kategoriler: Öne Çıkan Makaleler » Acemi elektrikçiler
Görüntülenme sayısı: 36288
Makaleye yorum: 3
Transistörler. Bölüm 3. Transistörler nelerden yapılmıştır
Makalenin başlangıcı: Transistör geçmişi, Transistörler: amaç, cihaz ve çalışma prensipleri, İletkenler, İzolatörler ve Yarı İletkenler
Saf yarı iletkenler aynı miktarda serbest elektron ve deliklere sahiptir. Bu tür yarı iletkenler, söylendiği gibi yarı iletken cihazların üretimi için kullanılmaz. makalenin önceki bölümünde.
Transistörlerin üretimi için (bu durumda, aynı zamanda diyotlar, mikro devreler ve aslında tüm yarı iletken cihazlar anlamına gelir), n ve p tipi yarı iletkenler kullanılır: elektronik ve delik iletkenliği ile. N-tipi yarı iletkenlerde, elektronlar ana yük taşıyıcılar ve p-tipi yarı iletkenlerdeki deliklerdir.
Gerekli iletkenlik tipine sahip yarı iletkenler, saf yarı iletkenlere doping (safsızlıklar eklenerek) ile elde edilir. Bu safsızlıkların miktarı azdır, ancak yarı iletkenlerin özellikleri tanınmayacak şekilde değişir.
dopants
Transistörler, alaşım katışkıları olarak kullanılan üç ve beş değerli elemanları kullanmazlarsa transistör olmazlar. Bu unsurlar olmadan, farklı iletkenliğe sahip yarı iletkenler oluşturmak, bir bütün olarak bir pn (okumalar pe - en) kavşağı ve transistörü oluşturmak imkansız olurdu.
Bir yandan, üç değerlikli safsızlıklar olarak indiyum, galyum ve alüminyum kullanılır. Dış kabukları sadece 3 elektron içerir. Bu tür safsızlıklar, yarı iletkenlerin atomlarından elektronları alır, sonuç olarak yarı iletkenlerin iletkenliği delik olur. Bu öğelere alıcılar denir - "alıcı".
Öte yandan, bunlar beş değerli unsurlar olan antimon ve arseniktir. Dış yörüngesinde 5 elektron bulunur. Kristal kafesin düzenli sıralarına girerek, beşinci elektron için bir yer bulamazlar, serbest kalırlar ve yarı iletkenin iletkenliği elektron veya tip n olur. Bu tür safsızlıklara bağışçı denir - “veren”.
Şekil 1, transistörlerin üretiminde kullanılan kimyasal elementlerin bir tablosunu göstermektedir.
Şekil 1. Safsızlıkların yarıiletkenlerin özellikleri üzerindeki etkisi
Yarı iletken bir kimyasal olarak saf kristalde, örneğin germanyumda bile, safsızlıklar bulunur. Sayıları küçük - Almanya'nın kendisinin bir milyar atomu başına bir safsızlık atomu. Ve bir santimetreküpte, safsızlık atomları olarak adlandırılan yaklaşık elli bin milyar yabancı cisim ortaya çıkıyor. Çok mu seviyorsun?
1 A akımda, saniyede 1 Coulomb veya 6 * 10 ^ 18 (altı milyar milyar) elektron yükünün iletkenden geçtiğini hatırlamanın zamanı geldi. Başka bir deyişle, çok fazla kirlilik atomu yoktur ve yarı iletkene çok az iletkenlik verir. Kötü bir iletken ya da çok iyi bir yalıtkan değil. Genel olarak, bir yarı iletken.
İletkenliği n olan bir yarı iletken n
Bir germanyum kristaline bir pentavalent antimon veya arsenik atomu sokulursa ne olacağını görelim. Bu, Şekil 2'de oldukça açık bir şekilde gösterilmiştir.
Şekil 2. Bir 5-valans katışkısının bir yarı iletken içine sokulması.
Daha önce yapılmış olması gereken Şekil 2 hakkında kısa bir yorum. Şekildeki yarı iletkenin bitişik atomları arasındaki her çizgi çift olmalıdır ve bağda iki elektron bulunduğunu gösterir. Böyle bir bağ kovalent olarak adlandırılır ve Şekil 3'te gösterilmiştir.
Şekil 3. Bir silikon kristalinde kovalent bağ.
Almanya için model tamamen aynı olurdu.
Kristal kafes içine beş değerli bir safsızlık atomu verilir, çünkü gidecek hiçbir yeri yoktur.Komşu atomlarla kovalent bağlar oluşturmak için beş değerlik elektronundan dördünü kullanır ve kristal kafes içine sokulur. Ancak beşinci elektron serbest kalacaktır. En ilginç şey, bu durumda safsızlığın atomunun pozitif bir iyon haline gelmesidir.
Bu durumda kirlilik donör olarak adlandırılır; yarı iletkene, yarı iletkenteki ana yük taşıyıcıları olacak ek elektronlar verir. Donörden ek elektron alan yarı iletken, elektronik iletkenliğe sahip veya n - negatif tipte bir yarı iletken olacaktır.
Safsızlıklar, yarı iletkenlere küçük miktarlarda, on milyon germanyum veya silikon atomu başına sadece bir atom olarak sokulur. Ancak, bu, yukarıda yazıldığı gibi, en saf kristaldeki içsel safsızlıkların içeriğinden yüz kat daha fazladır.
Şimdi, Şekil 4'te gösterildiği gibi, n türünün sonuçtaki yarı iletkenine bir galvanik hücre bağlarsak, pilin elektrik alanının etkisi altındaki elektronlar (içinde eksi olan daireler) pozitif sonucuna koşar. Akım kaynağının negatif kutbu kristale kadar elektron verecektir. Bu nedenle, bir elektrik akımı yarı iletken içinden akacaktır.
Resim 4
İçinde artı işareti olan altıgenler, elektron bağışlayan safsızlık atomlarından başka bir şey değildir. Şimdi bunlar pozitif iyonlar. Yukarıdakilerin sonucu şöyledir: yarı iletken içine bir safsızlık vericisinin sokulması, serbest elektronların enjeksiyonunu sağlar. Sonuç, elektronik iletkenliğe veya n tipine sahip bir yarı iletkentir.
İndiyum gibi harici bir yörüngede üç elektronu olan bir maddenin atomları bir yarı iletken, germanyum veya silikona eklenirse, sonuç açıkça doğrudur. Bu ilişki Şekil 5'te gösterilmiştir.
Şekil 5. Bir 3-değerlikli safsızlığın bir yarı iletken içine sokulması.
Şimdi böyle bir kristale bir akım kaynağı bağlıysa, deliklerin hareketi düzenli bir karakter alacaktır. Yer değiştirme aşamaları Şekil 6'da gösterilmektedir.
Şekil 6. Delik iletim aşamaları
Sağdaki ilk atomda bulunan delik, bu sadece üç değerlikli safsızlık atomudur, elektronu soldaki komşudan yakalar, bunun sonucunda delik kalır. Bu delik, sırayla, komşusundan yırtılmış bir elektronla doldurulur (şekilde tekrar sola doğrudur).
Bu şekilde, pozitif yüklü deliklerin akünün pozitif kutbundan negatif kutbuna hareketi yaratılır. Bu, delik mevcut kaynağın negatif kutbuna yaklaşana ve ondan bir elektronla dolana kadar devam eder. Aynı zamanda, elektron atomunu pozitif terminale en yakın kaynaktan bırakır, yeni bir delik elde edilir ve işlem tekrarlanır.
Bir safsızlık tanıtıldığında ne tür bir yarı iletken elde edildiğini karıştırmamak için, “verici” kelimesinin en (negatif) harfine sahip olduğunu hatırlamak yeterlidir - n tipi bir yarı iletken elde edilir. Ve alıcı kelimesinde, p harfi (pozitif) vardır - iletkenliği olan bir yarı iletken p.
Geleneksel kristaller, örneğin, Almanya, doğada var oldukları formda, yarı iletken cihazların üretimi için uygun değildir. Gerçek şu ki, sıradan bir doğal germanyum kristali birlikte büyüyen küçük kristallerden oluşur.
İlk olarak, başlangıç malzemesi safsızlıklardan arıtıldı, daha sonra germanyum eritildi ve eriyik içine düzenli bir kafesli küçük bir kristal olan bir tohum indirildi. Tohum eriyik içinde yavaşça döndü ve yavaş yavaş yükseldi. Eriyik tohumu kuşattı ve soğutma, düzenli kristal kafesli büyük bir tek kristal çubuk oluşturdu. Elde edilen tek kristalin görünümü Şekil 7'de gösterilmektedir.
Resim 7
Tek bir kristalin üretilmesi işleminde eriyiğe p veya n tipi bir katkı maddesi ilave edildi, böylece kristalin istenen iletkenliği elde edildi. Bu kristal, transistörde baz haline gelen küçük plakalar halinde kesildi.
Toplayıcı ve yayıcı farklı şekillerde yapılmıştır. En basit olanı, kaynak noktasını 600 dereceye kadar ısıtan, plakanın karşı taraflarına küçük indiyum parçalarının yerleştirilmesiydi. Tüm yapının soğutulmasından sonra, indiyumla doymuş bölgeler p tipi iletkenlik elde etti. Elde edilen kristal mahfazaya yerleştirildi ve kurşunlar bağlandı, bunun sonucunda alaşımlı düzlemsel transistörler elde edildi. Bu transistörün tasarımı Şekil 8'de gösterilmiştir.
Resim 8
Bu tür transistörler yirminci yüzyılın altmışlarında MP39, MP40, MP42 vb. Şimdi neredeyse bir müze sergisi. P-n-p devre yapısının en yaygın kullanılan transistörleri.
1955 yılında bir difüzyon transistörü geliştirildi. Bu teknolojiye göre, toplayıcı ve yayıcı bölgeleri oluşturmak için, istenen safsızlığın buharlarını içeren bir gaz atmosferine bir germanyum plakası yerleştirildi. Bu atmosferde, plaka erime noktasının hemen altındaki bir sıcaklığa ısıtıldı ve gereken süre boyunca tutuldu. Sonuç olarak, safsızlık atomları kristal kafese nüfuz ederek pn birleşim yerleri oluşturur. Böyle bir işlem difüzyon yöntemi olarak bilinir ve transistörlerin kendilerine difüzyon denir.
Alaşım transistörlerinin frekans özellikleri, söylenmelidir, arzulanan çok şey bırakın: kesme frekansı, onlarca düşük ve orta frekanslarda bir anahtar olarak kullanmanıza izin veren birkaç on megahertz'den fazla değildir. Bu transistörlere düşük frekans denir ve yalnızca ses aralığının frekanslarını güvenle yükseltir. Silikon alaşımlı transistörler uzun süredir silikon transistörler ile değiştirilmiş olsa da, germanyum transistörler, yayıcıyı ileri yönde bastırmak için düşük voltajın gerekli olduğu özel uygulamalar için üretilmektedir.
Silikon transistörler düzlemsel teknolojiye göre üretilir. Bu, tüm geçişlerin bir yüzeye çıktığı anlamına gelir. Ayrık eleman devrelerinden neredeyse tamamen germanyum transistörlerini değiştirdiler ve germanyumun hiç kullanılmadığı entegre devrelerin bileşenleri olarak kullanılırlar. Şu anda, bir germanyum transistörünün bulunması çok zordur.
Bir sonraki makalede okuyun.
Boris Aladyshkin
Ayrıca bkz. electro-tr.tomathouse.com
: