Е. Айсберг - Транзистор - Это оччень просто!, страница 12

Например, в начале вытя. т» гивания в расплавленную массу полупроводника можно было бы бросить примесь типа р, хотя бы индий. Затем после образования зоны р и выведения ее иэ расплава в последний можно было бы бросить примеси типа и, например мышьяк, чтобы получить зону с проводимостью типа и. Затем следовало бы добавить индия, чтобы акцепторы стали основными носителями зарядов, что снова дало бы нам зону р, и т. д.

В конечном итоге мы получили бы стержень германия с чередующимися зонамн ти. пов р и л. Достаточно было бы разрезать его на пластинки с зоной типа л посередине, чтобы получить транзисторы типа р-п-р, и с зоной типа р посередине, если мы захотим получить транзисторы типа п-р-п, Согласись, Любозпайкин, что иногда мне приходят гениальные идеи! Л.— Чем я любуюсь в тебе, так это ~зоей скромностью...

К сожалению, в твоей идее нет ничего нового. Она давно известна н лежит в основе изготовления так называемых в ы р а щ е п и ы х или «т я н у т ы х» переходов, Метод этот незкономичен, так как полученные с его помощью зоны обладают довольно большой толщиной. Кроме того, прибавляя каждый раз примесь то одного типа, то другого, непрерывно повышают содержание примесей в поочередно образуемых зонах, что также не лишено недостатков Тем не менее метод выращивания переходов применяется еще н в наши дни, особенно при изготовлении транзисторов из кремния. Сплавные тпранзистпоры Н. — Я еще раз убеждаюсь, что родился слишком поздно .. Но вернемся к нашим чешуйкам — объясни атнц как нз них формируют эмитгер н коллектор.

Л. — Для этого в зависимости от желаемой структуры транзистора применяют различные методы Чаще всего процесс сводится к «отравле. нию» базы, т. е. введению в нее примесей другого типа, чем содержащиеся в лтатериале базы. Наиболее простой и наиболее часто испольауемый метод заключается в накладывании на обе стороны пластинки гер- кол«енто рпс. ЗЗ. Схема»к«ее«па разрез спааапото транзастора структуры р-п-р.

З ииптптер мания типа л, служащей базой, маленьких кусочков («навесок») индия и быстром нагревании примерно до 600'С. При этой температуре индий сплавляется с находящимся под ним слоем германия, несмотря на то, что сам германий плавится только при 940'С. При остывании насыщенные нндием области сплавления рекристаллизуются и приобретают проводи- мость типа р. Так получают транзистор структуры р-п-р (рис.

36). Как ~)Т мы уже говорили раньше, пластинка, образующая коллектор, больше пластинки эмиттера. Это облегчает тепловой режим транзистора (на коллекторе рассеивается большая мощность) и улучшает его усилительные свойства. Оверацию сплавлення проводят при тщателыю подобранных температуре и времени нагрева, добиваясь того, чтобы остающаяся между расплавленными областями часть чешуйки, образующая базу, составляла менее одной двадцатой доли миллиметра, Транзисторы, изготовленные таким способом, называются сила в ными; они пригодны для самых различных применений в области низких и умеренно высоких частот (на длинных и средних волнах). Н. — Ты опять говоришь мне о двух трудностях, с которыми мы сталкиваемся при применении транзисторов: о повышенных значениях мощности и частоты. Я хотел бы получить некоторые разъяснения по этому вопросу, ЗХЕтОд ПаРа И диффУЗНйй Л.

— Так начнем с вопроса о мощности. Кто говорит ватты — гово. рит калории. Для получения достаточной мощности при небольшом на. пряжении, типичном для транзисторов, необходимо прибегать к большим токам. Н.— Разумеется, потому что мощность равна напряжению, умноженному на ток. Л.— Браво) Но этн токи, проходя через переходы, имеющие малое сечение, выделяют на ичх тепло, а ты зиаешть как плохо полупроводники выдерживают температуру, Н.

— И какое же средство против этого ты предлагаешь? Л. — Прежде всего нужно увеличить сечение полупроводника, следовательно, делать транзисторы с относитедьно большой плошадью. Затем следует облегчить отвод тепла, укрепив для этого коллектор на большой металлической пластинке, служащей радиатором. Медь является прекрас. ным проводником тепла, ее и рекомендуется использовать для этой цели. Н.

— Значит, рациональное использование транзисторов требует применения законов теплотехники. Если я правильно понял, мне следует заняться изучением и этой науки, бедная моя головушка! Л. — Успокойся, Незнайкин, для расчета распространения тепла можно пользоваться правилами расчета тока в электраческих цепях; по. лучаемые результаты вполне убедительны... Ио вернемся к мощным транзисторам. Я должен тебе сказать, что их часто изготовляют методом д и ф ф у з и и.

Помествв пластинки полупроводника з атмосферу газа, содержащего пары примесей, которые должны образовать эмиттер и коллектор, нагревают полупроводниковые пластинки до температуры, близкой к их точке плавления. Атомы примесей постепенно проникают в полупроводник. Операция длится несколько часов. Это означает, что, дозируя содержание примесей в газе и регулируя длительность диффузии, можно точно определять глубину проникновения примесных атомов в материал базы. Кроме того, этот метод позволяет получать эмиттер и коллектор с необходимой для мощных транзисторов большой площадью.

Н. — Тем лучше, но что же тогда препятствует работе транзисторов на высоких частотах? р ~ - Два прептпствия !!~~~:~~9 о Л.— Два фактора: время пробега и емкость. Н. — О каком пробеге ты говоришь? 'ьь р» л' -'" Л.— О проходе носителей заряда через базу от эмиттера к коллек. тору. Этим временем пренебрегать нельзя, потому что, как я тебе уже говорил, электроны и дырки перемещаются с довольно ограниченными скоростями. Возьмем, например, электроны, пробегающие за секунду 40 м.

Допустим, что нам удалось сделать базу толщиной в 0,1 мм. Значит, для пробега этого путе электрону потребуется 2,5 мксек. Н. — Ну, это ие так много. Л. — И тем не менее для сигнала частотой в ! Мгч это слишком много, так как период такого колебания имеет длительность всего лишь 1 мксек, и нашему электрону-увальню за время его неторопливого путешествия через базу придется дважды менять темп. Вот мы и столкнулись с темы что транзистор не способен усиливать токи, частота которых превышает несколько сотен килогерц.' Н. — Какая трагическая ситуация! И я вижу один только выход: уменьшить толщину базы. Это возможно? Л.

— Да, и я расскажу тебе о средствах достижения этой цели. Но надо также учитывать второй опасный фактор: емкости р-и переходов. Н. — А чем эти емкости нам мешают? ' Строго говоря, чзстатный предел рабаты трензисторв определяется не време нем пробега носителей через базу (зто привело бы лишь к задержке уснливземого сигнала), з отличием времени пробеге для отдельных носителей, в результате чего ирансходит «рвзмыизиие» усиливеемого сигнала Однеиа разброс времени арабе"в пРяма пропорпноиелеи идушему в расчет среднему знечеиию времени пробеге, тек что в нанечном счете зто время огрзиичиззет чзстогный предел транзистоРа. Прим.

)ген. 41 Л.— Разве ты забыл о том вреде, который причиняют паразнтные емности в ламповых схемах? Здесь онн вызывают те же трудности. Емкостное сопротивление, которое онн оказывают прохождению тока, тем меньше, чем выше частота токов. В результате токи высоной частоты викто топу, чтобы идти по предназначенной нм дороге, удирают через плразитные емкости.

Н. — Действительно, этн емкости подобны ячейкам в решете, которое способно удержать только крупные орехи, а если попытаться наполнить его горохом, то он весь высыплется... Следовательно, чтобы наш транзи. стор работал на высоких частотах, нужно уменьшить площади эмнттера н ноллектора. Ведь это должно уменьшить нх емкости. Тетпроду нотпорый ил не являетпся Л. — Правильно. Попутно заметь, что есть окольный спосоо снизить эффективную емкосгуч ие уменьшая прн этом чрезмерно площади переходов, что сильно бы ограничило рассеиваемую мощность. Это осу. ществлено в полупроводниковом тетроде.

Я спешу сказать тебе, что работа этого прибора не имеет никакой аналогии с работой вакуумного тетрода... Здесь четвертый электрод размещается на базе внмар ~ Бпла +ув Ркс. Зу. Принцип действня полупроволвнкового тет рода. Контакт с потенциалом — б е, помещенный вапротнв вывела базы, отталкивает электроны, сакра- щая врфектнвное сеченые базы. с противоположной от основного вывода стороны н его потенциал имеет противоположный знак (рнс. 37).

В этих условиях только часть змиттериого перехода, прилегающего к основному выводу базы, получает прямое смещение, обеспечивающее вспрыскивание носителей зарядов. Соответственно поток этих носителей приживается к одной стороне базы, н таким образом удается значительно снизить эффектнвное сечение транзистора, что приводит к уменьшению роля емкостей р-п переходов ', Уменыиеные тполщнны базы Н.— Совсем неглупо придумали — придушить поток электронов нли дырок! Но каким образом удается уменьшать толщину базы? Л. — Это достнгается путем вырезания с каждой стороны базы своего рода воронок илн лунок.

Донышки обеих лунок разделяет в этом случае расстояние всего лишь в несколько микрон. Затем в ннх осаждают немного индия — вот н весь фокус. Н.— Тебя послушаешь, так зто очень просто. Но я сомневаюсь в точности инструмента, используемого для зырезання этих углубленнй. Л. — Этим инструментом служат очень тонкие струйки жидкости, по которым через германпй проходит постоянный ток. В результате электроляза, а именно па этом явлении н основан процесс обработки, атом зз атомом отрываются от полупроводника. В конце операции изменяют направление тока, н благодаря тому же электролизу атомы индия из соот.