Щука А.А. Электроника (2005) (1152091), страница 38
Текст из файла (страница 38)
В 1941 941 году советский физик Вадим Евгеньевич Лашкарев впервые обнаружил р — п-пеРехо в тока, п д в закиси мели. Вскоре он открыл биполярную диффузюо неравновесных носителей а, построил общую теоршо фото-ЭДС в полупроводниках. Итак, лишь в 40-е годы, почти через 100 лет, удалось разгадать все основные за~алки чохих" проводников. В зтн н предвоенные и военные годы быстрыми темпами развивалась радиолокация, мощные и источники высокочастотной энергии. Нужны были электронные приборы дециметро- Часть И.(Ыикроелекгроника кого и сантиметрового диапазона длин волн. Тут электронные лампы были вне игры В этой области эффективными были именно твердотельные детекгоры. Так германиевые и крем е емниевые летекторы или СВЧ-диоды могли использоваться в частотном диапазоне до 4 П ц.
В СССР эти работы велись в основном в НИИ-103 и НИИ-! 60 под паучпым руководствоьз Сергея Григорьевича Кгшашникова и Ллександра Викторовича Красилова, соответст. венно. В послевоенный период были созданы германиевые выпрямители с коэффициентом по. лозного действия (КПД), равным 93%. Р ботки отечественных и зарубежных ученых в те годы шли примерно на одном уровазрабо' к не. Дело .
Дело в том, что руководители страны считались с мнением ученых и интенсивно развивали научные и прикладные исследования по широкому спектру проблем радиожчектроники. Организовывались новые НИИ и КБ, заволы и лаборатории при них. Они оснащались современным уникальным оборудованием. В области полупроводников в те годы стояла нерешенная проблема.— протекание тока через к т ез контакт "металл — полупроводник". Широко применялись методы зонловых исследований поверхностного потенциала вокруг точечного контакта. Был выявлен эффект управления током одного из точечных контактов с помощью рядом расположенного другого контакта. Однако интерпретация была разной, Наши исследователи были очень осторожны, не пове или в эффекг усиления сигнала и заставляли сотрудников более тщательно чистить поверхность (Калашников С.
Г., Пении Н. А,). Л вот американские физики увидели но о ар. явление и создали точечный транзистор. 1.1.2. Эпоха транзисторизации Наступил 1943 год. На одной из страниц газеты "Нью-Йорк таймс" за 1 июля, посвшценной развитию радио и телевиления, было помещено скромное сообщсние. В нем говорилось о том, что фирма Вей Те!срйопс Еабз разработала новый электронный прибор. Этот приоор был способен работать в устройствах вместо "незаменимой" в те времена элекзронной лампы.
Новый прибор фирма намеревалась использовать вмесго телефонных реле, належность ость и быстродействие которых не удовлетворяли запросам того времени. успех пришел к сотрулникам отделения твердого тела фирмы Вей Те!ерЬопе (,аЬз. Группа в составе Джона Бардина, Уолтера Братгейна, Джеральда Пирсона, Уильяма Шокли, Р~ ° Р ли, Ричарла Гибни, Гордона Мура, в которой никто ранее не работал в области физики твердого е ого зева заинтересовалась работами по созданию кристаллического детектора лля радаро а а ов типа "кошачий ус". Эти полупроводниковые элементы бьши изготовлены из германия или Р или кремже было изния. К тому времени уже знали, как сделать так, чтооы они были чистыми, а также б вестно, как и чем их легировать лля получения материалов р- или п-типов.
ип пвзевого Уильям Шоклн прелполагал сделать полупроводниковый усилитель по принципу пв ово' имость ж)!факта В основе его конструкции была тонкая полупроводниковая пленка, провод оля, Расла которой должна была меняться при наложении поперечного электрического поля, ыть полу"е ты, провеленные Шокли, показывали, что усиление зчеьэрического снпмла может быть У е онов" но при условии формирования индуцированного заряла из подвижных нос~лелей (элекзр аботам пол дырок).
Однако экспериментально обнаружить эффелт усиления не улалась. К раоота ключился Дж. Ьардин, выдвинувший гипозезу. согласно которой индуцированны" й варях внутре" аоразустся электронами, захваченными в состояниях у поверхности Эю экранирусг вн, Р 1 яг)икроалектронииа вчера и сегодня ю область от приложенного поля. Даже несколько атомов на поверхности полупроводника снос ,особны защитить или экранировать сто от поверхности поля. Когда же плотность поверх „хностных состояний не слишком велика, поле контакгного потенциала может увеличить или ,яи уменьшить слой пространственного заряда. Это также стало ключом к отгадке тайны вып ыпрямляюших ток контактов. Эффект выпрямленна объясняется электростатической раз- и,ю потенциалов мезкду внутренней частью полупроводника и его поверхностью.
Гипотеза поверхностных состояний была весьма плодотворной и позволила сделать несколько п едположений, которые можно было экспериментально проверить. По одной из них слой „„осгранственного заряда может существовать у свободной поверхности. В этом случае заряды в слое компенсированы поверхностными сосюяниями. В звонком слое, прилегающем к поверхно, можсг возникнуть инверсный слой с типом проводимости, противоположным тому, кото,й характерен для объема материала У.
Бра.ггейн экспериментально подтвердил эту гипотезу. Справедливости ради отметим, что на существование поверхностных состояний на свободной поверхности твердого тела указали советский физик Тамм П932 г.) н немецкий физик Шоттки (1939 г.). Была выполнена серия эксперил1ентов по подтверждению положений теории поверхностных состояний, подтверждено существование электрического поля. Носители, генерированные при освещении перехода, рассасывались этим полем в противоположных направлениях в зависимости от знака заряда. Также менялось и значение контактной разности потенциалов.
А тем временем работы гю изучению поверхностных состояний продолжались. С ними были связаны идеи по созданию усилителя на полевом эффекте. Усилиями У. Браттейна и Р. Гибни было выяснено, что поверхностные состояния можно не учитывать, если в контакте с поверхностью находится электролит, а поле направлено перпендикулярно поверхности, В то же время Дж. Пирсон показал, что подвижность носителей в пленках намного ниже, чем в обьемном материале, Эти экспериментоьные результаты навели У. Браттейна и Дж. Бардина иа мысль о создании новой структуры усилителя. Чтобы получить эффект такого слоя в обьемном материале, они решгши использовать инверсиоиный слой на поверхности луска кремния с удельной проводимостью противоположного типа.
Они использовали контакт типа "ошачий ус" на повсрхности и такой жс контакт иа базе большой площади. Бардин и Братгейн для преодоления пространственного заряда на поверхносш полупроводника использовали электролит. Окружающая капля элек~ролпта была изолирована от "кошачьего уса" Третий электрод был выполнен в виде проволочной петли, которая находилась в кон- такте с электролитом. срвые эксперименты были проведены в ноябре 1947 года 1рис. 1.1).
Когда на базу подавалось и „; сь "оложитсльиое напряжение, большая часть обратного тока носила электронный хаРвкте тер и текла к контакту от инверснонного слоя. Ток ученьшящся, когда к электролиту прикла Р кладывалось отрицательное напряжение. В соответствии с эффектом поля это оыло прогисзи "Руемо Эффект бьш воспроизводимым, но только на низких частотах. Высокие частоты исп спользовать не удалось из-за низко~ о бысгродействия электролита. Дувшее се быстродействие было получено при использовании ииверсионного слоя р-типа на германн тигиу з "ии п-типа. Стало ясно, что наличие электролита в конструкции не позволит дос- узъ высоких результатов, и в связи с этим начались новые поиски. успех пришел в то врем„ когда было обнаружено, что при подаче постоянного напряжения смещения на леьг „л Родит происходит анодное травление германия с образованием оксидиой пленки.
Эту венк сл у сзали использовать вместо электролита, а иа слой окисла положили контактный лсй „ "з золотой фольги. Два точечных контакта в германии расположили рядом. На олин из Часть П. Микроэлектроника Рис. 1.2. Первый твердогепьныи усипитепь— макет транзистора Два бпизхораспопоженных контакта выполняли функции змиттера и коллектора. Они располагались на поверхности германиевого бруска, хоторыи служил базой Вверху находилась пружина, которая прижимала золотую фопыу Рис. 1.1. Исследование ведут лауреаты Нобелевской премии 1956 года Уильям Шохпи !сипит), Джон Бардин и Уолтер Браттеин !справа).
1947 гоп Если к металлическому контакту, близкому. к "кошачьему усу", приложить напряжение, то инжекгируются неосновные носители, и усиленный обратныйг ток начинает течь к контакту. Если положительное напряжение приложить к конталту, близкому к отрицательно смещенному "кошачьему усу" на германии п-типа, то обратный ток увеличиваегся. Это противоречило озкидаемому от полевого эффекг а изменению тока. Итак, первым твердотельным прибором для усиления элелтрического тока стал точечный транзистор, в котором два точечных контакта размещаются в непосредственной близости на верхней поверхности небольшого куска германна и-типа.
Прн положительном напряжении на вин!тере инжектируются дырки, ток которых направлен к отрицательно смещенному коллекторному контакту.. демонстрация прибора состоялась 23 декабря 1047 года Экспериментаторы обнаружили, что с помоцзью тока через один контакт удается управлять током черо~ другой и усиливать сигналы (до верхней границы звуковых частот) более чем в 100 раз. Встал вопрос: как назвать свое детище? Вариантов было много. По прелложенггго Дж. Пирса, который в то время был административным руководителем отдела связи фирмы пРибор назвали тданзисгпорозг. Это название отражало сходство полупроводниково~~ прибора с лампами, Действительно, важным параметром лампы является крутизна ее харакг" Рисунки !1гапзсопг)цсгапсе), а в полупроводниковом усилителе эффект усиления обеспечивает ся благодаря переходному сопротивлению !ггагтзгез!11апсе), и в итоге получается !гааз!з1ог.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
