קטגוריות: מאמרים מוצגים » חשמלאים מתחילים
מספר צפיות: 36288
הערות לכתבה: 3
טרנזיסטורים חלק 3. ממה עשויים הטרנזיסטורים
תחילת המאמר: היסטוריה של טרנזיסטור, טרנזיסטורים: מטרה, התקן ועקרונות הפעולה, מוליכים, מבודדים ומוליכים למחצה
למוליכים למחצה טהורים יש אותה כמות של אלקטרונים וחורים חופשיים. מוליכים למחצה כאלה אינם משמשים לייצור מכשירי מוליכים למחצה, כאמור בחלק הקודם של המאמר.
לייצור טרנזיסטורים (במקרה זה, המשמעות היא גם דיודות, מעגלי מיקרו ובעצם כל התקני המוליכים למחצה), משתמשים בסוגים n ו- p של מוליכים למחצה: עם מוליכות אלקטרונית וחור. במוליכים למחצה סוג n, אלקטרונים הם נושאי המטען העיקריים, וחורים במוליכים למחצה p-type.
מוליכים למחצה עם סוג המוליכות הנדרש מתקבלים על ידי סמים (הוספת זיהומים) למוליכים למחצה טהורים. כמות הזיהומים הללו קטנה, אך תכונותיו של המוליכים למחצה משתנים ללא הכר.
סמים
טרנזיסטורים לא יהיו טרנזיסטורים אם הם לא היו משתמשים בשלושה אלמנטים מחומשים המשמשים כטומני סגסוגת. ללא אלמנטים אלה פשוט לא היה ניתן ליצור מוליכים למחצה בעלי מוליכות שונה, ליצור צומת pn (קורא pe - en) וטרנזיסטור בכללותו.
מצד אחד, אינדיום, גליום ואלומיניום משמשים כזיהום טריפלנטי. הקליפה החיצונית שלהם מכילה רק 3 אלקטרונים. זיהומים כאלה מורידים אלקטרונים מהאטומים של מוליך המוליכים למחצה, והתוצאה כי המוליכות של המוליכים למחצה הופכת לחור. אלמנטים כאלה מכונים מקבלי פנים - "לוקח".
מצד שני, מדובר באנטימונים וארסן שהם אלמנטים מחומשים. יש להם 5 אלקטרונים במסלול החיצוני שלהם. הם נכנסים לשורות המסודרות של סריג הגביש, הם לא יכולים למצוא מקום לאלקטרון החמישי, הוא נשאר חופשי והמוליכות של מוליך המוליכים למחצה הופכת לאלקטרון או סוג n. זיהומים כאלה נקראים תורמים - "הנותן".
איור 1 מראה טבלה של יסודות כימיים המשמשים לייצור טרנזיסטורים.
תרשים 1. השפעת הזיהומים על תכונותיהם של מוליכים למחצה
אפילו בקריסטל טהור מבחינה כימית של מוליך למחצה, למשל גרמניום, כלולים זיהומים. מספרם קטן - אטום טומאה אחד למיליארד אטומים של גרמניה עצמה. ובסנטימטר מעוקב אחד מתברר כחמישים אלף מיליארד גופים זרים, המכונים אטומי טומאה. אוהב הרבה?
זה הזמן לזכור שבזרם של 1 A עובר דרך המוליך מטען של 1 קולומב, או 6 * 10 ^ 18 (שישה מיליארד מיליארד) אלקטרונים בשנייה. במילים אחרות, אין כל כך הרבה אטומי טומאה והם נותנים למוליכים למחצה מעט מוליכות. מסתבר שמוליך רע, או לא מבודד טוב במיוחד. באופן כללי, מוליך למחצה.
איך מוליך למחצה עם מוליכות n
בואו נראה מה קורה אם מוחדר אטום מחומש של אנטימון או ארסן בגביש גרמניום. זה מוצג די בבירור באיור 2.
איור 2. איור טומאה של 5 ערכים למוליכים למחצה.
פירוש קצר על איור 2, שהיה צריך להיעשות קודם לכן. כל קו בין האטומים הסמוכים של מוליך המוליכים בדמות צריך להיות כפול, ומראה ששני אלקטרונים מעורבים בקשר. קשר כזה נקרא קוולנטי ומוצג באיור 3.
איור 3. איור 3. קשר קוולנטי בגביש סיליקון.
מבחינת גרמניה התבנית תהיה זהה לחלוטין.
אטום טומאה מחומש מוחדר לסריג הגביש, מכיוון שפשוט אין לו לאן ללכת.הוא משתמש בארבעה מחמשת האלקטרונים הערכיים שלו כדי ליצור קשרים קוולנטיים עם אטומים שכנים, ומוחדר לסריג הגביש. אבל האלקטרון החמישי יישאר חופשי. הדבר המעניין ביותר הוא שאטום הטומאה עצמו במקרה זה הופך ליון חיובי.
הטומאה במקרה זה נקראת תורם, היא מעניקה למוליכים למחצה אלקטרונים נוספים, שיהיו נשאי המטען העיקריים במוליכים למחצה. המוליך למחצה עצמו, שקיבל אלקטרונים נוספים מהתורם, יהיה מוליך למחצה עם מוליכות אלקטרונית או מסוג n - שלילי.
זיהומים מוחדרים למוליכים למחצה בכמויות קטנות, רק אטום אחד לכל עשרה מיליון אטומים של גרמניום או סיליקון. אבל זה פי מאה פעמים יותר מתוכן זיהומים מהותיים בגביש הטהור ביותר, כפי שנכתב ממש למעלה.
אם אנו מחברים תא גלווני למוליך המוליכים למחצה n המתקבל, כפי שמוצג באיור 4, האלקטרונים (עיגולים עם מינוס בפנים) תחת פעולת השדה החשמלי של הסוללה ימהרו לפלט החיובי שלה. הקוטב השלילי של המקור הנוכחי ייתן כמה שיותר אלקטרונים לגביש. לפיכך, זרם חשמלי יזרום במוליכים למחצה.
איור 4
משושים שיש להם סימן פלוס בפנים, אינם אלא אטומי טומאה התורמים אלקטרונים. עכשיו אלה יונים חיוביים. התוצאה של האמור לעיל הנה כדלקמן: הכנסת תורם טומאה למוליך המוליך מבטיח הזרקת אלקטרונים חופשיים. התוצאה היא מוליך למחצה עם מוליכות אלקטרונית או סוג n.
אם להוסיף אטומים של חומר עם שלושה אלקטרונים במסלול חיצוני, כמו אינדיום, למוליכים למחצה, גרמניום או סיליקון, התוצאה תהיה, למען האמת, ההפך. קשר זה מוצג באיור 5.
איור 5. איור טומאה של 3 ערכים למוליכים למחצה.
אם מקור זרם מחובר כעת לקריסטל כזה, תנועת החורים תיקח תו מסודר. שלבי העקירה מוצגים באיור 6.
איור 6. שלבי הולכה של חור
החור הממוקם באטום הראשון מימין, זהו רק האטום הטריפלנטי של הטומאה, לוכד את האלקטרון מהשכנה משמאל, וכתוצאה מכך החור נשאר בתוכו. החור הזה, בתורו, מלא באלקטרון שנקרע משכנו (בתמונה הוא שוב משמאל).
בדרך זו נוצרת תנועה של חורים טעונים חיוביים מהעמוד החיובי לקוטב השלילי של הסוללה. זה ממשיך עד שהחור מתקרב לקוטב השלילי של המקור הנוכחי ומתמלא באלקטרון ממנו. במקביל, האלקטרון משאיר את האטום שלו מהמקור הקרוב ביותר לטרמינל החיובי, מתקבל חור חדש, והתהליך חוזר שוב.
כדי לא להתבלבל באיזה סוג של מוליכים למחצה מתקבל בעת הצגת טומאה, מספיק לזכור שלמילה "תורם" יש את האות en (שלילי) - מתקבל מוליך למחצה מסוג n. ובמילה acceptor יש את האות pe (חיובי) - מוליך למחצה עם מוליכות p.
גבישים קונבנציונליים, למשל, גרמניה, בצורה בה הם קיימים בטבע, אינם מתאימים לייצור מכשירי מוליכים למחצה. העובדה היא כי גביש גרמניום טבעי רגיל מורכב מגבישים קטנים הגדלים יחד.
ראשית, חומר ההתחלה היה מטוהר מזיהומים, לאחר מכן נמס גרמניום והוריד זרע לממיס, גביש קטן עם סריג רגיל. הזרע הסתובב לאט בתוך ההמסה וקם בהדרגה. המסה עטפה את הזרע וקירורו יצר מוט גביש בודד גדול עם סריג גביש רגיל. המראה של הגביש הבודד המתקבל מוצג באיור 7.
איור 7
בתהליך הייצור של גביש בודד, נוסף להמיס חומר טיפולי מסוג p או n, ובכך השיג את המוליכות הרצויה של הגביש. גביש זה נחתך לצלחות קטנות, אשר בטרנזיסטור הפכו לבסיס.
האספן והפולט נוצרו בדרכים שונות. הפשוט ביותר היה שחלקי אינדיום קטנים הונחו בצדדים הפוכים של הצלחת, שהולחמו, והתחממו את נקודת המגע ל 600 מעלות. לאחר קירור המבנה כולו, האזורים הרוויים באינדיום רכשו מוליכות מסוג p. הגביש המתקבל הותקן בתוך הדיור והמוליכים היו מחוברים וכתוצאה מכך הושגו טרנזיסטורים מישוריים סגסוגת. העיצוב של טרנזיסטור זה מוצג באיור 8.
איור 8
טרנזיסטורים כאלה הופקו בשנות השישים של המאה העשרים תחת שם המותג MP39, MP40, MP42 וכו '. עכשיו זה כמעט תערוכה מוזיאלית. הטרנזיסטורים הנפוצים ביותר של מבנה המעגל p-n-p.
בשנת 1955 פותח טרנזיסטור דיפוזיה. על פי טכנולוגיה זו, כדי ליצור אזורי אספן ופולטות, הוצבה צלחת גרמניום באווירת גז המכילה אדים עם הטומאה הרצויה. באטמוספרה זו החימום פלטה לטמפרטורה מעט מתחת לנקודת ההתכה והוחזקה למשך הזמן הנדרש. כתוצאה מכך אטומי טומאה חדרו לסריג הגביש, ויצרו צומת pn. תהליך כזה מכונה שיטת דיפוזיה, והטרנזיסטורים עצמם נקראים דיפוזיה.
מאפייני התדר של טרנזיסטורי סגסוגת, יש לומר, משאירים הרבה רצוי: תדר הניתוק אינו עולה על כמה עשרות מגה-הרץ, המאפשר לך להשתמש בהם כמפתח בתדרים נמוכים ובינוניים. טרנזיסטורים כאלה נקראים בתדר נמוך, והם יגבירו בביטחון רק את התדרים של טווח השמע. למרות שטרנזיסטורי סגסוגת סיליקון הוחלפו זה מכבר בטרנזיסטורים מסיליקון, טרנזיסטורים גרמניום עדיין מיוצרים ליישומים מיוחדים שבהם מתח נמוך צריך להטות את הפולט בכיוון קדימה.
טרנזיסטורי סיליקון מיוצרים על פי טכנולוגיה מישורית. המשמעות היא שכל המעברים עוברים למשטח אחד. הם החליפו כמעט לחלוטין טרנזיסטורים גרמניים ממעגלי אלמנטים נפרדים ומשמשים כרכיבים של מעגלים משולבים שבהם גרמניום מעולם לא שימש. נכון לעכשיו, טרנזיסטור גרמניום קשה מאוד למצוא.
המשך לקרוא במאמר הבא.
בוריס אלאדישקין
ראה גם באתר elektrohomepro.com
: