, MP42, etc. Nå er det nesten en museumsutstilling. De mest brukte transistorer av p-n-p-kretsstrukturen.
I 1955 ble en diffusjonstransistor utviklet. I henhold til denne teknologien, for å danne samler- og emitterregionene, ble en germaniumplate plassert i en gassatmosfære inneholdende damper med den ønskede urenhet. I denne atmosfæren ble platen oppvarmet til en temperatur rett under smeltepunktet og holdt i ønsket tid. Som et resultat penetrerte urenhetsatomer krystallgitteret og dannet pn-kryss. En slik prosess er kjent som diffusjonsmetoden, og transistorene i seg selv kalles diffusjon.
Frekvensegenskapene til legeringstransistorer, må det sies, etterlater mye å være ønsket: avskjæringsfrekvensen er ikke mer enn flere titalls megahertz, som lar deg bruke dem som en nøkkel ved lave og mellomstore frekvenser. Slike transistorer kalles lavfrekvens, og vil med sikkerhet forsterke bare frekvensene til lydområdet. Selv om silisiumlegerings-transistorer lenge har blitt erstattet av silisium-transistorer, produseres fremdeles germanium-transistorer for spesielle bruksområder der lav spenning er nødvendig for å forspenne senderen i retning fremover.
Silisiumtransistorer produseres i henhold til plan teknologi. Dette betyr at alle overganger går til en overflate. De erstattet nesten Germanium-transistorer fra diskrete elementkretser og brukes som komponenter i integrerte kretsløp der Germanium aldri har blitt brukt. Foreløpig er en germanium-transistor veldig vanskelig å finne.
Les videre i neste artikkel.
Boris Aladyshkin
Se også på elektrohomepro.com
: