kategorier: Udvalgte artikler » Begynderelektrikere
Antal visninger: 36288
Kommentarer til artiklen: 3
Transistorer. Del 3. Hvad transistorer er lavet af
Begyndelsen af artiklen: Transistor historie, Transistorer: formål, enhed og driftsprincipper, Ledere, isolatorer og halvledere
Rene halvledere har den samme mængde frie elektroner og huller. Sådanne halvledere bruges som nævnt ikke til fremstilling af halvlederanordninger i den foregående del af artiklen.
Til produktion af transistorer (i dette tilfælde betyder de også dioder, mikrokredsløb og faktisk alle halvlederenheder), n og p typer halvledere bruges: med elektronisk ledning og hulledningsevne. I n-type halvledere er elektroner de vigtigste ladningsbærere og huller i p-type halvledere.
Halvledere med den krævede type ledningsevne opnås ved doping (tilføjelse af urenheder) til rene halvledere. Mængden af disse urenheder er lille, men egenskaberne for halvlederen ændres uden genkendelse.
dopingmidler
Transistorer ville ikke være transistorer, hvis de ikke brugte tre og femkantede elementer, der bruges som legeringsforurening. Uden disse elementer ville det simpelthen have været umuligt at skabe halvledere med forskellig konduktivitet, at skabe en pn (læser pe - en) -forbindelse og transistor som helhed.
På den ene side bruges indium, gallium og aluminium som trivalente urenheder. Deres ydre skal indeholder kun 3 elektroner. Sådanne urenheder fjerner elektroner fra halvlederens atomer med det resultat, at ledningsevnen af halvlederen bliver hul. Sådanne elementer kaldes acceptorer - "taker".
På den anden side er dette antimon og arsen, der er pentavalente elementer. De har 5 elektroner i deres ydre bane. Indtastning af de ordnede rækker af krystalgitteret kan de ikke finde et sted for den femte elektron, det forbliver frit, og konduktiviteten af halvlederen bliver elektron eller type n. Sådanne urenheder kaldes donorer - "giveren".
Figur 1 viser en tabel med kemiske elementer, der bruges til fremstilling af transistorer.
Figur 1. Virkningen af urenheder på egenskaberne ved halvledere
Selv i en kemisk ren krystal af en halvleder, for eksempel, germanium, indeholder urenheder. Deres antal er lille - et urenhedsatom pr. En milliard atomer i Tyskland selv. Og i en kubikcentimeter får du omkring 50.000 milliarder fremmedlegemer, der kaldes urenhedsatomer. Kan du lide en masse?
Her er tiden til at huske, at med en strøm på 1 A, passerer en ladning på 1 Coulomb gennem lederen eller 6 * 10 ^ 18 (seks milliarder milliarder) elektroner i sekundet. Med andre ord er der ikke så mange urenheder, og de giver halvlederen meget lidt ledningsevne. Det viser sig enten at være en dårlig leder eller ikke en særlig god isolator. Generelt en halvleder.
Hvordan er en halvleder med en konduktivitet n
Lad os se, hvad der sker, hvis et pentavalent atom af antimon eller arsen indføres i en germaniumkrystall. Dette vises ganske tydeligt i figur 2.
Figur 2. Introduktion af en 5-valens urenhed i en halvleder.
En kort kommentar til figur 2, som burde have været gjort tidligere. Hver linje mellem tilstødende atomer i halvlederen i figuren skal være dobbelt, hvilket viser, at to elektroner er involveret i bindingen. En sådan binding kaldes kovalent og er vist i figur 3.
Figur 3. Kovalent binding i en siliciumkrystall.
For Tyskland ville mønsteret være nøjagtigt det samme.
Det pentavalente urenhedsatom introduceres i krystalgitteret, fordi det simpelthen ikke har nogen steder at gå.Han bruger fire af sine fem valenselektroner til at skabe kovalente bindinger med tilstødende atomer og indføres i krystalgitteret. Men den femte elektron forbliver fri. Den mest interessante ting er, at selve urenhedens atom i dette tilfælde bliver en positiv ion.
Urenheden i dette tilfælde kaldes en donor, den giver halvlederen yderligere elektroner, som vil være de vigtigste ladningsbærere i halvlederen. Selve halvlederen, der modtog yderligere elektroner fra donoren, vil være en halvleder med elektronisk ledningsevne eller af type n - negativ.
Urenheder indføres i halvledere i små mængder, kun et atom pr. Ti millioner atomer af germanium eller silicium. Men dette er hundrede-ulige gange mere end indholdet af iboende urenheder i den reneste krystal, som det blev skrevet lige ovenfor.
Hvis vi nu fastgør en galvanisk celle til den resulterende halvleder af type n, som vist i figur 4, vil elektronerne (cirkler med et minus inde) under handling af det elektriske felt i batteriet skynde sig til sin positive konklusion. Den negative pol i den aktuelle kilde vil give så mange elektroner til krystallen. Derfor strømmer en elektrisk strøm gennem halvlederen.
Figur 4
Sekskanter, der har et plustegn indeni, er intet andet end urenheder, der donerer elektroner. Nu er dette positive ioner. Resultatet af det foregående er som følger: introduktion af en urenhedsdonor i halvlederen sikrer injektion af frie elektroner. Resultatet er en halvleder med elektronisk ledningsevne eller type n.
Hvis atomer af et stof med tre elektroner i en ekstern bane, såsom indium, føjes til en halvleder, germanium eller silicium, vil resultatet helt ærligt være det modsatte. Denne tilknytning er vist i figur 5.
Figur 5. Introduktion af en 3-valens urenhed i en halvleder.
Hvis en nuværende kilde nu er knyttet til en sådan krystal, vil bevægelsen af huller få en ordnet karakter. Forskydningsfaser er vist i figur 6.
Figur 6. Hulledningsfaser
Hullet placeret i det første atom til højre, dette er bare det trivalente atom i urenheden, fanger elektronet fra naboen til venstre, som et resultat af hvilket hullet forbliver i det. Dette hul er igen fyldt med et elektron, der er revet fra sin nabo (i figuren er det igen til venstre).
På denne måde skabes bevægelse af positivt ladede huller fra den positive til den negative pol på batteriet. Dette fortsætter, indtil hullet kommer tæt på den aktuelle pol i den aktuelle kilde og er fyldt med et elektron derfra. På samme tid forlader elektronet sit atom fra kilden tættest på den positive terminal, der opnås et nyt hul, og processen gentages igen.
For ikke at blive forvirret over, hvilken type halvleder der opnås, når der indføres en urenhed, er det nok at huske, at ordet "donor" har bogstavet en (negativ) - en halvleder af type n opnås. Og i ordet acceptor er der bogstavet pe (positiv) - en halvleder med ledningsevne p.
Konventionelle krystaller, for eksempel Tyskland, i den form, i hvilke de findes i naturen, er uegnede til produktion af halvlederindretninger. Faktum er, at en almindelig naturlig germaniumkrystall består af små krystaller dyrket sammen.
Først blev udgangsmaterialet oprenset fra urenheder, hvorefter germanium blev smeltet og et frø blev sænket ned i smelten, en lille krystal med et almindeligt gitter. Frøet roterede langsomt i smelten og steg gradvist op. Smelten omsluttet frøet og afkøling dannede en stor enkelt krystalstang med et almindeligt krystalgitter. Udseendet af den opnåede enkeltkrystall er vist i figur 7.
Figur 7
Ved fremstillingen af en enkelt krystal blev der tilsat et dopingmiddel af p eller n-typen til smelten, hvorved den ønskede ledningsevne for krystallen opnås. Denne krystal blev skåret i små plader, som i transistoren blev basen.
Opsamleren og emitteren blev lavet på forskellige måder. Det enkleste var, at små stykker indium blev placeret på modsatte sider af pladen, der blev svejset, hvilket opvarmede kontaktpunktet til 600 grader. Efter afkøling af hele strukturen opnåede de indiummættede regioner ledningsevne af typen P. Den opnåede krystal blev installeret i huset, og lederne blev forbundet, hvilket resulterede i, at der blev opnået legerede plane transistorer. Designet af denne transistor er vist i figur 8.
Figur 8
Sådanne transistorer blev produceret i tresserne af det tyvende århundrede under mærket MP39, MP40, MP42 osv. Nu er det næsten en museumsudstilling. De mest anvendte transistorer i p-n-p kredsløbsstruktur.
I 1955 blev der udviklet en diffusionstransistor. Ifølge denne teknologi blev en germaniumplade anbragt i en gasatmosfære indeholdende dampe med den ønskede urenhed for at danne samler- og emitterregionerne. I denne atmosfære blev pladen opvarmet til en temperatur lige under smeltepunktet og holdt i den krævede tid. Som et resultat penetrerede urenhedsatomer krystalgitteret og dannede pn-forbindelser. En sådan proces er kendt som diffusionsmetoden, og transistorerne i sig selv kaldes diffusion.
Frekvensegenskaber for legeringstransistorer, må det siges, efterlader meget at ønske: afskæringsfrekvensen er ikke mere end flere titalls megahertz, hvilket giver dig mulighed for at bruge dem som en nøgle ved lave og mellemstore frekvenser. Sådanne transistorer kaldes lavfrekvens og vil med sikkerhed forstærke kun frekvenserne i lydområdet. Selvom siliciumlegerings-transistorer længe er blevet erstattet af silicium-transistorer, fremstilles der stadig germanium-transistorer til specielle anvendelser, hvor lav spænding er påkrævet for at forspænde emitteren i retning fremad.
Siliciumtransistorer produceres i henhold til plan teknologi. Dette betyder, at alle overgange går til den ene overflade. De erstattede næsten fuldstændigt germanium-transistorer fra diskrete elementkredsløb og bruges som komponenter i integrerede kredsløb, hvor germanium aldrig er blevet brugt. I øjeblikket er en germanium-transistor meget vanskelig at finde.
Læs videre i den næste artikel.
Boris Aladyshkin
Se også på elektrohomepro.com
: