Страница 14 из 50
А кроме того (запомни это как следует!), если стрелка направлена к базе (рис. 31), то это транзистор структуры р-n-р, а если от базы (рис. 32), то транзистор n-р-n.
Рис. 31. Условное обозначение транзистора структуры р-n-р.
Рис. 32. Условное обозначение транзистора структуры n-р-n.
Н. — Почему же понадобилось принимать значок, так мало соответствующий действительной структуре транзистора, где эмиттер и коллектор расположены по разные стороны от базы?
Л. — Это относится к 1948 г. Появившиеся тогда первые в мире транзисторы были «точечного» типа. Они состояли из кристалла германия типа n, служившего базой, на который опирались два металлических острия, расположенных очень близко одно к другому (рис. 33).
Рис. 33. Устройство точечного транзистора.
Н. — Любознайкин, а не было ли это возвращением к старому кристаллическому детектору?
Л. — Почти. Но вместо одного острия было два. Питание того транзистора осуществлялось так же, как питание современного транзистора структуры р-n-р. Точечный транзистор отличался тем же недостатком, что и его предок — кристаллический детектор — отсутствием стабильности. Кроме того, он не мог работать при сколько-нибудь значительных мощностях. Вот почему теперь точечный транзистор совершенно не используется. В то же время точечный диод до сих пор используется широко, особенно на сверхвысоких частотах, например в радиолокации, потому что там высоко ценится малая емкость такого диода.
Н. — Прежде чем идти дальше, я хотел просить тебя, Любознайкин, кратко резюмировать (лучше в письменной форме) суть того, чему ты меня научил и что потребуется для понимания твоих последующих объяснений. Это позволило бы мне до нашей следующей встречи лучше усвоить пройденное.
Л. — Я охотно составлю для тебя такое резюме и пришлю его по почте. А пока, Незнайкин, доброй ночи!
Письмо Любознайкина к Незнайкину
Вот, мой дорогой друг, сведения, которые должны прочно врезаться в твою память:
* Транзистор состоит из трех зон-областей: эмиттера, базы и коллектора. Они содержат примеси, придающие эмиттеру и коллектору электрические свойства, противоположные свойствам базы.
* Существует два типа транзисторов: р-n-р и n-p-n. Больше распространен первый тип, по крайней мере среди транзисторов из германия. (По технологическим соображениям большая часть кремниевых транзисторов делается со структурой n-р-n.)
* В транзисторе р-n-р базе сообщают отрицательный по отношению к эмиттеру потенциал, а коллектору — еще более отрицательный, чем базе.
* В транзисторе n-р-n база должна быть положительной по отношению к эмиттеру, а коллектор еще более положительным, чем база.
* Отмечено, что в обоих случаях приложенные напряжения питают переход эмиттер — база в пропускающем направлении.
* Ток базы очень мал (микроамперы); ток коллектора значительно больше (миллиамперы).
* Малое изменение тока базы вызывает сильное изменение тока коллектора. Отношение второго изменения к первому называется коэффициентом передачи тока.
* Вход транзистора (база — эмиттер) имеет относительно небольшое сопротивление. Поэтому подаваемые на вход сигналы должны рассеивать некоторую мощность.
* Выход транзистора (коллектор — эмиттер) отличается высоким сопротивлением.
* Изменение напряжения, приложенного между базой и эмиттером, определяет изменение тока базы, а это изменение в свою очередь вызывает большее изменение тока коллектора. Если в цепь коллектора включен нагрузочный резистор, то на нем можно выделить усиленное напряжение.
* Вот в нескольких словах, мой дорогой Незнайкин. выводы, к которым мы пришли.
Твой друг Любознайкин
Беседа пятая
НЕМНОГО ТЕХНОЛОГИИ
Конечно, Незнайкину не придется самому делать транзисторы, но это не мешает ему живо интересоваться довольно своеобразными приемами изготовления «трехлапых созданий». Попутно он узнает, что существует много разновидностей этих приборов, созданных для выполнения различных задач. Так, все возрастающие требования к частотным пределам и отдаваемой мощности заставили специалистов-технологов принять некоторые весьма оригинальные решения.
Содержание: Очистка методом зонной плавки. Высокочастотный нагрев. Выращивание монокристалла. Резка монокристалла. Метод изготовления «тянутых» переходов. Сплавные транзисторы. Проблема мощных транзисторов. Метод диффузии. Время пробега. Емкости р-n переходов. Полупроводниковый тетрод. Поверхностно-барьерные транзисторы. Метод двойной диффузии. Дрейфовый транзистор структуры р-n-р. Мезатранзистор. Полевой транзистор.
Первоначальная очистка
Незнайкин. — Знаешь ли ты, Любознайкин, что у меня никогда не возникало желания самому делать электронные лампы? Откачать из стеклянного баллона практически весь воздух было для меня непреодолимым препятствием, так как мой велосипедный насос не казался мне подходящим для этого. А теперь мне кажется, что я могу без особых затруднений изготовить несколько транзисторов. Как ты думаешь, найду ли я в магазине химреактивов все нужные мне вещества: чистый германий, сурьму для области n и индий для области р?
Любознайкин. — Ты это серьезно, мой бедный друг?
Н. — Конечно, а разве это так трудно?
Л. — Еще как!.. Прежде всего нужно достаточно хорошо очистить германий, так как тот, что ты можешь найти в продаже под названием «чистый», далеко не так чист, как нам нужно. Затем ему нужно придать правильную кристаллическую структуру, превратив его в единый кристалл, или монокристалл. Потом в него нужно ввести примеси типов р и n, создав оба перехода, разделяющих транзистор на три области — зоны. И, наконец, нужно припаять к этим областям выводы, смонтировать все это в единое целое и поместить в герметический корпус, чтобы защитить от внешних воздействий. Только большие, хорошо оснащенные заводы могут правильно выполнить эти разнообразные операции.
Н. — Ты приводишь меня в отчаяние. Неужели действительно так трудно очистить германий?
Л. — Не забывай, что нам нужен действительно чистый германий, в котором на миллиард атомов германия должно содержаться не более десяти атомов примесей, а то и еще меньше.
Н. — Я предполагаю, что для удаления из германия загрязняющих его посторонних веществ применяют химические процессы.
Л. — Химия делает все, что в ее силах, но этого недостаточно. Поэтому после химической очистки прибегают к физическому процессу, называемому зонной плавкой. Слиток очищаемого германия кладут в очень чистый тигель из кварца или графита и в атмосфере водорода или азота (чтобы избежать какого бы то ни было окисления) нагревают узкую зону этого слитка, доводя германий в этом месте до плавления. Эту расплавленную зону медленно перемещают от одного конца тигля к другому.