А.Н. Матвеев - Атомная физика (1121290), страница 98
Текст из файла (страница 98)
Электроны, вошедшие сэмиттера в базу, достигаю т коллектора и изменяю т силу тока в его цепи.Изменения силы тока в цепи коллектора примерно равны изменениям силтока в цепи эмиттера, однако послепрохода через больш ое нагрузочноесопротивление получается значительное усиление по напряжению и м ощ ности.Примерное равенство сил токовчерез эмиттер и коллектор следует из(69.2), если учесть, что сила тока 16всегда мала.
Усиление по напряжению в германиевых транзисторах достигает 104.Включение по схеме с общим коллектором. Оно показано на рис. 137.Переход б а за-к о л л ек то р работает взапорном направлении, причем коллектор включен последовательно свходным сигналом.
Поэтомувходное сопротивление оказываетсявысоким. Выходное сопротивление оказывается низким, и, кроме того, получается значительное усиление потоку.Происходящие при этом процессыизучаются такими же методами, как ив предыдущих случаях.Полевые транзисторы. В изученных выше транзисторах ток осуществляется обоими типами носителей.Такие транзисторы являются биполярными устройствами. В отличие отэтогополевой транзистор представляет монополярное устройство, поскольку токв нем осуществляется лишь однимтипом носителей (либо электронами,либо дырками).§ 69 ^-n-П ереходы и транзисторы 3 6 7Рассмотрим полевой транзистор,в котором ток осуществляется электронами. У этого транзистора канал, покоторому течет ток, состоит из и-полупроводника (рис.
138). Н а рис. 138канал расположен между электродомИ, называемым истоком, и электродом Ст, называемым стоком. С боков канала имеются две области с^-проводимостью . Совокупность этихдвух полупроводников называется затвором. Между истоком и стокомприкладывается высокая разность потенциалов UCT и порядка 10-20 В.Между истоком и затвором прикладывается обратная разность потенциалов и ъ и меньшей абсолю тной величины (от — 1 до — 3 В). Если берется канал р-типа, а затворы -и-ти п а, тополярность батарей необходимо изменить на обратную.В канале электроны движутся отистока к стоку вблизи оси канала,причем поперечное сечение канала, покоторому течет ток, зависит от приложенного к затвору напряжения.
Этоозначает, что сопротивление каналатоку и сила протекающего по каналутока контролирую тся приложенным кзатвору напряжением. Поэтомуполевой транзистор по своему действию аналогичен вакуумной лампетриоду, причем исток играет ролькатода, с то к -а н о д а , а затв о р -сеткиОбозначение полевых транзисторов показано на рис. 139.М еханизм регулировки поперечного сечения канала приложенным кзатвору напряжением состоит в следующем. Между /^-областью затвораи и-областью, в которой образуетсяканал для тока, имеется /7-и-переход.В переходе отсутствуют свободныеносители, за исключением небольшого числа элекронно-дырочных пар,возникающих в результате тепловогодвижения. Образующийся в переходеСтСт6иа)ИS)139Обозначение полевых транзисторовпространственный заряд распределенв переходе так, как это было показанона рис.
120. Ширина перехода зависитот концентрации примесей, уменьшаясь с увеличением концентрации, и отразности потенциалов, возникающейна переходе. В полевом транзисторе си-каналом (см. рис. 138) область канала легируется очень слабо, т. е.содержит небольшую концентрациюпримесей, а /7-области затвора содержат большую концентрацию примесей. П оэтому ширина переходногослоя в и-области очень велика, а в/>-области - очень м ала и практическиотсутствует по сравнению с ширинойпереходного слоя в и-области. Ширина переходного слоя в и-области,как уже было сказано, увеличиваетсяс возрастанием разности потенциаловв области. Поэтому с увеличениемнапряжения на затворе становитсябольше ширина переходного слоя и,следовательно, меньше ширина канала, по которому может течь ток, т. е.увеличивается сопротивление каналатоку.
В этом и состоит действие полевого транзистора.Ширина канала меняется вдольего длины. Его ширина наименьшая устока, потому что там наибольш аявеличина переходного слоя, обусловленная максимальностью запорногонапряжения, слагающегося из потенциала затвора и потенциала стока. Состороны истока переходный слой име368 13.
Э лектронны е свойства твердых телет минимальную ширину, а кан ал максимальную, потому что запорноенапряжение здесь сводится практически только к запорному потенциалу.Обычно сумма запорного потенциалаи потенциала стока выбирается достаточно большой, чтобы иметь возможность почти полностью перекрытьканал.Полное перекрытие невозможно,потому что при сужении канала увеличивается плотность тока, а вместе сней и электрическое поле в канале.При этих условиях сила тока / ст настоке становится практически независимой от потенциала на стоке 1/ст,но, конечно, продолжает зависеть отпотенциала на затворе {У3, причем вопределенных пределах эта зависимость почти линейна.
Именно в этомрежиме максимального перекрытияканала и используется полевой транзистор.Название «полевой» этот тип транзисторов получил по механизму своейработы: ширина токового канала определяется напряженностью электрического поля в р-и-переходе междузатвором и каналом.К онтроль тока в полевом транзисторе можно осуществлять не только с помощью затвора из полупроводника другого типа, как это былоописано, но и с помощ ью подобранного соответствующим образом металлического затвора, изолированного от канала. В качестве изолирующего слоя используются оксиды. Такиетранзисторы называю тся м еталлооксидными полевыми транзисторами.Принцип их работы аналогичен описанному выше.Интегральные схемы.
С помощьюлегирования на одном монокристаллеможно создать целую электроннуюсхему. Такие схемы называю тся интегральными. Проводники, соединяющие отдельные части схемы, вносятсяс помощ ью соответствующего процесса в кристалл.Переходы обладаю т емкостью и втаком качестве могут быть такжевключены в интегральную схему. И ндуктивности малой величины такжемогут быть включены в интегральную схему в виде спиральных проводников. Однако в большинстве случаев интегральные схемы вклю чаю т всебя сопротивления, диоды и транзисторы, а индуктивности подсоединяются к ним в виде отдельных дискретных элементов.Главными преимуществами интегральных схем являю тся их малыеразмеры, связанная с этим быстротапрохождения процессов, м алая потребляемая мощность, надежность вэксплуатации.
Изготовление интегральных схем требует высокого технологического уровня производства. Однако, коль скоро такой технологический уровень достигнут, изготовлениеинтегральных схем может быть сделано дешевым в расчете на элементсхемы, благодаря чему достигаетсязначительное удешевление приборов,выполняющих определенные функции.Возможность в малых объемах размещ ать очень больш ое число элементов позволяет создавать устройства,которые без интегральных схем практически немыслимы.Технология производства состоитв применении операций травления,напыления и диффузии в соответствующих местах монокристалла в определенной последовательности.
Весьматрудной технологической задачей является создание шаблонов, с помощьюкоторых осуществляются эти операции.Для проектирования интегральных схем широко используются ЭВМ.§ 70. С верхпроводим ость 36970. СверхпроводимостьОписываются макроскопические явления, обусловленные сверхпроводимостью, и излагаются основные результаты теории сверхпроводимости.Сверхпроводимость. К. Оннес обнаружил (1911), что при 4,2 К ртуть,по-видимому, полностью теряет сопротивление электрическому току.
Вдальнейшем потеря сопротивления наблю далась и у других чистых веществи у многих сплавов. Экспериментально доказано, что речь идет о полнойпотере сопротивления, а не просто обего значительном уменьшении. Н апример, возбуждали ток в замкнутомкольцевом сверхпроводнике, которыйв отсутствие источника стороннихэлектродвижущих сил продолжал циркулировать в нем в течение нескольких лет. Из этого опыта можно былозаключить, что проводимость сверхпроводника по меньшей мере лучше1025 См/м, что достаточно надежноподтверждает полное отсутствие сопротивления сверхпроводника электрическому току. Это явление получило название сверхпроводимости. П адение сопротивления до нуля осуществляется в очень узком интервале тем ператур Д Т ~ 10“ 3 К для чистых монокристаллических образцов, а приналичии д е ф е к т о в -А Т ~ 10“ 1 К и даже больше.Температуры перехода Ткр в сверхпроводящее состояние, называемыекритическими, различны, но всегданизки.
Сверхпроводящими свойствами обладаю т как элементы, так исоединения. Из элементов наивысшуюкритическую температуру, около 9 К,имеет ниобий, за которым следуетсвинец с Ткр = 7,22 К. Наименьшаякритическая температура, Ткр = 0,01 К,наблюдалась у вольфрама. Какой-либосвязи между свойством сверхпроводимости и структурой кристалличес24219кой решетки элемента не отмечалось.Среди сверхпроводников имеются элементы, представляющие самые различные типы кристаллических структур.
Ни один из щелочных или благородных м еталлов не является сверхпроводником. Наиболее высокие критические температуры, свыше 20 К,наблю даю тся у сверхпроводящих соединений. Рекордное значение Тк„ == 23,3 К принадлежало до 198о г.соединению N b 3Ge. Известны органические сверхпроводники, критическая температура которых около 8 К.Критическое поле. Если поместитьсверхпроводник в магнитном поле, топри достижении индукцией поля некоторого критического значения Вкрсверхпроводящие свойства исчезаюти сверхпроводник становится обычным проводником.
Значение критического поля Вкр уменьшается с увеличением температуры и становитсяравным нулю при критической тем пературе.С достаточно больш ой точностьюзависимость критического поля оттемпературы можно представить вформе параболического закона:BKV = B0[l - ( Г /Г кр)2],где В0- индукция критического поляпри 0 К. Значение В 0 для чистыхметаллов достаточно мало и коррелирует с Ткр: с увеличениемзначение В 0 увеличивается. При Ткр порядка 1 К значение В 0 имеет порядоксотых долей тесла, а для большихзначений Ткр значение В 0 может достигать десятых долей тесла.Критическая плотность тока. К огда магнитное поле Электрического тока, протекающего по сверхпроводнику, достигает критического значенияВкр, сверхпроводимость исчезает. С оответствующ ая плотность тока называется критической плотностью тока.370 13.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
