Kategorijos: Teminiai straipsniai » Pradedantieji elektrikai
Peržiūrų skaičius: 36288
Straipsnio komentarai: 3
Tranzistoriai 3 dalis. Iš ko sudaryti tranzistoriai
Straipsnio pradžia: Tranzistoriaus istorija, Tranzistoriai: paskirtis, įtaisas ir veikimo principai, Laidininkai, izoliatoriai ir puslaidininkiai
Gryni puslaidininkiai turi tą patį laisvųjų elektronų ir skylių kiekį. Kaip minėta, tokie puslaidininkiai nenaudojami puslaidininkinių įtaisų gamybai ankstesnėje straipsnio dalyje.
Tranzistorių (šiuo atveju jie taip pat reiškia diodus, mikroschemas ir faktiškai visus puslaidininkinius įtaisus) gamybai naudojami n ir p puslaidininkių tipai: su elektroniniu ir skylių laidumu. N tipo puslaidininkiuose elektronai yra pagrindiniai krūvio nešėjai ir skylės p tipo puslaidininkiuose.
Puslaidininkiai, turintys reikiamą laidumo tipą, gaunami dopojant (pridedant priemaišų) į grynus puslaidininkius. Šių priemaišų nėra daug, tačiau puslaidininkio savybės neatpažįstamai pasikeičia.
Dopantai
Tranzistoriai nebūtų tranzistoriai, jei jie nenaudotų trijų ir penkiavalentių elementų, kurie naudojami kaip legiruojančios priemaišos. Be šių elementų būtų buvę neįmanoma sukurti skirtingo laidumo puslaidininkių, sukurti pn (skaito pe) jungtį ir tranzistorių.
Viena vertus, kaip trivalentės priemaišos naudojami indis, galis ir aliuminis. Jų išoriniame apvalkale yra tik 3 elektronai. Tokios priemaišos atima elektronus iš puslaidininkio atomų, todėl puslaidininkio laidumas tampa skylėtas. Tokie elementai vadinami priėmėjais - „pasiėmėjais“.
Kita vertus, tai yra stibis ir arsenas, kurie yra pentalentiški elementai. Jų išorinėje orbitoje yra 5 elektronai. Įvedę tvarkingas kristalų gardelės eiles, jie neranda vietos penktajam elektronui, jis lieka laisvas, o puslaidininkio laidumas tampa elektronu arba n tipo. Tokios priemaišos vadinamos donorais - davėju.
1 paveiksle parodyta cheminių elementų, naudojamų tranzistoriams gaminti, lentelė.
1 paveikslas. Priemaišų poveikis puslaidininkių savybėms
Net chemiškai gryname puslaidininkio kristalyje, pavyzdžiui, germanyje, yra priemaišų. Jų skaičius nedidelis - vienas nešvarumų atomas vienam milijardui pačios Vokietijos atomų. O viename kubiniame centimetre pasirodo apie penkiasdešimt tūkstančių milijardų svetimkūnių, kurie vadinami priemaišų atomais. Kaip daug?
Laikas atsiminti, kad esant 1 A srovei, per laidininką eina 1 kulono arba 6 * 10 ^ 18 (šešių milijardų milijardų) elektronų per sekundę krūvis. Kitaip tariant, nėra tiek daug priemaišų atomų ir jie suteikia puslaidininkiui labai mažą laidumą. Pasirodo arba blogas laidininkas, arba nelabai geras izoliatorius. Apskritai, puslaidininkis.
Kaip yra puslaidininkis, kurio laidumas n
Pažiūrėkime, kas nutiks, jei į germanio kristalą įvedamas penkiavalentis stibio arba arseno atomas. Tai gana aiškiai parodyta 2 paveiksle.
2 pav. 5 valentinės priemaišos įvedimas į puslaidininkį.
Trumpas 2 paveikslo komentaras, kuris turėjo būti padarytas anksčiau. Kiekviena linija tarp gretimų puslaidininkio atomų paveiksle turi būti dviguba, parodant, kad jungtyje yra du elektronai. Tokia jungtis vadinama kovalentine ir parodyta 3 paveiksle.
3 pav. Kovalentinė jungtis silicio kristaluose.
Vokietijai modelis būtų visiškai toks pat.
Į kristalų gardelę įvedamas penkiavalentis priemaišų atomas, nes jis paprasčiausiai neturi kur eiti.Jis naudoja keturis iš penkių valentinių elektronų, norėdamas sukurti kovalentinius ryšius su kaimyniniais atomais, ir yra įvedamas į kristalinę gardelę. Bet penktasis elektronas liks laisvas. Įdomiausia, kad pats priemaišos atomas šiuo atveju tampa teigiamu jonu.
Nešvarumas šiuo atveju vadinamas donoru; jis puslaidininkiui suteikia papildomų elektronų, kurie bus pagrindiniai puslaidininkio krūvio nešėjai. Pats puslaidininkis, kuris iš donoro gavo papildomus elektronus, bus puslaidininkis, turintis elektroninį laidumą arba kurio tipas n yra neigiamas.
Nešvarumai į puslaidininkius patenka nedideliais kiekiais, tik vienas atomas dešimčiai milijonų germanio ar silicio atomų. Bet tai yra šimtą kartų daugiau nei vidinių priemaišų kiekis gryniausiame kristalyje, kaip buvo parašyta aukščiau.
Jei dabar prie gauto n tipo puslaidininkio pritvirtinsime galvaninį elementą, kaip parodyta 4 paveiksle, tada elektronai (apskritimai, kurių viduje yra minusas), veikdami akumuliatoriaus elektrinį lauką, nubėgs į teigiamą jo išėjimą. Dabartinio šaltinio neigiamas polius suteiks kristalui kuo daugiau elektronų. Todėl per puslaidininkį tekės elektros srovė.
4 pav
Šešiakampiai, kurių viduje yra pliuso ženklas, yra ne kas kita, kaip nešvarumų atomai, dovanojantys elektronus. Dabar tai yra teigiami jonai. Aukščiau aprašytas rezultatas yra toks: priemaišų donoro įvedimas į puslaidininkį užtikrina laisvų elektronų įpurškimą. Rezultatas yra puslaidininkis, kurio elektroninis laidumas arba tipas n.
Jei cheminės medžiagos, turinčios tris elektronus išorinėje orbitoje, pavyzdžiui, indžio, atomai pridedami prie puslaidininkio, germanio ar silicio, tada rezultatas, tiesą sakant, bus priešingas. Ši asociacija parodyta 5 paveiksle.
5 pav. 3 valentinių priemaišų įvedimas į puslaidininkį.
Jei dabartinis šaltinis dabar yra pritvirtintas prie tokio kristalo, tada skylių judėjimas įgis nurodytą ženklą. Poslinkio fazės parodytos 6 paveiksle.
6 pav. Skylių laidumo fazės
Skylė, esanti pirmame atome dešinėje, tai yra tik trivalentis nešvarumų atomas, užfiksuoja elektroną iš kaimyno kairėje, dėl kurio skylė jame lieka. Ši skylė, savo ruožtu, užpildyta elektronu, nuplėštu nuo kaimyno (paveiksle jis vėl yra kairėje).
Tokiu būdu sukuriamas teigiamai įkrautų skylių judėjimas iš teigiamo į neigiamą akumuliatoriaus polių. Tai tęsiasi tol, kol skylė priartėja prie neigiamo srovės šaltinio poliaus ir iš jos užpildomas elektronas. Tuo pačiu metu elektronas palieka savo atomą iš šaltinio, esančio arčiausiai teigiamo galo, gaunama nauja skylė ir procesas pakartojamas dar kartą.
Norint nesusipainioti, koks puslaidininkio tipas gaunamas įvedant priemaišas, pakanka atsiminti, kad žodis „donoras“ turi raidę en (neigiamas) - gaunamas n tipo puslaidininkis. O žodyje „priėmėjas“ yra raidė pe (teigiama) - puslaidininkis, kurio laidumas p.
Įprasti kristalai, pavyzdžiui, Vokietija, tokia forma, kokia jie egzistuoja gamtoje, netinkami puslaidininkinių įtaisų gamybai. Faktas yra tas, kad paprastas natūralus germanio kristalas susideda iš mažų, kartu užaugintų kristalų.
Pirmiausia pradinė medžiaga buvo išvalyta nuo priemaišų, po to germanis buvo išlydomas ir sėkla nuleista į lydinį - mažą kristalą su įprasta grotelėmis. Sėkla lėtai sukosi lydydamasi ir pamažu kilo į viršų. Lydalas apgaubė sėklą ir aušindamas sudarė didelę vieno kristalo lazdelę su įprasta kristaline grotelėmis. Gauto vieno kristalo išvaizda parodyta 7 paveiksle.
7 pav
Gaminant vieną kristalą, į lydinį buvo įpilama p arba n tipo pagalbinių medžiagų, tokiu būdu gaunant norimą kristalo laidumą. Šis kristalas buvo supjaustytas į mažas plokšteles, kurios tranzistoriuje tapo pagrindu.
Kolektorius ir skleidėjas buvo gaminami skirtingais būdais. Paprasčiausia buvo tai, kad priešingose plokštės pusėse buvo dedami maži indio gabaliukai, kurie buvo suvirinti, pašildžius sąlyčio tašką iki 600 laipsnių. Atvėsinus visą struktūrą, indiu prisotintos sritys įgijo p tipo laidumą. Gautas kristalas buvo sumontuotas korpuse ir sujungti laidai, dėl kurių buvo gauti legiruotieji plokštieji tranzistoriai. Šio tranzistoriaus dizainas parodytas 8 paveiksle.
8 pav
Tokie tranzistoriai buvo gaminami dvidešimtojo amžiaus šeštajame dešimtmetyje pavadinimais MP39, MP40, MP42 ir kt. Dabar tai beveik muziejaus eksponatas. Plačiausiai naudojami p-n-p grandinės struktūros tranzistoriai.
1955 m. Buvo sukurtas difuzinis tranzistorius. Pagal šią technologiją, norint sudaryti kolektoriaus ir emiterio sritis, germanio plokštelė buvo dedama į dujų atmosferą, kurioje buvo norimo priemaišo garai. Esant tokiai atmosferai, plokštelė buvo pašildyta iki šiek tiek žemesnės nei lydymosi temperatūros ir laikoma reikiamą laiką. Dėl to nešvarumų atomai prasiskverbė į kristalinę gardelę, sudarydami pn jungtis. Toks procesas yra žinomas kaip difuzijos metodas, o patys tranzistoriai vadinami difuzija.
Lydinių tranzistorių dažnio savybės, reikia pasakyti, palieka daug norimų rezultatų: pjūvio dažnis yra ne didesnis kaip kelios dešimtys megahercų, o tai leidžia naudoti juos kaip raktą žemu ir vidutiniu dažniu. Tokie tranzistoriai vadinami žemu dažniu ir užtikrintai sustiprins tik garso diapazono dažnius. Nors silicio lydinio tranzistoriai ilgą laiką buvo pakeisti silicio tranzistoriais, germanio tranzistoriai vis dar gaminami specialioms reikmėms, kai reikia žemos įtampos, kad emitentas būtų nukreiptas į priekį.
Silicio tranzistoriai gaminami pagal plokštumų technologiją. Tai reiškia, kad visi perėjimai vyksta į vieną paviršių. Jie beveik visiškai pakeitė germanio tranzistorius iš diskrečiųjų elementų grandinių ir buvo naudojami kaip integrinių grandynų komponentai ten, kur germanis niekada nebuvo naudojamas. Šiuo metu labai sunku rasti germanio tranzistorių.
Skaitykite kitame straipsnyje.
Borisas Aladyshkinas
Taip pat žiūrėkite tinklalapyje electro-lt.tomathouse.com
: