Е. Айсберг - Транзистор - Это оччень просто! (1076438), страница 11
Текст из файла (страница 11)
все возрастающие требования к частотны.м пределам и отдаваемой мощности заставили специалистов-технологов принять некоторые весьма оригинальные решения. С одержан и ег Очистка методом ванной плавки. Высокочастотный нагрев. Выращивание монокристалла.
Резка монокристалла. Метод изготовления «тянутых» переходов. Сплавные транзисторы. Проблема мощных транзисторов. Метод диффузии, Время пробега. Емкости р-л-переходов. Полулроводниковый тегрод. Поверхностно-барьерные транзисторы. Метод двойной диффузии. Дреифовый транзистор структуры р-л-р. Меэа-транзистор.
Канальна»е транзисторы. ффф+фффф+ НЕМНОГО ТЕХНОЛОГИИ ффффф Первоначауйьная очйбстпка Незнайкии. — Знаешь ли ты, Любознайкин, что у меня никогда не возникало искушение самому делать электронные лампы? Необходимость откачать иэ стеклянного баллона практически весь воздух была для меня непреодолимым препятствием, так как мой велосипедный насос не казался мне подходящим для этого. А теперь мне кажется, что я могу без особых затруднений изготовить для своих собственных нужд несколько трап. эисторов.
Не думаешь ли ты, что я могу найти в магазине химреактивов все нужные мне вещества: чистый германий, сурьму для области л н индий для области р? Любовиайкии. — Ты это серьезно, мой бедный друг? ' Н. — Конечно, а разве зто так трудно? Л.— Еще какй.. Прежде всего нужно достаточно хорошо очистить германий, так как тот, что ты можешь найти в продаже под названием «чистый», далеко не так чист, как нам нужно. Затем ему нужно придать правильную кристаллическую структуру, превратив его в единый кристалл или ма н о к р и ст а лл. Потом в него нужно ввести примеси типов р и п, создав оба перехода, разделяющих транзистор на три области-зоны. И, наконец, нужно припаять к этим областям выводы, смонтировать все зто в единое целое и поместить в герметический корпус, чтобы зашнтвть от внешних воздействий.
Только большие, хорошо оснащенные заводы могут правильно выполнить эти разнообразные операции. Н. — Ты приводишь меня в отчаяние, Неужели действительно так трудно очистить германий? Л. — Не забывай, что нам нужен действительно чистый герыаний, в котором на миллиард атомов германия должно содержаться ие более десяти атомов примесей, а то и еще меньше.
Н. — Я предполагаю, что для удаления из германия загрязняющих его посторонних веществ применяют химические процессы. у Л. — Химия делает все, что в ее силах, но этого недостаточно. Пот этому после химической очистки прибегают к физическому процессу, называемому з о н и о й п л а в к о й. Слиток очишаемого германия кладут в очень чистый длинный тигель из кварца илн графита н в атмосфере у водорода илн азота (чтобы взбежать какого бы то ни бы.то ок»»слепня) нагревают узкую зону этого слитка, доводя германий в этом месте до плавления.
Эту расплавленную зону медленно перемещают от одного копна тигля к другому. Н. — Я думаю, что при этом примеси выюрзют. Л,— Ошибаешься. Процесс основан на том явлении, что примеси, стремясь остаться в жидкой зоне, уходят из тех частей гермапневого сдитка, которые, охлаждаясь, начинают затвердевать. Таким способом их постепенно сгоняют от одного конца бруска германия к другому и после повторения этой процедуры несколько раз обрезают конец стержня, в ко. тором собраны все примеси. Н.— И его выбрасывают? Л.— Нет, потому что германий стоит очень дорого.
Его повторно ишюльзуют при очистке следующей порции германия. Н. — Это заставляет меня думать, что наша Гбра вчера испытала на себе зонную очистку... Л. — Кто такая Гбра, н что за чепуху ты мпе рассказываешь? Н. — Гора — наша кошка (мы ее так зовем, потому что она наполовину ангорская)'.
Обычно очень чистая, она, должно быть, связалась с дурной компанией и нахватала блох. Проведя гребнем много раз от головы до хвоста, мы ее освободили от ее примесей... Но как устроен гребень для германия? Я хочу сказать, каким образом удается расплавить узкую зону германия? Высок очастпотпны й наарев Л. — Делается это с помощью индукционного высокочастотного нагрева. Короткая катушка нз нескольких витков охватывает зону плавления, по катушке пропускается от мощного генератора ток высокой частоты. Магнитное поле этой катушки наводит в массе германая токи, которые нагревают находящийся внутри катушки участок слитка до плавления (рнс.
34). Н. — Это же самое делали моему дяде Жюлю! Л. — Что сделали твоему дяде? Что, у него тоже были блохи? Н. — Нет, из.за злополучного падения его коленный сустав заполнился синовиальной жидкостью, и ему делали высокочастотную диатермию. Рнс. 34. Зонпа» плавка осуществляется нагреванием яаходяюегося в тнгле германна с помоюью токов вмсокоа яастотм, протекаюшнх по катушке, которая медленно перемешается от оляото «онпл тигля к другому. Тнгель помеШен в «варпевую трубку, запол- ненную «мюом млн водороюм. Л. — я понимаю.
Колено помещают между двуыя хорошо изолированными электродами, и которым подводят напряжение высокой частоты. Созданное таким образом электрическое поле благодаря потерям в диэлектрике нагревает сам больной орган. Но в отличае от этого при индукционном нагреве, используемом в зовной очистке, аагрев создастся м а г н и т и ы м п о л е м, которое наводит токи в массе полупроводника. Чудесная особенность высокочастотного нагрева заключается а том, что как при действии электрического поля на изолятор, так и при действии магнитного полн на проводник нагрев внутренних частей происходит ие нз-за постепенного проникновения тепла от пернфернйаых частей, а одновременно нв всю глубину, как это рекомендуется при приготовлении хорошего бифштекса...
Н.— Но вернемся к нашему германию. Катушка медленно двигается от одного конца тигля к другому.. Л. — ...если только не сам тигель медленно движется внутри катушки, что дает такой же результат. В действительности устанавливается несколько катушек на определенном расстоянии одна от другой с тем, чтобы за одни проход тигля получить несколько зон плавления, чередующихся с зонами затвердеваиия. Результат получается такой же, как если бы вдоль слитка германия несколько раз прогнали одну зону плавления. Я хочу подчеркнуть, что германий движется очень медленно: олин миллиметр в минуту. Н. — А что делают с кремнием? Л.
— То же самое, только при более высокой температуре: если герман»й плавится при 940' С, то для плавления кремния нужно 1 420' С. После очистпки-крис таллизалЬия Н.— А почему таким образом очищенный полупроводниковый материал нельзя непосредственно использовать для изготовления транзисто. ров» Разве он не кристаллический? Л.
— Он кристаллический, но это еще не такие кристаллы, какие нужны нам. После ванной очистки слиток состоит из большого числа срашенных в беспорядке кристаллов. Нам же нужна исключительно правильная, единая для всего куска германия кристаллическая решетка, ориентацию которой мы должны знать. Такую единую решетку, образующую м оно к рис талл, получают путем выращивания кристалла вокруг маленького кристаллика, именуемого «затравкой» Н.— В свое время я забавлялся, выращивая красивые кристаллы: для этого в стакан с крепким раствором поваренной соли я опускал нитку с приклеенным крохотным кристалликом соли.
За неделю вокруг этого кристаллика образовывался чудесный прозрачный куб. зшармма ' маяаярксмвм Не таким ли способом выращивают кристаллы полупроводника? гагша Л.— Принцип тот же, но вместо раствора используют очищенный германий в расплаваса а вленном состоянии. В него опускают затравку, укрепленную на нижней части стержня, который вращается вокруг своей оси и одновременно очень медленно поднимается (рис. 35). Вокруг затравки атомы германия (нли кремния) выстраиваются в правильную кристаллическую решетку. Полупроводниковый материал затвердевает, обволакивая затравку.
В результате этого процесса через несколько часов получают монокристаллический стержень диаметРом в несколько сантиметров, длиной до ЗО см, весом в 1 кг и больше. Из него можно сделать тысячи транзи. сторон. Н. — Одним словом, этот монокристалл представляет собой полупроводнвк высокой чистоты. Л. — Нет, я забыл сказать тебе. что в расплавленную массу, из которой вытягивают монокристаллы, добавляют вримесь типа р или типа и„ гак как для изготовления транзистора обычно требуется материал, содер. жащий определенную примесь в нужном количестве. Тогда одна из областей будущего транзистора, например база, уже будет готова.
Рис. ЗЗ Вмтягиванне монокрнсталла. Наколяшнася в тигле палтправолниковма материал поллерживнегся в расплавленном состоянии с помошьш вмсакачастотнога нагрева. Н.— Ты сказал мне, что из одного монокристалла делают тысячи транзисторов; значит ли это, что его дробят на мелкие кусочки? Л. — Разумеется. Для начала монокристалл режут, как обычную колбасу, на ломтики или пластинки толщиной от О,! до 2 мм. Такая тонкая операция производится алмазной дисковой пилой. Можно применять также ленточную пилу, состоящую из вольфрамовых нитей с абразивным покрытием.
Затем каждая пластинка в свою очередь разрезается иа маленькие квадратики со стороной в нескольно миллиметров. Один такой квадратик с размерамн 2 Х 2 мм при толщине 0,5 мм весит всего лишь одну сотую грамма. Ты можешь подсчитать, что теоретически одного монокристалла в 5 кг достаточно на полмиллиона транзисторов! В действительности же при обработке немалая часть монокристалла превращается в отходы, что снижает выход готовых транзисторов, Меууйод чередующихся ядов Н.
— Все же их получится внушительное количество, даже если предположить, что половина материала идет в отходы. Однако как эти чешуйки германия превращают в готовые транзисторы? Л. — «Отравляя» такую чешуйку с обеих сторон примесью другого типа по сравнению с содержащейся в самой чешуйке. Например, если чешуйка вырезана из монокристалла с примесью типа л, то с обеих сторон в чешуйку вводят примесь типа р с тем, чтобы образовать эмиттер н коллектор транзистора типа р-п-р. Н. — Уважаемый Люборнайкин, у меня есть блестящая идея: почему бы ие выпускать «полностью испеченные» транзисторы, вводя обе примеси сразу же при вытягивании кристалла.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
