Айсберг Е. Транзистор... Это очень просто! (1964) (1109839), страница 12
Текст из файла (страница 12)
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. 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 гу 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 Однена разброс времени арабе"в пРяма пропорнноиелеи идушему в расчет среднему знечеиию времени пробеге, тек что в нанечном счете зто время огрзиичиззет чзстогный предел транзистоРа. Прим. )гид. 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.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
