Transistor Bahagian 3. Apa transistor dibuat

Permulaan rencana: Sejarah transistor, Transistor: tujuan, peranti dan prinsip operasi, Conductor, Insulator dan Semikonduktor

Semikonduktor tulen mempunyai jumlah elektron dan lubang bebas yang sama. Semikonduktor semacam itu tidak digunakan untuk pembuatan peranti semikonduktor, seperti yang dikatakan di bahagian sebelumnya artikel.

Untuk pengeluaran transistor (dalam kes ini, ia juga bermakna diod, mikrosirkuit, dan sebenarnya semua peranti semikonduktor) semikonduktor jenis n dan p digunakan: dengan kekonduksian elektronik dan lubang. Dalam semikonduktor n-jenis, elektron adalah pembawa cas utama, dan lubang dalam semikonduktor p-jenis.

Semikonduktor dengan jenis kekonduksian yang diperlukan diperolehi oleh doping (menambah kekotoran) kepada semikonduktor tulen. Jumlah kekotoran ini kecil, tetapi sifat-sifat semikonduktor berubah di luar pengiktirafan.

Dopan

Transistor tidak akan menjadi transistor jika mereka tidak menggunakan unsur tiga dan pentavalen, yang digunakan sebagai pengadukan kekotoran. Tanpa unsur-unsur ini, semestinya tidak mustahil untuk mewujudkan semikonduktor dari kekonduksian yang berbeza, untuk membuat persimpangan pn (bacaan pe - en) dan transistor secara keseluruhan.

Di satu pihak, indium, gallium, dan aluminium digunakan sebagai kekotoran trivalen. Cangkang luarnya mengandungi hanya 3 elektron. Kekotoran tersebut mengambil elektron daripada atom semikonduktor, dengan hasilnya bahawa kekonduksian semikonduktor menjadi lubang. Unsur-unsur tersebut dipanggil akseptor - "pengambil."

Sebaliknya, ini adalah antimoni dan arsenik, yang merupakan elemen pentavalen. Mereka mempunyai 5 elektron di orbit luar mereka. Memasuki kedudukan langsing kisi kristal, mereka tidak dapat mencari tempat untuk elektron kelima, ia kekal bebas, dan kekonduksian semikonduktor menjadi elektron atau jenis n. Kekotoran tersebut dipanggil penderma - "pemberi".

Rajah 1 menunjukkan jadual unsur kimia yang digunakan dalam pengeluaran transistor.

Rajah 1. Kesan kekotoran pada sifat-sifat semikonduktor

Walaupun dalam kristal tulen semikonduktor, contohnya, germanium, kekotoran terkandung. Jumlahnya kecil - satu atom pencemaran setiap satu bilion atom Jerman sendiri. Dan dalam satu sentimeter padu ternyata kira-kira lima puluh ribu bilion badan asing, yang dipanggil atom pencemaran. Seperti banyak?

Inilah masanya untuk diingat bahawa semasa 1 A, tuduhan 1 Coulomb melewati konduktor, atau 6 * 10 ^ 18 (enam bilion bilion) elektron setiap saat. Dalam erti kata lain, tidak ada banyak atom pencemaran dan mereka memberikan kekonduksian semikonduktor sangat kecil. Ternyata baik konduktor yang buruk, atau bukan penebat yang sangat baik. Secara umum, semikonduktor.

Bagaimana semikonduktor dengan kekonduksian n

Mari kita lihat apa yang berlaku jika atom antimoni atau arsenik pentavalen diperkenalkan ke dalam kristal germanium. Ini ditunjukkan dengan jelas dalam Rajah 2.

Rajah 2. Pengenalan pencemaran 5-valence ke dalam semikonduktor.

Komen pendek pada Rajah 2, yang sepatutnya dilakukan sebelum ini. Setiap baris di antara atom bersebelahan dengan semikonduktor dalam angka itu hendaklah berganda, menunjukkan bahawa dua elektron terlibat dalam ikatan tersebut. Ikatan tersebut dipanggil kovalen dan ditunjukkan dalam Rajah 3.

Rajah 3. Ikatan kovalen dalam kristal silikon.

Bagi Jerman, coraknya akan sama.

Atom kekotoran pentavalen diperkenalkan ke dalam kekisi kristal, kerana ia tidak mempunyai tempat untuk pergi.Dia menggunakan empat daripada lima elektron valensinya untuk menghasilkan ikatan kovalen dengan atom jiran, dan dimasukkan ke dalam kisi kristal. Tetapi elektron kelima akan tetap bebas. Perkara yang paling menarik adalah bahawa atom pencemaran itu sendiri dalam kes ini menjadi ion positif.

Kekotoran dalam kes ini dipanggil penderma, ia memberikan elektron tambahan semikonduktor, yang akan menjadi pembawa caj utama dalam semikonduktor. Semikonduktor sendiri, yang menerima elektron tambahan daripada penderma, akan menjadi semikonduktor dengan kekonduksian elektronik atau jenis n - negatif.

Kekotoran diperkenalkan ke dalam semikonduktor dalam kuantiti yang kecil, hanya satu atom sepuluh juta atom germanium atau silikon. Tetapi ini adalah seratus kali ganda lebih banyak daripada kandungan kekotoran intrinsik dalam kristal paling tulen, seperti yang ditulis di atas.

Jika sekarang kita melampirkan sel galvanik ke semikonduktor jenis n yang dihasilkan, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 4, maka elektron (bulatan dengan minus di dalam) di bawah tindakan medan elektrik bateri akan tergesa-gesa untuk output positifnya. Tiang negatif sumber semasa akan memberikan banyak elektron kepada kristal. Oleh itu, arus elektrik akan mengalir melalui semikonduktor.

Rajah 4

Hexagon, yang mempunyai tanda tambah di dalamnya, adalah atom pencemaran yang menyumbang elektron. Sekarang ini adalah ion positif. Hasil daripada yang disebutkan di atas adalah seperti berikut: pengenalan penderma pencemaran ke dalam semikonduktor memastikan suntikan elektron bebas. Hasilnya adalah semikonduktor dengan kekonduksian elektronik atau jenis n.

Jika atom bahan dengan tiga elektron di orbit luar, seperti indium, ditambahkan kepada semikonduktor, germanium atau silikon, maka hasilnya akan, secara terang-terangan, sebaliknya. Persatuan ini ditunjukkan dalam Rajah 5.

Rajah 5. Pengenalan kekotoran 3-valence ke dalam semikonduktor.

Jika sumber semasa kini dilampirkan pada kristal sedemikian, maka pergerakan lubang akan mengambil watak yang diperintahkan. Fase perpindahan ditunjukkan dalam Rajah 6.

Rajah 6. Fasa pengalir lubang

Lubang yang terletak di atom pertama di sebelah kanan, ini hanya atom trivalen dari kekotoran, menangkap elektron dari jiran di sebelah kiri, akibatnya lubang itu tetap di dalamnya. Lubang ini, seterusnya, dipenuhi dengan elektron yang koyak dari jirannya (dalam angka itu lagi ke kiri).

Dengan cara ini, pergerakan lubang cas yang positif dari positif kepada tiang negatif bateri dicipta. Ini berterusan sehingga lubang itu hampir kepada kutub negatif sumber semasa dan dipenuhi dengan elektron daripadanya. Pada masa yang sama, elektron meninggalkan atomnya dari sumber yang paling dekat dengan terminal positif, lubang baru diperoleh, dan prosesnya diulang lagi.

Untuk tidak membingungkan tentang apa jenis semikonduktor yang diperolehi apabila pencemaran diperkenalkan, sudah cukup untuk diingat bahawa perkataan "penderma" mempunyai huruf en (negatif) - semikonduktor jenis n diperolehi. Dan dalam perkataan acceptor terdapat huruf pe (positif) - sebuah semikonduktor dengan kekonduksian p.

Kristal konvensional, contohnya, Jerman, dalam bentuk yang wujud dalamnya, tidak sesuai untuk pengeluaran peranti semikonduktor. Hakikatnya ialah kristal germanium semula jadi biasa terdiri daripada kristal kecil yang tumbuh bersama.

Pertama, bahan permulaan dibersihkan daripada kekotoran, setelah germanium cair dan benih diturunkan ke dalam cair, sebuah kristal kecil dengan kisi tetap. Benih itu perlahan-lahan berputar di dalam cair dan secara beransur-ansur meningkat. Cair menyelubungi benih dan penyejukan membentuk rod kristal tunggal yang besar dengan kisi kristal tetap. Penampilan kristal tunggal yang diperoleh ditunjukkan dalam Rajah 7.

Rajah 7

Dalam proses pembuatan satu kristal tunggal, satu jenis dopan jenis p atau n ditambah ke cair, dengan itu memperoleh kekonduksian yang dikehendaki dari kristal. Kristal ini dipotong ke dalam pinggan kecil, yang di dalam transistor menjadi pangkalan.

Pemungut dan pemancar dibuat dengan cara yang berbeza. Yang paling mudah adalah bahawa kepingan-kepingan kecil indium diletakkan pada sisi yang bertentangan dengan plat, yang dikimpal, menghangatkan titik hubungan hingga 600 darjah. Selepas penyejukan keseluruhan struktur, indium-tepu kawasan memperoleh kekonduksian jenis p. Kristal yang diperolehi dipasang di perumahan dan petunjuk telah disambungkan, hasil daripada mana transistor planar aloi diperolehi. Reka bentuk transistor ini ditunjukkan dalam Rajah 8.

Rajah 8

Transistor sedemikian dihasilkan dalam tahun enam puluhan abad kedua puluh di bawah jenama MP39, MP40, MP42, dan sebagainya. Sekarang hampir pameran muzium. Transistor yang paling banyak digunakan dalam struktur litar p-n-p.

Pada tahun 1955, sebuah transistor difusi telah dibangunkan. Mengikut teknologi ini, untuk membentuk kawasan pengumpul dan pemancar, plat germanium diletakkan dalam suasana gas yang mengandungi wap dari kotoran yang dikehendaki. Di atmosfer ini, plat dipanaskan pada suhu di bawah takat lebur dan dipegang untuk masa yang diperlukan. Akibatnya, atom pencemaran menembusi kisi kristal, membentuk persimpangan pn. Proses sedemikian dikenali sebagai kaedah penyebaran, dan transistor sendiri dipanggil penyebaran.

Sifat frekuensi transistor aloi, ia mesti dikatakan, meninggalkan banyak yang dikehendaki: frekuensi cutoff tidak lebih daripada beberapa puluhan megahertz, yang membolehkan anda menggunakannya sebagai kunci pada frekuensi rendah dan sederhana. Transistor sedemikian dipanggil frekuensi rendah, dan dengan yakin akan menguatkan hanya frekuensi julat audio. Walaupun transistor germanium silikon telah lama digantikan oleh transistor silikon, transistor germanium masih dikilangkan untuk aplikasi khusus di mana voltan rendah diperlukan untuk bias pemancar di arah hadapan.

Transistor silicon dihasilkan mengikut teknologi planar. Ini bermakna bahawa semua peralihan pergi ke satu permukaan. Mereka hampir sepenuhnya menggantikan transistor germanium daripada litar unsur diskret dan digunakan sebagai komponen litar bersepadu di mana germanium tidak pernah digunakan. Pada masa ini, transistor germanium sangat sukar dicari.

Bacalah pada artikel seterusnya.

Boris Aladyshkin