Большая Советская Энциклопедия (цитаты)

Транзистор

Транзистор (далее Т) (от англ. transfer — переносить и resistor — сопротивление), электронный прибор на основе полупроводникового имеющий три (или более) вывода, предназначенный для генерирования и преобразования электрических колебаний. Изобретен в 1948 У. Шокли, У. Браттейном и Дж. Бардином (Нобелевская премия, 1956). Т составляют два основных крупных класса: униполярные Т и биполярные Т

  В униполярных Т протекание тока через обусловлено носителями заряда только одного знака — электронами или дырками (см. Полупроводники). Подробно об униполярных Т см. в ст. Полевой транзистор.

  В биполярных Т (которые обычно называют просто Т) ток через обусловлен движением носителей заряда обоих знаков. Такой Т представляет собой (рис. 1) монокристаллическую полупроводниковую пластину, в которой с помощью особых технологических приемов созданы 3 области с разной проводимостью: дырочной (p) и электронной (n). В зависимости от порядка их чередования различают Т p—n—p-типа и n—p—n-типа. Средняя область (ее обычно делают очень тонкой) — порядка нескольких мкм, называется базой, две другие — эмиттером и коллектором. База отделена от эмиттера и коллектора электронно-дырочными переходами (р—n-переходами): эмиттерным (ЭП) и коллекторным (КП). От базы, эмиттера и коллектора сделаны металлические выводы.

  Рассмотрим физические процессы, происходящие в Т, на примере Т n—p—n-типа (рис. 1, а). К ЭП прикладывают напряжение бэ, которое понижает потенциальный барьер перехода и тем самым уменьшает его сопротивление электрическому току (то есть ЭП включают в направлении пропускания электрического тока, или в прямом направлении), а к КП — напряжение , повышающее потенциальный барьер перехода и увеличивающее его сопротивление (КП включают в направлении запирания или в обратном направлении). Под действием напряжения бэ через ЭП течет ток iэ, который обусловлен главным образом перемещением (инжекцией) электронов из эмиттера в базу. Проникая сквозь базу в область КП, электроны захватываются его полем и втягиваются в коллектор. При этом через КП течет коллекторный ток ik. Однако не все инжектированные электроны достигают КП: часть их по пути рекомбинирует с основными носителями в базе — дырками (число рекомбинировавших электронов тем меньше, чем меньше толщина базы и концентрация дырок в ней). Так как в установившемся режиме количество дырок в базе постоянно, то это означает, что часть электронов уходит из базы в цепь ЭП, образуя ток базы iб таким образом, iэ iiб. Обычно iб<< ik, поэтому ik " iэ и Dik " Diэ. Величина a = Dik/Diэ называется коэффициентом передачи тока (иногда — коэффициентом усиления по току), зависит от толщины базы и параметров полупроводникового материала базы и для большинства Т близка к 1. Всякое изменение бэ вызывает изменение iэ (в соответствии с вольтамперной характеристикой p—n-перехода) и, следовательно, ik. Сопротивление КП велико, поэтому сопротивление нагрузки Rн в цепи КП можно выбрать достаточно большим, и тогда Dik будет вызывать значительные изменение напряжения на нем. В результате на Rн можно получать электрические сигналы, мощность которых будет во много раз превосходить мощность, затраченную в цепи ЭП. Подобные же физические процессы происходят и в Т рn—p-типа (рис. 1, б), но в нем электроны и дырки меняются ролями, а полярности приложенных напряжений должны быть изменены на обратные. Эмиттер в Т может выполнять функции коллектора, а коллектор — эмиттера (в симметричных Т), для этого достаточно изменить полярность соответствующих напряжений.

  В соответствии с механизмом переноса не основных носителей через базу различают бездрейфовые Т, в базе которых ускоряющее электрическое поле отсутствует и заряды переносятся от эмиттера к коллектору за счет диффузии, и дрейфовые Т, в которых действуют одновременно два механизма переноса зарядов в базе: их диффузия и дрейф в электрическом поле. По электрическим характеристикам и областям применения различают Т маломощные малошумящие (используются во входных цепях радиоэлектронных усилительных устройств), импульсные (в импульсных электронных системах), мощные генераторные (в радиопередающих устройствах), ключевые (в системах автоматического регулирования в качестве электронных ключей), фототранзисторы (в устройствах, преобразующих световые сигналы в электрические с одновременным усилением последних) и специальные. Различают также низкочастотные Т (в основном для работы в звуковом и ультразвуковом диапазонах частот), высокочастотные (до 300 Мгц) и сверхвысокочастотные (свыше 300 Мгц).

  В качестве полупроводниковых материалов для изготовления Т используют преимущественно германий и кремний. В соответствии с технологией получения в зон с различными типами проводимости (см. Полупроводниковая электроника) Т делят на сплавные, диффузионные, конверсионные, сплавно-диффузионные, мезатранзисторы, эпитаксиальные, планарные (см. Планарная технология) и планарно-эпитаксиальные. По конструктивному исполнению Т подразделяются на Т в герметичных металлостеклянных, металлокерамических или пластмассовых корпусах и бескорпусные (рис. 2а, 2б, 2в); последние имеют временную защиту от воздействия внешней среды (тонкий слой лака, смолы, легкоплавкого стекла) и герметизируются совместно с устройством, в котором их устанавливают. Наибольшее распространение получили планарные и планарно-эпитаксиальные Т

  С изобретением Т наступил период миниатюризации радиоэлектронной аппаратуры на базе достижений быстро развивающейся полупроводниковой электроники. По сравнению с радиоэлектронной аппаратурой первого поколения (на электронных лампах) аналогичная по назначению радиоэлектронная аппаратура второго поколения (на полупроводниковых приборах, в том числе на Т) имеет в десятки и сотни раз меньшие габариты и массу, более высокую надежность и потребляет значительно меньшую электрическую мощность. Размеры полупроводникового элемента современного Т весьма малы: даже в самых мощных Т площадь не превышает нескольких мм2. Надежность работы Т (определяется по среднему статистическому времени наработки на один отказ) характеризуется значениями ~105 ч, достигая в отдельных случаях 106 ч. В отличие от электронных ламп Т могут работать при низких напряжениях источников питания (до нескольких десятых долей в), потребляя при этом токи в несколько мка. Мощные Т работают при напряжениях 10—30 в и токах до нескольких десятков а, отдавая в нагрузку мощность до 100 вт и более.

  Верхний предел диапазона частот усиливаемых Т сигналов достигает 10 Ггц, что соответствует длине волны электромагнитных колебаний 3 см. По шумовым характеристикам в области низких частот Т успешно конкурируют с малошумящими электрометрическими лампами. В области частот до 1 Ггц Т обеспечивают значение коэффициента шума не свыше 1,5—3,0 дб. На более высоких частотах коэффициент шума возрастает, достигая 6—10 дб на частотах 6—10 Ггц.

  Т является основным элементом современных микроэлектронных устройств. Успехи планарной технологии позволили создавать на одном полупроводника площадью 30—35 мм2 электронные устройства, насчитывающие до нескольких десятков тыс. Т Такие устройства, получившие название интегральных микросхем (ИС, см. Интегральная схема), являются основой радиоэлектронной аппаратуры третьего поколения. Примером такой аппаратуры могут служить наручные электронные часы, содержащие от 600 до 1500 Т, и карманные электронные вычислительные устройства (несколько тыс. т.). Переход к использованию ИС определил новое направление в конструировании и производстве малогабаритной и надежной радиоэлектронной аппаратуры, получившее название микроэлектроники. Достоинства Т в сочетании с достижениями технологии их производства позволяют создавать ЭВМ, насчитывающие до нескольких сотен тыс. элементов, размещать сложные электронные устройства на борту самолетов и космических летательных аппаратов, изготовлять малогабаритную радиоэлектронную аппаратуру для использования в самых различных областях промышленности, в медицине, быту и т.д. Наряду с достоинствами Т (как и др. полупроводниковые приборы) имеют ряд недостатков, в первую очередь — ограниченный диапазон рабочих температур. Так, Т работают при температурах не свыше 100 °С, 200 °С. К недостаткам Т относятся также существенные изменения их параметров с изменением рабочей температуры и довольно сильная чувствительность к ионизирующим излучениям. См. также Дрейфовый транзистор, Импульсный транзистор, Конверсионный транзистор, Лавинный транзистор.

 

  Лит.: Федотов Я. А., Основы физики полупроводниковых приборов, (2 изд.), М., 1970; планарные транзисторы, под ред. Я. А. Федотова, М., 1973; З и С. М., Физика полупроводниковых приборов, пер. с англ., М., 1973.

  Я. А. Федотов.



Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска


Новости 28.03.2024 18:38:51