فئات: مقالات مميزة » كهربائيين المبتدئين
مرات المشاهدة: 36288
تعليقات على المقال: 3
الترانزستورات. الجزء 3. ما الترانزستورات مصنوعة من
بداية المقال: تاريخ الترانزستور, الترانزستورات: الغرض والجهاز ومبادئ التشغيل, الموصلات والعوازل وأشباه الموصلات
تحتوي أشباه الموصلات النقية على نفس الكمية من الإلكترونات والثقوب الحرة. لا يتم استخدام أشباه الموصلات هذه لتصنيع أجهزة أشباه الموصلات ، كما قيل في الجزء السابق من المقال.
لإنتاج الترانزستورات (في هذه الحالة ، فإنها تعني أيضًا الثنائيات ، الدوائر الدقيقة ، وجميع أجهزة أشباه الموصلات في الواقع) ، وتستخدم أنواع n و p من أشباه الموصلات: مع الموصلية الإلكترونية وثقب. في أشباه الموصلات من النوع n ، الإلكترونات هي ناقلات الشحنة الرئيسية ، والثقوب في أشباه الموصلات من النوع p.
يتم الحصول على أشباه الموصلات مع النوع المطلوب من الموصلية عن طريق المنشطات (إضافة الشوائب) إلى أشباه الموصلات النقي. كمية هذه الشوائب صغيرة ، لكن خصائص أشباه الموصلات تتغير إلى حد لا يمكن التعرف عليه.
مواد إشابة
لن تكون الترانزستورات الترانزستورات إذا لم تستخدم ثلاثة عناصر وخماسية التكافؤ ، والتي تستخدم الشوائب السبائك. بدون هذه العناصر ، كان من المستحيل ببساطة إنشاء أشباه الموصلات من الموصلية المختلفة ، لإنشاء تقاطع pn (يقرأ pe) والترانزستور ككل.
من ناحية ، يتم استخدام الإنديوم والغاليوم والألومنيوم كشوائب ثلاثية التكافؤ. تحتوي الغلاف الخارجي على 3 إلكترونات فقط. هذه الشوائب تسلب الإلكترونات من ذرات أشباه الموصلات ، مما يؤدي إلى أن الموصلية لأشباه الموصلات تصبح ثقبًا. وتسمى هذه العناصر المتقبلين - "اخذ".
من ناحية أخرى ، هذه الأنتيمون والزرنيخ ، وهي عناصر خماسية التكافؤ. لديهم 5 إلكترونات في مدارهم الخارجي. عند دخولهم إلى صفوف رفيعة من الشبكة البلورية ، لا يمكنهم العثور على مكان للإلكترون الخامس ، ويظل مجانيًا ، وتصبح الموصلية شبه الموصلة إلكترونًا أو نوعًا n. تسمى هذه الشوائب بالمانحين - "المانح".
يوضح الشكل 1 جدول العناصر الكيميائية المستخدمة في إنتاج الترانزستورات.
الشكل 1. تأثير الشوائب على خصائص أشباه الموصلات
حتى في بلورة نقية كيميائيا لأشباه الموصلات ، على سبيل المثال ، الجرمانيوم ، توجد شوائب. عددهم صغير - ذرة النجاسة واحدة لكل مليار ذرة من ألمانيا نفسها. وفي سنتيمتر واحد مكعب ، تحصل على حوالي خمسين ألف مليار جسم أجنبي ، والتي تسمى ذرات النجاسة. مثل الكثير؟
هذا هو الوقت المناسب لتذكر أنه في تيار 1 أ ، تمر شحنة Coulomb واحدة عبر الموصل ، أو 6 * 10 ^ 18 (ستة مليارات مليار) إلكترون في الثانية. وبعبارة أخرى ، لا توجد الكثير من ذرات النجاسة وهي تعطي الموصلات شبه الموصلية القليل جدًا. اتضح إما موصل سيئة ، أو ليس عازل جيد للغاية. بشكل عام ، أشباه الموصلات.
كيف هو أشباه الموصلات مع الموصلية ن
دعونا نرى ما يحدث إذا تم إدخال ذرة خماسية التكافؤ من الأنتيمون أو الزرنيخ في بلورة جرمانيوم. يظهر هذا بوضوح تام في الشكل 2.
الشكل 2. مقدمة من النجاسة 5 التكافؤ في أشباه الموصلات.
تعليق قصير على الشكل 2 ، والذي كان ينبغي القيام به في وقت سابق. يجب أن يكون كل خط بين الذرات المجاورة لأشباه الموصلات في الشكل مزدوجًا ، مما يدل على تورط إلكترونين في الرابطة. يسمى هذا الرابطة التساهمية ويظهر في الشكل 3.
الشكل 3. رابطة التساهمية في الكريستال السيليكون.
بالنسبة لألمانيا ، فإن النمط سيكون هو نفسه بالضبط.
يتم إدخال ذرة النجاسة الخماسي التكافؤ في الشبكة البلورية ، لأنه ببساطة لا يوجد مكان يذهبون إليه.يستخدم أربعة من إلكترونات التكافؤ الخمسة الخاصة به لإنشاء روابط تساهمية مع الذرات المجاورة ، ويتم إدخاله في الشبكة البلورية. لكن الإلكترون الخامس سيبقى حرا. الشيء الأكثر إثارة للاهتمام هو أن ذرة النجاسة نفسها في هذه الحالة تصبح أيون إيجابي.
يُطلق على الشوائب في هذه الحالة اسم مانح ؛ فهو يعطي إشباه الموصلات إلكترونات إضافية ، والتي ستكون الناقل الرئيسي للشحن في أشباه الموصلات. أشباه الموصلات نفسها ، التي تلقت إلكترونات إضافية من الجهة المانحة ، ستكون أشباه الموصلات مع الموصلية الإلكترونية أو من نوع ن - سلبي.
يتم إدخال الشوائب في أشباه الموصلات بكميات صغيرة ، ذرة واحدة فقط لكل عشرة ملايين من ذرات الجرمانيوم أو السيليكون. لكن هذا يزيد بمقدار مائة مرة عن محتوى الشوائب الجوهرية في أنقى بلورات ، كما كتب أعلاه.
إذا قمنا الآن بتوصيل خلية كلفانية بنوع أشباه الموصلات من النوع n ، كما هو مبين في الشكل 4 ، فإن الإلكترونات (دوائر ذات ناقص من الداخل) تحت تأثير الحقل الكهربائي للبطارية ستندفع إلى مخرجاتها الإيجابية. سوف يعطي القطب السلبي للمصدر الحالي أكبر عدد ممكن من الإلكترونات إلى البلورة. لذلك ، سوف يتدفق التيار الكهربائي من خلال أشباه الموصلات.
الشكل 4
السداسي ، الذي له علامة زائد في الداخل ، ليس سوى ذرات النجاسة التي تتبرع بالإلكترونات. الآن هذه هي أيونات إيجابية. نتيجة ما تقدم هي كما يلي: إدخال مانح النجاسة في أشباه الموصلات يضمن حقن الإلكترونات الحرة. والنتيجة هي أشباه الموصلات مع الموصلية الإلكترونية أو نوع ن.
إذا تمت إضافة ذرات مادة لها ثلاثة إلكترونات في مدار خارجي ، مثل الإنديوم ، إلى أشباه الموصلات أو الجرمانيوم أو السيليكون ، فستكون النتيجة ، بصراحة تامة ، هي العكس. يظهر هذا الارتباط في الشكل 5.
الشكل 5. مقدمة من النجاسة 3 التكافؤ في أشباه الموصلات.
إذا كان مصدر التيار متصلًا الآن بمثل هذه البلورة ، فستتخذ حركة الثقوب طابعًا مرتبًا. وتظهر مراحل النزوح في الشكل 6.
الرقم 6. مراحل التوصيل حفرة
الفتحة الموجودة في أول ذرة على اليمين ، هذه مجرد ذرة ثلاثية التكافؤ للشوائب ، تلتقط الإلكترون من الجار على اليسار ، ونتيجة لذلك يبقى الثقب فيه. هذا الثقب ، بدوره ، ممتلئ بإلكترون ممزّق من جاره (في الشكل ، يعود مرة أخرى إلى اليسار).
بهذه الطريقة ، يتم إنشاء حركة الثقوب الموجبة الشحنة من القطب الموجب إلى السالب للبطارية. يستمر هذا حتى تقترب الفتحة من القطب السالب للمصدر الحالي وتمتلئ بإلكترون منه. في الوقت نفسه ، يترك الإلكترون ذراته من المصدر الأقرب إلى الطرف الموجب ، ويتم الحصول على ثقب جديد ، وتتكرر العملية مرة أخرى.
من أجل عدم الخلط بين نوع أشباه الموصلات الذي يتم الحصول عليه عند إدخال الشوائب ، يكفي أن نتذكر أن كلمة "مانح" تحتوي على الحرف en (سلبي) - يتم الحصول على أشباه الموصلات من النوع n. وفي كلمة متقبل هناك حرف pe (إيجابي) - أشباه الموصلات مع الموصلية ص.
البلورات التقليدية ، على سبيل المثال ، ألمانيا ، بالشكل الذي توجد به في الطبيعة ، غير مناسبة لإنتاج أجهزة أشباه الموصلات. والحقيقة هي أن الكريستال الجرمانيوم الطبيعي العادي يتكون من بلورات صغيرة نمت معا.
أولاً ، تم تنقية المادة البادئة من الشوائب ، وبعد ذلك تم ذوبان الجرمانيوم وخفض البذور إلى الذوبان ، وهي بلورة صغيرة مع شعرية منتظمة. البذرة تدور ببطء في الذوبان وارتفع تدريجيا. يلف الذوبان البذرة ويشكل التبريد قضيبًا بلوريًا واحدًا كبيرًا مع شعرية بلورية منتظمة. يظهر شكل البلورة المفردة التي تم الحصول عليها في الشكل 7.
الشكل 7
في عملية تصنيع بلورة واحدة ، تمت إضافة مادة مبللة من النوع p أو n إلى الذوبان ، وبالتالي الحصول على الموصلية المرغوبة للبلورة. تم قطع هذه البلورة إلى لوحات صغيرة ، والتي أصبحت في الترانزستور القاعدة.
تم صنع المجمع والباعث بطرق مختلفة. كان أبسط ذلك هو وضع قطع صغيرة من الإنديوم على جوانب متقابلة من اللوحة ، والتي كانت ملحومة ، مما يرفع درجة التلامس إلى 600 درجة. بعد تبريد الهيكل بأكمله ، اكتسبت المناطق المشبعة بالإنديوم الموصلية من النوع p. تم تثبيت البلورة التي تم الحصول عليها في السكن وتم توصيل الخيوط ، ونتيجة لذلك تم الحصول على الترانزستورات المستوية السبائكية. يظهر تصميم هذا الترانزستور في الشكل 8.
الشكل 8
تم إنتاج هذه الترانزستورات في الستينيات من القرن العشرين تحت الاسم التجاري MP39 ، MP40 ، MP42 ، إلخ. الآن هو تقريبا معرض المتحف. الترانزستورات الأكثر استخداما لهيكل دارة p-n-p.
في عام 1955 ، تم تطوير الترانزستور نشر. وفقًا لهذه التكنولوجيا ، لتكوين مناطق التجميع والباعث ، تم وضع لوحة جرمانيوم في جو غاز يحتوي على أبخرة من الشوائب المرغوبة. في هذا الجو ، تم تسخين اللوحة إلى درجة حرارة أقل بقليل من نقطة الانصهار واحتفظ بها للوقت المطلوب. نتيجة لذلك ، اخترقت ذرات النجاسة الشبكة البلورية ، مكونة تقاطعات pn. تُعرف مثل هذه العملية بأسلوب الانتشار ، وتسمى الترانزستورات نفسها بالانتشار.
لا بد من القول إن خصائص تردد الترانزستورات المخلوطة تترك الكثير مما هو مرغوب فيه: لا يتجاوز تردد القطع عدة عشرات من الميغاهرتز ، مما يسمح لك باستخدامها كمفتاح في الترددات المنخفضة والمتوسطة. وتسمى هذه الترانزستورات منخفضة التردد ، وسوف تضخيم بثقة فقط ترددات مجموعة الصوت. على الرغم من أن الترانزستورات السيليكونية الجرمانيوم تم استبدالها منذ فترة طويلة ب الترانزستورات السيليكونية ، إلا أنه لا يزال يتم تصنيع الترانزستورات الجرمانيوم لتطبيقات خاصة حيث يلزم الجهد المنخفض لتحيز باعث في الاتجاه الأمامي.
يتم إنتاج ترانزستورات السيليكون وفقًا للتكنولوجيا المستوية. هذا يعني أن جميع التحولات تذهب إلى سطح واحد. لقد استبدلوا ترانزستورات الجرمانيوم بالكامل تقريبًا من دارات العناصر المنفصلة وتستخدم كمكونات للدوائر المتكاملة حيث لم يتم استخدام الجرمانيوم. حاليا ، من الصعب جدا العثور على الترانزستور الجرمانيوم.
اقرأ في المقال التالي.
بوريس الأديشين
انظر أيضا في electro-ar.tomathouse.com
: